周文波
（福建省三鋼（集團）有限責任公司，福建 三明 365000 ）
摘 要：針對三鋼 4 號高爐爐缸區域冷卻壁熱流強度超標，爐殼溫度大幅度上升等問題，通過采取降低冶煉強度，提高生鐵中的硅含量，提高鐵水物理熱，鈦礦、鈦球護爐及加強爐內操作及出鐵管理等措施。 有效控制了爐缸溫度升高的問題，達到了安全生產的目的。
關鍵詞：爐殼溫度 鈦礦 鈦球護爐 爐缸溫度升高
1 前言
三鋼4號高爐（1050m 3）于2012年1月建成投產，到2017年11月停爐中修已經安全生產了近6年，設計利用系數2.5，采用無料鐘上料，工業水開路循環冷卻系統，薄壁爐襯及銅冷卻結構。其中爐缸采用三層復合陶瓷杯及碳磚材料，爐缸每層設8個熱電偶測溫區，每個區分外中內三個測溫點。
2017年3月開始爐身標高6.5M的爐缸東側外殼溫度由45℃逐漸上升到80℃（見圖1），熱電偶溫度也大幅度上升，同時該處的冷卻水溫度差達2℃，熱流強度最高達17.55kw/m2 ，大大超出正常要求范圍。通過爐殼溫度上升、爐缸冷卻水溫度差及熱流強度明確表明了爐缸該處侵蝕嚴重，爐缸溫度異常升高。
2 爐缸溫度異常升高的原因
2.1 利用系數高
三鋼4#高爐設計利用系數為2.5，實際生產利用系數長期在2.8~3.0之間。長期超出設計高產量生產對爐襯耐火材料造成了巨大影響，強環流鐵水在爐缸及鐵口處對周圍的耐火材料沖刷嚴重。
2.2 入爐燃料質量變差
2016年因焦炭緊張，三鋼4號高爐有使用一些質量較差的宏宇焦炭，反應后強度經常在60%以下，反應性在30%以上，焦炭質量直接決定爐缸的透氣性、透液性，尤其在死鐵層氣流影響弱時，鐵水的流動對爐缸側壁溫度影響有巨大的作用。爐缸透液性差，爐缸渣鐵從中心向鐵口區域流動能力大幅度降低，在冶煉強度較高時，必然導致大量的鐵水通過爐缸圓周流向鐵口，形成象腳侵蝕。加上為了降低燃料成本，4號高爐取消了中心加焦，同時提高了煤比。爐缸中心吹不透，死焦堆內焦炭更新更慢，焦炭粒度下降，導致死焦堆清潔度降低、透氣性變差，爐缸環流上升，象腳侵蝕加重[1]。
2.3 入爐Pb、Zn、K、Na負荷超標
4號高爐用的燒結礦中有25%為國內精礦、混合精礦，最高配比達40%以上。國內精礦、混合精礦中含有一定量的 Pb、Zn、K、Na，大配比使用這些礦導致4號高爐 Pb、Zn、K、Na負荷超標，我國高爐煉鐵工程設計規范要求：入爐料中Pb+Zn 負荷小于0.3kg/tFe，K+Na 負荷小于 3kg/tFe[2]。這些有害元素在爐內循環富集，不僅破壞高爐的穩定順行，降低焦炭強度，而且能與耐火材料形成化合物，使其體積膨脹，有的甚至膨脹能達到50%，造成爐缸陶瓷杯及碳磚均會酵素侵蝕[3]。從表1看出三鋼4號高爐有害元素較高，加劇了對高爐爐缸的侵蝕。
2.4 爐缸碳磚的侵蝕
三鋼4號高爐采用日本DNK炭磚加陶瓷杯結構，在高爐爐缸砌鑄的過程中，部分小塊的炭磚通過澆筑料拼接使用，炭磚與澆筑料間會存在一定的間隙，加劇了爐缸炭磚的侵蝕。
綜合以上4號高爐爐缸、爐殼溫度異常和影響因素分析，可以看出4號高爐爐體破損情況較為嚴重，面對此種狀況，制定并嚴格執行了一系列護爐措施。通過內養外護，確保了爐況長周期穩定順行。
3 爐缸溫度異常處理措施
3.1 鈦礦、鈦球護爐
研究證實，含鈦物料護爐的機理是：還原溶解在鐵液中的TiC、TiN，即將含有TiO2的爐料加入高爐后，在軟熔帶中形成含有TiO2的初渣，并且按照從高價到低價的規律進行還原。即TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO→Ti→TiC（或TiN），根據熱力學條件，溫度越高形成的TiC（或TiN）越多，在爐缸侵蝕的嚴重部位（該處冷卻強度最大而溫度較低）由于溶解度下降而沉析出來，并由于產生的溶度差，造成了 TiC、TiN 連續向該處遷移，乃至沉淀結厚形成了 TiC、TiN 為主的高熔點含 Ti 沉積物，從而保護爐缸爐底[4] 。4號高爐爐缸溫度升高后，入爐塊礦中加入一定量的高鈦塊礦（以鐵水中的［Si］含量控制 0.08%~0.10%為準），考慮4號高爐塊礦比例高達 17%，鈦礦雖然鈦含量比高鈦球團高，但鈦礦的鐵品位低，硅、鋁含量更高，進一步增加含鈦生礦對高爐爐況帶來了不利影響。高爐轉使用高鈦球團，使用鐵品位更高的質量更好的球團對爐況的影響更小，有利于爐況的順行。
3.2 適當控制冶煉強度
4號高爐自2017年4月開始逐步降低冶煉強度，生鐵產量每天下降200t/天，在爐缸溫度最高的時間段，堵11號風口。另一方面采取提高生鐵的硅含量，生鐵硅目標控制由 0.2%~0.3%提高到 0.5%~0.7%（見圖 2），
爐渣二元堿度維持在1.20左右，適當提高爐渣的MgO含量，控制MgO/Al2O3 穩定在0.5以上，鐵水溫度要求大于1470℃[5] 。保證鐵水充足的溫度有利于TiC、TiN 的生成，進一步保證護爐效果。
3.3 送風、裝料制度的調整
當4號高爐爐缸溫度上升，裝料適當抑制邊緣氣流，增強中心氣流。平臺適當向外移動，并且增加邊沿焦炭負荷，做深漏斗，控制相對較集中且強的中心氣流。送風制度方面增加風口長度，特別將爐缸溫度高的區域風口加長，并且縮小風口直徑，風口面積由0.21m2縮小為0.205m2，以達到將爐缸溫度高的部位風口回旋區向爐缸中心推進、遠離爐缸側壁的目的，做到發展中心氣流，適當抑制邊緣氣流。達到保護爐缸不受到氣流的進一步沖刷[6]。
3.4 冷卻制度的調整
在 4 號高爐爐缸溫度高的東側，冷卻水壓由中壓水（壓力 0.5MPa）調整為高壓水（壓力 1.2MPa），冷卻水壓力的提高有利于提高冷卻強度，進一步促進高熔點含 Ti 化合物的沉積，強化鈦礦護爐的效果。
3.5 加強原燃料的控制
嚴格制定焦篩、礦篩的管理制度，確保篩分質量，控制焦炭反應后強度 60%以上、反應性30%以下。另一方面，減少國內礦的配入量（國內礦配比由最高 45%下降到 25%），停止配入混合精礦等低品質礦種，以達到降低入爐的 Pb、Zn、K、Na 負荷，維護高爐合理的操作爐型的目的。
3.6 加強安全管理措施
針對爐缸溫度異常上升的現狀，①制定爐缸燒穿的應急預案，并進行相應的應急演練。②對爐缸外殼的溫度進行監控，定期測量熱流變化，并做好數據分析。③爐前出鐵盡可能做到每次開鐵口渣鐵排放干凈。
4 爐缸溫度異常處理效果
持續采取科學的應對措施，從2017年4月份開始，4號高爐爐缸東側位置的爐殼溫度得到有效控制，爐缸熱負荷符合要求，爐缸東側溫度有效控制在500℃左右、爐殼溫度控制不超過65℃。保證三鋼4號高爐從發現爐缸溫度偏高到停爐中修7個月高爐爐缸安全，實現了爐況穩定順行，高爐主要技術經濟指標沒有受到大的影響。
5 結語
（1）對于爐缸嚴重侵蝕，通過鈦礦、鈦球護爐，可以有效、系統地對爐缸、爐底進行維護。
（2） 適當控制冶煉強度、控制合理的鐵水［Si］含量及爐渣堿度有利于保證護爐效果。
（3）通過送風、裝料、冷卻制度的調整，開放中心、適當抑制邊緣氣流，活躍爐缸中心，減輕渣鐵環流對爐缸側壁的侵蝕，強化鈦礦護爐效果，對控制爐缸溫度上升有一定的作用。
（4）加強原燃料管理，降低高爐入爐 b、Zn、K、Na 負荷，可以減輕有害元素對爐缸的破壞。
參考文獻 ：
[1] 項鐘庸，國外高爐爐缸長壽技術 [J] ，煉鐵，2013 ，32（5）
[2] 中國冶金建設學會，GB 50427 — 2015 高爐煉鐵工程設計規范，中華人民共和國住房與城市建設部公告第 859 號
[3] 周傳典，高爐煉鐵生產技術手冊，冶金工業出版社，2003
[4] 由文泉、趙民革，實用高爐煉鐵技術[M] ，北京冶金工業出版社，2003
[5] 陳義信等，馬鋼 13 號高爐爐缸維護實踐
[J] ，安徽工業大學學報，2013
[6] 程勇等，湘鋼 4 號高爐爐缸側壁溫度異常升高后的護爐實踐，煉鐵，2016 ，35 （6）