高向洲1，張志斌1，張 利2，馬 祥1，于恒亮1，郭卓團1
（1．內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司煉鐵廠，內蒙古 包頭 014010；
2．內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司制造部，內蒙古 包頭 014010）
摘 要：高爐爐缸是制約高爐壽命達到15年以上的關鍵部位，也是決定高爐壽命的關鍵因素。針對5＃ 高爐爐缸側壁溫度升高，通過對爐缸侵蝕機理的研究，判定鐵水環流加劇、炭磚侵蝕嚴重是爐缸側壁溫度升高的直接原因。5＃ 高爐通過采取制定預警標準、強化日常管理、優化鐵口深度標準與加強維護、根據三級預警調整生產操作參數等防治措施，爐缸側壁標高 8.663ｍ 處鐵口區溫度均下行，停爐前基本穩定在350 ～450 ℃ ，處于可控范圍。
關鍵詞：高爐長壽；爐缸；側壁溫度；預警管控；鐵口深度
包鋼5＃ 高爐于2019 年 4月大修開爐，有效容積為1500 ｍ3 ，設置24個風口，東西兩個出鐵場，配備有渣鐵擺嘴。本體采用開路循環水冷卻，共有17段冷卻壁。爐頂采用并罐裝料工藝。期間受市場影響2022年8月停爐，鋼鐵市場回暖后，5＃ 高爐于2023 年2月重新開爐，期間高爐總體安全運行3年零4個月。
1 現狀
5＃ 高爐爐缸侵蝕主要集中在兩鐵口下方，炭磚殘存厚度東鐵口下方為816 ｍｍ，西鐵口下方為875 ｍｍ，其他方向為1000～ 1300 ｍｍ，爐底厚度較均勻，在 2078～ 2211ｍｍ 之間。東鐵口下方標高 8.663ｍ 側壁溫度7 月11 日11：53 東場堵口后溫度 陡升，15 ｍｉｎ 內溫度從 586 ℃ 上升至597 ℃ ，后采取 西場連續出鐵一次，溫度逐步下降至 576 ℃ ，恢復雙 場正常出鐵后該溫度又繼續上升至611 ℃ 。
2 爐缸結構
爐缸是決定高爐壽命的關鍵部位［1］ 。5＃ 高爐爐 缸采用國產超微孔炭磚，爐底采用陶瓷墊搭配超微孔＋半石墨磚的復合結構設計。爐缸爐底區域埋設了163 支柔性電偶，后又增設16 支電偶（每支兩個 測溫點），共計195個測溫點，這些電偶在高度上分11層，其中爐底設計5層，爐缸側壁設計6層，縱向 高度從4.50 ｍ 至9.081 ｍ，爐缸側壁重點侵蝕區域插深分別為0.30 ｍ 和0.15ｍ，配備爐缸爐底溫 度場在線監測預警模型。
3 側壁溫度升高原因分析
3.1 原燃料質量波動大
5＃ 高爐原燃料質量整體較差，鼓風動能基本維持在 80 ｋＪ／ ｓ，低于行業平均 125ｋＪ／ ｓ 的鼓風動能， 中心氣流長期偏弱，導致爐缸死焦堆肥大且透液性 不好，鐵水環流加劇，爐缸側壁侵蝕速度加劇。表1為焦炭質量指標，表2為有害元素入爐負荷。
由表1可知，5＃ 高爐所使用的西區濕焦灰分偏 高，反應后強度波動較大，焦粉率高，且為搗固焦，氣 孔率小，對爐缸透液性影響較大。由表2可知，隨著 護爐措施使用，入爐鈦負荷呈上升趨勢，堿負荷、鋅 負荷較高，其危害主要有：
（1）提前并加劇 CO2 對焦炭的氣化反應，縮小 間接還原區，擴大直接還原區，進而引起焦比升高， 降低料柱特別是軟熔帶氣窗的透氣性，引起風口大 量破損。
（2）加劇球團礦災難性膨脹和多數燒結礦中溫 還原粉化。
（3）由于上述兩種原因，引起高爐料柱透氣性 惡化，壓差梯度升高，如不適當控制冶煉強度，會頻 繁地引起高爐崩料、懸料乃至結瘤。
（4）對于堿金屬積累嚴重的高爐，礦石（包括人 造礦）的軟熔溫度降低，焦炭破損嚴重，在氣流分布 失常或冷卻強度過大時，也會引起高爐上部結瘤。
（5）堿金屬、鋅等有害元素會引起硅鋁質耐火 材料異常膨脹、熱面剝落和嚴重侵蝕，從而大大縮短 了高爐內襯的壽命，嚴重時還會脹裂爐缸、爐底鋼 殼。
3.2 鐵口深度不夠
試驗分析在鐵口附近，隨鐵口深度的增加，爐缸 內壁上部和下部剪切應力值顯著減小；而在遠離鐵 口的位置剪切應力值變化很小。說明鐵口深度的變 化對鐵口附近周圍的應力分布影響較大，而對離鐵 口較遠的區域影響較小。造成這種情況的原因是， 隨著鐵口深度的增加，鐵水向鐵口中心流動，使得爐 缸邊緣的鐵水環流減小，從而減輕了對爐缸內壁的 沖刷及熔蝕。隨著鐵口深度的增加，爐缸內壁剪切 應力值的減小幅度有所變化［2－4］ ，見圖1。
5＃ 高爐日常生產中，鐵口深度長期保持在2.5 ～ 2.8 ｍ，對標行業同級別高爐鐵口平均深度為2.8 ｍ，由于鐵口深度偏小，沒有很好地形成有效泥 包對炭磚進行保護，加劇了鐵口區域鐵水流動沖刷 頻率，從而增加了對鐵口區域內襯的侵蝕速度。
3.3 鐵口區炭磚侵蝕嚴重
5＃ 高爐爐缸標高 8.633 ｍ 處炭磚出廠型號為1198 ｍｍ ×500 ｍｍ，停爐后通過對爐缸炭磚侵蝕情況調查，炭磚殘留厚度見表3。
由表3可知，東西鐵口下方標高8.663 ｍ 處炭 磚殘留厚度最薄為138 ｍｍ，最厚處也僅有468 ｍｍ， 是側壁溫度升高的直接原因。
4 防治措施
為了有效控制爐缸側壁溫度上升且處于可控范 圍內，確保高爐安全停爐，特制定如下預防和治理措 施。
4.1 制定爐缸預警標準及操作標準
針對 5＃ 高爐爐缸側壁溫度異常升高，為保證安 全生產，制定以下特護標準。具體預警值和對應措 施見表4、表 5。
依據預警級別采取如下相應措施：
（1）爐內操作。鐵水物理溫度大于1500 ℃ ，鐵水 Si 含量在0.50％ ～ 0.65％ 之間，鐵水 S含量小于0.030％ ，在縮小風口或加長風口的基礎上酌情堵風 口。長期使用釩鈦礦護爐，鐵水Ti含量控制在0.18％ ～0.25％ ，減產 5％ 以上直至穩定。
（2）爐前操作。鐵口深度大于 3.0ｍ；鐵口區域 側壁溫度高時，使用特護炮泥；連續兩爐低于鐵口深 度下限，應分析原因，采取有效措施，避免半截漏和 滲鐵現象；側壁溫度高的鐵口控制出鐵時間，原則上 出鐵時間應小于90 ｍｉｎ，鐵口見噴后方可堵口；出鐵 量減少，采取兩個鐵口輪流出鐵，以確保兩個鐵口泥 包完整。
（3）冷卻制度。檢查冷卻設備漏水情況，及時 更換漏水冷卻設備；爐缸冷卻強度用至最大能力，降 低進水溫度至最低，同時溫度高的冷卻壁單獨改高 壓水冷卻；嚴格執行水質控制標準。
（4）增加人工檢測次數。增加鐵口區域溫度高 對應一側爐殼溫度自動檢測設備；爐基水溫差及爐 殼溫度檢測，每班一次，并按此頻次發相關數據至 “煉鐵廠高爐長壽”群。
（5）其他。如有上述沒有描述到的異常情況出 現時，按相應的應急措施進行處理；以上動作量由每 天碰頭會決定，側壁溫度小于500 ℃ 開始逐步返回 調整量；利用系數按小于 2.3ｔ ／（ｍ3 ·ｄ）控制。
4.2 強化基礎管理
爐缸側壁溫度、炭磚殘留厚度任何一項達到預警 等級，應匯報生產技術部，由生產技術部進行核定。
（1）信息管理。預警在正常范圍內，每天早班匯報 1次，達到預警每班匯報2次（6 小時／次）。預 警信息發送至高爐長壽微信群。
（2）電偶維護。加強爐缸區域電偶維護，出現 異常及時檢查更換，同時增設爐缸冷卻壁水溫差升 高部位的電偶，以監測此部位爐墻的溫度變化情況。
（3）爐殼測溫。在爐缸冷卻壁水溫差較高爐殼 處，按要求用紅外測溫檢測爐皮溫度，并作好記錄。 同時定期用紅外成像儀拍攝爐皮熱成像圖，必要處 安裝爐皮溫度檢測裝置，連續監測爐皮溫度。
4.3 鐵口深度標準的制定與維護
4.3.1 優化鐵口深度標準
鐵口深度即出鐵時鐵口區域爐墻和爐內泥包渣 鐵通道的總長度。圖2為國內部分高爐鐵口深度和爐容的關系，由圖2可以看出，隨爐容的增大，鐵口 深度相應增加。對于3000ｍ3以下級別高爐，鐵口深度隨爐容增加趨勢明顯，3000ｍ３以上級別高爐， 鐵口深度增加趨勢變緩。鐵口深度與鐵口區域爐墻 厚度有關，一般要求在爐墻厚度的 1.2 ～1.5 倍之 間［5］ 。
結合包鋼高爐設計資料及行業同級別高爐合理 鐵口深度計算得出 ５＃ 高爐鐵口深度在 2.8 ～3.0 ｍ 較為合理。
4.3.2 加強鐵口的維護
（1）保持正常的鐵口深度。根據鐵口的構造， 正常的鐵口深度應稍大于鐵口區爐襯的厚度。保持 正常的鐵口深度，在操作上應每次渣鐵出凈后，全風 堵鐵口；保持適宜的堵泥量；炮泥質量應滿足生產要 求，要有良好的塑性及耐高溫渣鐵磨蝕和熔蝕的能 力；加強鐵口泥套的維護。
（2）保持正常的鐵口角度。固定鐵口角度操作 十分必要，出鐵口由一套組合磚砌筑，如鐵口角度改 變，必然破壞組合磚，同時爐缸鐵水環流會加重對爐 缸磚襯的侵蝕。
（3）保持正常的鐵口直徑。鐵口孔道直徑變化 直接影響到渣鐵流速，孔徑過大易造成流量過大，引 起渣鐵溢出主溝或下渣過鐵等事故。另外，還會引 起出鐵間隔時間不均勻，影響爐況順行。
（4）保持鐵口泥套完好。保持鐵口泥套完好可防 止鐵口冒泥和鐵口堵不上，減少事故，保證鐵口深度。
5 治理效果
通過采取以上防治措施，5＃ 高爐爐缸側壁標高8.663 ｍ 處鐵口區溫度上升得到了有效的遏制，基本穩定在 350 ～450 ℃ 之間，無明顯變差的趨勢，處 于可控范圍內，消除了爐缸安全的重大隱患，為高爐 安全高效運行創造了良好條件。
6 結論
（1）通過對爐缸炭磚侵蝕調查，東西鐵口下方 標高8.663 ｍ 處炭磚殘留厚度最薄處為138 ｍｍ，位 于東鐵口下方，最厚處也僅有468ｍｍ，炭磚侵蝕嚴 重是側壁溫度升高的直接原因。
（2）5＃ 高爐通過采取制定預警標準、完善高爐 管理、優化鐵口深度、調整生產操作參數等措施，爐缸側壁溫度得到了有效防治。
參考文獻
［1］ 張福明，程樹森． 現代高爐長壽技術［Ｍ］． 北 京：冶金工業出版社，2012．
［2］ 王平，別威． 高爐爐缸鐵水流場數值模擬［Ｊ］． 金屬材料與冶金工程，2011（1）：19 －20．
［3］ 朱進鋒，程樹森． 高爐缸死焦堆對渣滯留率的 影響［Ｊ］． 北京科技大學學報，2009，31 （2）： 225 －226．
［4］ 王平，別威． 高爐爐缸內不同死料柱狀況對鐵 水流場的影響［Ｊ］． 安徽工業大學學報，2011 （2）：105 －106．
［5］ 周傳典． 高爐煉鐵生產技術手冊［Ｍ］． 北京： 冶金工業出版社，2012．