朝阳钢铁炉缸管理实践

朝阳钢铁炉缸管理实践

张洪宇  王光伟  胡德顺

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司）

摘  要：通过对朝阳钢铁高炉炉缸温度场变化调查、并对其原因进行分析，认为炉缸中心温度长时间低于下限时，就会导致炉缸温度场发生大幅波动，从而影响炉缸长寿，并根据朝阳钢铁近几年的炉缸工作状态的变化及对高炉的影响，及时制定相应的措施，确保高炉稳定生产。

关键词：温度场;炉缸;长寿

Practice of the management of the hearth of Chaoyang steel

Zhang Hongyu   Wang Guangwei  Hu Deshun

（Anshan Iron and Steel Group Chaoyang iron and Steel Co., Ltd.）

Abstract: By investigating the change of the temperature field of the blast furnace hearth of Chaoyang iron and steel, and analyzing its reasons, it is considered that the temperature field of the hearth cylinder will fluctuate greatly when the temperature of the central temperature of the hearth is lower than the lower limit, which will affect the long life of the hearth, and according to the change of the working state of the hearth of Chaoyang iron and steel in recent years and the effect on the blast furnace. Formulate corresponding measures in time to ensure stable production of blast furnace.

Keywords：the temperature field；the hearth；the long life

在高炉生产中，高炉炉缸的运行状态直接影响高炉的技经指标，要实现高炉低耗、长寿、稳定、顺行，炉缸在生产中维护管理至关重要。由于炉缸直接接触铁水，在生产过程中不断受铁水冲刷，炉缸的侵蚀程度，决定一代炉役的长短；炉缸运行状态的活跃程度直接影响高炉况的顺行，所以炉缸如何管理也成为各大钢铁公司重点的研究项目。

朝阳钢铁2600 m3高炉第二代炉役于2012年11月16日开炉，高炉有效容积为2680m3，共设置30个风口，三个铁口，呈Y字形排列，其中1#、2#铁口这间夹角为78℃。炉缸炉底采用碳砖加陶瓷杯结构。炉底共5层碳砖，每层400mm，第1层石墨炭砖、第2～4层半石墨炭砖、第5层微孔炭砖全部国产。炉缸采用兰炭大块碳砖，总计13层。1～8层为超微孔炭砖，9～13层为微孔炭砖。铁口组合砖位于6、7、8层，结构见图1。本文主要从朝阳钢铁高炉近几年高炉炉缸的运行状态出现的问题进行总结、分析，探索炉缸管理的模式。

1 炉缸管理模式

高炉炉缸活跃状态和炉缸长寿是一个相互矛盾的过程，炉缸侧壁温度和炉芯温度可直接反映高炉炉缸内温度场的变化，炉芯温度可直接反映炉缸的活跃程度，炉缸侧壁温度反应炉缸受侵蚀的状态，直接决定炉缸的长寿，两者之间需要保持动态平衡，朝阳钢铁的炉缸管理主要从炉缸活跃状态和炉缸长寿管理两方面入手制定炉缸运行状态的评价体系。

1.1建立炉芯温度控制标准

炉芯温度是反映炉缸状态活跃程度的重要参数，一般随着高炉生产周期的延长，炉芯温度会呈现逐步攀升的趋势，但对于炉况顺行较好的高炉，炉芯温度应当在一定的范围内保持相对稳定，若炉芯温度呈长期下降趋势，说明炉缸工作状态向差，将会影响高炉炉况顺行，应找出下降的主因，并采取措施，控制其下降趋势；若炉芯温度呈上升趋势，说明炉缸活跃度增加，炉缸侧壁温度会上升，需适当采取措施，控制高炉炉缸活跃度。朝阳钢铁的炉芯温度位于炉底中心三层炭砖上表温，其控制范围是430℃±30℃。

1.2 建立炉缸侧壁环炭温度控制标准

目前国内外高炉炉缸烧穿及炉缸侧壁温度快速升高现象越来越多，成为制约高炉技经指标的一个重要因素。国内外大多数高炉烧穿部位及高温点部位大部分集中铁口中心线以下炉缸侧壁温度，为此朝阳钢铁为了确保炉缸工作的安全性，制定黄、橙、红警戒区域通过采取控制产能和铁水含钛量来确保炉缸侧壁温度控制在正常的生产范围内，各区域警戒标准见表1。

表1 炉缸环炭温度警戒区域控制标准

2 炉芯温度波动原因调查

炉芯温度在一定程度上可以反应炉缸热量储备水平和铁水渗透死料柱的能力，当炉缸工作状态变差时，炉芯温度和炉缸侧壁温度都会呈现下降趋势，反之当炉缸活跃性增加时，侧壁温度也会呈现上升趋势，当炉芯温度控制在一定的合理的范围内，侧壁温度也会在一定范围内波动。当炉芯温度低于合理温度下限时，在随后恢复炉缸中心温度时，炉缸侧壁温度就会异常升高见图2，炉芯温度波动的幅度越大，侧壁温度在上升过程中上升的幅度就会超过历史高点。朝阳钢铁高炉炉缸变化主要经历了5个大的波动，下面对每个阶段的波动原因进行调查。

2.1第一阶段（2013年1月～2014年8月）

此阶段炉芯温度主要分上升、相持、再上升、快速下降四个阶段。

①上升阶段：从2013年1月开始随着高炉冶炼强度的逐步强化，随着炉缸活跃度增加，炉芯温度也呈递增现象，炉缸环炭温度也有不同程度的上升。

②相持阶段：2013年3月至2013年7月，炉芯温度维持在410℃左右，高炉利用系数维持在2.25t/m3.d，环炭温度也保持相对平稳的水平。

③再上升阶段：2013年8月份开始至2014年8月，进一步提高冶炼强度，高炉利用系数提高至2.37左右t/m3.d，随着炉缸状态的活跃性增加，炉芯温度进一步上升至450℃左右， 3个铁口正下方温度相继呈快速上升趋势，相比以前平稳阶段都已上升约100℃,虽然环炭温刻属正常安全生产状态，但从长寿角度考虑，应适当控制冶炼强度，抑制炉缸环炭温度上升趋势。在随后的生产中，利用系数控制在2.30 t/m3.d左右，炉芯温度控制在430℃左右，再加上4月份7天时间的年修，环炭温度上升趋势得到抑制。

④快速下降阶段：2014年8月，由于炼铁转炉事故，高炉被迫非计划休风164h，休风料没有下到风口，高炉炉缸热量损失较大，再加上恢复时，由于高炉铁水不能完全消耗，只能按炼钢生产节奏组织生产，高炉恢复进程较慢，高炉炉缸工作状态严重恶化，炉芯温度下降至350℃。

2.2第二阶段（（2014年8月～2015年12月）

此阶段炉芯温度主要分为恢复、相持、快速下降三个阶段。

①恢复阶段：由于受非计划休风和高炉恢复进程较慢的影响，高炉炉缸状态严重恶化， 2014年8月～2015年1月，此阶段是恢复高炉炉缸工作状态的过程，在热制度方面铁水物理热需达到1500℃以上，在装料制度方面采用轻负荷料来疏通料柱的透气性，确保死料柱的透液性，以减少铁水环流对炉缸的侵蚀，经过4个月的治理，炉缸工作状态得到逐步恢复，炉芯温度恢复到400℃以上。此次非计划休风对炉缸的伤害挺大，但采取的措施得当，在炉芯温度恢复到正常水平时，炉缸环炭温度都有不同程度的上升，但温度点并没有达到历史高点，说明炉缸没有发生异常侵蚀。

②相持阶段：2015年1月至2015年10月，高炉利用系数进一步提升至2.40t/m3.d，炉芯温度维持在450℃左右，此期间炉缸工作状态较好，高炉长周期稳定顺行，炉缸侧壁温度保持相对平稳下降的水平。

③快速下降阶段：2015年10月，由于整个钢铁行业的不景气，朝阳钢铁通过降低产能来减少亏损，高炉利用系数维持在2.0 t/m3.d左右，由于低强度冶炼，炉缸活跃性变差，炉芯温度快速下降至330℃左右。

2.3第三阶段（（2016年1月～2016年6月）

此阶段炉芯温度主要分为快速恢复相持阶段、快速下降两个阶段。

①快速恢复相持阶段：2016年1月份开始，钢铁行业开始转暖，朝阳钢铁为了保证规模效益，高炉利用系数快速由2.0t/m3.d提高至2.30左右，炉芯温度快速恢复至450℃左右，随之而来炉缸侧壁温度也快速升高，突破历史高点，达到408℃，说明炉缸开始受到非正常侵蚀。

②快速下降阶段：由于2015年期间，朝阳钢铁为了保证经营效果，始终是低库存生产。2016年1月～3月高炉提产，导致高炉原燃料库存不足，炉料变化频繁，入炉粉尘增多，炉况波动较大，再加上碱金属、锌负荷高致使炉墙结厚。2016年3月下旬～5月期间炉况失常，炉缸工作状态逐步向差，炉芯温度开始下降，最低降至370℃。

2.4第四阶段（（2016年6月～2017年1月）

此阶段炉芯温度主要分为快速恢复和快速下降等两个阶段。

①快速恢复阶段：2016年5月份通过休风降料面，快速消除炉墙结厚，高炉炉况顺行良好，炉芯温度快速恢复，炉芯温度快速恢复至450℃左右，随之而来炉缸侧壁温度也快速升高，突破历史高点， 2016年8月达到485℃，炉缸侧壁受到非正常侵蚀。

②快速下降阶段：2016年8月24日高炉检修32小时，使炉芯温度快速下降趋势，最低下降至410℃左右。2016年11月7日份135小时的年修，使炉芯温度快速下降到360℃，在以后炉况恢复中，炉芯温度迅速恢复到正常水平。

2.5第五阶段（（2017年1月～2018年4月）

此阶段炉芯温度主要分为平稳阶段、逐级下降，恢复等三个阶段。

①炉芯平稳阶段：2017年4月～7月，炉芯温度基本在430℃左右波动，炉缸侧壁温度虽有快速上升，但随着炉况顺行，高炉侧壁温度并没有维持在高位，逐步在300℃左右波动，炉缸没有受到非正常侵蚀。

②炉芯逐级下降阶段：2017年7月～2018年2月，炉芯温度呈逐步下滑趋势，最低下降至292℃，炉缸工作状态向差趋势明显，其主要原因是2017年下半年高炉休风共计9次，高炉频繁休风是导致炉芯温度持续下滑的诱因，2017年7月份开始，焦炭粒级达不到标准（小粒级焦炭明显增多见图3，这是炉芯温度持续下滑的根本原因。

③炉芯温度恢复：2018年2月～2018年4月，2月份开始焦化厂开始调整焦炭配煤结构，焦炭质量开始逐步好转，炉缸工作状态得到改善，炉芯温度回升至410℃左右，但由于炉缸死料柱沟通能力较差，铁水环流增加，加剧炉缸非正常侵蚀，炉缸侧壁温度呈现快速上升至630℃，不得不采用休风凉炉的方式来抑制环炭温度上升趋势，以确保高炉生产的安全性。在随后的生产当中，炉缸死料柱沟通能力加强，炉况顺行得到保证，炉缸环炭温度回落至300℃左右，高炉产能回到正常生产水平。

3炉缸温度变化分析

3.1炉芯温度及炉缸侧壁温度升高原因分析

朝阳钢铁高炉从2012年11月份开始投产，高炉炉缸温度场剧烈波动主要经历5次（炉芯温度低于400℃），炉缸每一次大的温度场变化，都会对炉缸造成伤害，加剧炉缸的侵蚀，炉缸侧壁某个方向温度都会超过历史最高点，朝阳钢铁高炉历年来的炉缸炉芯温度及侧壁温度分析见表2。炉缸温度场波动的主要原因无非是以下三个方面：

①炉缸热量不足，主要影响因素有高炉频繁休风、休风时间过长（超过120小时）、长时间铁水物理热不足或铁水物理热和化学热不匹配等，在随后恢复炉况的过程中，炉缸因温度场变化原因，使炉缸内热应力发生变化，发生膨胀，致使炉缸炭砖与冷却壁间产生气隙串煤气或渣铁保护层脱落，铁水等温线外移，使炉缸进一步受到铁水侵蚀使环炭温度升高。

②高炉鼓风动能不匹配，过高或过低的鼓风动能都会导致炉缸中心温度点下降，过低的鼓风动能（例冶炼强度低，风温低、风量低、风口面积偏大都会导致鼓风动能偏低），会吹不透中心死料柱，炉缸活跃变差；过高的鼓风动能（中心焦偏多、喷煤量过高、富氧率偏低、顶压偏低、冶炼强度高，风口面偏小等都会导致鼓风动能偏高）会造成炉缸中心过吹，易气流发生紊乱，煤气利用变差，且中心强气流会搅碎焦炭，中心死料柱的透气性和透液性也同样会变差，导致炉缸活跃性下降。长期的鼓风动能与高炉料柱的透气性不匹配，会导致炉缸边缘或中心堆积，造成炉况波动，在以后恢复炉况的过程中，使炉缸渣铁保护层脱落，铁水1150℃等温线外移，从而导致炉缸局部受到铁水非正常侵蚀。

③炉缸内合适的渣铁流动性，炉缸内渣铁的流动性，影响渣铁流动性的主要因素有铁水物理热、铁水成分（Si、S、Ti）、铁口操作、焦炭质量等。流动的铁水与炉缸直接接触，流动性太好，会对炉底、炉缸的侵蚀加剧；流动性太差会影响炉况顺行，从而反过来降低炉缸活跃度，降低料柱的爱液性，增加铁水环流，从而对增加炉缸侧壁非正常侵蚀，尤其是对炉缸某个局部加剧侵蚀。