梁紅星， 李會波， 遲鵬邐， 李 銘
（邯鋼集團邯寶鋼鐵有限公司煉鐵廠， 河北 邯鄲 056015）
摘 要：總結了邯寶 1 號 3 200 m3 高爐在長壽方面的一些經驗，分析了高爐設計建造及烘開爐的前期工作對高爐壽命的影響，同時也從高爐投產后保持長期穩定順行，優化渣鐵排放制度、冷卻制度、精料制度等，保持爐缸活躍，避免冷卻壁及風口漏水，優化爐缸的在線維護等方面分析對高爐爐缸壽命的影響。
關鍵詞：高爐；爐缸；長壽；維護
0 引言
一代高爐壽命的結束以高爐放殘鐵大休為標志，可見高爐爐缸的壽命決定了高爐的整體壽命。要實現高爐長壽，最關鍵的是要保證爐缸的長壽。本文通過對邯鋼邯寶 1 號 3 200 m3 高爐長壽情況的分析研究得出高爐爐缸長壽的主要影響因素。邯鋼邯寶 1 號 3200 m3 高爐于 2008 年 4 月 18 日投產，2021 年 6 月17 日停爐大修，中間沒有中休，連續生產 13 年，累計產鐵 34 623 008 t，單位有效容積產量 10 820 t/m3 ，實踐生產中高爐在長壽方面取得不少成功經驗。
1 影響高爐爐缸長壽的因素
1.1 長壽設計及施工
長壽設計及施工是保證爐缸長壽最主要的先天因素。合理的長壽設計是影響爐缸長壽與否的先天因素，所謂合理，即根據爐缸的侵蝕因素（鐵水滲透和侵蝕、鐵水流動沖刷、熱應力、有害元素等）進行設計，能有效防止目前已發現的爐缸損壞形式（如碳磚環列、象腳侵蝕等）出現，且能取得較好的其他指標的設計。
1 號高爐爐缸直徑 12.6 m，爐缸深度 5 m，加大了死鐵層，可有效緩解渣鐵對爐缸的環流沖涮，此外擴大了爐腰直徑，減小了爐腹角，可改善煤氣流分布，利于穩定爐腹渣皮、延長爐腹壽命；擴大爐腰直徑，減小爐身角能夠改善料柱透氣性，降低煤氣流速，減小爐料膨脹對內襯和渣皮的摩擦力，以上設計都能使高爐冷卻壁在生產中損壞的概率降低，有效避免冷卻壁漏水進入爐缸引起的爐缸碳磚氧化。1 號高爐爐底直冷管水冷，1 層為國產石墨磚，2、3 層為國產微孔碳磚，4、5 層為德國 SGL 大塊超微孔碳磚，最上兩層為楔形陶瓷杯，爐底總厚度為 2 800 m。爐缸側壁外環采用UCAR 熱壓小碳磚 NMA，鐵口區采用 NMD，內壁采用國產陶瓷杯，風口區用大型異型組合磚。美國 UCAR熱壓碳磚尺寸小，單塊碳磚的溫差小，有良好的抗堿侵蝕能力。美國 UCAR 熱壓碳磚的典型性能指標如表1 所示。從表 1 可見，美國 UCAR 熱壓碳磚特點還包括：低滲透性，氣孔度小，氣孔封閉，吸水性能極弱；抗熱震性、熱沖擊性好；熱導率高；導電性好。
由此可見，1 號高爐在先天設計上就為高爐長壽奠定了夯實的基礎。
1.2 烘爐及開爐質量
烘爐及開爐質量是保證爐缸長壽的另一個先天因素。高爐在開爐之前要先進行烘爐，使高爐耐火材料砌體內水分緩慢蒸發，提高砌體整體強度；使整個爐體設備逐漸加熱至生產狀態，避免生產后因劇烈膨脹而損壞設備，同時部分耐材會發生晶型轉變，伴隨體積膨脹，所以要根據高爐使用建設材料精心設計烘爐形式，否則會造成耐材損壞，甚至造成開爐后風口和冷卻設備損壞漏水，進而造成不能正常出第一爐鐵或者爐缸凍結，嚴重影響爐缸壽命。
圖 1 是 1 號高爐的烘爐本體烘爐曲線。烘爐前，爐前提前制作好四個鐵口泥包并安裝煤氣導出管，烘爐導管用 Ф127 mm 無縫鋼管制作，在爐內焊接完成，共安裝 28 個，烘爐導管從風口小套插入，長度為爐缸半徑的 1/3 或 1/2，底部用支架固定，距地面 50 mm 或80 mm，烘爐導管上部用鋼板覆蓋，以確保烘爐氣流向下，烘好爐缸和爐底。根據高爐各部位耐材的特點，車間制定了詳細的烘爐方案，并對升（降）溫速度嚴格控制，小時偏差≤10 ℃，300 ℃和 500 ℃恒溫時溫度波動≤5 ℃，實際烘爐 230 h。
1 號高爐的開爐因為前期準備充分，于 2008年4 月 18 日 10：46 送風點火，4 月 19 日 16：28 順利出第一爐鐵，渣鐵流動性良好，標志著 1 號高爐順利投產。
5 月 15 日產量達到 6 457.3 t，利用系數 2.018 t（/ m3 ·d），焦比 422 kg/t，煤比 56.9 kg/t，綜合燃料比為 491 kg/t，并連續 3 d 日產量保持在 6 000 t 以上，標志著 1 號3 200 m3 高爐順利達產。
1.3 高爐長期的穩定順行
高爐長期的穩定順行是保障爐缸長壽的基礎因素。高爐的所有攻關都要在其穩定順行的基礎上進行，長壽亦不例外。爐況失常伴隨各種情況，總體分為兩種，即氣流分布失常和爐缸工作失常。爐缸工作異常，邊緣堆積容易損壞風口，風口漏水進入爐缸，同時 引起休風頻繁，爐缸熱量波動導致熱震；中心堆積，鐵水環流增加，勢必影響爐缸長壽；氣流失常，邊緣氣流不穩，氣流容易導致冷卻壁破損，向爐缸漏水引起碳磚氧化破損，同時氣流紊亂、慢風容易引起爐缸工作失常。日常操作中始終將 1 號高爐長期的穩定順行放在首位，根據原燃料條件，適時調整上下部制度，優先保障強有力的中心氣流，適度發展邊緣氣流。將 1 號高爐的水溫差控制在 2.5~3.5 ℃的區間內。正常情況下，邊緣氣流穩定，爐墻溫度呈小鋸齒狀波動，如出現掉渣皮，溫度大幅波動，則要及時調整氣流及負荷，疏導氣流，穩定邊緣。
1.4 渣鐵排放制度
渣鐵排放制度不合理是影響爐缸長壽的主要因素。渣鐵的機械沖刷和化學侵蝕是造成爐缸侵蝕的重要因素之一。在高爐的一代爐齡生產中，要合理組織渣鐵的排放順序，避免爐缸局部出現過分的侵蝕，造成高爐爐役的提前結束。一方面要確定合理的鐵口深度。爐缸侵蝕最快的部位當屬鐵口區域，出鐵過程中，渣鐵通過此區域的速度最快，故而對此區域的機械沖刷也是最嚴重的。炮泥在鐵口附近形成的泥包可以減輕甚至避免鐵口區域碳磚直接被渣鐵沖刷。鐵口深度過淺形不成足夠的泥包保護鐵口區域碳磚，鐵口區域碳磚侵蝕速度增快，就很容易成為爐缸長壽的短板。將 1 號高爐的鐵口深度控制在 3 300~3 600 mm。
另一方面要合理控制出鐵時間。出鐵時間過長，渣鐵對鐵口區域的沖刷量就隨之增加，且相同方向的環流量增加，容易促進象腳侵蝕的形成。出鐵時間過短，一般是由于鐵口過淺或者鉆頭使用過大，渣鐵排放速度過快引起的，渣鐵排放速度快，機械沖刷的強度就高，且由于此鐵口渣鐵排放時間過短，另一鐵口的泥包結焦時間不足，泥包強度不夠，在其出鐵過程中泥包侵蝕快甚至會斷裂，起不到足夠的保護鐵口區域碳磚的作用。生產實際中，根據 1 號高爐的產量控制水平，將出鐵時間控制在 110~150 min 的區間，平均日出鐵 次數 11~13 次，平均鐵水流速≥5.5 t/min。
1.5 風口或冷卻壁長期向爐內漏水
風口或冷卻壁長期向爐內漏水是影響爐缸長壽的直接因素。由于環境、設計、選材、建設以及后期操作的影響，冷卻壁和風口在所難免的出現破損，這時會有冷卻水進入爐缸，對碳磚造成氧化，導致爐缸的異常侵蝕；同時冷卻水進入爐缸，也會造成爐溫下降甚至爐涼，爐缸工作異常，也會引起爐缸在特定位置的快速侵蝕。所以要避免損壞的冷卻壁或者風口向爐內漏水。1 號高爐在爐役的前中期風口損壞極少，后期由于原燃料質量影響，爐缸工作變差，風口損壞變得頻繁，但也需及時更換，或者改成壓力較低的工業水進行冷卻，避免向爐缸大量漏水。在冷卻壁養護上，1 號高爐成績也是顯著，到大休前，只有 4 根冷卻壁管根破損，而且也及時掐掉了漏水冷卻壁的供水，安裝炮彈進行冷卻。
1.6 爐缸工作不活躍
爐缸工作不活躍是造成爐缸異常侵蝕的另一直接因素。爐缸內死焦堆的透氣透液性直接影響了爐缸內鐵水環流的強度，爐缸內死焦堆透氣透液性差，造成爐缸中心堆積，鐵水在爐缸邊緣集聚，環流增加，造成爐缸的象腳型侵蝕。同時爐缸不活躍，容易造成氣流紊亂、出鐵秩序紊亂、風口損壞等情況，都是不利于爐缸長壽的。需高度重視 1 號高爐爐缸的活躍情況，主要是通過控制焦炭質量，將入爐粒度控制在 50 mm以上，要求 CSR≥65%，CRI≤25%。同時通過上下部調劑、熱制度調整等積極調整爐缸狀態，偶爾也采取錳礦、螢石等對爐缸堆積進行處理。
1.7 冷卻制度
合理的冷卻制度是保障爐缸長壽的關鍵因素。邯寶 1 號高爐采用軟水密閉循環冷卻系統。此系統除了水量消耗少、動力消耗低的優點外，還具有對冷卻原料無腐蝕、結垢、氧化等，冷卻可靠性高，冷卻效率高；方便進行泄漏檢測等，這都是有利于高爐（包括爐缸）長壽的。在水溫控制上，正常使用水溫 36~38 ℃，特殊情況也不超過 40 ℃。
1.8 精料制度
精料制度也是影響高爐長壽的關鍵因素。精料制度對高爐的各個方面的影響都很大，甚至可以說是絕對性的，高爐操作有“七分原料，三分操作”的說法。原燃料質量跟不上，就貫徹不了“高效、優質、低耗、長壽、環保”的十字方針。在對精料的把握上，除了要滿足保持高爐穩定順行的基本要求外，在保障爐缸長壽上，要注意兩個方面，一是要確保焦炭的高質量，另一個是要控制好有害元素的負荷及排放。
重視焦炭是因為在爐缸內存在死焦堆，死焦堆的透氣透液性直接影響渣鐵在爐缸里的運動狀態。焦炭的質量下降，容易引起爐缸工作失常，風口損壞幾率增加，渣鐵環流強度升高，爐缸碳磚侵蝕加劇。在日常原燃料管理上，要格外重視焦炭的冷熱強度，即熱反應性，防止碎焦炭或者焦粉在爐缸的大量堆積。表 2為 1 號高爐焦炭指標的內控標準。
有害元素對高爐爐缸碳磚的不利影響已經得到了廣泛的關注及研究，尤其是堿金屬及鋅對爐缸的危害。堿金屬及鋅還原并在高溫區氣化后能夠滲透進爐缸碳磚縫隙，隨后產生體積膨脹引起碳磚破壞，最關鍵的是堿金屬及鋅在爐內爐外存在循環富集的現象，導致危害不斷加劇。1 號高爐在第一代爐齡中出現過風口二套大量上翹的情況，休風時有銀白色液體（分析主要成分為鋅元素）流出，可見鋅對 1 號高爐爐缸長壽的不利影響比較突出。故而，減少堿金屬及鋅的入爐負荷，提高高爐的排堿率、排鋅率是提高爐缸壽命的有效手段。降低堿金屬的循環富集的措施主要是控制爐溫，降低堿度，提高渣中的 MgO 含量，同時減少燒結礦混勻料中爐前除塵灰的比例。控制鋅的循環富集危害的措施是提高料柱透氣性，控制頂溫下限，減少燒結礦混勻料中瓦斯灰、瓦斯泥的配比。
1.9 維護操作不及時
維護操作不及時是影響爐缸長壽另一主要因素。在爐缸的維護操作上，主要對 1 號高爐做了兩個方面的工作：一是貫穿整個爐役前中后期的灌漿。及時封填爐缸耐材與冷卻壁、冷卻壁與爐殼等處出現的間隙，防止高溫氣體在間隙間流動，造成爐缸碳磚的破損。二是在爐役后期使用鈦礦護爐，主要是使用含鈦燒結礦和含鈦球團礦以及使用含鈦炮泥，在爐缸生成高熔點的 TiC、TiN、Ti（CN），與鐵水中析出的石墨碳等形成黏稠物，凝結在爐缸侵蝕嚴重的部位，從而阻止這些部位的進一步侵蝕。1 號高爐后期鈦礦護爐期間，鐵水中 w（Ti）在 0.1%~0.13%。
2 結論
1）高爐的爐缸長壽是一個系統工作，要貫穿高爐從設計建造到大休的整個過程。
2）高爐爐缸的設計建設、烘爐開爐工作對高爐爐缸長壽起先天決定性作用。
3）要重視高爐的日常操作，要保持高爐長期的穩定順行，并不斷地優化布料制度、熱制度、冷卻制度、送風制度，才能保證高爐爐缸長壽。
4）對爐缸進行在線維護能夠有效提高高爐爐缸壽命。