邯宝1号3200m3高炉炉缸侧壁温度升高的治理

邯宝1号3200m3高炉炉缸侧壁温度升高的治理

夏万顺  张妹英

（河钢集团 邯钢公司，河北 邯郸 056015）

摘  要：对邯宝炼铁1号3200m³高炉炉缸侧壁温度升高的治理进行了总结，通过采取加强原燃料管理、优化操作参数、强化炉缸活性管理、加强铁口维护、炉体灌浆等一系列措施，炉缸侧壁温度得到了有效控制，为高炉长寿奠定了基础。

关键词：炉缸侧壁温度；有害元素

Governancethe elevatory temperature of hearth lateral wall on Hanbao No. 1 3200m³blast furnace

Xia Wan-shun，Zhang Mei-ying

（Handan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Handan of  Hebei province 056015 ）

Abstract：On the governance of No. 1 3200m³ Hanbaoironmaking blast furnace hearth sidewall elevatory temperature are summarized，By taking aseries of measures to strengthen the raw material and fuel management，optimizing theoperation parameters，to strengthen the management of the hearth activity， strengthen theiron mouth maintenance，furnace body grouting etc. Hearth wall temperature can becontrolled effectively，which laid the foundation for the long life of blast furnace.

Keywords：temperature of hearth lateralwall；harmful element

邯宝1号3200m³高炉2008年4月开炉，开炉初期炉况稳定顺行。进入2013年后，炉缸侧壁温度开始出现周期性升高，高点温度不断攀升，2015年8月中旬TE1205BHE，TE1225B两点温度更是达到793.3℃和600℃，严重威胁到炉缸安全。经过深入分析炉缸侧壁升高的原因，实施了加强原燃料管理、优化操作参数、强化炉缸活性管理、加强铁口维护、建立侧壁温度监测维护体系等措施，炉缸侧壁温度得到了有效控制，为高炉长寿奠定了基础。

邯宝1号3200m³高炉采用陶瓷杯炭砖水冷炉底结构，炉缸侧壁环砌3层美国UCAR热压小块炭砖。侧壁碳砖测温分6段，标高分别为7.494米、8.538米、9.582米、10.626米、11.670米、12.486米，每段分两层，共24个测温点。图1是标高7.494米炉缸碳砖测温点的分布图，图中圆点为测温电偶位置。

图1 炉缸标高7.494米侧壁碳砖测温点的分布图

Fig.1 Distribution ofhearth sidewall carbon brick 7.494 meters in elevation of temperature measuringpoint

进入2013年，炉缸标高8.538米温度出现局部升高，位置主要集中在1#、2#铁口（标高10米）下方1.5米处，同年9月标高TE1232B点温度达到了670℃，采取炉体灌浆、降低冶强等措施后，炉缸温度回归正常。进入2014年，2#、3#铁口下方1.5、2.5米处多点温度开始周期性升高，2013年至今升高共计6次，温度高点一般低于550℃，图1中标记编号的测温点都发生过不同程度的升高，多次采取炉缸灌浆，效果不好。2015年8月中旬TE1205B和TE1225B两点温度分别达到793.3℃、600℃高位，炉缸安全受到严重影响。图2是TE1205B、TE1225B、TE1212B三点2014年后的温度趋势图。

图2  TE1205B和TE1225B两点2014年后的温度趋势图

Fig.2 TE1205B and TE1225Bafter two points in 2014 after the temperature trend chart

2.1 炉缸碳砖与冷却壁间存在气隙

2013年侧壁碳砖温度第一次升高时，经过炉缸灌浆后温度回归正常，说明在炉墙内有气隙存在，阻碍了正常热传导。由于炉缸冷却壁与碳砖间采用厚度为10mm的碳素胶泥填缝，施工时采用人工倒打的方法，致密性差，在生产一段时间后，碳素胶泥在高温作用下产生收缩而形成气隙。另外由于炉缸侵蚀不均的存在，炉缸侧壁碳砖和冷却壁受热膨胀位移也会不均匀，也会促使气隙的形成。气隙形成后会窜入高温高压煤气，由于气体的导热性能远低于碳砖的导热性，阻碍了碳砖热量的正常导出，加上碳砖的冷面也受到高温煤气的作用，导致了侧壁碳砖温度急剧升高，加剧了碳砖的侵蚀。

2.2 陶瓷杯侵蚀脱落

陶瓷杯在生产一段时间后由于铁水环流，有害元素的侵害等因素破坏，会发生不规则侵蚀，造成陶瓷杯自锁结构受损，再加上铁水环流的冲刷和铁水的浮力会发生大面积的脱落。高炉在2012年后期，炉底上层碳砖测温点大面损坏，说明当时陶瓷杯已经侵蚀脱落。陶瓷杯脱落后，侧壁碳砖将直接与高温铁水接触，加快了炉缸碳砖的侵蚀。

2.3 碱金属侵蚀

2011年下半年，公司要求所有冶金废料全部在烧结和高炉消化，部分低价、劣质原燃料也开始使用。邯宝炼铁两座3200m3高炉在日常生产中出现了风口二套变形上翘的现象，在休风更换风口时，有银白色液体滴落，固体后呈白色，化验分析主要是Zn、pb元素，说明炉内的有害元素富集达到了较高的程度。炼铁厂于2011年9月对烧结、高炉工序所使用的原燃料有害元素进行了跟踪分析发现，2011年9月高炉人炉碱负荷高达4.632kg/t，锌负荷0.530kg/t，远超邯宝高炉碱负荷3.5kg/t和锌负荷0.25kg/t的内控标准^[1]。

碱金属和锌等有害元素进入炉缸，形成蒸汽进入碳砖气孔和砖缝，大大加速了碳砖中碳素的溶损、炉缸耐材的体积膨胀、砖缝扩大。碳砖表面受碱金属蒸汽的侵蚀，1000℃等温线上的碳砖反应最为剧烈，从而导致碳砖的密度变差，强度降低，更容易被破坏^[2]，导致炉缸碳砖大面积不规则侵蚀。另外有害元素在风口处聚集也会造成该处耐材体积膨胀，使部分风口中、小套上翘，使高炉风口圆周进风严重不均。风口上翘相当于缩短了风口长度，风口回旋区变短边缘气流增强，使煤气对附近碳砖的冲刷侵蚀增强。

2.4 焦炭质量不稳定

邯宝焦化厂干焦产量无法满足炼铁厂两座高炉的生产需要，高炉被迫配加20%-25%的外购焦炭或自产湿焦。存在的问题是邯宝焦化生产不稳定，致使焦炭配比变化频繁，当焦化厂生产检修或事故检修时高炉需要配吃大量的外购焦或自产湿焦，而外购焦炭和自产湿焦的性能指标远低于自产干焦，表1是高炉7月份各种焦炭主要性能指标的对比表。性能较差的外焦或湿焦在炉内下部溶蚀气化严重，粒度迅速减小，粉末比例增加，造成高炉料柱透气性严重下降，炉况顺行受到破坏，主要表现为压差高，风氧水平大幅降低，高炉中心气流受阻变弱，边缘气流增强，炉腹以上各段炉墙温度升高，渣皮频繁脱落。较强的边缘气流加大了煤气对炉缸碳砖的冲刷侵蚀，造成碳砖温度升高。

如果焦炭条件长期得不到改善，就会造成炉缸死料堆孔隙度降低，当炉缸中心死料柱空隙度减小时， 滴落渣铁在其中的透液率下降，造成死料柱的重力显著增大，使中心死料柱下沉， 即死料柱向炉墙、炉底方向长大，中心死料柱与炉墙间的相对活动区面积缩小^[3]。死料堆肥大性变化使得铁水通道面积减小、单位时间内流量显著增大，有更多的渣铁沿炉缸周边积聚，出铁时， 该区域的铁水高速流向铁口，铁水对碳砖内衬和炮泥的热流冲刷和剪切应力增高^[4]， 造成铁口区附近碳砖快速侵蚀而变薄。另外过多的渣铁聚集在铁口附近，该处碳砖热流强度急剧变大，造成碳砖温度急剧攀升。

表1 高炉7月份三种焦炭主要性能指标对比表

Table 1 July three coke blast furnace main performance index comparison

2014年后的4次炉缸侧壁温度升高均与配吃大量性能较差焦炭有关。2015年7月初，焦化厂焦炉大修，高炉配吃大量外购焦或湿焦，焦炭性能变差，8月初3号铁口下方标高7.494米、8.538米出多点温度快速升高，其中TE1205B在8月13日达到793℃的高位，是焦炭变差影响最为明显的一次。图3是这次炉缸温度升高时的焦炭比例变化与TE1205B温度点温度对应关系图。

图3 焦炭比例变化与TE1205B温度点温度对应关系图

Fig.3 the relationshipbetween the coke ratio and the temperature of TE1205B

3.1 加强原燃料质量的管理

（1）加强原料有害元素的管理。要降低高炉有害元素负荷，关键是限制使用有害元素高的原燃料，从源头上控制有害元素的入炉量。为此邯宝炼铁采取取消或减少烧结机头除尘灰、瓦斯灰、高炉炉前除尘灰及炼钢细灰等的用量，减少有害元素的富集；取消或降低有害元素含量较高的铁精粉，做到合理配矿；减少高硫矿的使用，加强焦炭选洗煤工作减少硫元素的入炉量，给降低炉渣碱度提供条件，有利于有害元素的顺利排出；调整布料，保证合适的炉顶温度，利于有害元素随灰尘吹出。表2是高炉有害元素治理前后高炉有害元素入炉、排出和富集量情况的对比表。

表2 高炉有害元素治理前后入炉、排出和富集量对比表

Table 2 Comparison of thepre and post treatment, discharge and enrichment of harmful elements in blastfurnace

（2）加强焦炭质量的管理。邯宝1号高炉的炉缸侧壁温度和自产干焦的稳定性具有较高的相关性，为此制定了多项措施来减轻焦炭变化对高炉顺行造成影响。首先加强对焦化厂干焦库存的跟踪，根据库存相应调增焦炭配比，保证焦炭比例长期稳定；当焦化检修或事故时，高炉第一间退负荷到合适水平，确保高炉顺行；增加质量相对较好的外焦的采购比；制定严格的焦炭筛分的管理，延长焦炭筛分时间，减少筛面料层厚度，杜绝小粒度和粉料入炉；加强焦丁入炉管理，焦炭质量变差时焦丁量会急剧升高，以往采取“以丁换焦”的方法来减少焦丁料位的压力，这样更加恶化了料柱的透气性，现在要求焦炭变差时的焦丁量为正常生产时的80%，余下的外排处理。

3.2 优化操作参数

（1）下部调整。在保证总进风面积不变的情况下，适当缩小侧壁升高点方向上风口面积，风口直径由130mm变为120mm，增加该处风口长度，由643mm变为663mm，目的是缩小该处风口回旋区的面积和增加回旋区的长度，利于煤气向中心方向渗透，以减少边缘煤气对炉缸侧壁碳砖的冲刷力度；利用休风更换上翘的风口中小套，改善高炉圆周进风情况。

（2）上部调整。当外购焦炭或自产湿焦比例大幅增加时，高炉立即退负荷来保证料柱焦层厚度，操作上适当降低料线、增加边缘矿石、增加中心焦量等措施来疏导开放中心气流；当中心气流明显受阻变弱时，高炉采取短时间的中心加焦的布料制度来开放中心，中心加焦是靠调整焦炭最内层档位角度来实现的，角度根据中性气流弱化的程度来选择，最强角度为13度，一般不大于20度。中心加焦的优势在于能快速置换更新炉缸死料堆的焦炭，改善死料堆的透气和透液性，进而改善铁水环流，并能迅速打开中心气流，保证高炉气流稳定。

3.3 控制冶炼强度

当炉缸侧壁温度升高时，减少富氧量适当控制冶炼强度，可以降低炉缸整体热负荷，使1150℃等温线内移，利于抑制侧壁碳砖温度的升高。同时渣铁生产量减少后铁水环流速度降低，减轻了铁水环流对炉缸侧壁的直接冲刷侵蚀，能快速抑制侧壁温度的升高。另外，富氧减少边缘气流的变弱，减轻了煤气对炉缸侧壁的直接冲刷，也利于减轻炉缸侧壁温度升高的压力。

3.4 加强炉缸活度的管理

长期使用开放中心抑制边缘料制，易发生炉墙结厚和炉缸边缘堆积，破坏炉况顺行，进而影响护炉效果，并造成严重的损失。因此在护炉期间要特别注意炉缸活性的管理，避免上述现象的发生。经过研究，1号高炉制定了以下措施来活跃炉缸：

（1）加强炉温的管理。合适稳定的炉缸热量水平，使渣铁具有良好的流动性，并顺利透过中心死焦堆，增加炉缸有效利用率，有效的降低铁水环流速度，减轻铁水环流对侧壁碳砖的冲刷侵蚀。流动性良好的渣铁可以顺利排除炉外，使渣铁滞留率下降，有效减轻炉缸侧壁碳的热负荷水平。生产中根据铁水物理热>1510℃，来确定高炉铁水硅素的水平，严禁低炉温出现，操作上采取趋势管理，加强对原燃料的跟踪管理，做到早发现早调节，确保炉温合适。

（2）加强二元碱度的控制。碱度的调整根据铁水硫含量来调整，要求铁水硫低于0.023%，保证铁水具有一定的粘度，以减少铁水对铁口和炉缸侧壁碳砖的冲刷侵蚀。

（3）杜绝出现过高的炉温。因为过高的炉温会使渣铁变的粘稠并产生大量的石墨碳，不利于渣铁顺利排出，使炉缸碳砖的热负荷升高而增加侧壁碳砖热面破损的机率。

（4）密切关注炉缸侧壁温度变化，当高点温度下降到安全范围内后，逐步回归正常操作料制，使炉缸工作状态回归正常。

3.5 出铁管理

铁口是高炉渣铁排出的通道，是炉缸内铁水环流和铁口漩涡形成的动力，控制好出铁利于形成稳定的铁水环流和铁口旋涡，可减轻铁水对炉缸侧壁的冲刷，减缓“大象脚”的形成。铁口操作要加强铁口深度的控制，要求>3500mm，控制好泥量，形成合适的铁口泥包；适当缩小开口钻头，保证一定的出铁时间，要求>120min，减小出铁速度，降低铁水环流的速度和铁口漩涡的强度；采取负间隔出铁，即两个铁口同时出铁一段时间，以减少渣铁滞留率；加强铁口泥套的维护，减少铁口冒泥，保证正常的出铁秩序。

3.6 建立炉缸检测保护体系

为保证炉缸的安全，制定了以下措施：增加炉体冷却水量，适当降低进水温度，保证足够的冷却强度；加强炉缸温度的检测工作，对温度异常升高区域各段冷却水的进出管道上设人工温点，每班测量4次，密切监视炉体热负荷；在炉缸6到7段侧壁温度升高严重的方向上加装新的测温点，确保测量温度的准确性：设立炉缸热负荷预警机制，并制定相应的应急预案，当监测点温度一小时内上升20℃，工长必须向车间汇报，并采取停氧措施，监测点温度一小时内上升30℃，炉内减风60%，监测点温度一小时内上升40℃，报车间、厂部同意后，做休风准备，防止安全事故发生。

3.7 炉体灌浆

随着生产的进行，炉墙内气隙会不断产生变大，密切监测炉体煤气排出情况，根据需要实施炉体灌浆，减少炉体气隙的存在，确保碳砖正常导热。2015年8月最近一次炉缸温度升高时， 9月3日高炉利用定休机会对炉缸各段新开孔24个进行灌浆作业，其中3#铁口右侧也即温度升高点TE1205B、TE1205B所在位置灌入23桶炭质浆料，对此处温度快速下降起到了一定的作用。表3是高炉采取护炉措施时主要参数调整变化表。

表3 邯宝1号高炉护时主要操作参数调整变化表

Table 3 Hanbao No. 1blast furnace maintenance main operating table change parameter adjustment

4 效果及评价

通过以上治理措施的实施，在没有大幅影响高炉指标的情况下TE1205B和TE1225B两点温度快速下降，温度逐步回归，9月13日两点温度均下降至250℃以下，处于安全可控水平，治理效果明显。表4是高炉2015年7-10份主要技术指标对比表。

表4是高炉7-9份主要技术指标对比表

Table 4 is the maintechnical indexes of blast furnace 7-9

参考文献

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