寶鋼不銹鋼2 號高爐爐役末期護爐實踐

忻毅XIN Yi；張振偉ZHANG Zhen-wei

（寶鋼不銹鋼有限公司，上海 200431）

（Baosteel Stainless Steel Co.，Ltd.，Shanghai 200431，China）

0 引言

寶鋼不銹鋼有限公司2 號高爐于1999年10月8日點火投產(chǎn)，設計爐容為2500m3，一代爐役無中修設計壽命12年。2 號高爐共有風口30 只，鐵口3 個。爐缸結構：爐底滿鋪2 層魯山半石墨炭磚層高為400mm+3 層貴鋁微孔炭磚層高為500mm+2 層法國陶瓷墊，層高為500mm；爐缸采用日本NDK 微孔炭磚和法國陶瓷杯。爐缸共5 段鑄鐵冷卻壁，采用中壓凈循環(huán)水冷卻，爐腹以上采用軟水密閉循環(huán)冷卻。至2012年10月17日停爐累計生產(chǎn)生鐵2581.4 萬噸、單位爐容產(chǎn)鐵10325.6t/m3，步入了國內長壽高爐先進行列。高爐設備固定投資相當巨大，如何延長高爐的使用壽命，提高經(jīng)濟性已成為今后煉鐵技術的主攻方向，本文闡述了爐役后期采取各種護爐措施實踐效果對比，以最小的投入換取爐役后期高爐生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟性。

1 高爐爐缸侵蝕的狀況

高爐爐缸的壽命決定高爐能否繼續(xù)投入生產(chǎn)，爐缸內部耐材的維護及監(jiān)控則尤為關鍵，是指導爐役后期生產(chǎn)的一項重點工作。

1.1 爐缸環(huán)炭溫度及爐缸冷卻壁熱流強度上升

2 號高爐1999年10月投產(chǎn)后，隨著時間的延長和冶煉強度的提高，爐缸環(huán)炭電偶溫度一直在200℃以下和爐缸冷卻壁水溫差均小于2℃，爐底爐芯溫度最高到過658℃。不銹鋼2 號高爐爐缸冷卻壁冷卻布置形式：H1-H5每層48 塊冷卻壁，H1 為單獨供水，H2 與H3 串聯(lián)供水，H4 與H5 串聯(lián)供水。2012年1月以后爐缸環(huán)炭溫度上升速度加快，3月25日因1#鐵口區(qū)域爐缸電偶TE3674 溫度上升至248℃，（歷史爐缸電偶溫度最高值為206℃），4月1日視電偶溫度TE3674 升至284℃及H2-H3-2#冷卻壁熱流強度大幅上升至1.27 萬kcal/m2h。

圖1 爐缸鐵口下方區(qū)域1.5m 熱電偶溫度

圖2 爐缸重點部位冷卻壁熱流強度

1.2 爐缸磚襯厚度測算

2 號高爐原設計爐缸電偶均為單支電偶，插入深度入炭磚60mm，爐缸環(huán)炭厚度為800mm，為了計算爐缸炭磚殘厚及加強監(jiān)控，2011年3月及6月在爐缸新增安裝了30 支單支電偶，插入深度為緊靠炭磚冷面設置。從新舊電偶的溫度及其深度差，由此計算出的炭磚殘厚在700-800mm。計算分析：因前期爐缸電偶溫度普遍低于200℃，而新裝電偶溫度60℃，反映的殘厚值不足以采信，原因：①因后期新安裝的電偶緊貼炭磚表面設置，復風熱膨脹等影響其溫度值存在不準確性。②電偶設置靠近冷卻壁，溫度傳輸速率較快，其溫度普遍較低，計算誤差較大。③二點溫度距離太近，只有60mm，數(shù)據(jù)精確性難以保證。為了掌握已經(jīng)12年爐齡的爐缸真實狀況，2011年12月29日利用計劃檢修，新增安裝4 套雙支電偶，其中一套選擇安裝在相對溫度高的1#及2#鐵口之間，可以根據(jù)平面?zhèn)鳠崂碚撨M行計算爐缸磚襯厚度。

圖3 爐缸炭磚內部結構示意圖

計算公式：q=Δt/（Σli/λi）

其中：L1、L2、L3、L4 分別為凝鐵層厚度、滲鐵層厚度、脆化層厚度和炭磚完好層中電偶熱端至熱面的厚度。λi為不同層的導熱系數(shù)。

根據(jù)對國內多座用后高爐爐缸側壁炭磚殘存結構的統(tǒng)計結果，多數(shù)情況下，脆化層的厚度在50-100mm 之間。選取2012年2月16日實測溫度435/284℃，插入深度200/100mm。根據(jù)熱流強度反算，取滲鐵層厚度90-60mm，脆化層厚度60-50mm，按兩種情況計算得出熱電偶前段的炭磚殘存厚度分別為96mm 和153mm。加上熱電偶熱端至冷面的厚度（插入深度）200mm，估算爐缸側壁炭磚的殘存厚度為296-353mm?？紤]到凝鐵層的厚度是在理想狀態(tài)下的模型計算值，計算時將其厚度修正為100mm 后計算，殘存厚度為176+200=376mm。根據(jù)現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)和多種結構參數(shù)組合的估算結果，推測不銹鋼2 號高爐爐缸側壁炭磚目前的殘存厚度為300mm 左右。

2 高爐護爐措施

2.1 完善高爐爐缸監(jiān)控

①2 號高爐爐缸初始設計電偶共30 支，均為單支電偶插入深度入炭磚60mm，為了加強對爐缸環(huán)炭溫度的監(jiān)控，11年3月、6月、9月利用計劃檢修新增電偶均為單支電偶，從二塊冷卻壁間隙重新打孔安裝，且插入深度均為靠炭磚外表面。2011年12月29日計劃檢修安裝4 套雙頭電偶，插入深度入炭磚為200mm、100mm。2012年4月24日在爐缸鐵口區(qū)域新增單支電偶17 支，用以消除鐵口區(qū)域監(jiān)控盲點。

②增加爐缸冷卻壁熱流強度監(jiān)控設備。爐缸侵蝕進程的控制必須首先著眼于爐缸磚襯和2 段壁體溫度的控制，但衡量爐缸侵蝕的嚴重程度最終還是以熱流強度的高低作為評判標準。因此，準確計算出爐缸H2-H3 段的熱流強度，并結合生產(chǎn)實際確定出熱流強度的控制范圍，是爐役后期各項工作的重中之重，也是評價爐缸水系統(tǒng)改造成功與否的關鍵指標。由于熱流強度是根據(jù)冷卻壁的水溫差計算得出，為了準確計算出爐缸冷卻壁的熱流強度，減少人為因素造成的測量誤差，2011年9月在2#高爐重點區(qū)域的冷卻壁進出水管上安裝了高精度測溫電偶和流量計，將測溫數(shù)據(jù)和水流量數(shù)據(jù)采集到計算機，自動計算出單塊冷卻壁的熱流強度，并形成水溫差和熱流強度的實時曲線和歷史曲線，取得了較好的監(jiān)控效果。

③結合爐缸H3 段壁體溫度和爐缸炭磚溫度，制定了2 號高爐爐缸冷卻壁熱流強度的控制標準范圍：正常值1.0 萬kcal/m2h 以下，警戒值1.3 萬kcal/m2h，危險值大于1.6 萬kcal/m2h 以上。

2.2 強化爐缸冷卻

2 號高爐的爐缸采用的是中壓工業(yè)凈循環(huán)水冷卻，水壓0.85Mpa，H1-H3總水量840m3/h，H4-H5 總水量824m3/h，流速2.1m/s。2011年4月7日爐缸熱電偶TE3673、TE3693 位于爐缸H3、H2 第39 塊冷卻壁上，溫度上升幅度較大，溫度經(jīng)儀表校驗后均屬實。同時爐缸冷卻壁H2-H3 的7#、39#水溫差在2.5℃左右，于是對H2-H3的7#、39#通高壓水強化冷卻。6月7日計劃檢修對H2-H3 的7#、39#改單塊高壓水強化冷卻。2012年4月將三個鐵口處的冷卻壁H2-H3-1#、H2-H3-2#、H2-H3-7#、30#雙串冷卻改單串通高壓水冷卻。經(jīng)過強化冷卻措施改進，爐缸炭磚侵蝕速度得到有效抑制。

2.3 加強鐵口維護，鐵口泥量維持上限

要求爐前出鐵作業(yè)加強鐵口維護，保證鐵口深度，打泥量按上限操作，當鐵口作業(yè)有異?，F(xiàn)象時及時匯報，以采取鐵口差異化出鐵，降低該區(qū)域的爐缸環(huán)流沖刷。根據(jù)高爐長壽需求，在不影響爐前開口出鐵及渣鐵處理作業(yè)的前提下，鐵口深度按3400-3600mm 的上限控制。在線鐵口都保持3600mm 及以上的上限深度。鐵口深度控制見圖4。

圖4 鐵口深度月度趨勢圖

2.4 在鐵口區(qū)域新增電偶，增加爐缸重點溫差監(jiān)測頻次、爐缸鐵口區(qū)域爐皮測溫，完善預警匯報制度。

①新增熱電偶設置在冷卻壁與冷卻壁間隙中，以大量單支電偶掃除爐缸監(jiān)控盲點，并在重點區(qū)域安裝雙支電偶用以計算爐缸炭磚殘厚，插入深度上單支設置基本以緊貼炭磚冷面設置，雙支電偶插入炭磚深度100mm，200mm。并對H3 段鐵口等區(qū)域冷卻壁安裝精密流量計，實時顯示計算爐缸熱流強度變化。

②制定熱流強度上限范圍，指導操作。當熱流強度＞2萬kcal/m2h，可考慮應急休風鎮(zhèn)靜10 小時、堵相應熱流強度高處位置上方風口，考慮相鄰風口進行喂線作業(yè)。

2.5 調整高爐操業(yè)，合理控制冶煉強度

高爐爐缸環(huán)炭溫度、冷卻壁熱流強度與高爐冶煉強度有著很好的對應關系，隨著冶強的提高，壁體溫度及熱流強度也隨著上升。當其它的護爐措施效果不明顯時，采取控制冶煉強度是最安全有效的手段。2012年3月26日高爐逐步將富氧停用，風量適當控制，4月1日休風堵其上方的2#風口，風量控制在4200m3/min（全風4350m3/min），高爐日產(chǎn)降至5300t/d，4月10日視爐缸電偶溫度及熱流強度持續(xù)升高，果斷休風加堵1#風口，復風后高爐風量控制在3900m3/min-4000m3/min，高爐日產(chǎn)降至5000t/d，利用系數(shù)降低到2.0t/（m3·d）。

2.6 風口喂線護爐

爐頂加入一定比例釩鈦礦護爐工藝成熟，但短期資源組織及爐況操作等多因素影響，往往帶來爐況不順和應用不靈活。而局部風口喂線護爐工藝是一種輔助護爐的有效手段，解決了常規(guī)釩鈦礦護爐的劣勢，使用較為靈活，可按需要局部風口強化喂線護爐，參照高爐計劃檢修節(jié)點以及鐵口的休止輪換周期，在爐缸需要修補部位上方風口，通過煤槍孔將含鈦物料包芯線用喂線機送入爐內，包芯線穿過風口、進入回旋區(qū)熔化并熔入渣、鐵之中，形成局部高濃度鈦渣，進而被還原生成TiC、TiN 并粘附于爐缸形成保護層，喂線的工藝流程如圖5 所示。

圖5 風口喂線工藝流程圖

喂線內芯料為鈦精礦，其控制成份TiO2≥46%，S≤0.03%，P≤0.05%。釩鈦礦中含有TiO2，TiO2在高爐內高溫還原氣氛條件下生成TiC、TiN 及其固熔體Ti（CN）。它們的熔點都很高，純的TiC 為3150℃、TiN 為2950℃，這些高熔點的鈦的氮化物和碳化物在爐缸、爐底生成發(fā)育和集結，與鐵水及鐵水中析出的石墨等形成黏稠狀物質，凝結在離冷卻壁較近的被侵蝕嚴重的爐缸、爐底的磚縫和內襯表面，進而對爐缸、爐底內襯起到了保護作用。

2012年5月3日-9日使用風口喂含鈦包芯線護爐，喂線風口號為29#、3#風口在1#鐵口上方區(qū)域，共計200t左右。喂線過程中取樣：鐵水中[Ti]=0.05%-0.13%、[Si]=0.5%-0.6%之間，爐渣中TiO2含量在0.72%。效果分析：1#鐵口區(qū)域下方1.3m 位置電偶溫度由140℃下降至118℃，見圖6。

圖6 喂線前后鐵口處電偶溫度變化

2.7 長期休風鎮(zhèn)靜爐缸

為了進一步控制住爐缸熱流強度上升趨勢，將4月的定修日期適當提前，在4月24日高爐休風鎮(zhèn)靜1913min，休風后爐缸水量不進行控制，強化冷卻。從復風后的H3段熱流強度及爐缸電偶溫度看，均明顯下降，見圖7，復風后一周仍呈穩(wěn)定下降趨勢，效果較為理想。

圖7 H3 重點冷卻壁熱流強度

3 實施效果

通過采取一系列措施，爐缸環(huán)炭溫度整體下降，1#鐵口區(qū)域下方1.3m 位置電偶溫度從最高302℃下降至107℃左右，2#鐵口下方電偶溫度從195℃下降至50℃，見圖8。爐缸2 段1 號冷卻壁熱流強度由1.72 萬kcal/m2h 下降到1.38 萬kcal/m2h。從爐缸關鍵部位環(huán)炭溫度和熱流強度的變化趨勢可以看出，二者均呈緩慢下降趨勢，上述護爐措施起到了較好的效果，輔助爐役后期高爐的安全生產(chǎn)。

圖8 三個鐵口中心下方1.3m 位置電偶溫度

4 結語

通過采取多種護爐措施，使高爐爐缸炭磚電偶溫度、冷卻壁熱流強度等參數(shù)控制在相對安全范圍內，可以延長高爐的使用壽命，大幅提升高爐的經(jīng)濟性。因此高爐生產(chǎn)應在從開爐初期就樹立長壽的意識，從冷卻制度、熱制度、送風制度等多方面考慮和進行監(jiān)測，在爐缸局部出現(xiàn)侵蝕加劇現(xiàn)象時，應果斷采取相應的爐內，爐外護爐措施，及時遏制住趨勢，從強化冷卻的方面考慮必要的設備改進，能有效地減緩對爐缸炭磚的侵蝕，維持爐役后期的安全生產(chǎn)。

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