客海濱 董國強 尹海斌 尤新東 袁雪濤
(唐山鋼鐵集團煉鐵廠)
摘 要: 分析風口小套燒損的類型及損壞機理，總結出唐鋼煉鐵廠北區 3號高爐小套破損頻繁的原因，采取加強原燃料的篩分、 適當提高爐溫、 發展中心氣流與控制邊緣氣流等措施后，風口小套燒損數量明顯減少。
關鍵詞： 高爐風口小套；破損；活躍爐缸；穩定渣皮
唐鋼 3 號高爐是原2560m3 高爐擴容改造為3200m3 ， 設計采用碳磚－陶瓷杯復合爐缸爐底結構，爐頂為并罐無鐘爐頂， 渣處理為輪法水沖渣，熱風爐為四座內燃式霍戈文熱風爐，采用交叉并聯送風制度，爐缸直徑 12設有四個鐵口，32個風口。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構和軟水密閉循環冷卻系統，爐身角82爐腹角 78.37°。
1 破損機理研究
1.1 燒損分類
風口小套是保證高爐生產的關鍵設備之一，由于它處于高溫工作區，鐵侵蝕，從而導致風口小套破損。風口套燒損機理可分為熔損、 破損、 磨損和曲損四種。從現場漏套情況看，唐鋼 3 號高爐破損風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、 渣皮脫落較多造成的曲損。
1.2 燒損機理
風口受熱超負荷，冷卻介質難以及時傳導散熱，風口套溫度高于銅質固液相反應界限溫度700℃。 當達到銅劇烈氧化界限溫度 900℃ 時，風口很快燒壞漏水。
1.3 風口燒損的原因
高爐破損風口小套大部分為下部燒損，主要是渣鐵熔損。爐缸局部區域不活躍，渣鐵液聚集對風口造成熔蝕損壞。 所以爐缸活躍程度下降是風口小套破損的主要原因。
(1) 低爐溫高堿度操作
在爐缸任何位置產生堆積，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。 為保證鐵水質量，長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) 焦炭質量下降
影響高爐生產的主要原因就是焦炭質量， 入爐焦炭質量尤其是熱強度變差后， 高爐下部焦炭的粒度會變小， 焦柱氣孔度降低，會影響鼓風的穿透能力。 風口回旋區也隨之變短變窄，爐內的死焦區域擴大，透氣性和滲液性惡化， 焦柱會越來越死。同時風量萎縮，壓損增加，鼓風動能不足，出現爐缸不活、 堆積，高爐風口大量燒壞，形成了惡性循環。
唐鋼 3 號高爐燃料主要以自產干焦 (唐美干) 和外購焦 (美錦) 為主，其中唐美干灰分逐步升高， 熱強度逐步降低， 外購美錦的灰分也逐步升高? 焦炭質量明顯下滑。 自產干熄焦A、 S 上升也明顯變差，影響爐缸的透氣性和透液性，從而導致爐缸的工作狀態變差。
(3) 堿金屬富集
燒結配加除塵灰，導致堿金屬富集循環。 雖然堿金屬對風口套沒有直接影響，但是對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， 并且逐步擴散到焦炭內部基質。 時間越長焦炭吸附堿金屬越多，石墨晶體受到滲透至焦炭基質堿金屬的侵蝕，結構被破壞，形成層間化合物，而后焦炭體積大幅度膨脹，最終導致焦炭裂紋的形成，進一步使焦炭破碎。 焦炭的熱性能下降，在冶煉過程中產生大量的焦炭粉末，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。 而焦炭的強度降低，減小了爐內料柱的透氣性，導致渣鐵難以及時滲透，從而影響風口區域的傳熱導熱，給風口套燒損提供了條件。 燒結原料中配加重力灰，未經脫鋅處理導致鋅負荷升高，高爐入爐鋅負荷最高達到750g / t左右。鋅在高爐內會以氣態形式進入礦石、 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力，提高熟料的低溫還原粉化指數，增強了焦炭的反應性，降低了焦炭在高爐內部的反應后強度。 鋅在爐內的循環積累使高爐內的渣皮不穩定，極易造成小套熔蝕漏水。
(4) 未及時更換燒壞的風口小套
因產量、 公司鐵水平衡等因素， 風口燒壞未能及時更換，通過減水方式維持生產，降低該區域爐缸溫度，造成爐缸局部堆積，爐缸活躍性下降，風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
穩定并且提高爐溫，嚴格執行下限燃料比操作方針。防止爐溫大幅度波動，并將鐵水物理溫度值適當上調，由原來的目標值 1490℃ 提高到1500℃ ，保證充足的渣鐵物理熱。 適當提高爐溫硅含量到 0.45％ ~ 0.5％ ； 其次采取降低爐渣堿度，嚴格控制爐渣堿度在15以下，改善渣鐵流動性，有利于爐缸堆積物及時排出爐外。
(2) 提高原料質量
公司從配煤開始，優化配煤方案，狠抓焦化工序工藝操作，阻止了焦炭質量繼續下滑。 進行燒結礦工藝參數的調整，將燒結堿度穩定在合適的范圍，適當降低 MgO 含量，燒結礦質量逐步改善。 狠抓高爐精料工作，加強高爐槽下篩分工作，槽下每班檢查并清理焦炭篩、 塊礦及球團礦篩，控制篩分速度，保證篩分干凈。關注燒結生產、 焦化生產、 原料場進料情況，有針對性地做好槽下篩分工作，合理調整振篩振幅和篩分時間，各個料倉配吃比例協調好，為高爐穩定順行創造條件。
(3) 上部調劑
上部調劑采用放開中心的裝料制度。適當發展中心氣流，合理控制邊緣氣流，提高煤氣利用率，使高爐中下部形成穩定渣皮，為高爐長期穩定順行提供保證。
裝料制度采用調整平臺寬度，將中心漏斗直徑調整在合適的范圍內，采取引導中心煤氣流，兼顧邊緣煤氣流的操作思路，并與送風制度相匹配，初步消除了爐缸中心溫度過低和中心環帶溫度偏低的現象，高爐接受風量的能力大大增強?同時邊緣氣流以及渣皮的穩定性有明顯改善，邊緣溫度過低，邊緣氣流被抑制，對爐況順行不利； 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，渣皮穩定、 脫落較少。本著 “ 打開中心、 穩定邊緣，形成寬度適宜的礦焦平臺， 深度適宜的中心漏斗，保持合適的礦焦層厚度，穩定煤氣流后逐步減少中心焦炭量” 的思路進行調整，調整前后料制見表 1 和表 2。上部礦、 焦布料角度外抬平鋪，相應擴大礦批， 增加焦窗厚度。減少礦焦界面效應，改變了以往沿爐喉徑向布料的不均勻性，既符合爐料下降規律，又能得到穩定邊緣氣流和開放中心氣流。
礦批由 68t 擴大到 84t，入爐焦比由 460kg / t降至 390kg / t。調整后,爐內氣流和溫度場分布更趨合理。從高爐爐頂成像可以看到形成了窄而強的中心氣流， 爐喉形成了平臺加漏斗形式的理想料面。
(4) 下部調劑
高爐冶煉實踐表明，下部調劑是根本，從生產實踐來看， 3 號高爐適宜的風速為 250 ~270m / s， 動能為 150 ~ 160kW。 因此，對風口面積進行了調整，由原來的 0.4169m2 縮 小到0.4051m2 ，從而形成適宜的風口回旋區，保證了爐缸活躍， 爐況順行。
同一風口區連續燒損小套的風口要進行相應的堵風口操作, 同時檢查好該方位冷卻壁的工作狀況。 在爐缸熱量及風口周邊渣鐵流動性好的情況下再適時開風口,避免連續燒損風口與頻繁休風造成惡性循環。
(5) 改善破損風口管理
及時更換破損風口小套,避免風口小套損壞部位變大,造成局部爐缸不活躍的情況。根據風口小套漏水大小,謹慎控制水量。 對懷疑漏水的風口小套,控水時間不超過 4ｈ，同時加強高爐作業區水工對如何有效判斷風口小套是否漏水的培訓。 針對復風后容易燒小套的情況，更換風口小套時，檢查風口小套前端及側壁是否有凝結渣鐵，并清理干凈。 更換漏水大的風口小套，送風穩定，確保鐵水出盡后才能捅開。 縮短復風后第一爐的開鐵口時間，送風后100min 打開鐵口。
3 效果檢驗
3.1休風料面
調整前的料面中心焦堆較大，呈 “ 饅 頭型”， 礦焦平臺不規整，調整后的料面中心焦堆較小， 呈 “漏斗狀”，礦焦平臺比較規整。
3.2處理的效果
通過加強精料的管理，提高爐內操作，合理搭配上下部冶煉制度等措施，有效地控制了小套破損，減少了風口小套破損的頻率，更好地實現高爐順行。