摘要: 通过分析石横特钢1#高炉炉缸侧壁温度屡次升高的原因和操作实践的总结,证实入炉有害元素偏高是造成高炉异常侵蚀的重要原因，铁水环流加剧是高炉炉缸侧壁侵蚀的主要原因。通过在正常生产中实施活跃炉缸操作、强化中心气流、控制炉底温度下降和加强铁口维护等操作方法,可以缓解炉缸侧壁侵蚀速度。同时对常态化加钛矿护炉操作重新提出了思考。
关键词: 炉缸侧壁; 侵蚀; 原因; 控制措施
Reason and Advice of Hearth Sidewall Erosion of
No.1 BF at ShiHengSteel
YangCheng
Abstract : The reasons of temperature rise of hearth sidewall for several times were analyzed and the operation practice on cont rol of sidewall erosion was summarized for No. 1 BF at ShiHengSteel. Results indicate that the high harmful elements is the important factor,and the sharp circum ferential flow of hot metal and slag is the major factor of intensified hearth sidewall erosion. By the measures in operation such as activation of hearth deadman , enhancement of cent ral gas flow , rise of hearth bottom temperature aswell as improvement of taphole protection , the problem of hearth wall erosion on No. 1 BF was eased successfully. Meanwhile , the thinking of using Titanium ore normaly to protect the sidewall operating are put forward again.
Key words : hearth sidewall ; erosion ; reason ; control measure
前言
石横特钢1#高炉设东西两个铁口、20个风口、15段冷却壁，其中6-9段为铜冷却壁，炉底1、2层砌筑半石墨质碳砖，3、4层为微孔碳砖，4层外环为超微孔碳砖，5-8层砌筑超微孔碳砖，9-14层砌筑微孔碳砖，炉底陶瓷垫采用刚玉莫来石砖，炉缸陶瓷杯及风口组合砖采用塑性相结合刚玉复合砖。第二代炉役于2011年12月15日点火开炉，至今已安全运行两年五个月。但2013年8月份以来，炉缸侧壁TE607-3位置（8层环碳19#风口方向）的温度出现周期性攀高现象。特别是2014年5月13日实施大富氧后，该点温度迅速升高，TE607-3C最高时至415℃。炉缸碳砖侵蚀加速，限制了高炉进一步强化冶炼，也难以实现5年以上炉龄的目标。为此，对1#高炉炉缸侧壁温度攀高现象和炉缸侵蚀的主要原因进行了分析，并提出了活跃炉缸、在日常生产中防止和控制侧壁温度上升的操作对策及炉缸侵蚀控制节奏。
1炉缸侧壁和炉底温度变化规律
1#高炉2012年1月至2014年6月炉缸侧壁及炉底温度(TE607 -3C、TE607-4B、TE607-8C和TE604) 上升过程如图1 所示。
侧壁温度上升时,8～10 层碳砖侧壁温度普遍升高,同时炉底各层炭砖温度(如TE604) 经一定时间持续下降达到580 ℃，甚至574 ℃的低位。对目前TE607-3C温度415℃时的炉缸侵蚀断面，运用一维稳态导热原理进行了计算,可知19#～9#风口方向炉缸与炉底交界区出现了异常侵蚀,该区域侧壁碳砖剩余厚度为650mm左右。
2侧壁上升和异常侵蚀原因分析
在1#高炉生产条件下,炉况和炉温波动引起的热应力损伤和风口漏水等引起的炭砖氧化等不是主要问题,除了大富氧导致冶炼强度的增加造成炉缸侵蚀加快的原因外，碱金属和锌侵蚀及炉芯焦透液性变差、炉底凝铁层增厚造成的铁水环流加剧是导致1#高炉历次侧壁温度攀高和侵蚀加重的主要原因。
2.1 碱金属和锌侵蚀
2012年1月份开始配加加低品质块矿，后烧结矿中加大了杂料的消耗比例，导致入炉碱负荷、锌负荷、铅负荷升高，特别是锌负荷长期高于业内标准，高炉布袋除尘灰中ZnO甚至高达20﹪以上。2014年春节后，受主流矿市场回落的影响，又减少了低品质矿的使用比例。2012年至2014年布袋除尘灰中碱金属及锌的变化见表1。
表1 布袋除尘灰成分变化
日期 TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 P K2O Na2O TiO2 MnO ZnO PbO |
1-3月（12年） 40.9 6.30 3.83 1.17 3.06 0.07 0.37 0.46 0.17 0.36 5.66 0.14 4-6月 39.7 6.10 4.12 1.22 2.83 0.08 0.31 0.74 0.16 0.11 4.84 0.05 7-9月 385.7 5.94 4.29 1.21 2.95 0.07 0.33 0.60 0.18 0.10 4.78 0.17 10-12月 37.7 5.38 3.65 0.94 2.86 0.05 0.27 0.21 0.18 0.11 9.25 0.16 1-3月（13年） 35.19 5.69 4.73 1.17 2.84 0.05 0.27 0.17 0.17 0.24 7.78 0.15 4-6月 33.25 5.89 4.37 1.08 3.21 0.05 0.40 0.20 0.22 0.19 9.27 0.12 7-9月 32.01 5.41 3.93 1.06 3.17 0.05 0.31 0.24 0.22 0.15 11.80 0.38 10-12月 32.31 5.87 4.00 1.10 3.72 0.05 0.34 0.31 0.24 0.16 12.08 0.13 1月（14年） 33.4 6.22 4.13 1.06 3.51 0.05 0.32 0.28 0.26 0.16 9.52 0.43 2月 33.4 6.71 4.26 1.09 3.02 0.06 0.43 0.18 0.25 0.12 4.82 0.01 3-6月 42.04 6.82 5.64 1.19 4.02 0.06 0.22 0.16 0.30 0.14 2.52 0.02 |
入炉有害元素含量偏高是造成1#高炉炉缸局部异常侵蚀的重要原因。Zn、Pb蒸气进入碳砖砖缝冷却后膨胀，造成砖缝变大，导致渣铁侵入，破坏了炉缸侧壁碳砖的整体强度。碱金属的渗透引起碳砖因应力作用而产生环裂，环缝的产生大大降低了炭砖的导热能力，加快了侵蚀速度[1]。
从表1看以看出，2012年10-12月份和2013年7-12月份，除尘灰中的ZnO均出现了较大幅度升高，这也与图1中TE607-3C在此时间段的温度攀升较为吻合。而2014年2月份以后，随着入炉锌负荷的降低，TE607 -3C点的温度，停止了上涨，并出现了一定程度的降低。
2.2 炉缸侧壁温度升高与炉底温度的关系
在高炉产量和操作条件基本不变的情况下,炉前作业和铁口维护困难往往是炉缸不活、铁水环流增强的直观表现。炉缸侧壁温度上升主要取决于炉底温度高低、铁水环流强弱和炉缸活跃与否。
由图2 可见,炉缸侧壁温度与炉底温度的变化具有明显的对应关系,2013年10月至2014年3月,每一次侧壁温度的上升都发生在炉底温度显著下降之时,而炉底温度较高的时候,侧壁温度较低也稳定。从图3回归图上可知二者存在相关关系,相关系数ρ=-0.83，二者关系的实质是铁水环流加剧、铁口区域炭砖热面温度升高与炉底凝铁层增厚的关系。
从1#高炉一代炉役钛矿护炉及二代炉役的常态化护炉实践表明,加钛矿对控制炉底温度升高和炉底侵蚀效果较为显著,而对控制侧壁温度升高不明显。一方面使用钛矿护炉会加剧炉芯透液性变差和炉底温度下降,推迟了炉底温度回升时间,延长了侧壁温度高温持续时间。另一方面，使用钛矿护炉加剧了炉底和炉缸侧壁的不对称侵蚀。加钛矿操作还影响炉前作业,增加生产成本,甚至对炉况产生不良影响。因此,炉底温度并不是越低越好,而是应控制在比较高的温度界限上，当炉底温度下降特别是低于控制下限时,及早采取措施使之提高,可以有效控制或避免侧壁温度的上升。
2.3 炉缸工作活性和中心气流对侧壁温度的影响
2013年11月份以后，1#高炉因冶炼低品质矿，造成入炉品位迅速下降，渣量增加。 2013年12月份和2014年1月份品位下降至55以下，最低时54.2。随着品位降低，渣铁比由370kg/t逐渐升高至430kg/t左右，造成炉缸吹透中心困难，由图1可以看出，此时间段炉底TE604点温度长期低于590℃。由于初始中心煤气流较弱,炉缸中心难以吹透,结果使死料柱处于呆滞状态,炉芯焦更新缓慢,同时高炉下部边缘气流偏强,沿炉缸周边滴落的铁水量增加,提高了环流铁水密度。炉底温度低和炉前作业变困难正是炉芯焦透液性变差和炉缸活性下降的反映。所以，料柱透液性降低，炉缸吹透困难是造成侧壁温度攀高的关键原因。
3 日常操作控制侧壁温度升高的实践及建议
1#高炉二代炉役开始就对炉缸长寿化提高了重视，并采取了一定措施，如常态化护炉，炉底控水等。
3.1 活跃炉缸、控制炉底温度下降
由于侧壁温度升高主要是炉芯焦透液性下降和炉底温度降低造成的,因此,在正常生产中当侧壁温度正常和炉底温度走低时,采取减轻布料漏斗中心负荷和减轻焦炭负荷的操作,加快炉缸死料柱的更换,活跃炉缸。从近两年的实践结果看,每当风量萎缩,炉底温度下降时,采用降低焦炭负荷的措施，均能有效的改善炉缸的工作状态。此外,要控制高炉休风时炉缸内温度大幅降低，在正常或临时休风前进行活跃炉缸操作,通过炉腰、炉腹和风口以下多充填焦炭、提高综合休风减矿率、休风前做足炉温和出尽渣铁操作,可有效控制休风带来的炉底凝铁层的增厚,为缩短炉底温度提升周期创造有利条件。1#高炉最近几次计划休风，休风料一般停留在炉腹上部，位置相对较高，休风后炉底温度和炉缸温度下降较多。
3.2 保持较强而稳定的中心气流
为吹透中心、适当抑制边缘气流，1#高炉吸取了一代炉役鼓风动能不足，中心气流长期偏弱的教训，风口面积由0.2187 m2 逐步缩小至0.2024 m2 ,后来为处理炉墙的轻微粘结，又扩至0.2051 m2。此外增加了长风口使用比例，风口斜度由6度改为4度，但炉底温度并未上升很多。2014年2月份以后，1#高炉将矿石内环的布料圈数由3圈改为2圈，漏斗内负荷减轻，使中心气流得到显著增强，炉缸侧壁温度逐渐回落，见图1。2014年5月13日，大富氧以后，随着矿批的扩大和风量的萎缩，炉缸初始煤气流减弱，铁水环流加强，又加快了炉缸侧壁侵蚀的速度。因此，调整上部气流时，要兼顾对下部炉缸状态的影响，为加快炉缸死料柱的更新速度和透液性，要进一步减轻漏斗内焦炭负荷，保证中心气流从下而上畅通，稳定。
3.3 调整钛矿使用模式
1#高炉二代炉役的死铁层深度为1600 mm ,比3#高炉1700mm浅,即使在相同产量下炉缸铁水环流要比3#高炉强。对于大型高炉,在生产中努力使炉底产生深锅底状侵蚀模式,对于有效防止炉缸产生难于控制的蒜头状异常侵蚀、延长炉缸寿命是十分有利的。1#高炉为加快炉底的侵蚀速度，从二代炉役开炉开始，炉底冷却水由450m3/h逐渐控制到目前的205m3/h，为使炉底产生锅底状侵蚀效果，起了一定作用，但由于铁水中长期含有0.08﹪的钛，又减缓了炉底侵蚀速度。因此，为避免加钛矿带来的炉底凝铁层增厚,建议暂停钛矿，并对停用钛矿后的炉缸侧壁和炉底的侵蚀速度做好跟踪。如果炉缸侧壁的侵蚀速度低于炉底的侵蚀速度，可考虑日常停用钛矿,只在炉底温度较高时使用,并在炉底温度下降较多时立即停用。这样既可以抑制了炉底温度的下降,还可实现了对钛矿的合理利用,节约了钛矿和燃料消耗。
3.4 改善炮泥质量
维护好铁口是防止侧壁温度波动和保证炉缸长寿的最基本要求。1#高炉自二代炉役开始，断铁口次数一直偏多，个别时间段断铁口次数达到45﹪以上，其中炮泥质量不稳定是断铁口次数多的主要原因。炉前平台存放的炮泥规格有时多达十几种，频繁调整炮泥成分,使之难以耐渣铁冲刷和与砖衬结合成牢固的保护层。为此，切实改善并稳定炮泥质量，对维护好铁口，缓解侧壁温度的升高将起到很大作用。
4 1#高炉炉缸侵蚀控制节奏
为保证1#高炉实现5年以上炉龄的目标，必须对炉缸的侵蚀速度进行过程控制。当炉缸的侵蚀速度过快，碳砖剩余厚度低于预定剩余厚度时，就果断采取措施。鉴于目前炉缸实际侵蚀状况，TE607-3点的位置是目前侵蚀最严重的点，因此可只按此点来推算炉缸侧壁的侵蚀速度。以目前碳砖的剩余厚度为起点， 300mm为碳砖安全剩余厚度，5年半为炉龄目标，推算出TE607-3点的控制节奏见表2。
表2 TE607-3位置侵蚀控制时间表
时间 | 2014.6 | 2014.9 | 2014.12 | 2015.3 | 2015.6 | 2015.12 | 2016.3 | 2016.6 | 2016.9 | 2016.12 | 2017.3 | 2017.6 |
607-3B | 268 | 300 | 315 | 330 | 345 | 355 | 375 | 390 | 410 | 435 | 460 | 500 |
607-3C | 416 | 450 | 473 | 495 | 518 | 536 | 566 | 589 | 623 | 661 | 699 | 760 |
剩余碳砖 | 645 | 616 | 582 | 547 | 517 | 489 | 458 | 432 | 397 | 366 | 338 | 300 |
5 结论
(1) 入炉有害元素偏高是造成1#高炉异常侵蚀的重要原因，今后讨论非主流矿的性价比优势时，对高炉寿命的影响要足够重视。
(2) 炉缸死料柱活性下降、炉底温度过低、凝铁层增厚,加剧了铁水环流冲刷,是1#高炉侧壁温度反复升高和异常侵蚀的最主要原因。
(3) 在正常生产中采取减轻焦炭负荷、保持较强中心气流等活跃炉缸的操作措施,可以有效的抑制侧壁温度的快速升高。
(4) 对1#高炉目前采用的常态化钛护炉模式，是否真正有效和可取，需要重新思考和验证。
(5) 要实现5年以上炉龄的目标，必须加强过程控制，制定炉缸侵蚀过程控制预案。
6 参考文献
[1] 徐万仁,朱仁良,张龙来,张永忠. 宝钢2 号高炉炉缸侧壁侵蚀原因及控制实践[J]. 钢铁,2007,(1): 42- 1.
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