蕪湖新興鑄管1 號(hào)高爐爐底溫度上升的治理實(shí)踐

高 峰， 張衛(wèi)華， 孟凡林， 傅友根

（蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司， 安徽 蕪湖 241000）

1 概況

蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司（全文簡(jiǎn)稱蕪湖新興）鑄管1 號(hào)高爐（1 280 m3）投產(chǎn)于2012 年6 月1日，高爐爐底冷卻采用在爐殼底板下埋設(shè)水冷管的形式，爐底板往上，第1、2 層為厚度400 mm 的半石墨碳磚，第3 層為400 mm 的微孔碳磚，第4 層為400 mm 的超微孔炭磚，第4 層上部為杯壁厚345 mm，杯墊厚800 mm 的微孔剛玉磚陶瓷杯的爐底、爐缸結(jié)構(gòu)（如圖1 所示）。投產(chǎn)后，高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均達(dá)到較好水平。從2017 年9 月開始發(fā)現(xiàn)爐底封板處出現(xiàn)開裂并竄出帶壓煤氣，高爐風(fēng)口帶出現(xiàn)中套變形嚴(yán)重，小套上翹明顯并漏煤氣[1]；18 年5 月開始，爐底水泥基墩出現(xiàn)裂紋并有微量煤氣泄漏，同時(shí)高爐爐底水冷管溫差和爐底中心點(diǎn)溫度上升速度異常（如圖2 所示），隨著爐底溫差、溫度的上升和煤氣泄漏量的不斷增大，迫于安全生產(chǎn)的壓力，6 月份高爐開始下調(diào)入爐風(fēng)量，降低冶煉強(qiáng)度，造成鐵水產(chǎn)量和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)重下滑，成本上升較大。

圖1 鑄管1 號(hào)高爐爐底、爐缸結(jié)構(gòu)圖（mm）

圖2 鑄管1 號(hào)高爐2018 年5 月—11 月爐底水冷管（16 號(hào)、17 號(hào)、18 號(hào)）水溫差和爐底中心點(diǎn)熱電偶溫度的變化

2 爐底溫差、溫度上升的原因分析

在爐底溫差、溫度持續(xù)上升的期間，蕪湖新興鑄管煉鐵部門通過影響爐底溫度的各種因素進(jìn)行分析排查，認(rèn)為爐底溫度上升的原因主要：爐缸碳磚有縫隙，鋅、鉛沉積；上部煤氣通過風(fēng)口區(qū)域下竄至爐底基墩兩種。

對(duì)第一個(gè)影響原因，在2018 年5 月份，高爐爐底水冷管溫差和爐底中心點(diǎn)溫度開始上升后，通過分析2018 年5 月—8 月份爐缸第一層標(biāo)高為7.1 m的6 支測(cè)溫?zé)犭娕疾迦胛恢迷诘谝粚犹即u與第二層碳磚之間（如下頁(yè)圖3 所示），插入深度分別為0.48 m，1.78 m，3.58 m，5.38 m 的溫度（如下頁(yè)圖4 所示），可以看出，爐底碳磚溫度在平穩(wěn)波動(dòng)，沒有明顯上升變化，可以得出這種觀點(diǎn)與實(shí)際原因不符。

確定爐缸碳磚相對(duì)完好后，對(duì)第二個(gè)影響因素進(jìn)行分析，由于高爐長(zhǎng)期使用高Zn 原料，爐內(nèi)循環(huán)富集的鋅蒸氣在爐內(nèi)高壓條件下很容易進(jìn)入到耐火磚爐襯的氣孔內(nèi)，部分滲人爐墻，在爐襯中冷卻并氧化為ZnO，使磚襯體積膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而開裂和塌落，進(jìn)而破壞爐襯[2]，另外爐內(nèi)的鋅蒸氣順著冷卻設(shè)備處的縫隙進(jìn)入到風(fēng)口區(qū)，溫度降低冷凝為液體，大量凝結(jié)到風(fēng)口組合磚中，使風(fēng)口組合磚體積膨脹，造成風(fēng)口中套變形及上翹。風(fēng)口帶的煤氣則通過風(fēng)口組合磚沿冷卻壁的冷面和熱面細(xì)小縫隙往下竄漏，竄漏的通道具有不規(guī)則性、細(xì)微性、位置不確定性，為后期處理增加了困難。另從1 號(hào)高爐爐基結(jié)構(gòu)圖分析，爐底封板布置在水冷管上方，封板上是碳素找平層，煤氣竄漏至爐底水泥基墩是以爐底封板的焊縫開裂或薄弱處為主要通道。

圖3 高爐爐缸第一層測(cè)溫?zé)犭娕挤植紙D（mm）

圖4 高爐爐缸第一層熱電偶溫度變化

3 治理措施

1）根據(jù)《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的有害元素入爐標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制入爐原料堿金屬含量≤3 kg/t、鋅含量≤0.15 kg/t，減少循環(huán)富集。

2）2018 年6 月至9 月份先后4 次對(duì)爐缸冷卻壁冷面（爐皮側(cè)）和冷卻壁熱面（碳磚側(cè)）部位煤氣封堵壓漿治理，由于下竄通道多且無規(guī)則，封堵治理效果不佳，爐底溫度仍持續(xù)上升。

3）2018 年11 月至12 月份，利用高爐年檢中修機(jī)會(huì)對(duì)風(fēng)口區(qū)域進(jìn)行整體澆注和爐內(nèi)噴涂（如圖5所示），封堵了爐缸上部高溫煤氣下竄的通道。

4）高爐爐底基墩煤氣封堵治理，2018 年11 月至12 月對(duì)爐底的耐熱基墩、水泥基礅外部制作迷宮密封結(jié)構(gòu)的外殼，保證爐體金屬外殼無裂縫、漏點(diǎn)的前提下，利用塑相密封理論[3]，在爐缸第一、二、三層冷卻壁以及基墩外殼內(nèi)壓入高導(dǎo)熱塑性密封材料。確保將水泥基礅竄漏煤氣封堵在鋼板結(jié)構(gòu)密封內(nèi)（如圖6 所示），徹底消除了高爐本體基墩的貫通性煤氣滲漏通道。

圖5 高爐風(fēng)口帶整體澆筑情況

圖6 高爐爐底基墩迷宮密封結(jié)構(gòu)的外殼

4 效果分析

經(jīng)過對(duì)入爐原料有害元素的控制和煤氣下竄通道的多次封堵治理，爐底中心點(diǎn)溫度和爐底水冷管溫差有了顯著的下降（如圖7 所示），爐底封板及基墩煤氣泄漏基本得到了控制，爐底離本體1 m 范圍內(nèi)煤氣濃度低于15×10-6，給高爐生產(chǎn)和工作人員提供了安全的工作環(huán)境，12 月份高爐開始提高冶煉強(qiáng)度，高爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了較大的改善，利用系數(shù)由2018 年的2.46 提高至2019 年的3.15（如表1所示）。

圖7 2019 年1 月—12 月爐底水冷管（16 號(hào)、17 號(hào)、18 號(hào)）水溫差和爐底中心點(diǎn)溫度的變化

表1 蕪湖新興鑄管2018 年和2019 年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語

爐底的安全是高爐穩(wěn)定生產(chǎn)和長(zhǎng)壽的關(guān)鍵組成部分，經(jīng)過此次蕪湖新興鑄管1 號(hào)高爐爐底溫度上升的治理實(shí)踐總結(jié)得到以下經(jīng)驗(yàn)：

1）通過比對(duì)爐缸碳磚溫度變化，排查出爐底溫度上升和竄煤氣的主要原因是本次治理取得成功的關(guān)鍵。

2）采用風(fēng)口區(qū)域整體澆筑與爐底灌漿塑性密封上下結(jié)合的方式較為徹底的封堵煤氣下竄通道是本次治理取得成功的重要因素。

3）堿金屬和鋅等有害元素對(duì)高爐耐材的破壞影響重大，要嚴(yán)格控制堿金屬和鋅等有害元素的入爐量。