摘要：本文通过分析迁钢高炉2014年以来的炉缸维护实践，对加钛护炉，钛煤混喷、球团加钛等技术进行了探讨。2014年以来迁钢高炉在坚持“高温、高钛”的基础上，通过入炉钛负荷与高炉利用系数的合理匹配以及钛煤混喷、球团加钛等新技术的开发，丰富了加钛护炉技术方法，有效控制了炉缸侧壁温度的异常升高。
关键词：高炉 炉缸维护 钛煤混喷 球团加钛
1、概况
首钢迁钢3座高炉炉缸炉底均采用美国UCAR公司的NMA、NMD组合砖和高导热碳砖+陶瓷垫耐火砖的设计。1号高炉（2650m3）2004年10月份开炉；2号高炉（2650m3）2007年1月份开炉;3号高炉（4000m3）2010年1月份开炉。
2011年3月份以来，迁钢三座高炉陆续出现炉缸侧壁温度升高现象，1#、2#高炉水温差最高达到1.4℃，2013年3#高炉炉缸侧壁温度也出现异常。
迁钢长期坚持“高温、高钛”的护炉理念，通过加钛护炉对炉缸侧壁侵蚀进行控制，取得了一定的效果。2014年在坚持加钛护炉的基础上，开展了高炉合理利用系数摸索，以及钛煤混喷、球团加钛等技术的开发，2015年进行了工业试验。丰富了加钛护炉技术方法，有效控制了炉缸侧壁温度的异常升高。
2、2014年炉缸维护情况
随着炉龄的增长及侵蚀的加剧，迁钢3座高炉炉缸维护的难度越来越大， 2014年1#、2#高炉通过采取加大钛量的措施；3#高炉通过降低利用系数，高炉炉缸侧壁温度均得以有效控制。2014年迁钢高炉入炉钛负荷8.45kg/t与2013年（8.24kg/t）相比升高0.21kg/t；铁中钛0.111%与13年（0.102%）升高0.008%，具体如表1所示。
表1 迁钢高炉2014年加钛护炉情况
产量 （万t） | 利用系数 t/(m3.d) | 【Si】 (%) | 【Ti】 (%) | 钛负荷 (kg/t) | |
迁钢1#炉 | 210.82 | 2.17 | 0.45 | 0.152 | 11.61 |
迁钢2#炉 | 217.99 | 2.25 | 0.46 | 0.128 | 9.7 |
迁钢3#炉 | 318.63 | 2.18 | 0.45 | 0.073 | 5.5 |
14年平均 | 747.45 | 2.20 | 0.45 | 0.111 | 8.45 |
13年平均 | 783.28 | 2.31 | 0.41 | 0.102 | 8.24 |
对比 | -35.83 | 0.01 | 0.04 | 0.008 | 0.21 |
迁钢1#炉炉龄10年零7个月（2004.10—2015.5），炉缸侵蚀情况最为严重，入炉钛负荷达到11.61kg/t，全年有3次炉缸水温差波动，水温差最高0.7℃，炉缸温度最高点为TE3095，最高达到357℃。
迁钢2#炉炉龄8年零4个月（2007.1—2014.5），与13年（8.75kg/t）相比钛负荷升高至9.7kg/t，铁中钛0.128%。全年有4次炉缸水温差波动，水温差最高0.7℃，炉缸侧壁温度最高268℃。
3、合理利用系数的摸索
3#高炉由于配合硅钢冶炼的需要，入炉钛负荷降低，自2014年5月份起逐步降低高炉利用系数，摸索入炉钛负荷、高炉利用系数与炉缸维护的规律；在降低入炉钛负荷（5.5kg/t）的情况下，达到了炉缸维护的目的。
图1 迁钢3号高炉2014年以来钛负荷与高炉利用系数趋势图
如图1所示，2014年年初迁钢3#高炉计划日产9400t/d，利用系数保持在2.35t/d·m3左右，由于利用系数偏高，入炉5.5kg/t的钛负荷无法满足炉缸维护的需要，炉缸侧壁温度出现异常升高，被迫增加钛负荷至9.79kg/t，炉缸侧壁温度才得以控制，对后续硅钢冶炼影响较大。
2014年6月初开始，受热风炉事故影响，产能收到影响，日产调整至9000t/d，利用系数2.25 t/d·m3。实际利用系数最低只有2.04 t/d·m3，产能降低极大缓解了炉缸压力，入炉钛负荷仅需3.5kg/t即可满足炉缸维护需要。
2014年9月份后，3#高炉产能逐步恢复，在实际生产中吸取了之前的炉缸维护的经验，日常产期保持在9100t/d，利用系数2.28 t/d·m3，入炉钛负荷保持在5.5kg/t左右，可对炉缸侧壁温度异常升高进行有效的控制，避免了高钛护炉对高炉冶炼及下道工序的影响。2014年5月份以来，迁钢3#高炉炉缸侧壁温度趋势如图2所示。
图2 迁钢3#高炉炉缸侧壁温度趋势图
炉缸侧壁温度的有效控制还得以于3#高炉良好的炉缸活跃性，铁水温度长期保持在1515℃—1530℃，炉缸活跃性指数（一种高炉炉缸活跃性定量评价的方法，专利申请号201410641712.1）保持在100—120。炉缸活跃性好，铁水在炉缸内横向流动增多，环流减弱，为炉缸维护创造了良好的基础。
图3 2015年迁钢3#高炉铁水温度及炉缸活跃性指数
4、钛煤混喷实践
4.1钛煤混喷技术
高炉钛煤混喷护炉技术是将特殊的含钛物料（不同种类的高二氧化钛含量的粉状物料，简称高钛粉或钛粉）以一定的比例混入高炉喷吹用原煤中，随原煤一起进入磨煤机。经制粉和烘干后，钛粉随煤粉一起进入喷吹系统，最终从高炉各风口直接进入高炉炉缸。钛粉中的部分TiO2在高炉炉缸内反应，形成Ti（C，N）高熔点熔体，粘附在炉缸局部侵蚀部位，起到对炉缸的保护作用。
与普遍采用的高炉炉顶加钛矿护炉相比较，钛煤混喷护炉的突出优点是：
A．风口喷吹距离炉缸侵蚀部位很近，使得可以用最少的TiO2量(国外报道最少是0.6kg（TiO2）/ t 铁)，取得较好的护炉效果。
B．侵蚀修复起效时间大大缩短。
C．在炉身没有含TiO2物料堆积粘结。
D．钛粉的所有反应发生在风口带和炉缸，而不是在炉身和软熔带，因此对高炉顺行的影响大大减小。
E．少量和高效的Ti（C，N）化合物生成机理使得对高炉燃料比的影响降低。
4.2工业试验开展情况
首钢迁钢公司和钢铁研究总院合作进行了高炉钛煤混喷护炉技术的开发，2015年4月8日至4月14日，在迁钢1#号高炉开展了钛煤混喷的工业试验。试验期间，共喷吹钛粉240吨。
表2 钛粉性能
名称 | TiO2, % | Fe, % | SiO2, % | S, % | P,% | 水分, % | LOI, % | 堆比重, kg/m3 | -200目, % |
含量 | 48.15 | 32.57 | 2.76 | 0.15 | 0.002 | 0.17 | -3.58 | 2483 | 80 |
表3 试验喷吹过程
类别 | 配比一 | 配比二 | 配比三 | 配比四 |
设计喷吹钛负荷，kg/t | 1 | 3 | 4 | 5 |
喷吹时间 | 8日13：00~9日17：00 | 9日17:01~11日20:00 | 11日20:01~13日13:00 | 13日13:01~14日6:00 |
喷吹时长，h | 28 | 51 | 41 | 17 |
上煤量，t/h | 200 | 200 | 200 | 200 |
给钛粉量，t/h | 7.23 | 21.53 | 28.61 | 35.65 |
钛煤上料总量，t/h | 207.23 | 221.53 | 228.61 | 235.65 |
钛煤喷吹量，t | 280 | 774.5 | 615 | 263.5 |
表4 各配比实际钛负荷
序号 | 典型时间 | 灰分,% | TiO2,% | 喷煤量,t | 铁产量,t | 钛负荷,kg/t |
配比一 | 8日15时~9日14时 | 12.86 | 1.75 | 342 | 5978 | 1.0 |
配比二 | 10日8时~11日7时 | 18.66 | 4.83 | 348 | 6131 | 2.7 |
配比三 | 12日8时~13日7时 | 19.25 | 5.14 | 360 | 6152 | 3.0 |
配比四 | 13日16时~14日3时（12小时） | 20.13 | 5.61 | 186 | 3055 | 3.4 |
钛煤混喷工业试验期间，迁钢1#高炉炉缸侧壁TE3137点温度上升趋势得以控制，如图4所示。炉缸二段冷却水温差整体保持稳定，呈下降趋势。120个冷却水管中，升温点仅有2个，降温点有5个，其它水管的水温差保持不变。
图4 炉缸二层三层典型热电偶日平均温度变化趋势
5、球团加钛
由于钛矿品位低，杂质多（如表5所示），冶金性能差，配加后影响高炉料柱透气性，造成铁水中Cr、V等元素增多，给后道工序带来困难。为解决这些问题，迁钢开发了球团加钛新工艺，将一定量的钛精粉加入球团中，替代部分钛矿，于2015年5月份进行了初步的工业应用。
表5 迁钢入炉钛矿成份
TFe（%） | SiO2（%） | TiO2（%） | MgO（%） | Cr（%） | V（%） | |
钛矿 | 46.84 | 8.69 | 12.65 | 2.0 | 0.14 | 0.27 |
2015年5月9日球团开始配加配比3%钛精粉。球团配加钛精粉后，对工艺控制影响不大，抗压强度2964 N/P，降低147 N/P，在可接受范围内，具体如表6所示。
表6：配加钛精粉前后球团矿质量对比情况
生产日期 | 球团矿品位（%） | 球团矿抗压（N/P） | 球团矿SiO2(%) | 球团矿TiO2（%） | |||
标准 | 完成 | 标准 | 完成 | 标准 | 完成 | ||
配加前 | ≥65.5 | 66.17 | ≥2550 | 3111 | ≤4.5 | 3.60 | 0.14 |
配加后 | ≥65.5 | 66.16 | ≥2550 | 2964 | ≤4.5 | 3.59 | 0.45 |
差值 | -0.01 | -147 | -0.01 | 0.31 | |||
配加钛精粉前，球团含钛0.14%，配加后升高至0.44%，升高0.31%；迁钢2#高炉配吃含钛球团后，钛负荷升高1.01kg/t，铁中钛升高0.005%，而渣比没有明显变化，如表7所示。配加期间，炉缸侧壁温度上升趋势得以控制，起到了护炉效果，如图5所示。
表7 配加含钛球后入炉钛负荷情况
日期 | 入炉钛负荷 （kg/t） | 铁中钛 (%) | 渣比 |
配加前 | 9.4 | 0.113 | 294 |
配加后（10日-18日） | 10.41 | 0.118 | 296 |
对比 | 1.01 | 0.005 | 2 |
图 5 球团加钛期间炉缸侧壁温度及水温差趋势图
6、结语
（1）护炉技术的选择必须结合高炉实际情况。迁钢1#高炉炉龄已11年，炉缸侧壁水温差最高达到1.4℃，局部侵蚀已很严重，必须采取“高温、高钛”护炉措施。迁钢3#高炉炉龄短，炉缸活跃性好，可以摸索合理的利用系数，在少用钛矿的情况下，达到炉缸维护的目的。
（2）加钛可以起到护炉的作用，但许多高炉经验证明，入炉钛负荷大于5kg/t会影响到高炉的正常冶炼[1]，开发钛煤混喷技术，可以用最少的TiO2量，达到较好的护炉效果。
（3）钛矿成份杂，冶炼性能差，性价比低。通过球团加钛，既可以替代部分钛矿，有利于高炉冶炼，也是炼铁降成本的措施之一。
参考文献：
[1] 周传典. 高炉炼铁生产技术手册. 冶金工业出版社，北京，2005，第312页。
来源：钢铁技术网
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