3#高炉风口烧损的原因分析及应对措施

3#高炉风口烧损的原因分析及应对措施

何俊

（红河钢铁有限公司 云南蒙自 661100）

摘要  分析3#高炉风口烧损部位，烧损风口个数和高炉操作与原料数据， 发现导致风口大量烧损的主要原因有: 时间较长的计划检修、设备原因的频繁休、复风后引起的烧损； Zn、Pd负荷过高， 导致风口严重上翘； 焦炭灰分偏高和热强度指标偏低导致风口前端死料柱透液性变差；风口前端冷却能力不足。通过加强高炉操作与管理，降低高炉Zn、Pd负荷， 更换上翘风口； 提高焦炭质量；提高烧结矿质量；改进风口材质、设计， 提高风口前端的冷却能力等措施， 减少风口烧损数量， 提高风口使用寿命。

关键词  风口；烧损；上翘；Zn、Pb负荷；焦炭

1 前言

红钢炼铁厂3#高炉有效容积设计为1350m3，风口数22个，出铁口2个，渣口1个。3#高炉存在严重的风口烧损问题， 2011年至2014年5月份共有62个风口小套烧损，约占到更换小套的63%。风口频繁烧损、更换，对连续性非常强的高炉工艺非常不利。除休风对产量的影响外，还包括漏水导致燃料比升高、高炉向凉，损坏炉缸耐火材料等。频繁的休风还会导致软熔带位置变化，上部形成炉墙结厚甚至结瘤，下部导致炉缸不活直至堆积，炉缸堆积又会增大风口烧损的机率形成恶性循环。所以，研究3#高炉风口烧损的原因和降低更换风口导致的休风是很有必要的。

2 风口烧损的统计

风口破损大致有熔损、开裂及龟裂、磨损和曲损4种形式， 为了便于分析，对红钢3#高炉近年来烧损的风口小套数量进行了统计，如表1所示：

表1 红钢3#高炉风口小套近年烧损情况

2012年至2014年共计更换风口中小套144个，中套57个，小套87个，其中烧损的风口小套共计40个，占更换小套的45.98%， 而在烧损的小套中13个是复风后烧损，占32.5%。在高炉休风和较风口后复风，时间不超过半个月烧损的风口比例占57.5%。小套下部和前端烧损的约占78%，熔化的铁液和渣液易滴落粘附在风口小套上部而侵蚀出小孔漏水的约占18%。

从统计的数据可以看出2011年，2012年，2014年至5月份，3#高炉风口的烧损数量是比较多的，其中又以熔损为主要熔蚀方式。

3 风口烧损的原因分析

3.1炉况的影响

风口烧损最主要的原因是时间较长的计划检修、设备原因的频繁休、复风后引起的烧损。而前边分析的原因都会影响到炉况，最终都是体现到炉况上，也就是说风口大量烧损，都是由以上的原因和高炉操作原因导致炉况的失常，从而导致风口烧损。我们可以从表1和表2得出结论。

表2  近年来3#烧损小套较多的年月份

通过分析表1，表2得出3#高炉烧损风口较多的这五个月都有一个共同点就是当月休风率比较高，其中表中12年2月、7月、13年10月，这三个月都是在较风口，复风后陆续烧损的，12年1月和14年5月是当月炉况不顺和设备影响，频繁休、复风导致炉况波动较大造成的风口烧损。

3.1.1高炉操作因素对风口烧损的影响

第一，由于原、燃料不断变差，高炉为了顺行有时被迫采用发展边缘的思路。但高炉边缘过度发展。由于边缘气流过剩，高炉在边缘的反应增加，生成的渣铁量也大，相对于正常情况下渣铁沿风口回旋区表面进入炉缸，此时就会出现少量渣铁沿炉墙下滴，当有少量渣铁滴打在风口上端，就会造成风口损坏。这种原因造成的风口烧损部位一般多在风口的上部，烧漏的孔洞多呈现外大内小，类似水滴石穿的现象。边缘过度发展时，通过风口镜，还可以看到风口前比较频繁的升降现象。

第二，高炉炉缸不活，有堆积。无论是中心堆积还是边缘堆积，都会造成炉缸容积变小。由于高炉的出铁次数、时间一般都是固定的，所以同等情况下，炉缸堆积后，渣铁面将比原来升高，高炉在外部就会表现出压量关系紧张，料慢等现象，炉内渣铁就容易把风口烧毁。有时由于外围事故，延迟了出铁时间，也可能造成风口烧损。不过，炉缸堆积造成风口破损最主要的原因是：炉缸堆积后，高炉死焦堆透液性变差，致使风口前有渣铁聚集，从而烧坏风口。如高炉炉凉后恢复炉况，常常会造成大批的风口破损，其最主要的原因就是炉缸死焦透液性能差，加上刚刚生成的渣铁物理热低、流动性差，不能及时渗透到炉缸，渣铁在风口前聚集所致。这类原因造成的风口烧损部位一般多在风口的下部。

第三，高炉鼓风动能不足。比如高炉长期减风、慢风，风口面积不及时调整，由于鼓风动能不足，风口回旋区变小，渣铁就可能烧损风口的前端。

第四，高炉不顺，崩、滑料，悬、坐料原因。悬料后，减风坐料甚至休风坐料，都有可能存在风口灌渣，从而使风口烧损；崩、滑料，可能料柱从上部突然下落，导致风口破损。长时间顽固悬料，更是危险。

第五，喷煤工艺中煤粉冲刷的原因。高炉喷吹煤粉后，由于煤枪枪位不正和风口上翘导致喷吹煤粉中心偏离风口中心线，可使风口在较短时间内被磨漏。即使枪位很正，煤粉的摩擦对风口的磨损也是非常严重的。有企业统计数据表明，煤粉的磨损可使风口内径每月扩大0.5～0.8mm。因此煤比较高时，不能忽略煤粉冲刷的影响。

第六，炉墙上渣皮脱落。由于炉况波动，水温差波动，碱度波动，炉内煤气流不稳定等导致渣皮脱落， 渣皮滑落到风口带。滑落的渣皮下端支撑在风口上部， 导致风口承受的重量增加， 致使风口原来的力学平衡被打破， 风口易下沉。同时易将炉内滴落带的铁水引至风口上部而烧坏风口上沿。脱落的渣皮滑落到炉缸， 引起炉缸热度下降、边缘局部不活跃， 烧坏风口下部。同时风口下沉， 加剧了边缘煤气流的发展， 导致壁体温度场温度频繁波动， 因此风口下沉和渣皮脱落导致出现恶性循环状态。

第七，休、复风不当引起的风口烧损。休风不当会直接引起风口灌渣而烧损风口。长期休风复风加风、加氧过快也会引起风口烧损。长期休风炉缸热量不足，短时间内大量增加送风风口面积，由于新产生的渣铁分布范围扩大，离铁口较远的死焦堆温度比较低，新产生的渣铁在经过死焦堆过程中，部分热量被焦炭吸收，当炉渣温度低于拐点温度时，炉渣流动性差而滞留在焦炭的空隙里，使死焦堆的透液性变差，产生的渣铁难以渗透到炉缸下部，此时从铁口排出的渣铁量少，流动性差。随着送风风量增多，产生的渣铁越多能渗透到炉缸下部的少，在炉缸中上部堆积得多，并逐步堆积在炉缸中上部至风口区，烧风口的几率也就增加。在3#高炉多次休风更换烧损风口后复风又烧损风口所占比例说明：炉缸温度过低是大量风口烧损的主要原因之一。所以在此情况下应减少送风风口数量，从打通风口与铁口通道开始，逐步提升炉温，改善渣铁流动性，熔化炉缸堆积物，在此基础上再考虑扩大送风面积和加风和加氧操作。

3.1.2 其他因素

设备故障导致的频繁无计划休、复风，高炉突然的断水、断电，以及冷却设备漏水等等也都会引起风口烧损。

3.2炉缸温度对渣铁流动性的影响

高炉长时间休风，特别是有换风口作业时，炉缸温度大幅度降低，休风时间越长，温度降低越多，在复风后，燃料在风口前燃烧所产生的高温煤气上升，燃烧带上方的炉料首先受热升温，继而提高软融带的温度，新产生的渣铁滴落到死焦堆，与死角堆进行热交换，当死角堆的空隙全部或部分充填了流动性极差的渣铁时，铁水就无法顺畅的渗透而积存在炉缸中上部，铁水液面上升，最终烧损风口小套。只有后续高温渣铁，将死焦堆焦炭温度升高，融化死焦堆里滞留的渣铁，恢复死焦堆的空隙，通道畅通后渣铁正常滴落渗透到炉缸下部液态区。

3.3风口大中套上翘

风口大套上翘致使风口大套法兰螺栓崩断脱落和下部拉杆底座拉开少数拉杆出现脱落。由于风口中套上翘，对初始煤气流的分部产生较大影响，初始煤气流顺风口向上走，导致炉缸堆积不活跃产生堆积，特别是炉缸边缘容易产生死角，导致风口烧损。（大套螺栓脱落情况列下表，每个风口24颗螺栓，统计时间：2014年7月19日）

表3 风口大套螺栓脱落表

3.4风口和风口上部冷却器漏水

原漏水的风口及相邻风口非常容易再次烧损及多次烧损，其烧损动态为开始频繁烧损更换至逐渐减少，其原因是烧损的风口和风口上部冷却器向炉内漏水，导致局部堆积生成的渣铁不能很快渗透到炉缸，致使风口前有渣铁聚集烧坏风口。

3.5 风口小套各参数的影响

风口小套规格φ405×480×φ115斜7°（堆焊）；材质为紫铜（Cu＞99.8%）；小套冷却形式为：旋流式；结构为：贯流式；加工工艺：轧制铜板焊接式风口，在风口前端堆焊一层特殊耐磨合金材料；生产厂家：汕头华兴冶金设备股份有限公司。

3#高炉风口小套冷却采用高压工业水冷却系统，设计高压工业水的供水量为970m3/h，供水压力≥1.4MPa。实际高压水供水量在670m3/h左右，压力在1.2 MPa左右，水温在26°左右，实际值比设计值偏低，供水压力达不到设计要求，导致冷却强度也达不到设计要求。3#高炉净环水质量总体在合格水平，总碱度平均在292.5mg/L(以CaCO₃计)左右，PH值平均在8.88左右，偏碱性，水质一般。

3#高炉风口小套的结构与设计、风口材质、加工工艺、风口的涂层、给水参数（流量、水压、流速）各参数都已能满足高炉生产需求，但采用工业水冷却，水质一般和冷却能力不足，风口内壁表面会形成约60μm的水垢层，进一步降低了风口的冷却能力。我们仍可以改进风口加工质量和材质，提高冷却水管内壁的光洁度、冷却水水质、改进风口设计来提高风口前端的冷却能力。

3.6 原、燃料条件的影响

由于钢铁市场的持续疲软和红钢特殊的条件，低品位的原、燃料已经在3#高炉实践多年，而近年来原、燃料条件还持续下滑，原、燃料中有害元素含量持续微量上升，加上改变动原、燃料频繁，有时原、燃料库存都紧张。这直接导致炉况波动较大，风口烧损数量呈增多趋势。

以下表4、表5、表6是红钢3#高炉所使用的焦炭和烧结矿的一些主要指标。（球团矿指标由于相对风口烧损影响较小，故此不再考虑）

表4 红钢3#高炉冶金焦炭（83焦）机械强度、物理、冶金性能指标

表5  3#高炉烧结矿部分物理性能、有害元素含量及入炉粒度分级(%)

表6 红钢3#高炉烧结矿部分物理性能和化合物含量波动一览表

从统计数据可见，3#高炉所使用焦炭为水熄焦，强度属于中等水平，但灰分偏高平均14%以上，物理水分偏高，最高时达到8%，反应性偏高CRI 27.68，反应性强度偏低CSR 65.27。所使用烧结矿主要指标波动大，强度指标比较差，入炉<10mm粒级则属于很差的水平，合计约35%。这使得炉料透气性变差，有时为高炉保持顺行被迫采用边缘发展的操作思路。加上Zn、Pb、K等碱金属负荷比较重，提高了焦炭反应性，更加恶化了焦炭的热强度，使得焦炭在炉内的骨架作用大幅度减弱，焦炭到达风口时的整体粒度偏小，焦柱气孔度降低；同时碱金属负荷过重还会引起球团矿严重还原粉化；这样多方面的影响使得料柱透气性大大降低，恶化炉况，炉况接受能力降低，顺行难以持续。

3.6.1焦炭对风口烧损的影响

由于红钢3#高炉的焦炭库存与焦炭质量波动大，技术指标一般，强度，粒度处在中等水平，灰分、水分、硫分都偏高，反应性偏高，反应性强度偏低。导致炉况波动大，顺行受很大影响。

高灰分的焦炭容易使炉缸堆积， 炉缸的透液性变差，使得在风口下端形成小的渣铁池， 风口前端更易浸人渣铁中， 使风口熔损机率大大增加。由于焦炭物理水分等指标分析有滞后性，不能及时了解各指标，物理水分有时直接上升4%，直接影响炉温，使得炉况向凉，使得炉缸不活跃，也使得小套烧损机率增加。

加上焦炭反应性偏高，反应性强度偏低，使得焦炭在炉内的骨架作用大幅度减弱，焦炭到达风口时的整体粒度偏小，加上3#高炉炉渣中TiO2含量3.87%，TiO2黏度较大，有时会粘附在焦窗上，形成“裹焦”，焦柱气孔度降低，影响鼓风的穿透能力，风口回旋区被迫压缩变型，炉缸内死焦堆扩大，同时透气性生及透液性大幅恶化，死焦堆越来越死，渣铁较难顺利下滴，聚集在风口区，尤其是高FeO渣粘使得焦炭到风口时粒度变小，附于风口上烧坏风口，因FeO溶蚀力较强，在风量较小的情况下，上部间接还原条件差，生成的渣铁温度低，且FeO含量较高，这样就出现一旦风口烧坏就在短时期内很快扩大的现象，只得频繁的进行休风更换，休风则又恶化炉况，最终变成恶性循环，高炉操作困难，指标变差，损失大。

3.6.2烧结矿对风口烧损的影响

从表4、表5我们可以看出3#高炉所使用烧结矿整体质量差，合格品量很低，有害元素含量高，碱负荷重，入炉粒级差， 转鼓指数，筛分指数，FeO含量以及烧结矿碱度波动大等等，这些都会使料柱透气性变差，碱负荷过重又会引起高炉风口上翘，最终恶化炉况。总之烧结矿对风口的影响是通过影响炉况顺行而影响风口烧损的。

3.7高炉风口上翘的影响

3.7.1风口上翘的测量数据

红钢炼铁厂3#高炉的风口均存在严重上翘的问题。为此对风口设计了风口倾角测量，在高炉过程中对风口的倾角进行测量，发现3#高炉的风口普遍存在风口中套和小套严重上翘的问题。分析可以看出风口小套的上翘变形是由于风口中套上翘变形引起的。表7是红钢炼铁厂3#高炉近年来风口中套上翘的数据。

表7 红钢3#高炉风口中套上翘数据

中套下测点平均位移在790mm，上测点平均位移在750mm。

由表6我们可以看出，小套上翘变形角度最大在7°左右， 而红钢炼铁厂3#高炉风口的安装角度为7°，这意味着风口上翘变形后，风口几乎处于水平位置。风口上翘变形将使回旋区形状发生畸变，当风口水平安装时，即风口角度为0°时，回旋区体积减小，风口前端底部的回旋区消失，也就不能吹透中心，这样就容易使风口前端底部与渣铁接触，导致风口烧损，风口体积的缩小也使整个口前端与高温炉料和渣铁接触的几率增加。

3.7.2 风口上翘的原因分析

分析3#高炉风口上翘的原因可以分为物理作用和化学作用。物理作用主要是指金属铅、锌析出在风口中套周围，充当了“金属衬垫”的作用。化学作用主要是指Zn、Pb、K、Na等有害元素对风口组合砖的侵蚀破坏作用。就3#高炉而言以化学作用为主，物理作用为辅。而化学作用中又以Zn、Pb的危害为主，K、Na的综合侵蚀和叠加效应为辅。

Zn、Pb的来源主要是烧结矿和国内球团矿。由表4可知烧结厂烧结矿中的Zn含量约为0.1222 %， Pb含量约为0.0644%，由于烧结矿占到高炉所用矿石总量的65%～70%，（忽略球团矿） 据此计算出3#高炉Zn 入炉负荷为1.625 kg/t， 这比国家控制标准0.15kg/t ，高出10倍多。Pb入炉负荷为0.857kg/t。高炉Zn、Pb负荷过重，正常情况下，风口区域不可能有液态锌存在，当风口漏水，其它风口区域串水，出现局部过冷区域，因此液态锌使大量风口烧损，炉缸砖衬浸入锌后膨胀，造成风口中套上翘分解鼓风动能，炉缸活跃度下降，炉缸堆积出现，中心煤气流不足，煤气流初始分布混乱，炉底、炉芯区域温度逐渐下降，炉缸边缘温度逐渐上升，炉缸容易粘结，炉缸砖衬上涨，砖衬与冷却壁之间产生气隙，容易出现铁口浅和冒煤气现象。加上它们的循环富集，使炉内黏结物频繁脱落，导致风口烧损。同时由于它们的循环富集提高焦炭反应性，降低焦炭热强度，引起球团矿严重粉化从而影响高炉透气性，还对炉衬有较强的侵蚀能力。还有就是由于Zn、Pb在砖衬中沉积和氧化，引起体积膨胀，产生内应力，使炉缸，炉底炭砖及风口组合砖异常上涨，导致炉底，风口中、小套变形上翘。从而影响煤气流分布，也就会影响炉况波动，使风口烧损机率大大增加。

在3#高炉现场更换上翘风口时， 发现风口附近的组合砖中有大量的银白色液态和固态的Zn、Pb 流出。有时开铁口前也会有大量的铅液从铁口淌出，所以有必要了解Zn、Pb的来源并加以控制。减小高炉Zn、Pb负荷。

4 风口烧损应对措施

4.1 改进风口小套部分参数

4.1.1改进风口小套材质。

铁液的粘附侵蚀是造成紫铜风口小套烧损的主要原因；风口小套材料应具有很好的耐渣、铁液侵蚀性和耐磨性以及热疲劳性； 通过查阅资料得知：铍青铜与紫铜相比，铍青铜更难以被铁液侵蚀，采用铍青铜替代紫铜生产高炉风口小套是可行的。

4.1.2改善冷却用水

3#高炉风口小套冷却采用高压工业水冷却系统，可改为高压纯水冷却。可减少冷却内壁表面的水垢形成，加强冷却效果。不改进冷却用水，也必须加强对小套使用高压冷却水水质的管理，降低水质硬度。可以的话不定期的全部更新小套使用的工业用水。

4.1.3连续烧坏风口小套时，宜暂时堵该风口，炉缸生产条件好转后待机捅开。

4.1.4及时处理控制风口上部冷却器漏水。

4.1.5高炉生产操作中多关注风口小套供水水压、供排水流量、供水水温、温差变化，数据的变化是风口带炉内实际生产情况的真实反映。

4.1.6修复风口大套法兰螺栓及下部拉杆底座，在风口大套法兰与炉壳间焊接钢板夹减缓大套上翘。减缓大、中、小套上翘。

4.2 提高焦炭、烧结矿质量

加强对入厂焦炭的检验，拓宽采购渠道，增大库存量，尽力减少焦炭灰分，水分，稳定焦炭质量。烧结矿是自给自用，烧结应提高其强度，稳定其碱度、成分，尽量减少有害元素的含量。否则各指标就大幅下滑，特别是转鼓指数，筛分指数。同时高炉槽下要做好入炉筛分。以改善高炉料柱透气性，稳定炉况，保持长期炉况顺行，才能大大降低风口烧损。

4.3 控制Zn、Pb负荷，及时更换上翘风口

为了控制Zn、Pb负荷，烧结厂必须杜绝回收高炉污泥、电除尘灰、烧结机头除尘灰、高炉布袋除尘灰和转炉污泥等废料，要杜绝含有高有害元素原料重复入炉。

要定期跟踪风口上翘角度变化，上翘严重的在高炉休风时对其进行更换校正。以往校正中套，都是拉下中套后，对整个中套圆周进行清理，耗时、耗力，清理面与大套面间隙实际增大，恢复生产后中套因间隙量的存在上翘速度加快。在对风口中套进行校正时，上部尽量不做清理，只对底部残余渣铁进行清理以及对下部部分圆面进行处理，并在有可能的情况下，上部间隙面增加填充物（有水炮泥），保证校正后中套中心线有所恢复。

4.4 加强查漏与监控

利用数字化温度传感器、电磁流量计对高炉风口冷却水系统进行温度和流量参数的监测，同时根据这些数据以及历史记录和人工设定参数等进行分析和比较，实时注意水温差和风口冷却水系统运行状态，并对不佳状态进行必要的调整。加强对高炉冷却壁和冷却设备的监控，及时发现漏水的冷却设备和漏水点，并对其处理。发现小套漏水，确认后要及时适当减水，等待下次休风更换。

4.5加强高炉操作与管理

4.5.1首先要积极推行“定产操作，适度强化，科学炼铁，用好风温，合理富氧，科学喷煤，引中顾边，活跃炉缸，稳定炉型，稳硅降硅，渣性合理，高效节能”的操作方针。

4.5.2重视炉缸工作状态，活跃炉缸，尽量避免炉缸堆积，定期排碱，保证渣铁物理热≥1435℃。保持较统一的操作制度，精心操作，避免崩、滑料，严格按操作方针执行，稳定炉温、料批和碱度。及时调整布料思路，坚决控制边缘气流过强。发展中心气流，控制边缘气流，提高煤气利用率。这是降本、稳顺行的重要布料手段。打透中心，控制边缘，稳定渣皮，形成合理的两股气流，高炉顺行才有保证。

4.5.3稳定富氧、喷煤操作。根据喷煤比的水平，在结合风温的使用水平基础上，维持合理的风口前理论燃烧温度。避免富氧过大导致的风口前煤气发生量过少，SiO大量生成等因素对炉料透气性影响，同时控制渣铁生成速度，使还原的渣铁在炉料中能及时渗透到炉缸，避免在风口前大量积蓄而烧损风口。尤其是在连续的休复风的炉况下，过早富氧、喷煤更是因炉内热储备不足，加剧炉内渣铁难以渗透炉缸，从而导致风口烧损。

4.5.4做好出铁管理，确保出铁正点率，防止铁前憋压。调配好铁水罐车，及时排净渣铁，使炉内生成的渣铁有空间，避免风口前积存大量渣铁而烧损风口套。

4.5.5同一风口区连续烧损小套的风口要进行相应的堵风口操作，同时检查好该方位冷却壁的工作情况，查出易烧损的原因，对应处理。在炉缸热量及风口周边渣铁流动性好的情况下再适时开风口，避免连续烧损频繁休风造成恶性循环。比如3#高炉5#、6#风口经常烧损漏水，是因为它们在渣口两边，渣口区域冷却强度大于周围，其前端范围炉缸活跃度低，有边缘堆积特征，可适当扩大这两个风口小套直径。

4.5.6加强设备巡检，降低休风率，杜绝二次休风。看水工应勤检煤枪，保证顺利喷吹煤粉，时时报告风口和煤枪喷吹情况；避免因喷吹煤粉对风口内表面的磨损，对风口上翘严重而煤粉磨到小套的，应及时调整枪位及煤枪插入角度；注意观察风口有无漏水、漏风现象。

5 结语

根据对红钢炼铁厂3#高炉风口烧损的原因与对策研究， 得出以下几点结论：

5.13#高炉风口烧损的最主要原因是时间较长的计划检修、设备原因的频繁休风，复风后引起的烧损。

5.2高炉的Zn、Pb负荷过高导致风口中套和风口严重上翘变形， 使得回旋区形状畸变，导致风口前端更易因高温渣铁侵蚀而烧损。

5.3焦炭的质量下降， 尤其是灰分偏高， 热强度降低，和烧结矿强度过低，粒级<10mm比例过高，导致死料柱透气透液性变差， 在风口前端下缘易形成渣铁熔池， 造成风口前端被高温渣铁侵蚀烧损。

5.4通过对风口材质的改进，大幅提高风口的冷却能力， 铍铜质风口的理论寿命可达2年。

红钢炼铁厂3#高炉做好降低高炉Zn、Pb负荷、校对上翘的风口中套、提高焦炭、烧结矿质量、改善风口冷却水水质和风口质量和加强高炉操作与管理等措施，风口寿命一定会大大提高，风口烧损数量肯定会降低。

参考文献

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