李曉東
（昆明鋼鐵股份有限公司新區煉鐵廠）
摘 要: 昆鋼新區2500m3高爐，30個風口、3個鐵口，采用新型PW并罐式無料鐘爐頂布料設備，于2012年6月26日送風投產。由于原料組織困難，退出使用進口礦，礦石品位不斷下降，爐料中有害元素大幅度升高；高爐使用焦炭品種多，質量不穩定；高爐冷卻系統的先天性設計缺陷等原因，高爐爐墻頻繁的結厚和爐況失常現象，爐況波動，頻繁出現懸料、崩料現象，處理難度大，產量大幅下降，焦比明顯升高，各項技術經濟指標惡化。通過采取一系列的調整措施，高爐爐況得到及時掌控，爐墻結厚得到有效處理，而且高爐摸索出了一套適合自身的避免結厚的措施。
關鍵詞： 高爐爐墻；結厚；摸索；措施
1 概述
昆鋼新區2500m3高爐于2012年6月26日建成投產。有效容積2500m3，高徑比2.25，設有3個鐵口，30個風口，設計一代爐齡15年，高爐利用系數2.2，年產鐵185萬噸。開爐生產初期入爐燒結礦中配加進口礦粉50%，以及使用南非優質塊礦，綜合入爐品位57.8%左右，由于昆鋼地處祖國西南邊陲，原料采購、組織比較困難，為了穩定生產、降低生產成本，昆鋼被迫逐漸減少或退出進口礦粉，全部使用省內礦及少部分國內其他礦，入爐原料品位大幅度下降，到2013年5月份燒結礦就逐漸全部退出使用進口礦粉，綜合入爐品位平均51%左右，最低只有50.5%。因省內礦含有害元素較多，高爐的冶煉條件發生了變化。從2013年至2014年底，爐身冷卻壁從9段至14段，經常出現局部位置結厚，爐身冷卻壁溫度圓周分布不均勻情況，嚴重時導致爐況失常現象，給生產造成了較大損失。每次結厚的處理，都耗時耗力，經過一次次的總結經驗，摸索出預防爐身粘結的措施。
2 爐墻粘結的原因
粘結的原因多種多樣，昆鋼2500m³高爐爐墻粘結的原因有原燃料質量差、生產系統不匹配、高爐冷卻形式的缺陷等。
2.1 入爐原燃料問題
2.1.1 原料有害元素含量高
昆鋼2500m³高爐全部使用省內礦及少部分國內其他礦。省內礦品位低，而低品位爐料中鉛、鋅和堿金屬含量偏高，鉛還原后易沉淀于高爐底部，滲入磚縫損壞爐襯，鋅形成蒸汽后隨煤氣上升，與爐料中粉末相互作用極易造成高爐上部結厚。因高爐除塵灰在廠內精選后作為燒結配料使用，這樣形成了有害元素在生產工藝內的循環富集。造成新區高爐爐況不穩定，爐身中上部易結厚。表1為昆鋼2500m³高爐使用的原燃料堿金屬負荷表。
表1 高爐使用原燃料的堿金屬負荷表
2.1.2 燒結礦質量不穩定，入爐粉末多
燒結生產不穩定，導致燒結礦質量波動大，燒結礦中FeO含量波動大，冶金性能差，燒結礦堿度頻繁波動及入爐粉末高，容易出現粘結。表3為燒結礦FeO及入爐粉末情況表。
表2 高爐使用燒結礦情況
表3 高爐使用焦炭的指標分析表
在幾次爐墻結厚的之前，焦炭熱態指標都頻繁出現問題。使高爐料柱和爐缸中心料柱透氣透液性變差，爐身發生粘結，爐缸中心堆積。
2.2 生產系統不匹配
昆鋼新區是但系統生產線，煉鐵一座2500m3高爐生產，燒結300㎡燒結機一臺，煉鋼，120m³的轉爐兩座，5流大方坯生產線一條，7流小方坯生產線兩條。但高爐生產能力與燒結、煉鋼不匹配。首先，原料供應不足，上道工序燒結廠產能弱。燒結廠在現有原料條件下產能不夠，最終的頻繁提高燒結礦堿度，多吃酸性球團礦。其次，下道工序煉鋼生產節奏跟不上煉鐵，經常導致鐵水罐積壓嚴重，煉鐵等罐出鐵的情況，導致高爐憋風、慢風情況時有發生。高爐滿負荷生產起來，燒結原料供應不足，煉鋼生產節奏跟不上。因此，從2012年6月份開爐至今，高爐風口頻繁進行調整，縮小進風風口直徑，但上下道工序仍然不能夠滿足煉鐵生產，最終只能采用長期堵2-3個風口作業，來協調整個生產系統。由于長時間堵風口作業，導致高爐爐缸進風不均勻，爐缸堆積，從而導致高爐爐墻結厚。表4是高爐投入生產以來風口面積和堵風口個數的統計表
表4 高爐投產至今的風口面積和堵風口個數統計表
2.3 冷卻系統的問題
2.3.1 冷卻設備設計結構與生產不符
冷卻設備的壽命是決定高爐壽命的最關鍵因素，冷卻設備型式選擇是否恰當，結構是否合理是高爐能否長壽的重要前提條件。現代大高爐冷卻設備有全冷卻壁、冷卻壁與冷卻板相結合兩種形式，全冷卻壁型式由于具有冷卻面積大、冷卻均勻、維持爐型好、投資省、安裝方便等諸多優點而得到了廣泛應用，特別是隨著磚壁合一、薄壁內襯技術、新型鑄鐵冷卻壁及銅冷卻壁技術以及軟水密閉循環冷卻技術的應用和發展，全冷卻壁的冷卻型式更加廣泛地應用于現代大中型高爐。昆鋼2500m³高爐爐底至爐喉共設置14段冷卻壁。按照爐內縱向各區域不同的工作條件和熱負荷大小，采用不同結構型式和不同材質的冷卻壁。爐爐底采用管徑φ108´14mm冷拔無縫鋼管作為冷卻設備，共57根，鋼管間距254mm，平行排列布置在爐底封板之上。風口以下采用3段光面低鉻鑄鐵冷卻壁，每段按44塊標準冷卻壁設計。為加強鐵口區域的冷卻，在3個鐵口區域下方各采用2塊鑄銅冷卻壁，每塊冷卻壁水管為7進7出，水管直徑均為φ80x6mm。鑄鐵冷卻壁水管均為4進4出，豎直排列，水管直徑均為φ76X6mm。第1段冷卻壁高度2060mm，第2、3段冷卻壁高度2700mm；鑄鐵冷卻壁壁體厚160mm，鑄銅冷卻壁壁體厚120mm。風口區第4段采用光面球墨鑄鐵冷卻壁，高度2700mm，共30塊。本段冷卻壁水管為5進5出或6進6出，水管直徑均為φ76X6mm。冷卻壁壁體厚400mm。爐腹1段（第5段）、爐腰1段（第6段）、爐身下部2段（第7、8段），均采用單層水冷4通道銅冷卻壁，冷卻壁熱面設有燕尾槽，每段44塊。第5段銅冷卻壁高度2600mm，第6段銅冷卻壁高度2000mm，第7、8段銅冷卻壁高度2500mm。銅冷卻壁厚度120mm。爐身中上部冷卻設備共6段，冷卻壁材質均為球墨鑄鐵。冷卻壁內豎直管直徑為φ76X6mm，蛇形管直徑為φ70x6mm。第9、10段，為雙層水冷鑲磚鑄鐵冷卻壁，冷卻壁高度1840mm，冷卻壁壁體厚度340mm，每段40塊；第11、12、13段為單層水冷鑲磚鑄鐵冷卻壁，冷卻壁高度2000mm，冷卻壁壁體厚度235mm。第11、12段每段36塊；第13段32塊；第14段為倒扣式鑲磚鑄鐵冷卻壁，壁體內側面為高爐內型，冷卻壁高度2120mm，冷卻壁壁體厚度240mm，每段32塊。
按照理論設計，冷卻設備布置較合理。但在實際生產中，不能滿足昆鋼2500m³高爐實際，生產爐體冷卻強度調整手段比較單一，不能滿足實際生產。調整冷卻強度的手段有：1.調整冷卻水量；2.調整冷卻水水溫。在實際生產中，當冷卻強度過大時，只能依靠這兩種手段調整。如果某一段位置出現冷卻強度過大或結厚的時候，無論是減水還是調整冷卻水水溫哪一種方式，都將調整全爐水量或進水溫度，而不能單獨調整某一段或某一區域。所以當出現局部冷卻強度過大或有結厚征兆的時候，冷卻制度的調整就比較被動。
2.3.2 冬季容易發生爐墻結厚
從2013年開始，高爐在冬季容易發生爐墻結厚，冷卻強度過大是重要原因之一。高爐是薄壁爐襯，冬天氣溫低時容易發生爐墻結厚。其次是因為爐型矮胖，橫向尺寸大，爐身表面積大，加之冬季氣溫低，散熱多。第三，冬季進水溫度較低，實際冷卻強度增大。
3 爐墻結厚的預防
3.1 加強原燃料的監控與管理
認真監控燒結礦情況，由于燒結礦品位低，粒度不均勻，高爐只能把好入爐原料關，控制好槽下燒結礦篩分，盡可能的減少入爐粉末。狠抓原燃料管理。（1）要求槽下人員每兩小時觀察匯報原料情況一次，主控室及時根據倉存原料情況調整用倉，堅決不允許出現低槽位拉料，并采取半槽以上卸料，降低燒結礦進倉落差，減少破碎。（2）加強與燒結廠信息溝通，當燒結礦生產出現異常情況，高爐及時采取措施，把原燃料質量波動對高爐的影響減少到最小。（3）因燒結能力滿足不了高爐生產，高爐槽前分級篩未投入使用。為了減少入爐粉末，高爐經過一段時間的試驗與摸索，最終將篩分配料速率控制在90-110kg/s左右。并進行在線跟蹤，篩分速率超出范圍，及時進行調整。（4）每周進行五次篩分取樣分析，對入爐燒結礦、球團礦中＜5 mm的粉末進行測定，如發現＜5 mm的粉末比例超過2% ，則立即查找原因進行處理，嚴格控制入爐粉末。
“焦炭是高爐的命根”，在礦石品位不斷下滑的同時，更應該抓好焦炭質量。昆鋼新區一期由于沒有焦化、沒有鐵路，采購的焦炭都為汽運焦，因此必須做好進廠前的質量檢驗工作。高爐就組成了專人的質量跟蹤小組，對入廠焦炭質量進行跟蹤及驗收，每車焦炭都進行現場取樣，對水分重、粒度較碎的焦炭進行單獨堆放或退回，嚴格保證入廠焦炭的質量。在焦炭入爐使用過程中，嚴格監控入爐焦炭質量，發現質量波動大，及時進行調整，保證爐況的穩定與順行。其次，對進廠外購焦做好質量跟蹤。針對進廠焦分析滯后的情況，新進廠的焦炭待分析出來后在使用，如有問題，可分批減少用量搭配使用，避免造成爐缸堆積或不活。
3.2 精細化操作，樹立穩定順行為主，兼顧強化的思路
在日常操作中，精心、細化，勤觀察、勤分析，穩定各種操作制度。避免爐溫、堿度大幅度的波動，造成軟熔帶根部的波動。避免長時間慢風、低料線作業，維持合適的送風制度與裝料制度。針對長期堵風口冶煉，高爐定期對所堵風口的位置進行更換，而且進入2015年開始嘗試縮小風口、采用傾斜角度大的風口冶煉工作，爭取早日實現全風口作業的目標。
3.3 加強設備管理
在設備管理方面，以預防設備事故為重點，加強設備巡視、點檢，確保設備的正常運行，降低設備慢風率、休風率，為高爐持續強化提供了充分的設備保障。較低的設備慢風率、休風率，無疑有利于高爐的穩定。對重點設備，如開口機、泥炮等，實行專人檢查、專人維護制度。避免因設備故障造成的低料線、慢風、休風。
3.4 加強爐前管理
由于入爐品位低、渣量大，一旦出鐵不及時或渣鐵排不凈，造成爐內憋渣、憋鐵，導致爐內氣流變化，從而影響高爐的順行。日常操作中，規范打泥量，控制鐵口深度，禁止空撞鐵口，維護好泥套，減少冒泥等措施維護鐵口。礦石品位低，渣量大，嚴格按要求組織出鐵，2.5小時放不吹鐵口、出鐵1個小時不見渣，根據情況及時組織平行出鐵，封、開鐵口時間間隔控制小于10分鐘，正常情況下鐵口不連放等等，加強對爐前出渣出鐵的重視。
3.5 定期做好排堿工作
由于我們原料中含有的堿金屬和有害元素偏高。避免大量的有害元素長期存在于爐內，應定期進行排堿工作。針對高爐原燃料條件變化以及爐渣性能二元堿度R2控制在1.15～1.20范圍內；在堿度調整上，根據出爐渣堿度與上倉原料堿度分析相結合的方式進行調整，采用以生鐵含硫量來定爐渣堿度，考慮爐渣堿度過高，不利于排堿工作，在保證生鐵含硫在0.025%-0.030%范圍內盡可能下調堿度。
3.6 冷卻制度合理調整
根據冶煉強度及時調整冷卻水量或水溫差，休風期間及時調控水溫。強化冷卻體系管理，維持合理的操作爐型，不僅有利于高爐長壽，更有利于爐況的穩定順行，只有好的順行狀態才能有利于進一步提高產量，降低消耗。隨著高爐冶煉強度的提高，爐型結構會發生一定的變化，良好的操作爐型能夠保護爐襯和冷卻設備，如爐型不規整，高爐則難以穩定順行，更難以強化。加強對冷卻系統的檢查和測量工作，對檢查和測量結果及時做好記錄、分析、調整，嚴格認真控制好進水溫度。隨著冶煉強度的不斷提高，進水溫度從開爐來的45～46℃調整到現在的39～40℃，通過認真觀察冷卻壁在線溫度檢測及補水曲線變化，控制全爐水溫差在5～6℃，確保爐腹、爐腰、爐身下部及爐身中上部各段冷卻需要，以利于形成合理操作爐型并使之保持穩定。
其次，進入寒冷季節時提前降低冷卻強度，適當提高進水溫。
3.7 利用休風機會校正風口中套
由于使用的原燃料中堿金屬、有害元素含量高，造成高爐爐體上漲，導致高爐個別風口不同程度的變形，變形后影響爐缸的工作，導致氣流變化，最終影響高爐的穩定。高爐利用休風機會校正風口，盡可能保證風口工作的均勻性，有利于爐缸初始煤氣分布的均勻性。表5為2014年校正中套情況表。
表5 2014年中套校正情況表
4 預防高爐結厚的效果
通過一段時間的摸索，采取一系列的預防措施工作，進入2015年，爐體9段-14段溫度穩定正常，高爐爐墻結厚情況沒有在發生過，高爐爐況穩定順行，高爐各項經濟技術指標完成較好。表6為2015年1-5月份主要經濟技術指標。（其中1月份噴吹系統大修）
表6 2014年中套校正情況表
5 預防高爐結厚有待解決一些問題
昆鋼新區2500m3高爐加強了爐墻結厚的預防工作，取得了較大的進步，減少了爐墻結厚的情況，但仍然需要解決好以下問題。
長期堵風口作業，不利于爐型維護，何時能調整、滿足全風口作業，還需要摸索。
原燃料中有害元素多后，容易導致高爐爐體上漲，影響高爐爐缸工作及高爐長壽。
6 參考文獻
[1] 周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊，北京，冶金工業出版社，2003.
[2] 王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分），冶金工業出版社，2005.
[3] 張壽榮, 于仲潔.高爐失常與事故處理，冶金工業出版社，2012.