錢堃， 李偉華， 馬西武

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

摘 要：新余鋼鐵集團有限公司2 500 m³ 高爐于2021年停爐大修，通過停爐前的準備以及停爐過程中各參數的控制，較好地完成了停爐工作；同時，根據拉姆公式推斷高爐爐底侵蝕深度，綜合考慮現場條件、安全等方面的因素，最終確定殘鐵口位置。由于受多種因素影響，致使殘鐵放出量較少，文中詳細分析了殘鐵放出量少的原因以及解決措施，為今后停爐放殘鐵提供寶貴的生產經驗。

關鍵詞：停爐；爐底侵蝕深度；殘鐵口位置；放殘鐵

新余鋼鐵集團有限公司（簡稱新鋼）9# 、10# 高爐（容積2 711 m³）于2009年投產，爐齡已達13年，一代爐齡產鐵量達10 502 t/m^3[1] ，采用陶瓷杯炭磚水冷爐底爐缸結構，爐底中心下部平砌5層炭磚，其中，下面2層為國產半石墨炭磚，中間1層為國產石墨炭磚，上面2層為進口微孔炭磚，上部砌2層低導熱剛玉莫來石磚。2座高爐爐役后期，由于2# 鐵口下方區域侵蝕嚴重，爐襯溫度最高可達800 ℃，爐缸存在燒穿的危險，已嚴重威脅高爐生產安全。因此，新鋼9# 、10# 高爐相繼于2021年4月8日和11月15日降料面停爐，隨后開展放殘鐵作業，9# 高爐放殘鐵200 t，10# 高爐放殘鐵176 t，相對同類型高爐殘鐵放出量偏少。

1 高爐停爐前操作

1.1 爐溫堿度控制

9# 、10# 高爐停爐前鐵水溫度及爐渣成分如表 1 和表 2 所列。停爐前 3 天，爐溫堿度基本在合理范圍內，渣鐵物理熱量充足，10# 爐停爐前添加了螢石，以改善渣鐵流動性。

1.2 渣鐵流動性控制

渣鐵的流動性與爐溫、爐渣堿度及渣中鎂鋁比（w（MgO）/w（Al₂O₃ ））等因素密切相關。低鎂鋁比渣處于穩定性區域邊緣，當對低鎂鋁比渣進行冶煉時，易出現渣鐵熱量不足、爐溫波動大、渣鐵排放困難等問題。因此，低鎂鋁比渣對冶煉條件和水平要求較高，而過高的鎂鋁比渣也存在不穩定的區域。考慮 MgO 含量對爐渣排堿的影響，在目前的冶煉條件 下，鎂鋁比控制 在 0.5～0.6 為宜^[2] 。

由表 2 可知，10# 高爐停爐前鎂鋁比控制在 0.5左右，處于爐渣穩定性的邊緣區域，易造成渣鐵排放困難等問題。

1.3 停爐前鐵口角度的調整

停爐前 1 周，9# 高爐鐵口角度由 11.5°調整到12.5°；10# 高爐鐵口角度未調整，維持正常生產時的鐵口角度，不利于降低死鐵層的厚度，給放殘鐵及后續清理工作帶來一定的困難，因此，應適當提高鐵口角度。

1.4 停爐前控水及其他操作

9# 高爐鐵口下方炭磚溫度變化情況如圖 1 所示。9# 高爐停爐前，1# 鐵口下方炭磚溫度呈上升趨勢，2# 鐵口下方炭磚溫度波動較大，因此，基于安全考慮，9# 高爐停爐前，未對其采取提高冶煉強度、活躍爐缸的措施，且爐底水與爐缸側壁水串聯，停爐前未對爐底水量進行調整。

10# 高爐鐵口下方炭磚溫度變化情況如圖 2 所示。10# 高爐停爐前，鐵口下方炭磚溫度相對平穩且略有下降的趨勢，高爐具備提高冶煉強度、活躍爐缸的條件。

因此，停爐前 1 個月，適當調整了高爐操作參數，具體包括以下幾方面：

1）風量、氧量調整。10 月 15 日前，10# 高爐風量為4 850 m³ /min，氧量為10 500 m³ /h，自10月15日開始，逐步提高冶煉強度，直至停爐前 2 周。風量為 4 970 m³ /min，氧量為 13 800 m³ /h，產量提升至 6 750 t/d。

2）爐底、爐缸冷卻水量調整。11月2日，爐底水量由755 m³ /h調整至610 m³ /h，軟水總量由4 534 m³ /h調整至 4 484 m³ /h；11 月 9 日，爐底水量由 610 m³ /h調整 至 532 m3 /h，軟 水 總 量 由 4 484 m3 /h 調 整至4 000 m³ /h；11月10日，爐底水量由532 m³ /h調整至493 m³ /h，軟水總量由4 000 m³ /h調整至3 760 m³ /h。

3）裝料制度調整。10 月 10 日，適當調整了布料矩陣，即 ，確保中心氣流充足的同時，適當發展邊緣氣流^[3] ，此外，還需滿足相對適宜的煤氣流速及溫度^[4] 。

2座高爐在停爐前4天均添加一定量的錳礦洗爐，鐵中Mn含量由0.3%上升到0.6%左右，鐵水流動性得到改善；10# 高爐在停爐料中加入螢石以改善渣鐵流動性，確保停爐前最大限度地出凈爐內渣鐵，但加入時間較短，未能增加殘鐵放出量。

2 停爐操作

2.1 9# 高爐停爐料的選擇

9# 高爐于 4 月 7 日 0:00 實現全焦冶煉，焦炭負荷由 4.00 降至 2.84，礦批（含錳礦）為 60 t，焦批為18.5 t，焦丁為 2.6 t，預設焦比為 590 kg/t，鐵水 Si含量控制為 0.8%～1.0%，堿度設定為 1.15左右，鐵水物理熱高于1 490 ℃，保證良好的渣鐵流動性能。

2.2 9# 高爐停爐過程

4月7日0:00全焦冶煉料入爐，2:00停止噴煤，因停止噴煤導致理論燃燒溫度偏高，壓差上升且波動大，高爐減風至 4 700 m³ /min 左右，并降風溫 至950 ℃。7:44停止富氧，壓差波動幅度仍較大，9:10左右出現管道行程，故進一步減風至4 600 m³ /min，控制風溫至900 ℃直至降料面。隨著壓差趨于穩定，逐步恢復風量至4 800 m³ /min，12:19裝完最后一批料后開始降料面停爐，降料面進程與爐頂煤氣成分有關，要求 H2含量低于 12%，最高不高于 15%，O₂含量低于2%^[5] ，做到安全、環保、快速停爐^[6] 。停爐過程中，根據頂溫情況調節打水量，切斷煤氣，前爐頂溫度控制為250～350 ℃，切斷煤氣后頂溫控制為300～400 ℃。 降料面過程中多次出現局部小管道，通過逐步減風控制，直至22：35時，煤氣中H2含量達到10.1%，開爐頂放散閥，切斷煤氣，維持風量1 900 m³ /min 直至休風，整個停爐過程中，為控制爐頂溫度，通過爐頂打水消耗水量共1 109 m³ ，耗時17 h。

2.3 9# 高爐停爐前的出鐵情況

9# 高爐停爐前出鐵情況如表3所列。開始降料面時出鐵水 4 爐，最后 1 爐在風口出現吹空后出鐵水，出鐵過程中渣鐵物理熱充足，流動性良好，總出鐵量為917 t，比理論計算出鐵量約少70 t。

2.4 10# 高爐停爐料的選擇

10# 高爐于 11 月 14 日 10:00 實現全焦冶煉，焦炭負荷由4.25降至2.74，礦批（含錳礦、螢石）為62 t，焦批為20.6 t，焦丁為2 t，預設焦比為611 kg/t，爐溫控制為 0.8%～1.0%，堿度設定為 1.13左右，鐵水物理熱高于1 490 ℃，保證良好的渣鐵流動性能。

2.5 10# 高爐停爐過程

與 9# 高爐類似，10# 高爐停爐前期停止噴煤后，也出現壓差波動大的情況，通過減風、降風溫、減少富氧量等措施控制壓差，壓差逐步平穩后高爐塌料，料線達到6.5 m。14：18裝完最后1批料后開始空料線停爐，爐頂溫度控制與 9# 高爐相同，停爐過程中出現短期的管道征兆，其余階段壓力差平穩，無明顯爆震現象。直至 11 月 15 日 1：00 發現風口變黑，開爐頂放散閥，切斷煤氣，實現停爐過程中的煤氣全回收。整個停爐過程中，通過爐頂打水消耗水量共1 512 m³ ，總耗時13.3 h。

2.6 10# 高爐停爐前的出鐵情況

10# 高爐停爐前出鐵情況如表4所列，降料面后出鐵3次，最后1爐在風口出現吹空后出鐵水，出鐵過程渣鐵流動性良好，物理熱充足，共出鐵1 039 t，較理論出鐵量少21 t

2.7 兩次停爐過程對比

1）9# 高爐停爐總耗時17 h，10# 高爐停爐總耗時13.3 h。

2）停爐料裝入時間不同，兩次停爐、停氧、停煤時間有較大差異，

9# 高爐開始降料面前 4 h 停止供氧操作，降料面前 10 h 停煤，實現全焦冶煉；10# 高爐降料面后 7.4 h 停止供氧操作，此時煤氣中 H₂含量 為 5%，降 料 面 前 10 min 停 煤 操 作，實 現 全 焦冶煉。

3）開始降料面后風量差別較大，9# 高爐開始降料面 7 h 后風量減至 2 000 m³ /min 以下；10# 高爐開始降料面 9 h 后風量減至 2 000 m³ /min 以下，停爐進程加快。9# 、10# 高爐停爐減風情況對比如圖 3所示。

3 放殘鐵過程

3.1 殘鐵口位置理論推算

10# 高爐死鐵層設計高度為 2.3 m，2 層國產陶瓷墊及微孔炭磚厚度均為 0.802 m，3 層國產半石墨炭磚厚度為1.203 m。利用拉姆公式推算爐底陶瓷墊及炭磚的侵蝕程度[7-8] ，如式（1）和式（2）所列。

式（1）、式（2）中：X為爐底最大侵蝕深度，m；T₀為鐵口中心線鐵水溫度，℃，取 1 500 ℃；T₁為爐底中心溫度，取 300 ℃；h0為死鐵層設計深度，m；T_θ為鐵水凝固溫度，一般取 1 150 ℃；λ₁、λ₂、λ₃分別為半石墨炭磚、微孔炭磚和陶瓷墊的導熱系數，W/（m·K)；α為 單位面積爐底平面上管壁對冷卻水的給熱系數，W/（m²· h·℃）；λ_q為鐵水導熱系數，取17.45 W/(m·K)； d₁、d₂、d₃分別為半石墨炭磚、微孔炭磚和陶瓷墊的設計厚度，m；V為單位面積爐底冷卻水流量，m³ /(m² ·h)； C 為冷卻水的比熱容，為 4 186 kJ/(m³ ·K)；d 為冷 卻水管內徑，m；v 為冷卻水流速，m/s；b 冷卻水管間距，m。

10# 高爐爐底冷卻水量為755 m³ /h，水管內徑d= 0.1 m，水管間距b=0.25 m，V=7.4 m³ /(m²· h)，v=1.5 m/s， 因此，α=4.637 w/（m·² ·h℃）。λ₁=11 W/（m·K）、λ₂= 11 W/（m·K)、λ₃=3 W/（m·K)。經計算X=1.38 m。

3.2 殘鐵量計算

10# 高爐死鐵層厚度為 2 300 mm，鐵口深度為 3 200 mm；鐵口傾角為 11.5°，出鐵后液面標高 h1=2 300-3 200×sin（11.5°）=1 662 mm，侵蝕深度 h2=1 380 mm，爐缸內液面總高度H=h₁+h₂=3 042 mm。

爐缸直徑 D=11 400 mm，ρ（Fe）取值為 7 t/m³ ，容鐵系數 K一般取值 0.55~0.60^[9] ，考慮到容鐵系數與死鐵層的死料堆大小有關^[10] ，因此，K取值為0.50。殘 鐵量（W）根據式（3）計算。

W=K·π（D² /4）·H·ρ（Fe） （3）

通過計算，侵蝕后爐缸的殘鐵量為 1 086 t，但10# 高爐只放出鐵水 176 t，爐缸理論殘余鐵水 910 t 左右，在實際清理爐缸過程中，估計殘鐵量為860 t， 理論計算與實際基本吻合。

3.3 放殘鐵作業

兩次放殘鐵作業分別選擇兩家爐缸專業清理公司，9# 高爐由南京聯合榮大工程材料有限責任公司負責，10# 高爐由山東信隆工程材料有限公司負責，殘鐵口的位置標高選擇基本相似，9# 、10# 高爐放殘鐵開孔情況如表5所列。2座高爐放殘鐵開孔角度均為 12°。9# 、10#高爐停爐放殘鐵開孔示意如圖4所示。

殘鐵口方位的選擇原則應為爐缸水溫差和爐底溫度較高的方向，同時又要兼顧出殘鐵時方便鐵水運輸^[9] 。通過測量縱向溫度確定兩次放殘鐵爐殼拐點的位置^[11] 。9# 、10# 高爐爐底為“象腳”狀侵蝕，“象腳”底部橫向侵蝕最嚴重，此處的爐缸環炭溫度最高，在其附近存在爐皮縱向溫度突變，即為溫度拐點^[12] 。“象腳”狀侵蝕的重點區域為鐵口附近^[13] ，9# 高爐在東南角，10# 高爐在西南角，2個位置所在的區域較為開闊，作業環境好。但從爐缸側壁溫度分析來看，2座高爐的南面均是侵蝕較弱的區域，侵蝕較嚴重的一側均在北面，即位于 1# 鐵口與2# 鐵口中間，不選擇此方向開殘鐵眼有兩方面原因：

1）1# 、2# 鐵口中間有1根承重主梁，若在此方向架設殘鐵溝，必須對承重主梁進行部分割除，將影響主梁的結構強度。

2）若在北面放殘鐵，只能選用 100 t 小罐裝鐵水，設置的沙壩較多，鐵流過大時不宜控制，容易造成鐵水落地，存在安全隱患。

9# 高爐于 4 月 9 日 2:20 左右打開殘鐵口，停爐休風約 21 h，開殘鐵眼的時間偏長；10# 高爐放殘鐵吸取了9# 高爐的經驗，在標高相對偏低的位置放殘鐵，加大開孔角度，10# 高爐停爐休風后14 h打開殘鐵眼，較9# 高爐快7 h。

從兩次清理爐缸的實際情況來看，2座高爐扒渣至第11層炭磚上表面時，出現凝渣凝鐵層，標高約為10.495 m，比殘鐵眼位置分別高1.5 m和1.3 m，且呈現中心較高、邊緣較低的情況。

4 放殘鐵量少的原因分析

4.1 凝鐵層的形成

開 爐 初 期，高 爐 爐 芯 溫 度 最 高 點 溫 度 達 到1 080 ℃。隨著生產過程的進行，高爐操作制度發生 改 變，爐 芯 溫 度 逐 漸 下 降，2014 年 降 至 200～300 ℃，持續到停爐。從爐芯溫度情況分析，高爐中 心 形 成 了 較 厚 的 凝 鐵 層，具 體 原 因 有 以 下 兩方面：

1）爐缸的冷卻強度過大。通常認為1 150 ℃是爐缸耐火材料的侵蝕線^[14] ，9# 、10# 高爐爐底水冷管布置在爐底封板之上，爐役后期加大爐底冷卻水量，冷卻強度較大，使爐底的1 150 ℃等溫線整體上移，凝鐵層逐步變厚。

2）高爐每年配合煉鋼廠檢修，停爐檢修1~2次，爐缸無熱量補充，爐底冷卻水逐步帶走爐缸熱量，使爐缸溫度下降，凝鐵層加厚。

4.2 操作制度的影響

煉鐵廠 2 座 2 500 m3高爐均于 2009 年開始投產，2014年之前，布料方式采取中心加焦模式以維持中心氣流，2014年，為節焦降耗，2座高爐相繼取消中心加焦。

9# 、10# 高爐取消中心加焦前后爐芯溫度變化情況分別如圖 5和 圖6所 示。2 座高 爐采用中心加焦時，爐芯溫度一直高于 500 ℃，2013 年4 月前，最高達到 700 ℃以上。9# 高爐于 2014 年6 月、10# 高爐于 2014 年 10 月相繼取消中心加焦后，爐芯溫度均 出現較大幅度下降 ，下降 至300 ℃左 右，主要原因是取消中心加焦后，煤氣向爐缸中心滲透相對較少，導致高爐爐芯帶中部溫度降低^[15] 。

5 提高殘鐵放出量的措施

為提高生產效率，降低生產成本，提高高爐殘鐵放出量，采取以下措施：

1）參照侵蝕機理，停爐前根據高爐爐芯溫度情 況 調 整 為 上 部 裝 料 制 度，保 證 充 足 的 中 心 氣流，盡量提高高爐爐芯帶溫度，以降低爐缸殘鐵層的厚度。

2）在保證安全的前提下，停爐前 1～2 個月停止配加護爐劑，提前加入螢石、錳礦等洗爐劑洗爐，并且控制合適的爐溫、堿度，以及渣中鎂鋁比，改善渣鐵流動性。

3）停爐前提前控制爐缸冷卻水的流量，以降低爐底冷卻強度^[16] ，減少爐底散熱。

4）每年配合煉鋼檢修的長時間停爐，應嚴格控制爐底冷卻水量，做好爐缸的保溫工作，減少停爐過程中的熱量損失。

6 結束語

9# 、10# 高爐空料線停爐過程較為成功，尤其是10# 高爐，實現了全回收煤氣停爐，為高爐煉鐵提供了寶貴的生產經驗。

1）停爐料的選擇較為合理，停爐前爐況穩定順行，爐溫、堿度控制在合適范圍內，且停爐前的渣鐵流動性良好。

2）兩次停爐前準備工作充分，通過手動與自動相結合的方式控制爐頂打水，停爐過程爐頂未出現明顯的爆震現象，做到了安全快速停爐。

3）兩次停爐放殘鐵量少，主要因為停爐前爐渣鎂鋁比控制偏低，高爐冷卻制度的控制不到位，以及高爐中心主導氣流不夠穩定等；此外，在高爐設計上還存在局限性，爐缸侵蝕嚴重的區域不具備開殘鐵眼條件。

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