首鋼京唐1#高爐護爐措施及生產(chǎn)實踐

鄭 凱 滕召杰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司）

0 概述

首鋼京唐1#高爐于2009年5月21日投產(chǎn)，有效容積5 500 m3。高爐采用平坦化雙矩形出鐵場和鐵水直接運輸工藝，共有4個鐵口、 42個風(fēng)口，爐頂設(shè)備采用自主設(shè)計的并罐式無料鐘爐頂；爐體采用純水密閉循環(huán)冷卻、銅冷卻壁、薄壁內(nèi)襯等高爐綜合長壽技術(shù)[1]；熱風(fēng)爐采用頂燃式熱風(fēng)爐和助燃空氣高溫預(yù)熱技術(shù)，設(shè)計風(fēng)溫1 300 ℃；外圍采用螺旋法渣處理工藝，全干法布袋除塵技術(shù)。

京唐1#高爐爐底采用全碳磚加陶瓷墊爐底的結(jié)構(gòu)，爐底水冷管以上找平層使用耐火澆注料找平；往上平鋪四層碳磚：一層高導(dǎo)熱石墨磚，兩層微孔碳磚，一層超微孔碳磚；碳磚上立砌兩層陶瓷墊。爐缸采用了UCAR公司的NMA、NMD熱壓小碳塊，結(jié)合濕法噴涂造襯工藝，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。2017年以來，爐缸側(cè)壁侵蝕加劇，側(cè)壁溫度逐步升高，經(jīng)計算，爐缸側(cè)壁最薄處炭磚剩余厚度404 mm。如何實現(xiàn)爐缸狀態(tài)可控、保證生產(chǎn)安全，成為高爐日常操作的重中之重。通過采取控制冶煉強度、加鈦護爐、提高爐溫水平、優(yōu)化出鐵制度、強化冷卻等方式實現(xiàn)了爐役后期安全生產(chǎn)。

圖1 京唐1#高爐爐缸爐底結(jié)構(gòu)

1 爐缸高溫點分布情況

京唐1#高爐爐缸高溫點主要分布在鐵口下方，爐襯7層、8層位置，其中爐襯7層的測溫點標高位于鐵口中心線下方3 m處，徑向距冷卻壁熱面300 mm，爐襯8層的測溫點位于鐵口中心線下方1.9 m處，徑向距冷卻壁熱面200 mm，具體位置及最高溫度見表1。

表1 京唐1#高爐爐缸高溫點統(tǒng)計

2 護爐生產(chǎn)措施及生產(chǎn)實踐

2.1 控制合適的冶煉強度

爐缸侵蝕是一個不可逆過程，當(dāng)爐缸側(cè)壁侵蝕嚴重時，側(cè)壁溫度對高爐產(chǎn)量較為敏感。產(chǎn)量與高溫點溫度的變化情況如圖2所示。高爐產(chǎn)量增加幅度較大時，爐缸溫度出現(xiàn)波動。針對爐缸側(cè)壁溫度高的現(xiàn)狀，制定了詳細的控產(chǎn)應(yīng)對措施，根據(jù)爐缸側(cè)壁溫度的不同，制定相應(yīng)的富氧率及產(chǎn)量控制范圍，當(dāng)側(cè)壁溫度達到控制上限時，高爐需停風(fēng)涼爐，以保證高爐生產(chǎn)安全。高爐控產(chǎn)主要采取減少富氧率，當(dāng)側(cè)壁溫度＞200 ℃時，按照溫度升高100 ℃，減富氧率1.0%～1.5%控制；當(dāng)溫度達到600 ℃時停氧，溫度進一步升高時，停風(fēng)涼爐。以減氧保持高爐全風(fēng)不變來保證高爐較為穩(wěn)定的一次煤氣分布。

圖2 高爐產(chǎn)量與爐缸高溫點的分布情況

2.2 加鈦護爐

理論研究表明，鐵水加鈦會在爐缸內(nèi)形成TiC、TiN及Ti（C,N）等高熔點物質(zhì)，附著在爐缸側(cè)壁上形成保護層，維持爐缸側(cè)壁穩(wěn)定[2]。京唐1#高爐爐缸側(cè)壁溫度升高后，高爐開始加鈦護爐，鐵水中的Ti含量與爐缸側(cè)壁溫度的變化情況如圖3所示。前期加鈦護爐的主要思路是根據(jù)側(cè)壁溫度波動情況，及時增加或減少鈦負荷，爐缸側(cè)壁溫度不同，鐵水中的Ti含量隨之變化，爐缸側(cè)壁溫度降低后，減少入爐鈦負荷。在保證護爐效果的同時，兼顧鐵水中鈦對渣鐵粘度和流動性的影響，合理控制入爐鈦負荷。

圖3 鐵水Ti含量與爐缸高溫點分布情況

從護爐實踐來看，采取護爐措施、提高鈦負荷后，爐缸側(cè)壁溫度降低，側(cè)壁溫度可控后，減少鈦負荷，以達到減少鈦負荷對爐況影響的目的。實踐過程中，隨著鈦負荷降低后，爐缸側(cè)壁溫度逐步升高。如此反復(fù)，側(cè)壁溫度波動較大。由此可見，根據(jù)爐缸側(cè)壁溫度變化控制鈦負荷的量，不利于爐缸形成穩(wěn)定的保護層，護爐效果不好，側(cè)壁溫度反復(fù)。因此，2019年4月開始，高爐保持較高的鈦負荷，并堅持長期護爐，鐵水中的Ti含量長期保持在0.12%以上，以期形成穩(wěn)定的保護層。

2.3 優(yōu)化高爐操作制度，保證爐況穩(wěn)定

高爐爐況波動造成冷卻壁渣皮頻繁脫落，產(chǎn)生的熱震蕩不利于高爐保護層的穩(wěn)定，從而可能引起側(cè)壁溫度的波動；同時，出鐵過程造成的渣鐵液面波動也會引起保護層的剝落，造成側(cè)壁溫度不穩(wěn)。京唐1#高爐在堅持加鈦護爐的同時，通過提高風(fēng)速動能、減少煤氣流波動、活躍爐缸中心、穩(wěn)定爐溫、優(yōu)化出鐵制度、保持爐缸渣鐵液面相對穩(wěn)定等措施，提高了爐缸狀態(tài)的穩(wěn)定性。

2.3.1 優(yōu)化裝料制度，保證合理煤氣分布

控制爐內(nèi)合理的煤氣分布，保持爐況穩(wěn)定，對于保持高爐長期護爐效果有推進作用。煤氣不穩(wěn)，渣皮脫落、高爐大幅度加減風(fēng)，造成高爐爐缸溫度波動，對于爐缸保護層的穩(wěn)定性有不利影響，會引起保護層減薄或者脫落，從而使得爐缸溫度快速升高。京唐高爐護爐過程中，出現(xiàn)側(cè)壁溫度由100 ℃快速升高到500 ℃以上的情況，反映了爐缸保護層發(fā)生了變化。

京唐高爐護爐生產(chǎn)過程中，堅持發(fā)展中心，穩(wěn)定邊緣的煤氣分布。通過控制合適的中心加焦量，將十字測溫中心點溫度控制在500～700 ℃；通過控制最大礦石角度和布料圈數(shù)，將十字測溫邊緣第一點溫度穩(wěn)定在60～80 ℃。堅持大礦批（165～170 t/批）操作，控制礦石角差10°～11°，中心加焦量15%～20%，以此穩(wěn)定爐內(nèi)煤氣分布。

2.3.2 調(diào)整送風(fēng)參數(shù)，提高鼓風(fēng)動能

保持爐缸狀態(tài)活躍，減少鐵水環(huán)流，對于實現(xiàn)爐缸長壽及護爐都有積極作用。提高風(fēng)速及動能，使風(fēng)口前端具有足夠強的初始煤氣流，強化爐缸熱交換，是大型高爐活躍爐缸的必要條件[3]。為了改善爐缸中心的活躍性，利用高爐檢修機會，增加風(fēng)口長度，減小風(fēng)口面積，增加風(fēng)速動能，活躍爐缸中心，減少對爐缸的侵蝕，將風(fēng)口長度由625 mm增加到700 mm，并調(diào)整風(fēng)口直徑，取消了Φ135 mm風(fēng)口，改為Φ130 mm+ Φ125 mm風(fēng)口組合，風(fēng)口面積由0.551 5 m2減少到0.548 5 m2，風(fēng)口角度全部改為斜3°，實際風(fēng)速由240 m/s提高到260 m/s，鼓風(fēng)動能由12 000 kg·m/s提高到14 500 kg·m/s，高爐風(fēng)速動能變化如圖4所示。

圖4 高爐風(fēng)速及鼓風(fēng)動能變化情況

2.3.3 提高爐溫水平，保證爐缸熱量充沛

在護爐過程中，保持合適的鐵水溫度，有利于提高鐵水中的Ti含量，提高護爐效果，同時還可以改善爐缸內(nèi)渣鐵的流動性，活躍爐缸狀態(tài)。開始對1#高爐護爐后，對爐溫控制較為嚴格，[Si]要求大于0.4%，比正常控制規(guī)范提高0.1%。1#高爐爐溫變化情況如圖5所示，2019年4月以來，控制1#高爐的[Si]＞0.4%。

圖5 1#高爐爐溫變化情況

2.3.4 優(yōu)化出鐵制度

1#高爐爐缸高溫點都分布在鐵口下方區(qū)域，優(yōu)化出鐵制度對于控制爐缸側(cè)壁溫度，提高護爐效果有積極作用[4]。提高鐵口深度，增加鐵口區(qū)域泥包厚度，減少渣鐵對該區(qū)域耐材的沖刷，鐵口深度控制規(guī)范由3.8～4.2 m提高至4.0～4.4 m。同時，優(yōu)化出鐵次數(shù)，通過延長出鐵間隔，出鐵次數(shù)由16～17次/天降低到10～12次/天，增加雙鐵口重疊出鐵時間，及時排出渣鐵，減少渣鐵環(huán)流，從而減少對鐵口區(qū)域的侵蝕。通過優(yōu)化出鐵制度，鐵口深度合格率和出鐵整點率指標有了較大提高，爐缸狀態(tài)活躍性得到了改善，護爐效果提高。高爐出鐵制度變化情況如圖6所示。

圖6 高爐出鐵制度變化情況

在優(yōu)化出鐵制度的同時，對鐵口倒場管理也進行了調(diào)整。京唐1#高爐設(shè)有4個鐵口，出鐵制度為2個鐵口對出，另外2個鐵口備用，倒場周期為30天左右。倒場時，由于備用鐵口長時間不出鐵，鐵口前泥包基本完全侵蝕，首次鐵鐵口深度淺，對鐵口前方保護層沖擊較大。為了提高倒場時的鐵口深度，倒場前定期對該鐵口進行補泥（含鈦炮泥），保證鐵口前方有穩(wěn)定的泥包，以減少鐵口區(qū)域爐缸側(cè)壁的侵蝕。

2.4 強化冷卻

在進行護爐時，對侵蝕嚴重區(qū)域的冷卻制度進行了強化，主要是將高溫點區(qū)域冷卻水由除鹽水改為高壓工業(yè)水，降低進水溫度、增加流量。京唐1#高爐爐體冷卻設(shè)計結(jié)構(gòu)為上下串聯(lián)，為了強化冷卻，利用檢修機會將高溫點區(qū)域的冷卻壁水管改為2～3段單通高壓工業(yè)水，供水流量由25 t/h提高到50 t/h，進水溫度由43 ℃降到25 ℃，強化高溫區(qū)冷卻，使得高爐區(qū)域爐缸熱面更容易形成保護層，從而緩解爐缸侵蝕進一步加劇。

3 護爐效果

2019年5月以來，通過堅持長期加鈦護爐，提高鐵水溫度，控制鐵水中[Ti]＞0.12%，穩(wěn)定爐況，優(yōu)化出鐵制度等，爐缸側(cè)壁高溫點溫度可控。2019年6月以來，側(cè)壁高溫點溫度穩(wěn)定在180 ℃以下，且側(cè)壁溫度逐步降低。這表明通過護爐，爐缸狀態(tài)可控；高爐平均產(chǎn)量為11 081 t/d，焦比為283 kg/t，煤比為177 kg/t，燃料比為480 kg/t，護爐情況下，生產(chǎn)情況穩(wěn)定。高爐護爐情況如圖7所示。

圖7 高爐護爐情況

4 結(jié)論

（1）護爐應(yīng)該是一個長期的過程。隨著爐缸側(cè)壁溫度變化來控制鈦負荷的加減，護爐效果較差，不利于爐缸形成穩(wěn)定的保護層。堅持常態(tài)化護爐，控制合適的鐵水溫度和鐵水中的Ti含量，有利于爐缸維護。京唐控制1#高爐 [Ti]＞0.12%，[Si]＞0.4%，護爐效果較好。

（2）保持爐況穩(wěn)定，減少渣皮脫落及風(fēng)量氧量大幅波動，維持較為穩(wěn)定的產(chǎn)量，有利于維護爐缸保護層的穩(wěn)定。京唐高爐護爐期間，堅持“打開中心，穩(wěn)定邊緣”的煤氣調(diào)整思路，控制合適的礦石平臺，優(yōu)化煤氣分布，保證了高爐長期順穩(wěn)，提高了護爐效果。

（3）增加爐缸高溫區(qū)域的冷卻水量，強化冷卻，有利于保護層的形成和穩(wěn)定，緩解爐缸侵蝕進一步加劇。