凌志宏 陳勝 匡洪鋒

（寶武集團中南鋼鐵韶鋼松山股份有限公司制造管理部，廣東 韶關 512123）

摘要：韶鋼7號高爐（2200m³）于2005年8月投產，2021年10月18日降料面停爐，一代爐齡累計安全生產5906天，累計產鐵3093.085萬噸，有效爐容產鐵量達到14059.48t/m³，達到國內高爐長壽爐的標準（有效爐容產鐵量達到≥12000t/m³）。本文從韶鋼7號高爐長壽爐型設計，爐缸砌筑，開爐后的操作制度調整，到后期高效護爐生產，形成了高爐高效生產長壽控制模型，取得了良好效果，為高爐長壽技術進步提供了參考。

關鍵詞:高爐;長壽;生產操作

1  前言

1.1高爐長壽是鋼鐵企業持續發展的一項重大措施，是個系統工程，包括高爐設計、材料和設備的選擇及施工質量的保證、高爐操作的科學和穩定、爐體維護和管理、應急事故的科學處理等。其核心是形成和維護好一代高爐的合理爐型，保護好永久性爐襯完好。

1.2 韶鋼7號高爐于2005年8月18日點火開爐，先后經歷了2008年7月、2010年2月、2012年2月及2015年2月4次中修.

2  長壽因素分析及實際生產指標情況

2.1 高爐長壽因素分析

高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：

一是高爐大修設計或新建時采用的長壽技術，如合理的爐型、優良的設備制造質量、高效的冷卻系統、優質的耐火材料。

二是良好的施工水平。

三是穩定的高爐操作工藝管理和合適的原燃料條件。

四是有效的爐體維護技術。

2.2  高爐實際生產指標情況

2.2.1從2005年開始每年平均日產量情況，見下表1

             表1 2005年-2021年7號高爐每年日平均產量情況

   2.2.2 2005年至2021年7號高爐每年入爐焦比、煤比、燃料比情況，見下表2、表3、表4

表2   2005年至2021年7號高爐每年入爐焦比情況

表3   2005年至2021年7號高爐每年煤比情況

          表4   2005年至2021年7號高爐每年燃料比情況

從上表可知，7號高爐投產前期，由于原燃料標準控制（尤其是Zn負荷）原因，高爐生產處于偏低水平，2017年后隨著原料條件穩定性改善，2019年、2020年連續在國內同類型高爐中燃料比等指標排名靠前。

3  高爐設計及耐材配置情況

3.1  高爐設計爐型。見下圖1

               圖1   7號高爐設計內型尺寸情況

3.2  高爐爐缸、爐底結構

7號高爐采用“陶瓷杯+全碳磚爐底”結構，爐底分為6層，最下面用碳素料找平，1、2層為平砌半石墨質焙燒炭磚，中間2層為平砌的進口微孔炭磚，上面2層為豎砌的塑性相結合剛玉復合磚，陶瓷杯杯璧內環采用塑性相結合剛玉復合磚49層，外環下部為5層進口的超微孔半石墨炭磚，上部為4層國產微孔半石墨炭磚，風口與鐵口均采用大塊塑性相結合剛玉復合組合磚，爐殼與冷卻壁之間和半石墨質炭磚與冷卻壁之間均采用碳質搗打料。爐缸耐材結構示意圖如下圖2。

圖2  爐缸耐材結構示意圖

3.3  高爐長壽設計特點

為了保證高爐壽命達15年以上，7號高爐設計上采取了如下一系列長壽措施：

（1）選擇矮胖型高爐內型，高徑比為Hu/D＝2.41;

（2）采用“國產陶瓷杯（塞隆剛玉磚）＋全炭爐底”結構;

（3）風口帶采用抗侵蝕性能好的大塊塑性相剛玉組合磚；

（4）鐵口區域采用大塊塞隆剛玉磚組合磚；

（5）全爐身冷卻結構。采用延伸率達20％的球墨鑄鐵及雙排水冷管的冷卻壁，爐腹和爐身下部采用銅冷卻壁和銅冷卻板。

4  生產實踐采取的長壽措施

4.1 控制有害元素入爐

國內外研究結果表明，ZnO和K₂O的化學侵蝕是爐缸陶瓷杯及碳磚破損的主要因素之一。高爐內富集的鋅蒸汽可滲入爐墻，一方面與爐襯材料結合形成低熔點化合物，軟化和疏松爐襯，使爐襯侵蝕速度加快，另一方面鋅在爐襯砌縫和孔隙中沉積、氧化、體積膨脹，使爐襯受到破壞。

4.1.1 入爐原料

目前韶鋼高爐入爐原料有害元素的執行標準為ZnO≤0.5kg/t，(K₂O+Na₂O)≤3.5kg/t，降低兩種元素循環富集量，主要從入爐原料和高爐操作兩個角度加強控制。2017年經公司高爐長壽小組研究后，從源頭上減少入爐鋅含量，使高爐入爐Zn負荷降至0.2kg/t鐵水平。近年來7號高爐入爐Zn負荷趨勢見下圖3。

            圖3    7號高爐近年來入爐Zn負荷趨勢

4.1.2 高爐操作

通過一定的冶煉手段盡可能排出多的有害金屬元素，減少對高爐的影響。鋅及堿金屬的排出主要是通過爐渣和爐頂中心煤氣流。通過定期（每季度）把爐渣堿度R₂由1.25下降至1.15排堿一周；爐頂中心溫度通過中心加焦方式保證在450-650℃，保證了高爐爐內的排堿、排鋅，避免爐內鋅、堿金屬的嚴重富集。

4.2優化操業，維持高爐順行

長期穩定順行可以有效減緩高爐內襯和冷卻壁熱應力破壞的程度，有助于形成穩定和合理的操作爐型；可以避免因崩、坐料造成對爐缸“象腳”部位強烈的鐵水沖刷，有助于減小環壁碳塊的侵蝕速度，延長爐缸壽命。2017年7號高爐繼續保持了爐況長期穩定順行，基本杜絕了高爐崩料、懸料現象。

4.3通過上、下部調劑，達到合理的煤氣流分布

高爐順行是高爐本體維護，確保高爐長壽的一個關鍵性因素。而在高爐操作中，控制合理的煤氣流分布是實現高爐穩定順行的基礎。

2011年7月，高爐布料模式做了重大創新和調整，檔位由邊緣壓得過死的：

C⁴⁰₂ ^37.5₂ ³⁵ ₂ ^32.5₂ ³⁰ ₂   O^40.5₃ ³⁸₃ ^35.5₃ ³³ ₂調整為適當放松邊緣氣流及中心焦模式C^39.8₂ ^37.8₂ ^35.8₂ ^33.8₂ ^13.5₄  O^39.3₃ ^37.3₃ ^35.3₃ ^33.3₃，2016年逐步調整為C^36.5₂ ^35.5₂ ^33.5₂ ^30.5₂ ^13.5₄  O^36.5₂^35.5₃ ^33.5₃ ^30.5_3，煤氣流分布大大改善，管道、崩滑料次數減少，爐墻趨于穩定，高爐抗波動能力增強，爐況、爐溫趨向平穩，在穩定好下部調劑的基礎上合理調整上部料制。通過調整布料擋位，以獲得合理的煤氣流分布。布料擋位作為煤氣流分布上部調劑手段，與下部初始煤氣流分布相適應，爐況穩定順行，為高爐的長壽打下了堅實的基礎。

4.4 強化冷卻，確保高爐冷卻設備壽命

制定合理的冷卻制度對高爐安全生產和延長爐體壽命有重要意義。韶鋼7號高爐冷卻水系統為全工業水，爐役后期管道腐蝕嚴重（已有管道漏水現象），截止停爐，爐體三段冷卻板全部封堵，爐身部分冷卻壁燒損后穿管修復或封堵。因此，爐役后期需特別關注好冷卻設備的維護，建立完善的高爐本體及冷卻設備監測機制。

4.4.1冷卻水壓力在現有的條件下盡可能增大，進水溫度應小于33℃，在特殊情況下最多不能超過35℃（夏天高溫時段）；

4.4.2日常點檢制度也是保證高爐安全生產、延長高爐壽命中必不可少的重要管理制度，尤其是處于爐役后期的高爐。因此要重視日常點檢規章制度，加強重點部位的監護，加大點檢頻率，及時做好高爐長壽相關的記錄臺賬和跟蹤；

4.4.3加強水處理藥劑加入的管理，防止冷卻壁水管結垢而降低冷卻強度；

4.4.4加強冷卻設備的檢查、管理，出現冷卻設備異常情況，由爐內作業區負責組織查水，正常情況下，每周對7號高爐全面查水一次；

4.4.5爐身以上冷卻壁疑似漏水，先采取減水，利用休風機會單獨供水并采取對漏水冷卻壁的穿管技術技術來盡可能維持冷卻壁原有的冷卻強度，減緩高爐冷卻壁的燒損速度，杜絕了入爐水源。

4.4.6嚴禁對爐缸采取降水壓、減水量操作，確需調整水量的必須由高爐長壽小組研究同意后才能進行；

4.4.7高爐休風，嚴禁大幅對爐缸采取降水壓、減水量操作。

4.5 爐缸爐缸爐底內襯燒蝕狀況自動化診斷系統成功應用

 7號高爐在修建時從烏克蘭引進了高爐爐缸爐底內襯燒蝕狀況自動化診斷系統，是當時國內第一座采取該系統監控的高爐。該系統的特點是利用大量埋設在高爐含碳內襯立體空間的高爐傳感器來檢測高爐爐缸爐底內襯的溫度分布。熱電偶分布圓周上平均對稱分22個扇區，扇區與扇區之間間隔1.98米左右，每個扇區熱電偶分布基本是相同的，在豎直高度分11層，分別埋在各層炭磚表面挖的槽里,具體見下圖4、圖5。

圖4  熱電偶在爐缸爐底圓周上分布情況                      圖5  爐缸7層炭磚側壁溫度情況    

從圖4、圖5可知，爐缸爐缸爐底內襯燒蝕狀況自動化診斷系統實時顯示了爐缸炭磚的溫度情況、殘厚情況，為實時監控炭磚的侵蝕情況，爐缸狀態維護提供了數據支持，為高爐操作人員準確判斷提供了依據。

4.6 鐵水硅硫控制采取“高堿、中硅、低硫、高熱”八字操作方針。

高堿：終渣堿度1.2-1.25，因高堿度爐渣熔化溫度高，更有利于在爐缸側壁形成穩定的保護渣殼，降低液態渣鐵沖刷侵蝕；中硅：[Si]0.45%，有效促進侵蝕位置鈦化物沉積；低硫：[S]0.018-0.023%，適當提高鐵水粘度，降低鐵水流動性沖刷；高熱：[T]1500℃，保證爐缸充足熱狀態，減輕爐缸堆積，提高爐缸抗波動能力。

4.7 加強鐵口操作和管理。

維護好鐵口，必須杜絕淺鐵口現象，按時出盡渣鐵。鐵口深度由原3000mm～3300㎜加深至3200㎜～3500㎜控制，保證了鐵口操作穩定，日出鐵次數由13爐次下降至10爐次，平均出鐵時間由100±10min延長至125±10min。

4.8灌漿維護。

針對由于熱脹冷縮使爐缸磚襯與爐殼間出現氣隙的問題，通過更換鐵口保護磚及采取鐵口壓漿措施避免氣隙的擴大，消除鐵口區域冒煤氣的現象，提高了爐缸的有效傳熱效率。

5  停爐調查

5.1高爐冷卻壁破損情況。

爐缸：爐缸到風口區1-5層光面冷卻壁和異形冷卻壁完好；

爐腹、爐腰：6-9層銅冷卻壁維護較好，6、7和8層銅冷卻壁層銅冷卻壁鑲磚仍然存在，9層、8層銅冷卻壁上部完好；10-12層鑄鐵冷卻壁損壞嚴重，越靠近下側損壞越嚴重。特別是10層9#冷卻壁燒損只剩下約1/3,具體見圖6。

爐身：13-19層冷卻壁相對較好，從下至上燒損情況呈減弱趨勢，最上部兩層爐吼鋼磚完好，具體見圖7。

圖6 10層9#冷卻壁燒損情況                                            圖7  13-19層冷卻壁情況

5.2 爐缸炭磚侵蝕情況

爐缸碳磚與理論計算基本相吻合，侵蝕嚴重區域主要集中在1號鐵口附近8-10號風口、2號鐵口區域。最薄處約0.5米左右；靠近東側風口區碳磚相對完好，最長有800-900mm；爐底碳磚剩余4層，約1.5m。爐缸陶瓷杯和陶瓷墊完全燒損，鐵口區下部0.5米以下都是烏龜鐵（本次停爐未放殘鐵)，高度約3.0m左右，重845噸。

6  結語

6.1韶鋼7號高爐從長壽爐型設計，爐缸砌筑質量把控、有害元素控制、操作爐型的維護，后期護爐措施的應用等一系列措施，促使高爐一代爐齡達到16年，達到國內同類型高爐長壽的先進水平；

6.2隨著高爐大型化、高強度冶煉的需要，應建立高爐的冷卻制度，完善監控手段，保證爐役后期高爐穩定安全運行.韶鋼7號高爐從烏克蘭引進了高爐爐缸爐底內襯燒蝕狀況自動化診斷系統，對高爐的長壽、尤其是爐缸炭磚側壁溫度、殘厚管理起到十分重要的意義。

6.3高爐維持長期穩定順行、上、下部調節匹配，維持合理的操作爐型，是生產過程保證高爐長壽的主要措施。

參考文獻

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