客海濱，董國強(qiáng)，尹海斌，尤新東，袁雪濤
(唐山鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠)
摘 要：分析風(fēng)口小套燒損的類型及損壞機(jī)理，總結(jié)出唐鋼煉鐵廠北區(qū) 3 號(hào)高爐小套破損頻繁的原因，采取加強(qiáng)原燃料的篩分、適當(dāng)提高爐溫、發(fā)展中心氣流與控制邊緣氣流等措施后，風(fēng)口小套燒損數(shù)量明顯減少。
關(guān)鍵詞：高爐風(fēng)口小套破損；活躍爐缸；穩(wěn)定渣皮
唐鋼 3 號(hào)高爐是原 2560m3高爐擴(kuò)容改造為3200m3，設(shè)計(jì)采用碳磚－陶瓷杯復(fù)合爐缸爐底結(jié)構(gòu)，爐頂為并罐無鐘爐頂，渣處理為輪法水沖渣，熱風(fēng)爐為四座內(nèi)燃式霍戈文熱風(fēng)爐，采用交叉并聯(lián)送風(fēng)制度。爐缸直徑 12. 4m，設(shè)有四個(gè)鐵口，32 個(gè)風(fēng)口。爐腹、爐腰和爐身下部 6～9 段采用鑲磚銅冷卻壁，爐腹以上爐襯采用薄襯結(jié)構(gòu)和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。爐身角 82. 29°，爐腹角 78. 37°。
1 破損機(jī)理研究
1. 1 燒損分類
風(fēng)口小套是保證高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，由于它處于高溫工作區(qū)，易受到物料的磨損及渣鐵侵蝕，從而導(dǎo)致風(fēng)口小套破損。風(fēng)口套燒損機(jī)理可分為熔損、破損、磨損和曲損四種。從現(xiàn)場(chǎng)漏套情況看，唐鋼 3 號(hào)高爐破損風(fēng)口小套大部分為下部燒損，主要是渣鐵熔損，少部分為邊緣氣流不穩(wěn)、渣皮脫落較多造成的曲損。
1. 2 燒損機(jī)理
風(fēng)口受熱超負(fù)荷，冷卻介質(zhì)難以及時(shí)傳導(dǎo)散熱，風(fēng)口套溫度高于銅質(zhì)固液相反應(yīng)界限溫度700℃。當(dāng)達(dá)到銅劇烈氧化界限溫度 900℃ 時(shí)，風(fēng)口很快燒壞漏水。
1. 3 風(fēng)口燒損的原因
高爐破損風(fēng)口小套大部分為下部燒損，主要是渣鐵熔損。爐缸局部區(qū)域不活躍，渣鐵液聚集對(duì)風(fēng)口造成熔蝕損壞。所以爐缸活躍程度下降是風(fēng)口小套破損的主要原因。
( 1) 低爐溫高堿度操作
在爐缸任何位置產(chǎn)生堆積，都可能發(fā)生風(fēng)口套燒損，低爐溫堆積、高堿度堆積、石墨炭堆積均是高爐爐缸堆積的主要原因。為保證鐵水質(zhì)量，長(zhǎng)期采取低爐溫高堿度操作，使中心料柱更容易堆積，造成料柱透氣透液性變差。
( 2) 焦炭質(zhì)量下降
影響高爐生產(chǎn)的主要原因就是焦炭質(zhì)量，入爐焦炭質(zhì)量尤其是熱強(qiáng)度變差后，高爐下部焦炭的粒度會(huì)變小，焦柱氣孔度降低，會(huì)影響鼓風(fēng)的穿透能力。風(fēng)口回旋區(qū)也隨之變短變窄，爐內(nèi)的死焦區(qū)域擴(kuò)大，透氣性和滲液性惡化，焦柱會(huì)越來越死。同時(shí)風(fēng)量萎縮，壓損增加，鼓風(fēng)動(dòng)能不足，出現(xiàn)爐缸不活、堆積，高爐風(fēng)口大量燒壞， 形成了惡性循環(huán)。唐鋼 3 號(hào)高爐燃料主要以自產(chǎn)干焦 ( 唐美干) 和外購焦 ( 美錦) 為主，其中唐美干灰分逐步升高，熱強(qiáng)度逐步降低，外購美錦的灰分也逐步升高，焦炭質(zhì)量明顯下滑。自產(chǎn)干熄焦 A、S 上升也明顯變差，影響爐缸的透氣性和透液性，從而導(dǎo)致爐缸的工作狀態(tài)變差。
( 3) 堿金屬富集
燒結(jié)配加除塵灰，導(dǎo)致堿金屬富集循環(huán)。雖然堿金屬對(duì)風(fēng)口套沒有直接影響，但是對(duì)焦炭的破損影響較大。高溫煤氣流富含大量堿金屬蒸汽，在上升過程被焦炭的氣孔吸附，并且逐步擴(kuò)散到焦炭?jī)?nèi)部基質(zhì)。時(shí)間越長(zhǎng)焦炭吸附堿金屬越多，石墨晶體受到滲透至焦炭基質(zhì)堿金屬的侵蝕，結(jié)構(gòu)被破壞，形成層間化合物，而后焦炭體積大幅度膨脹，最終導(dǎo)致焦炭裂紋的形成，進(jìn)一 步使焦炭破碎。焦炭的熱性能下降，在冶煉過程中產(chǎn)生大量的焦炭粉末，超出高爐的代謝能力，最終堆積在爐缸，影響高爐的爐缸活躍。而焦炭的強(qiáng)度降低，減小了爐內(nèi)料柱的透氣性，導(dǎo)致渣鐵難以及時(shí)滲透，從而影響風(fēng)口區(qū)域的傳熱導(dǎo)熱，給風(fēng)口套燒損提供了條件。燒結(jié)原料中配加重力灰，未經(jīng)脫鋅處理導(dǎo)致鋅負(fù)荷升高，高爐入爐鋅負(fù)荷最高達(dá)到 750g /t 左右。鋅在高爐內(nèi)會(huì)以氣態(tài)形式進(jìn)入礦石、焦炭和輔料的空隙中。隨著煤氣流的上升和溫度的降低，鋅蒸汽逐漸冷凝沉積，沉積后鋅元素會(huì)堵塞原燃料的表面空隙，影響料柱的透氣性。鋅氧化后分子量增加，體積膨脹，增大了鐵礦石和焦炭的熱應(yīng)力，提高熟料的低溫還原粉化指數(shù)，增強(qiáng)了焦炭的反應(yīng)性，降低了焦炭在高爐內(nèi)部的反應(yīng)后強(qiáng)度。鋅在爐內(nèi)的循環(huán)積累使高爐內(nèi)的渣皮不穩(wěn)定，極易造成小套熔蝕漏水。
( 4) 未及時(shí)更換燒壞的風(fēng)口小套
因產(chǎn)量、公司鐵水平衡等因素，風(fēng)口燒壞未能及時(shí)更換，通過減水方式維持生產(chǎn)，降低該區(qū)域爐缸溫度，造成爐缸局部堆積，爐缸活躍性下降，風(fēng)口小套燒損愈來愈多。
2 采取措施
( 1) 改善低爐溫高堿度操作
穩(wěn)定并且提高爐溫，嚴(yán)格執(zhí)行下限燃料比操作方針。防止?fàn)t溫大幅度波動(dòng)，并將鐵水物理溫度值適當(dāng)上調(diào)，由原來的目標(biāo)值 1490℃ 提高到1500℃，保證充足的渣鐵物理熱。適當(dāng)提高爐溫硅含量到 0. 45%～0. 5% ; 其次采取降低爐渣堿度，嚴(yán)格控制爐渣堿度在 1. 15 以下，改善渣鐵流動(dòng)性，有利于爐缸堆積物及時(shí)排出爐外。
( 2) 提高原料質(zhì)量
公司從配煤開始，優(yōu)化配煤方案，狠抓焦化工序工藝操作，阻止了焦炭質(zhì)量繼續(xù)下滑。進(jìn)行燒結(jié)礦工藝參數(shù)的調(diào)整，將燒結(jié)堿度穩(wěn)定在合適的范圍，適當(dāng)降低 MgO 含量，燒結(jié)礦質(zhì)量逐步改善。狠抓高爐精料工作，加強(qiáng)高爐槽下篩分工作，槽下每班檢查并清理焦炭篩、塊礦及球團(tuán)礦篩，控制篩分速度，保證篩分干凈。關(guān)注燒結(jié)生產(chǎn)、焦化生產(chǎn)、原料場(chǎng)進(jìn)料情況，有針對(duì)性地做好槽下篩分工作，合理調(diào)整振篩振幅和篩分時(shí)間，各個(gè)料倉配吃比例協(xié)調(diào)好，為高爐穩(wěn)定順行創(chuàng)造條件。
( 3) 上部調(diào)劑
上部調(diào)劑采用放開中心的裝料制度。適當(dāng)發(fā)展中心氣流，合理控制邊緣氣流，提高煤氣利用率，使高爐中下部形成穩(wěn)定渣皮，為高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行提供保證。
裝料制度采用調(diào)整平臺(tái)寬度，將中心漏斗直徑調(diào)整在合適的范圍內(nèi)。采取引導(dǎo)中心煤氣流，兼顧邊緣煤氣流的操作思路，并與送風(fēng)制度相匹配，初步消除了爐缸中心溫度過低和中心環(huán)帶溫度偏低的現(xiàn)象，高爐接受風(fēng)量的能力大大增強(qiáng)，同時(shí)邊緣氣流以及渣皮的穩(wěn)定性有明顯改善。邊緣溫度過低，邊緣氣流被抑制，對(duì)爐況順行不利; 邊緣溫度過高，造成爐墻渣皮剝落，砸壞下部的小套，因此控制合適的邊緣溫度尤為重要。通過不斷地放邊、壓邊，控制邊緣、中心的礦焦比重，銅冷卻壁溫度在 65～75℃ 之間，渣皮穩(wěn)定、脫落 較少。本 著“打 開 中 心、穩(wěn) 定 邊 緣，形成寬度適宜的礦焦平臺(tái)，深度適宜的中心漏斗，保持合適的礦焦層厚度，穩(wěn)定煤氣流后逐步減少中心焦炭量”的思路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整前后料制見表 1 和表 2。上部礦、焦布料角度外抬平鋪，相應(yīng)擴(kuò)大礦批，增加焦窗厚度。
減少礦焦界面效應(yīng)，改變了以往沿爐喉徑向布料的不均勻性，既符合爐料下降規(guī)律，又能得到穩(wěn)定邊緣氣流和開放中心氣流。
礦批由 68t 擴(kuò)大到 84t，入爐焦比由 460kg /t降至 390kg /t。調(diào)整后，爐內(nèi)氣流和溫度場(chǎng)分布更趨合理。從高爐爐頂成像可以看到形成了窄而強(qiáng)的中心氣流，爐喉形成了平臺(tái)加漏斗形式的理想料面。
( 4) 下部調(diào)劑
高爐冶煉實(shí)踐表明，下部調(diào)劑是根本，從生產(chǎn)實(shí)踐來看，3 號(hào)高爐適宜的風(fēng)速為 250～270m /s，動(dòng)能為 150～160kW。因此，對(duì)風(fēng)口面積進(jìn)行了調(diào)整，由原來的 0. 4169m2縮小到0. 4051m2，從而形成適宜的風(fēng)口回旋區(qū)，保證了爐缸活躍，爐況順行。
同一風(fēng)口區(qū)連續(xù)燒損小套的風(fēng)口要進(jìn)行相應(yīng)的堵風(fēng)口操作，同時(shí)檢查好該方位冷卻壁的工作狀況。在爐缸熱量及風(fēng)口周邊渣鐵流動(dòng)性好的情況下再適時(shí)開風(fēng)口，避免連續(xù)燒損風(fēng)口與頻繁休風(fēng)造成惡性循環(huán)。
( 5) 改善破損風(fēng)口管理
及時(shí)更換破損風(fēng)口小套，避免風(fēng)口小套損壞部位變大，造成局部爐缸不活躍的情況。根據(jù)風(fēng)口小套漏水大小，謹(jǐn)慎控制水量。對(duì)懷疑漏水的風(fēng)口小套，控水時(shí)間不超過 4h，同時(shí)加強(qiáng)高爐作業(yè)區(qū)水工對(duì)如何有效判斷風(fēng)口小套是否漏水的培訓(xùn)。針對(duì)復(fù)風(fēng)后容易燒小套的情況，更換風(fēng)口小套時(shí)，檢查風(fēng)口小套前端及側(cè)壁是否有凝結(jié)渣鐵，并清理干凈。更換漏水大的風(fēng)口小套，送風(fēng)穩(wěn)定，確保鐵水出盡后才能捅開。縮短復(fù)風(fēng)后第一爐的開鐵口時(shí)間，送風(fēng)后 100 min 打開鐵口。
3 效果檢驗(yàn)
3. 1 休風(fēng)料面
調(diào)整前的料面中心焦堆較大，呈“饅頭型”，礦焦平臺(tái)不規(guī)整; 調(diào)整后的料面中心焦堆較小，呈“漏斗狀”，礦焦平臺(tái)比較規(guī)整。
3. 2 處理的效果
通過加強(qiáng)精料的管理，提高爐內(nèi)操作，合理搭配上下部冶煉制度等措施，有效地控制了小套破損，減少了風(fēng)口小套破損的頻率，更好地實(shí)現(xiàn)高爐順行。