鞍钢高炉长寿管理措施及应用

鞍钢高炉长寿管理措施及应用

张洪宇 谢明辉

（鞍钢股份有限公司，辽宁 鞍山 114021）

摘要：介绍了鞍钢高炉群炉缸砌筑结构及目前侵蚀状况，通过建立长寿管理制度，加强监控，综合判断炉缸侵蚀变化趋势，采取了降低高炉冶炼强度、钛矿护炉、炉缸单独供水、加装管道泵及局部堵风口等措施控制环碳温度，实现了鞍钢高炉安全长寿生产。

关键词：炉缸 环碳温度 冷却水量 钒钛矿

随着国家对于钢铁行业产能控制愈发严格，钢铁企业纷纷淘汰落后产能，高炉的大型化及强化冶炼就成为当前的发展趋势，但不断增强的冶炼强度，也随之带来了炉体维护问题，尤其是炉缸侵蚀问题。延长高炉使用寿命，降低企业运营成本支出就成为炼铁工作者主要研究的课题之一。长寿工作作为一个系统工程，除了炉体设计上运用当下诸多国内外较为流行的先进装备与工艺，用以延长一代炉役服役期限外，高炉的日常管理及正确的维护措施，对于长寿工作也具有决定性作用。为此，鞍钢也成立了自己的长寿管理团队，用于高炉日常管理，并依据高炉现阶段实际情况，采取科学的维护措施及手段，取得一定的效果。

1鞍钢高炉群炉体现状

众多研究文献及停炉破损调查表明，制约高炉长寿的关键在于炉缸，维护住炉缸等重点部位，就可以做到高炉的长寿，达到一代高炉服役年限，鞍钢高炉的破损调查也印证了此种观点。炉缸的重点部位是通常意义上所说的第2和第3段冷却壁的所处的区域，即出铁口及以下部位。为此，对炼铁总厂现有高炉群的炉缸进行了统计分析，根据已有的监控手段，辅之以经验和现有炉衬厚度计算，对炉缸进行了评价。各高炉炉缸具体砌筑结构及侵蚀情况见表1。

表1 鞍钢高炉群炉缸侵蚀状况

从表1中可以看出，由于高炉炉缸结构形式、装备、入炉原燃料、操作条件以及高炉炉役期有所差异，导致各个高炉的侵蚀情况也不尽相同。因此，对待不同高炉，要依据自身条件，区别对待，采取有针对性的措施与手段，在保证长寿的前提下兼顾生产和成本，做到高炉一代炉役的最合理、经济的冶炼。

2鞍钢高炉长寿采取措施及效果

高炉生产过程中，炉衬总是要受到侵蚀破坏的，由于炉衬各段所处的工作环境各异，因此各部位被侵蚀破坏的因素与程度也不尽相同。一般说来，热侵蚀、碱金属等化学侵蚀的作用是炉衬损坏的基本条件，冲刷、摩擦、渗入、热应力等则是动力因素，是直接造成炉衬损坏的原因^[8]。为此，鞍钢采取下列措施和手段，来确保高炉的稳定与长寿。

2.1完善长寿管理制度

通过对各高炉操作参数及长寿监控数据进行调查分析，完善《高炉环碳温度及热流强度控制规定》，建立三级报警控制标准；建立《碱金属检验规定》，每月定期对混料、烧结、球团等进行碱金属检验分析，发现碱负荷超标，及时采取措施减少碱金属入炉；完善《闭路泵站空冷器运行的管理规定》，加强高炉水温控制，保证高炉闭路系统水温稳定，避免空冷器无序开停，以利于改善冷却效果；完善《高炉炉缸压浆参数规定》，对炉缸压浆开孔深度、压浆压力、压浆量做出规定；建立《关于加强高炉闭路管理的有关规定》，对闭路系统水箱、换热器清洗，喷嘴的检查更换做出规定。

2.2加强监控手段，综合判断炉缸侵蚀变化趋势

炉缸区域工作环境复杂，仅凭经验及单一监控手段已经无法准确判断炉缸的侵蚀状态，必须根据环碳温度、热流强度、炉壳温度等多种参数进行综合分析，以此来判断炉缸侵蚀情况。

2.2.1科学布局炉缸环碳温度电偶

以往检测高炉炉缸环炭温度电偶数量偏少，存在监控盲点。2010年至今鞍钢炼铁总厂相继有6座高炉大修，对炉缸砖衬电偶的设计进行了优化，以3200m³高炉为例，电偶数量由原来的109支增加到419支。可以更加准确的测定炉内碳砖温度及判断炉内砖衬侵蚀情况。对于炉役时间比较长的高炉，炉缸电偶损坏较多，则采取炉皮钻孔的方式新增电偶。例如7号高炉，在炉缸2段区域新增环碳温度电偶78支，助监控该区域的温度情况。为了防止钻孔破坏砖衬，新安装的电偶插入碳砖深度仅为30mm，根据温度趋势判断砖衬侵蚀情况。

2.2.2安装炉缸冷却壁热流强度检测系统

为了更全面地监控炉缸侵蚀状态，2008年以后，首先在3号高炉开发应用了炉缸冷却壁热流强度监控系统，之后逐渐推广到全厂其它高炉。温度传感器一次元件采用PT1000 铂电阻，温度测量精度控制在±0.05℃以内，实现了炉缸冷却壁水温差、热流强度异常实时监控和报警。

2.2.3安装炉壳无线测温系统

高炉生产过程中，炉壳表面的温度也是一项需要日常监控的项目。目前已在3座高炉炉缸安装了炉壳无线测温系统，将炉壳测温元件吸在炉壳上，通过无线发射装置将温度数据传输至高炉主控室电脑，实现了实时监控及温度报警功能。目前这3座高炉关键部位的炉壳温度情况见表2。

表2 1^#高炉、5^#高炉、7^#高炉炉壳温度情况

2.2.4完善高炉长寿网络查询系统

为了加强长寿监控，建立高炉长寿数据查询网，将关键部位的环碳温度、热流强度、炉皮温度上网，每2小时更新一次数据，并形成趋势曲线。总厂生产技术室、调度室均可通过联网电脑进行查询，为炉缸砖衬侵蚀速度提供参考。

2.3建立合理的高炉操作制度

高炉生产是一项非常复杂的工程系统，各单元系统与高炉寿命具有密切的关联关系，对于高炉寿命均有直接或者间接的影响，由此可见，高炉操作对于高炉实现长寿目标非常重要，高炉操作最重要的工作就是采取合理的操作制度。

2.3.1合理煤气流分布

在高炉冶炼进程中，下降炉料和上升煤气相向运动，相互作用、相互影响。鞍钢目前高炉都以中心气流为主，适度开放边缘的煤气流为主进行操作，鞍钢的生产实践表明，这种煤气流分布有利于高炉的稳定顺行，提高煤气利用率，降低燃料消耗，延长高炉寿命，开放中心煤气流对于提高煤气利用，降低燃料消耗和高炉强化冶炼作用显著，同时对于稳定边缘煤气流也会产生直接影响，由于边缘煤气流的稳定，有利于降低炉墙的热负荷，形成稳定的保护性渣皮，从而有效地保护炉衬，达到高炉的稳定长寿。

2.3.2活跃炉缸

良好的炉缸工作是实现煤气流合理分布的基础，特别是炉缸初始煤气流的分布，不仅决定了炉缸的工作状态，同时也主导了高炉中上部软熔带和块状态的二次和三次煤气流分布，是保证高炉稳定顺行的基础。炉缸的工作是否活跃及均匀，取决于风口回旋区大小和分布，而鼓风动能则是决定风口回旋区大小、形状和分布特性的主要因素。在现有阶段下，鞍钢采用了缩小风口直径的手段，来保证足够的鼓风动能，确保了鞍钢高炉群中心煤气流的稳定和中心焦炭的活性，防止炉缸堆积，以此来取保高炉的稳定顺行，达到高炉长寿的目的。

2.4加强高炉护炉工作

2.4.1降低高炉冶炼强度

实践证明，降低高炉冶炼强度是最有效的延缓炉缸侵蚀的办法。如11^#高炉在炉役末期炉缸温度呈出现阶段性攀升，分别于2010年6月、2011年3月、2011年11月降低高炉强度，利用系数由2.35t/m³.d降低至1.5t/m³.d，相应炉缸炭砖温度得到大幅度下降。11^#高炉砖衬温度与利用系数曲线见图1。

图1 鞍钢11高炉砖衬温度与利用系数曲线

从图1中可以看出，随着11^#高炉冶炼强度降低，炉缸的环碳温度呈现较为明显的下降趋势，原因就是随着强度的下降，无论是从动力学或是热力学角度来看，炉内反应都呈现减弱的趋势，致使传递的总热量下降，碳砖温度降低。

2.4.2钛矿护炉

钛矿护炉也是维护高炉长寿生产的有效手段，炼铁总厂对侵蚀较为严重的4^# 和11^#等高炉采取炉料中加装钛球的措施进行护炉生产，11^#高炉从2011年1月开始加入钛球，在使用钛球护炉期间，环碳温度呈下降趋势。11^#高炉使用钛球后环碳温度变化见图2。

图2  鞍钢11高炉使用钛球护炉后环碳温度变化

2011年8月钛球停用以后，尽管高炉强度很低，但环碳温度仍然上升，因此，对于11高炉在降低高炉强度的同时，还必须采取阶段性钛球护炉措施，才能有效减缓砖衬侵蚀。因为Ti几经还原后在铁水中形成高熔点的Ti(C,N)物质，可沉积在炉缸受侵蚀的部位，起到有效的保护炉底和炉缸作用，保证炉缸环碳温度受到控制。

2.4.3安装管道泵提高局部冷却水量

4^#高炉和7^#高炉分别在2012年5月和7月在年修期间加装了管道泵。在炉缸侵蚀严重的区域，选择4根冷却壁水管，水管通过金属软管连接，冷却水由炉缸供水环管提供，经水泵增压进入水管，进入每个水管的冷却水流速控制在3.2m/s-3.5m/s，对炉缸进行冷却，4^#高炉安装管道泵后运行参数变化见表5。

表5 4^#高炉安装管道泵后环碳温度及热流强度变化

从表5可以看出，安装管道泵后，4^#高炉炉缸冷却壁的单管流量由26.5m³/h增加到38.0m³/h，冷却水量的加大，炉内的环碳温度、热流强度都呈下降趋势，炉缸碳砖温度升高的趋势得到抑制。

2.4.4新建水站实现炉缸单独供水

1^#高炉系统水温长期偏高，主要原因是新1号高炉原有闭路系统水站冷却能力不足，加之现有闭路水泵站所处的地理环境空气污染严重，其冷却水的空冷器受空气污染影响结垢明显，高炉水温持续偏高。虽然对空冷器采取了加药、清洗等措施，但降温效果仍不理想，高炉进水温度经常维持在47～50℃，最高达到57～60℃。为彻底解决这一问题，2014年启动了高炉新增炉缸水泵站项目，为炉缸单独供水，降低炉缸冷却水温，充分发挥冬季优势，开展冬补工程。1高炉新建的炉缸泵站已于2014年11月19日投入运行，炉缸实现单独供水，冷却水温下降至10℃左右，水流量由3700m3/h增加到5000m3/h，炉缸冷却能力大幅度提高。至2015年9月全厂有6座高炉炉缸泵站相继投入运行。

2.4.5局部堵风口

采取堵部分侵蚀严重部位上方的风口，也可以有效减缓炉缸环碳的侵蚀，4^#、7^#和11^#高炉均采取了局部堵风口措施，并取得一定效果。具体做法是堵住炉缸侵蚀严重的部位上方风口，根据高炉顺行要求，调整其它风口直径，保持一定的风速和鼓风动能，防止因堵风口对高炉顺行产生不利影响。

3结论

1）炉缸是制约高炉长寿的关键，尤其是第2和第3段冷却壁的所处的区域，维护住炉缸等重点部位，就可以做到高炉的长寿，达到一代高炉设计服役年限。

2）建立合理的高炉操作制度，合理的煤气流分布及适度的活跃炉缸是高炉长寿的基础。

3）采用综合性高炉护炉工作，合理制定不同高炉冶炼强度、采用钛矿入炉、炉缸单独供水、局部加装管道泵及堵风口等措施，能够有效的控制环碳温度，减缓炉缸砖衬侵蚀速度，从而实现高炉长寿生产。