爐底爐缸溫度對高爐煉鐵影響的評述與分析

趙新

石橫特鋼集團有限公司煉鐵廠，中國·山東 泰安 271612

高爐；爐底爐缸溫度；爐況順行；高爐長壽

1 引言

爐缸是爐內反應開始和結束的部位，是高爐爐況順行的基礎和保證。爐缸上部的風口區(qū)是燃料燃燒的地方，是煤氣的發(fā)源地和冶煉過程所需熱量的源泉；爐缸下部是渣鐵儲存區(qū)，進行著渣鐵反應，是保證生鐵質量的重要環(huán)節(jié)。爐缸對高爐生產有著決定性的作用，同時也是影響高爐一代爐役壽命的關鍵。因此，通過監(jiān)測爐缸、爐底溫度判斷高爐爐缸整體工作狀態(tài)，保證高爐長期安全穩(wěn)定運行有著重要意義。

2 爐底爐缸溫度對高爐的影響

2.1 計算活性指數(shù)，判斷爐缸工作狀態(tài)

根據(jù)爐缸側壁溫度和爐底溫度的變化規(guī)律來判定爐缸狀態(tài)，一般情況下兩者之間具有此消彼長的特點。爐缸活性指數(shù)的計算方法：K=爐底中心溫度/爐缸側壁溫度的平均值。1080m3高爐的爐底溫度可取TE604 點的溫度，爐缸側壁溫度可取鐵口兩側溫度的平均值。

缸側壁溫度與爐底溫度的變化具有明顯的對應關系，兩座大高爐每一次側壁溫度的上升基本都發(fā)生在爐底溫度下降之時，而爐底溫度較高的時候，側壁溫度較低也穩(wěn)定[1]。二者關系的實質是鐵水環(huán)流加劇、鐵口區(qū)域炭磚熱面溫度升高與爐底凝鐵層增厚的關系。因此當爐缸活性指數(shù)下降時，要分析爐缸狀態(tài)是否正在變差，需不需要采取措施處理。

2.2 建立高爐侵蝕模型，判斷高爐使用壽命

通過研究高爐侵蝕規(guī)律及熱傳輸原理，綜合運用傅立葉定律第一定律來簡化爐缸侵蝕計算模型，并能用在線數(shù)據(jù)及時計算出爐缸侵蝕狀態(tài)，為護爐工作提供依據(jù)。

根據(jù)傅立葉定律第一定律，q=-λdt/dn，把復雜的傳熱計算簡化為穩(wěn)態(tài)傳導傳熱問題。已知爐底、爐缸材料的導熱系數(shù)（λ）與溫度點的距離n，利用溫度實測數(shù)據(jù)可以計算出熱流強度值（q），進而計算出鐵水凝固點（1150℃）與溫度測定點檢的距離，推測爐底，爐缸的殘余厚度。目前爐缸侵蝕計算模型，已能計算出所有爐缸側壁及爐底侵蝕量，繪制出爐缸侵蝕斷面圖，對爐缸的侵蝕狀態(tài)有直觀了解，倒推出爐缸侵蝕節(jié)奏控制節(jié)點，為不同階段的護爐措施，提供依據(jù)。

2.3 定性判斷高爐運行狀態(tài)

通過多點位埋設熱電偶實時監(jiān)測溫度變化趨勢，為判斷爐缸狀態(tài)提供有力支持。爐缸圓周均勻活躍有利于高爐穩(wěn)定順行，而局部過活導致爐缸耐材異常侵蝕，甚至影響高爐壽命，大體分為兩方面。

（1）對高爐的穩(wěn)定順行的影響

爐缸作為煤氣的發(fā)源地，決定了初始煤氣流的分布狀態(tài)，從而影響煤氣在上升過程中與爐料密切接觸傳熱傳質過程的進行及上部煤氣流的走勢。而無論爐況順行與否，還原過程好壞，冶煉效果最終由爐缸工作狀態(tài)反映出來，所以爐缸是最主要的工作部位。

（2）對高爐壽命的影響

當爐缸及爐底局部溫度出現(xiàn)異常過高時，代表該區(qū)域侵蝕異常嚴重，而爐缸是高爐主要產物爐渣與生鐵儲存區(qū)，當耐材侵蝕殆盡后，高溫渣鐵與冷卻壁直接接觸，從而引起爐缸燒穿，爆炸等惡性事故的發(fā)生。

3 爐底爐缸溫度異常的表現(xiàn)與處理

爐底爐缸溫度隨著高爐壽命的增加呈緩慢升高趨勢，若爐缸爐底溫度短時間發(fā)生大幅度變化，一般波動超過8℃/天，則可定義為溫度異常。異常分為過低、過高兩種，分別對應為爐缸堆積及爐缸異常侵蝕兩種。

3.1 爐底、爐缸溫度下降的判斷與處理

爐缸堆積的特征為爐底溫度不斷下降。如屬爐缸邊緣堆積，除爐底溫度下降外，爐缸邊緣溫度、爐缸冷卻壁水溫差及熱流強度也同時降低。發(fā)生爐缸堆積初期溫度變化并不明顯，這也是爐缸堆積難以及時發(fā)現(xiàn)的原因，應當結合其他手段，綜合判斷爐缸堆積程度。

爐缸堆積的處理主要有以下幾方面：①提高焦炭質量。焦炭是高爐料柱的“骨架”，實踐證明很多爐缸堆積，特別是爐缸中心堆積，大部分是由焦炭質量惡化引起的。措施主要是盡快改善焦炭質量，形成新的爐缸焦炭料柱，逐步提高焦炭層的透氣性和透液性，避免風口的頻繁破損，逐步擴大送風面積。②利用上下部調劑，處理爐缸堆積。邊緣或中心過輕（發(fā)展）或過重（堵塞）等煤氣分布不均造成的堆積，應查明原因，用上下部調劑進行處理。③改善渣鐵流動性或洗爐。爐缸堆積要嚴防高硅鐵、高堿度渣操作，避免渣鐵粘稠加重爐缸堆積。

3.2 爐底、爐缸溫度上升的判斷與處理

當爐缸及爐底局部溫度出現(xiàn)異常過高時，即發(fā)生爐缸異常侵蝕。根據(jù)對停爐后爐缸爐底內襯侵蝕情況的研究發(fā)現(xiàn)，高爐爐缸爐底侵蝕破損的形狀主要有三類：①爐底中心部位侵蝕嚴重的鍋底狀侵蝕；②爐缸側壁和爐缸爐底交界處侵蝕嚴重的象腳狀侵蝕；③爐缸爐底內襯均勻侵蝕，爐缸爐底交界處未出現(xiàn)明顯的象腳狀侵蝕，爐底也未出現(xiàn)鍋底狀侵蝕，這類侵蝕屬于正常侵蝕。

（1）鍋底狀侵蝕

形成鍋底狀侵蝕的原因主要是由于爐缸死焦柱下部鐵水較強的流動、沖刷所致，用于爐底的耐火材料難以抵抗鐵水的劇烈沖刷，加之爐底冷卻功能不完備，這種異常侵蝕一般會造成高爐爐底炭磚層減薄。我公司原380m3高爐爐底采取小炭塊結構，風冷方式，2009年9月份停爐大修時，發(fā)現(xiàn)爐底炭磚侵蝕至第三層，形成了類似鍋底狀侵蝕。

（2）象腳狀侵蝕

象腳狀侵蝕是現(xiàn)代高爐爐缸爐底內襯最主要的侵蝕類型。其特征是在爐缸爐底交界處內襯侵蝕外形呈象腳狀，即在爐缸爐底交界處內襯侵蝕嚴重，侵蝕線向爐缸側壁和爐底周邊擴延，對應爐缸第2 段冷卻壁的位置。這類侵蝕對高爐爐缸爐底壽命危害巨大，是制約高爐壽命的主要因素。爐缸整體侵蝕形貌示意圖如下：

圖1 爐缸整體侵蝕形貌示意圖

（3）均勻侵蝕

爐缸爐底內襯均勻侵蝕表現(xiàn)為爐缸側壁和爐底侵蝕形狀比較均勻，但侵蝕最嚴重的部位仍是爐缸側壁和爐底交界處，只是象腳狀異常侵蝕的特征并不顯著。

（4）爐缸侵蝕異常處理

①減輕布料漏斗中心負荷和減輕焦炭負荷的操作，加快爐缸死料柱的更換，活躍爐缸。從近兩年的實踐結果看，每當風量萎縮，爐底溫度下降時，采用降低焦炭負荷的措施，均能有效的改善爐缸的工作狀態(tài)。

②保持較強而穩(wěn)定的中心氣流，為吹透中心、適當抑制邊緣氣流，同時要兼顧對下部爐缸狀態(tài)的影響，為加快爐缸死料柱的更新速度和透液性，要進一步減輕漏斗內焦炭負荷，保證中心氣流從下而上暢通、穩(wěn)定。

③加鈦礦護爐，鐵水中[Ti]低于0.08%，在爐內的沉積的數(shù)量極少，大于0.08%，才有可能沉積。眾多經驗表明，鐵水中[Ti]在0.08-0.12%之間，護爐作用明顯，[Ti]在0.15-0.25%之間，護爐更有效，鐵水[Ti]0.25%是護爐上限。鐵水中[Ti]濃度大于0.25%，雖然護爐效果更佳，但鐵水粘度明顯變壞，容易形成爐缸堆積，破壞高爐行程。

④改善炮泥質量，維護好鐵口是防止側壁溫度波動和保證爐缸長壽的最基本要求。減少斷鐵口次數(shù)，切實改善并穩(wěn)定炮泥質量，對維護好鐵口、緩解側壁溫度的升高將起到很大作用。

4 結語

保證高爐的爐缸活躍性是個系統(tǒng)工程，需要從多方面入手，通過各種操作制度配合才能實現(xiàn)。對爐缸活躍性變化要做到預知預控，摸索爐缸活躍性評價機制是一種有效方法。物理熱指數(shù)等判斷爐缸活躍都有其局限性，受操作方針變化、產量調整等影響，實際生產中還要多進行統(tǒng)籌分析，結合實際爐況來摸索本高爐的正常參數(shù)值。當爐缸狀態(tài)下降初期，應加強日常調整，高爐在原燃料質量下降的情況下，保證鐵水溫度及中心溫度不下降可避免造成爐況更大波動。爐缸作為高爐生產的重中之重，不僅僅是對高爐的穩(wěn)定順行有重要作用，還對人身、生產安全及高爐長壽起到主導性。作為高爐生產，無論在新建高爐還是大修時，必須做好施工質量的把關，確保生產后溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確，根據(jù)數(shù)據(jù)作出果斷有效的反饋，保障高爐長期安全、穩(wěn)定運行。