鞍钢鲅鱼圈1号高炉长期护炉操作实践

赵立军，王宝海，唐继忠，姜彦兵，蒋益，董建兴

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口115007）

近年来，国内外多次发生高炉烧穿事故。据不完全统计，2010年至2018年3月约有15座高炉发生烧穿事故，给冶金企业造成重大损失。其中有些事故发生在高炉开炉2～4个月内，多数烧穿事故发生在高炉开炉后的4～7年里。此外，还有20余座2000 m3以上级别高炉虽没有发生烧穿事故，但仍存在炉缸安全隐患［1-2］，说明这些高炉在设计、施工质量、日常管理和生产操作等方面存在一定缺陷。

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部（以下简称鲅鱼圈炼铁部）有4038 m3高炉2座，其中1号高炉采用了多项先进冶炼技术，如小块焦回收利用技术，板壁结合的软水密闭循环冷却系统，英巴法水渣处理技术，地德式外燃热风炉技术，双预热余热回收燃烧炉技术，喷吹系统采用浓相喷吹技术等。1号高炉于2008年9月6日开炉，实现一次投产成功。投产后，顺行状态良好，冶炼强度逐步提高，日产最高达到10 100 t，利用系数达 2.5 t/（m3·d）。 但2011年6月以后，高炉出现铁口以下炉缸局部环炭温度升高的情况，炉缸出现安全隐患。为保证炉缸安全，延长高炉一代炉役，鲅鱼圈炼铁部采取了一系列护炉措施，效果良好。

1 炉缸存在问题分析

鲅鱼圈炼铁部1号高炉炉缸内衬采用美国UCAR小块炭砖，全部铁口区域以及容易产生象脚侵蚀的区域外环均使用NMD小块炭砖，其余部位使用NMA小块炭砖，炉底采用四层大块UCAR炭砖；无陶瓷杯、炉底炭砖上部采用莫来石砖形成800 mm陶瓷垫保护层；风口采用大块组合灰刚玉砖；炉腹采用了氮化硅结合碳化硅砖；炉腰、炉身下部区域热面喷涂不定形耐火材料，整个炉体为薄壁炉衬结构。炉体软水密闭循环冷却系统分为两个区域：Ⅰ系列和Ⅱ系列。Ⅰ系列主要为炉缸冷却壁供水,Ⅱ系列冷却范围包括铸铁冷却壁、铜冷却壁和铜冷却板，总设计水量为5 704 m3/h,其中炉缸设计冷却水量为2 400 m3/h，水量偏小。

1号高炉于2008年9月6日开炉，投产初期炉缸环炭温度一直处于平稳状态。进入2011年6月后，1#铁口右下部第19层环炭（第三段冷却壁下部）温度明显上升，最高达到523℃（见图1），炉皮温度达到55℃。2012年开始1#铁口右下部第10层环炭 （第二段冷却壁中部）温度开始上升，2016年最高达到513℃。一段时间后4#铁口左侧（靠近1#铁口一侧）第10层环炭温度也开始上升，最高达到501℃（见图2），单块冷却壁水温差最高超过1.0℃，热流强度最高达到52 kW/m2。由于炉皮温度、热流强度、环炭温度彼此相关，均有所升高，认为炉缸异常区域集中在1#、4#铁口之间，理论计算残余炭砖厚度不足400 mm，炉缸出现安全隐患。

图1 1#铁口第19层环炭温度变化趋势

图2 4#铁口第10层环炭温度变化趋势

2 采取的措施

鉴于鲅鱼圈炼铁部1号高炉炉缸已存在安全隐患，为保护炉缸安全，确保高炉稳定顺行，制定高炉长寿运行预案，见表1，并采取如下应对措施。

表1 高炉长寿运行预案

2.1 改造炉缸冷却系统

1号高炉炉体原来的冷却系统为单系统双系列供水冷却，炉缸设计冷却水流量仅为2 400 m3/h，水量小，不能够满足高炉长寿要求。2013年新建了一座软水站，炉体冷却系统为炉缸和炉身各设单独系统供水；使原来的闭路水站为炉身供水冷却，新建的水站单独向炉缸供水冷却。炉缸冷却水流量提高至4 800 m3/h，冷却壁水管流速达到3.0 m/s以上。

2.2 增加在线监测设备

炉缸原设计测温电偶236点，其中每层环碳圆周设测温电偶16点，分布在8个方向上，检测点少，不能全方位涵盖。为加强铁口下方重点防范区域，利用休风机会，增加环炭测温电偶178点，使铁口下方二段每块冷却壁均有测温点；增加有线和无线炉皮测温点200点；增加关键区域分段式水温差测量点142点；增加高清摄像监控8处，基本实现了全方位、全手段、全时段的实时监控。

2.3 长期坚持精料方针

（1）充分发挥大型综合原料场优势，提高混匀造堆质量。进入原料场的铁料，首先按产地、批号采用鳞状堆积方式封堆，封堆后坚持多点取样，取化学成分加权平均值作为该品种参与混匀造堆的化学成分。混匀矿堆积计划要符合22～24万 t大料堆、大于3 500层多料层的基本要求，采取大人字形、变起点、延时定终点、连续往返分层、全自动的堆积方式，要求混匀矿中 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2［3］。

（2）合理配矿，强化烧结，保证烧结矿质量稳定。建立多资源、定硅、控铝的优化配矿模型，实现3种主矿不变的“3+2”固定配矿模式，确保全年配矿稳定，达到烧结矿品位最优化。其中SiO2含量在（5.0±0.10）%范围，Al2O3含量低于 2.0%，保证良好的烧结矿质量。

（3）严格控制K2O、Na2O、Zn等杂质入炉。碱金属及锌在炉内循环富集，既影响高炉长寿，又劣化焦炭质量，破坏高炉顺行。因此，高炉分别以Zn负荷0.15 kg/t、K2O和 Na2O综合负荷2.2 kg/t为标准，隔离烧结电场灰，尽量外卖高炉重力除尘灰和干法灰，不能外卖的运到二期料场围场存放，作为生产含碳素铁碳球团的原料，严格控制碱金属及锌的入炉量。

2.4 优化高炉操作制度

2.4.1 采取“双高”操作法护炉措施

根据高炉破损调查的结果，从炉顶加入焙烧含钛球团，始终维持铁水［Ti］含量在0.10%～0.20%之间，同时，减少富氧量，降低冶炼强度，可以降低铁水环流速度，提高含钛凝结物与内衬黏附性，具有较好的护炉效果。于是，当环炭温度或冷却壁水温差持续上升时，减少富氧量，定期使用钛球；当温度降下来后，停止使用钛球；且为了增加铁水含钛量，每次加入含钛球团后，需保证铁水［Si］含量在0.6%～0.8%之间。但此方法实行后，出现了渣铁粘稠，透气性迅速降低，压量关系紧张，送风风量锐减的状况，破坏了高炉稳定顺行的状态，使产量大幅减低。可以看出，此法虽然护炉效果良好，但是存在产量降低、消耗增加的副作用。因此，必须停止钛球入炉，逐步恢复高炉顺行。

为了消除钛球对高炉顺行的影响，确保高炉维持在适宜的冶炼强度，鲅鱼圈炼铁部通过对标及实验研究，建立了“双高”操作法，即高温高钛操作法。此操作法的核心思想是建立铁水［Si］含量和铁水钛负荷的对称体系，实现最佳护炉效果；建立炉渣渣系二元、三元碱度的平衡体系，达到加钛但不破坏高炉顺行的目的。“双高”操作法各项指标要求见表2。

表2 “双高”操作法各项指标要求

2.4.2 采取“双全”操作法护炉措施

炉缸长寿是一个综合系统管理问题。实际生产经验表明，炉缸耐材受到侵蚀，除了与耐材质量、施工设计有关外，还与高炉实际操作关系密切，主要体现在热制度、送风制度、造渣制度的选择方面。在生产实践中，三大制度除了要分别有益于炉缸长寿外，还必须彼此匹配。当热制度和造渣制度按照“双高”操作护炉法选定后，必须匹配适宜的送风制度，即“双全”操作法。“双全”操作法即即全风全压操作，此操作法的核心思想是吹足风压，吹足风量，以减少富氧量，提高鼓风动能，从而吹透中心，充分活跃炉缸，减少渣铁环流冲刷。

“双全”操作法采取的对应措施是动态局部堵风口和均匀缩风口，具体参数见表1。将最高环炭温度位置正上方的风口堵死，如果温度点发生变化，马上临时休风，更改堵风口的位置。另外，根据设定风口面积，均匀调整风口尺寸，尽量均匀送风。送风风量和热风压力的选择，不必考虑风口面积缩小因素，按照最大风量、正常风压的要求，使鼓风动能在160～190 kJ/s范围。

2.4.3 优化炉前出铁制度

总结炉缸烧穿事故案例，烧穿部位多数位于铁口区域［4］。为了保护铁口区域炭砖，制定有效的出铁制度。固定打泥量，保证铁口深度3.6～3.8 m；使用优质无水炮泥；侧壁温度高时，采用3个铁口轮流出铁，且实行多铁次无间隔出铁，减少单个铁口出铁时间，减少铁口区域渣铁环流冲刷。

3 效果

鲅鱼圈炼铁部1号高炉通过采取一系列护炉措施，特别是“双高双全”操作法，效果较好。2017～2018年炉缸环炭温度得到了有效控制。2017年10月以后，炉缸环炭温度降至200℃以下。截至2018年5月停炉，1号高炉运行9年8个月，护炉操作期长达6年，炉缸状态安全可控，高炉稳定顺行。1号高炉2008～2018年技术经济指标见表3。

表3 1号高炉2008～2018年技术经济指标

由表3可以看出，1号高炉环碳温度升高，采取护炉措施后，运行状态良好，炉况稳定顺行，产量逐渐提高，各种消耗指标受控，长期护炉操作实践效果良好。

4 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部1号高炉于2008年9月开炉投产，截至2018年5月停炉，高炉运行9年8个月。前3年属于高炉正常生产期。2011年开始，1#铁口以下炉缸局部第19层环炭温度快速升高到523℃，2012年1#、4#铁口以下局部第10层环炭温度也开始升高，最高达到513℃和501℃，炉缸安全状态受到影响。为保证炉缸安全，提出了“双高双全“操作法，采取了改造炉缸冷却系统、增加在线监测设备、长期坚持精料方针和优化高炉操作制度等一系列护炉措施，使高炉在之后6年的护炉期内稳定顺行，护炉实践效果良好。