石钢2号高炉炉缸侵蚀的探索

石钢2号高炉炉缸侵蚀的探索

王贵宝  张余斌  习立阳  王彩永  任艳军  赵培义

（河钢集团石家庄钢铁有限责任公司）

摘要：对石钢2号高炉（1080m3）炉缸局部热流强度升高进行了研究与分析，并通过采取炉皮灌浆、加装炉衬监测电偶、调整风口布局、改高压水加强冷却、局部堵风口、降低冶强、中修浇筑炉缸等一系列可行性控制措施，中修浇筑前炉缸热流强度控制到了安全范围之内，保证了炉缸的安全运行。

关键词：高炉；炉缸侵蚀；控制措施；

Control measures of cylinder erosion in No. 2 blastfurnace of Shigang

Wangguibao Zhangyubin  xiliyang wangcaiyong  renyanjun  zhaopeiyi

(Shijiazhuang Steel Co. Ltd..)

Absrtact: The local heat current intensity of No. 2 blastfurnace(1080m3) in Shigang was studied and analyzed. By adopting a series offeasibility control measures, such as grouting of furnace skin, adding furnacelining to monitor the electric couple, adjusting the air vent layout, changingthe high pressure water to strengthen cooling, local air outlet, reducing thestrength of smelting and the medium repair furnace cylinder, the heat currentintensity of the medium repair furnace cylinder was controlled within a saferange. The safe operation of the furnace cylinder is ensured.

Keywords:blast furnace; Erosion of hearth; Control measures;

1 前言

石钢2号高炉（1080m3）于2011年5月6日建成投产，是石钢首座1000立方米级别高炉，到2017年11月15日中修，运行6年半。2号高炉炉缸炉底采用陶瓷杯+碳砖整体式陶瓷炉缸内衬（如图1），陶瓷杯杯底采用单层高度800mm刚玉砖，底部采用四层大碳砖+小碳砖（高度400mm）砌筑。炉缸直径7900mm,炉缸高度3800mm,死铁层厚度1600mm，炉缸和死铁层跨越了第二段和第三段冷却壁（每层冷却壁高度2.08m），设有东西两个铁口，在第二段和第三段冷却壁中间，分别由四块冷却壁组成。炉缸共有两段冷却壁组成，炉缸一层36块，炉缸二层34块，高度2.08m。近两年以来炉缸部分监测电偶温度上行幅度较大，部分炉皮温度和炉缸热流强度升高，部分区域达到25000—30000 kcaL／m2•h，炉缸象脚区局部侵蚀严重，经及时采取相应措施：炉皮灌浆、加装炉衬监测电偶、调整风口布局、改高压水加强冷却、局部堵风口、降低冶强等，炉缸热流强度下降到10000—15000 kcaL／m2•h左右，炉皮温度降到50℃以下，炉缸侵蚀得以控制，保证了炉缸的安全运行，2017年11月15日停炉中修，浇筑炉缸，保证了炉缸在后续生产中的安全运行。

2号高炉炉缸监测系统

2.1 炉缸一二层冷却壁电偶：

炉缸一层冷却壁（第二段）45°方向（第5块冷却壁上）自2015年9月份开始升高（之前在60—80℃），到2015年10月16日最高上升到213℃，到2016年9月17日最高上升到244℃，采取控制炉缸措施后，温度在50℃左右。其他方向温度基本上稳定在100℃以下。

炉缸二层炉衬10°、50°、310°方向温度：自2013年10月25日开始升高，到2016年10月30日上行至300℃左右波动，采取控制炉缸措施后，温度在230—300℃左右

2.2 炉缸冷却壁热流强度监测：

从炉缸一二层冷却壁热流强度分析来看，炉缸一层一区15#（4#冷却壁）和二区33#（18#冷却壁）冷却壁水管热流强度较高达到26000—31000kcal/㎡.h。

2.3 炉皮温度监控

炉皮温度高点在炉缸一层4、5、6、18#冷却壁，炉皮温度超过60℃，最高在第4、5、18块冷却壁下半部，炉皮温度最高到了88℃。其他部位炉皮温度（除铁口部位，铁口部位受出铁因素比较大），基本上在50℃以下，整体在40℃左右。

2.4炉缸冷却壁后加炉衬电偶：

2017年2月15日后，针对当前炉缸一层4#、5#和18#冷却壁热流强度、炉皮温度高，以及当初炉衬监控电偶较少的问题，利用检修在炉缸一层冷却壁缝隙之间的下半部高温区打孔安装监测电偶，至中修前共加装电偶10只。

3 处置

3.1抓好操作和管理，保持高炉稳定顺行

生产实践表明，长期稳定顺行的炉况，不但是高炉高产、低耗的先决条件，也是高炉长寿的必要条件，各种炉况失常，在发生发展和治理过程中，不可避免的要带来炉缸、炉底热负荷的大幅度波动。有些处理措施对炉底、炉缸还有直接的破坏作用，如加洗炉剂洗炉。因此要维护好炉缸炉底必须搞好高炉稳定顺行，减少炉况波动。

为了保证高炉稳定顺行，主要通过：①、抓原燃料管理，改善原燃料质量，减少粉末入炉。已经与公司协调改善原燃料质量，尤其是改善焦炭质量,同时减少炉缸死焦堆，增加其透液性，减轻炉缸的环流冲刷侵蚀。另外通过加强检查和过筛，基本克服了原燃料变差带来的不利因素。②、控制好操作炉型是保证高炉稳定顺行的保证。2号高炉根据炉身温度、炉喉十字测温等变化情况及时进行上下部调剂，使高炉高温区域控制在5、6段，并保持稳定。同时根据炉身各层的炉体温度变化，随时掌控炉身喷涂料的脱落情况，及时组织炉身一直六层的局部喷涂造衬来规整炉型。③、稳定中心、兼顾边缘，控制合理的两股煤气流分布，使两股气流保持一定的平衡，保证高炉的稳定顺行，2号炉十字测温中心温度稳定控制在500—600℃，边缘温度控制在65—90℃。此外还通过加强工长的精细化操作，做到早调微调，保证高炉的稳定顺行，减少炉况波动。

3.2监控措施

3.2.1安装热流强度和炉皮测温在线监控系统

经常检测对炉缸炉底维护是很必要的，只有经常检测，才能及时了解炉缸侵蚀状况，采取有效的措施，因此安装了炉缸热流强度在线监测，流量计采用原来的流量计，水温计重新安装（之前温度计测量数值不准确），安装原则上采取流量计和水温计在一根水管上，以保证数值的准确性。目前炉缸一、二、三段冷却壁共安装进、出水测温电偶112支。

同时安装了炉壳温度在线监测测温点10个，安装位置在标高7.1~7.5米的象脚侵蚀区，尤其在西南一区热流强度偏高，炉皮温度最高的5#冷却壁上（一区18#冷却壁水管）安装炉壳温度时时在线监测。

表4 2号高炉炉缸热流强度和炉皮温度控制标准

3.2.2加装炉衬电偶

2017年2月15日后，针对当前炉缸一层4#、5#、18#热流强度、炉皮温度高的问题，利用检修在炉缸一层冷却壁缝隙之间的下半部高温区打孔安装监测电偶，插入深度在70—300mm不等。

通过热流强度、炉皮温度、电偶温度、钻孔等监控数据分析，炉缸一层4#、5#、18#冷却壁方向，下半部象脚区侵蚀比较严重。

表5  2号高炉加装炉衬温度控制标准

备注：报警值按照插入深度的不同来规定。

3.2.3加大炉缸监测力度

要求每班工长随时关注炉缸热流强度在线监测数据；炉缸热流强度处于高位期间，每天白班工长要对炉缸一层、二层炉皮温度整体测量一遍，中、夜班工长也要对炉缸一层、二层热流强度偏高部位的炉皮进行测温一遍，做好记录；每班工长要督促水工关注炉缸热流强度、水温差、温度的变化情况，尤其是热流强度异常升高时，铁前、铁中、铁后重点监测；每班工长对炉缸部位的检查不少于两次，做好记录，对炉缸部位的检查包括：炉皮是否有烧红、冷却水管是否有冒蒸气、热流强度和炉衬温度是否异常、炉皮是否冒火等等。

3.3 炉缸炉皮灌浆

炉缸碳砖和灌浆料、捣打料发生收缩和形变，导致碳砖间缝隙变大，炉缸捣打料与碳砖、冷却壁与捣打料之间产生间隙，冷却壁和炉壳之间产生缝隙，造成了串煤气，同时也降低了碳砖层的导热性能。针对上述情况分析：一方面，局部炉缸的陶瓷杯砖衬受侵蚀较为严重，局部已经侵蚀殆尽，导致侧壁碳砖内侧也受到侵蚀变薄。铁水与测温点的间距变短。另一方面，由于炉缸结构在生产过程中承受热应力和机械应力的作用，发生一定的形变，而且炉缸捣打材料本身受热也从而使得冷却壁的冷却效果变差，导致该区域的热量不能充分导出，加剧碳砖层的侵蚀。另外，部分冷却壁螺栓处有煤气泄露，炉缸区域炉壳和冷却壁与捣碳砖打料之间必然是产生了缝隙，有可能出现贯通性的窜气通道。

3.4 调整风口布局、堵风口操作

热流强度上升到警戒值后，逐步加长所有风口小套长度，从500mm加长到550mm。

2017年1月缩小热流强度高部位的风口4#（550×120→550×110），同时为保持总面积不变，扩12#风口小套（550×110→550×120），原则上缩小一区热流强度偏高的冷却壁上部风口，保持原风口面积不变，通过调整减轻回旋区对炉缸的冲刷。

2017年2月在加装监测电偶钻孔时，40°方向（4#、5#冷却壁之间）钻眼深度到280mm时，发现里面出现鲜红，用红外测温枪测里面料层温度达到546℃，为安全起见，直接采取堵热流强度偏高部位的4#风口操作，同时缩小风口面积。

2017年8月，新装炉缸一层180°方向电偶温度上升到88℃，休风调整此方向的12号风口小套为550×100（直套）。

3.5 改高压水加大冷却强度

利用休风机会，将热流强度高的部位，尤其是炉缸一层（二段冷却壁）一区4#、5#冷却壁的15—22#八根冷却壁水管和东西铁口冷却壁由软水单联改为高压水串联冷却，水压由原来软水的0.6PMa提到了1.53PMa，水量由23m3/h提高到了47.4m3/h，大大增加了冷却强度。

3.6优化高炉操作制度

产量和高炉的顺行状态是影响水温差升高最重要的两个因素。因此，对待炉缸安全问题，要树立高炉长期顺稳才是效益最大化的意识。

适当降低高炉冶炼强度。自2017年2月15日，发现在钻孔到280mm时里面料层鲜红后，高炉通过稳定标准风速、降低氧量来降低产量的方法，稳定标准风速203—208m/s，富氧量由原来的7000m3／h控制到了3000—3500m3／h，产量由3250—3300t/d降到了2900—2950t/d。其优点是可以保持风速和鼓风动能基本不变，有利于炉缸活跃和保证中心煤气流的稳定，减少铁水环流对炉缸的侵蚀。

适当提高生铁含硅，降低生铁含硫。【Si】和【S】含量的高低，一方面直接影响铁水的流动性，流动性太好，则对炉缸的侵蚀加剧，流动性太差则影响高炉的生产，造成炉况的波动，从而反过来损坏炉底炉缸。根据高炉的运行情况，以及满足品种钢冶炼的需求，适当提高【Si】0．35—0.55％左右，[Si] 在0.4% ～ 0.5%为宜，降低【S】0.015—0.025％，铁水热量保持在1490℃—1510℃之间碱度控制以满足生铁含硫和渣铁热量的需求为原则，参考R2=1.25—1.30，随着炉温的提高，适当降低镁铝比至0.60—0.62。并根据高炉顺行程度和炉底炉缸侵蚀状态随时调整。

加强炉前出铁组织。努力出净渣铁，尽量减少铁水在炉内的停留时间，这无疑对炉缸的维护是有利的。加强铁口的维护，禁止大喷铁口，统一四班的操作，确保四班出铁的均匀，保证出净渣铁。

4 效果

炉缸一层整体热流强度下降明显。尤其是一区（堵4#风口部位）的热流强度下降幅度较大，一区15#由25000—30000kcal/m2h降至10000—11000 kcal/m2.h.  一层18#由20000kcal/m2.h左右降至11000 kcal/m2.h左右。

炉皮温度尤其是50°方向（4#、5#冷却壁）炉皮温度由60—70℃下降到了40℃左右，180°方向（18号冷却壁）温度由55℃下降稳定在45℃。其他各区基本上也在40℃左右。

加装的炉衬电偶温度也明显降低。炉缸一层新增十支电偶，通过上述措施，期间虽有波动，但基本都在90℃的控制范围内效果比较明显。

5 结语

加强监测，增加炉缸温度监测点。炉缸温度检测是确保炉缸安全的重要手段。由于当时设计，炉缸原有的监测热电偶较少，应在重点部位通过炉壳钻孔，增加热电偶检测点，对碳砖、碳捣料进行有效监控。当发现有局部温度、热流强度升高时，必须采取有效措施，及时控制，不可大意致使升高部位蔓延，侵蚀加剧。

降低高炉冶炼强度和堵风口操作是处理炉缸热流强度升高最有效，也是最直接的手段。

2号高炉进入后期后，虽采取一些措施，抑制了炉缸温度和冷却壁热流强度的升高，但从长远看，炉缸侵蚀对安全生产带来的后果及对指标强化等影响却无法弥补。合理的操作制度，实现高产与长寿的最佳平衡点，严格的监控管理，稳定的原燃料水平都是影响高炉长寿至关重要原因。

通过停炉中修，更换冷却壁，浇筑炉缸，效果明显，开炉后各项指标参数基本都很快恢复到高炉的最好水平。

参考文献

[1] 唐晓东.  第十五届全国大高炉炼铁学术年会论文集.

[2] 周传典. 《炼铁》杂志2013年.

[3] 周传典．高炉炼铁生产技术手册2002年.