鞍钢4038 m3高炉长期低冶炼强度实践

张延辉，赵立军，龚继兵

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司 辽宁 营口115007）

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司拥有2座有效容积为4038 m3的高炉，2008年9月6日1号高炉开炉，实现一次投产成功、快速达产。2008年12月份后，高炉冶炼强度不断提高，单座高炉日产量最高达到1.07万t，利用系数达到2.5 t/（m3.d），但在 2011年 7月份，即 1号高炉投产不到3年，铁口以下炉缸局部环炭温度快速升高到512℃，严重影响炉缸安全。近年来我国高炉烧穿事故频发，据2010年不完全统计，1年内就有8座高炉发生烧穿事故，其中包括一些大型高炉，造成了重大损失。有些事故高炉开炉只有2～4个月就发生烧穿事故，大多数烧穿时间为开炉后的1～4年内，此外还有20余座2000 m3以上级别高炉虽然没有发生烧穿事故，但炉缸存在安全隐患［1］，说明这些高炉设计、施工质量、日常管理和生产操作等方面可能存在一定缺陷。在投入生产以后，高炉日常管理和操作制度对维护安全长寿尤为重要，鉴于鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉缸已经存在安全隐患，不得不采取各种措施来保护炉缸安全，新建1套软水站增加冷却水流量、单独为炉缸供水，日常操作制度上坚持长期低冶炼强度，利用系数维持在1.9 t/（m3.d）以下。在此期间，严格坚持“精料”方针，保持烧结矿质量稳定，严格控制含锌高杂料入炉，在干熄焦用量不足时，及时调整操作制度，活跃炉缸、减轻铁水对炉缸炭砖环流侵蚀。通过采取一系列措施，鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉缸状态安全受控。

1 鞍钢鲅鱼圈1号高炉存在问题

鞍钢鲅鱼圈高炉炉缸内衬引进美国UCAR小块炭砖，铁口区域及容易产生象脚侵蚀区域外环使用NMD小块超炭砖，其余部位使用NMA小块炭砖、无陶瓷杯，炉底炭砖上部采用莫来石砖形成陶瓷垫保护层。

高炉炉底冷却采用在炉底板下埋设水冷管的形式。炉缸、风口带采用冷却壁冷却方式，其中风口带以下设5段冷却壁，H-1、H-3～H-5段为光面冷却壁，材质为耐热低铬铸铁，水管规格Φ60 mm×6 mm；H-2段位于象脚侵蚀区，采用冷却强度大的铜冷却壁来加强该部位的冷却，每个铁口区域采用6块异型铜冷却壁，风口区为1段异形光面冷却壁，材质为耐热低铬铸铁。

炉体软水密闭循环冷却系统分为1系统和2系统。1系统冷却范围包括炉底水冷管、风口中套和倒流休风阀，水量为1 000 m3/h；2系统分为2个区域Ⅰ系列和Ⅱ系列，Ⅰ系列主要为炉缸冷却壁供水，Ⅱ系列冷却范围包括铸铁冷却壁、铜冷却壁和铜冷却板，2系统设计水量为5 704 m3/h，其中炉缸设计冷却水量为2 400 m3/h。

鞍钢鲅鱼圈1号高炉2008年9月6日开炉，投产初期炉缸环炭温度一直处于平稳状态，逐步实现达产、达效，高炉利用系数达到2.1 t/（m3.d），开炉以来经济指标见表1。

表1 1号高炉各年度技术经济指标

2011年6月份后，鞍钢鲅鱼圈高炉1号铁口下部第19层环炭（第三段冷却壁下部）温度明显上升，最高达到512℃，此后高炉1号铁口下部第10层炭砖（第二段冷却壁中部）温度也开始上升，一段时间后高炉4号铁口（与1号铁口同侧）第10层炭砖温度也开始上升（见图1），单块冷却壁水温差最高接近1.0℃，热流强度最高达到52 kW/m2，已经接近高炉同类型结构发生事故温度值，因此，鞍钢鲅鱼圈高炉不得不降低冶炼强度，利用系数控制在 1.9 t/（m3.d）以下（见表 1），并采取各种措施来保护炉缸安全。

2 采取措施及效果

2.1 提高冷却强度

由于设计冷却水流量已经不能满足高炉长寿要求。因此，新建了一座软水站，单独向炉缸供水，流量为4 600 m3/h，冷却壁水管流速在3.0 m/s以上。

根据经验每到冬季生产，高炉炉缸侧壁温度都明显下降，说明气温对高炉炉缸长寿有影响。为了确保冬季过后高炉炉缸长时间保持较好状态，在每年冬季实施冬季护炉方案。此护炉方案的核心是在炉缸耐材热面形成保护层，减轻炉缸耐材侵蚀。利用环境温度低优势，配合提高换热器能力，降低冷却水入口温度在16℃以下，比焓下降明显，比热容增大，改善冷却水带走热量能力。因此，冬季要求在保证炉身冷却强度不过剩的前提下，全开喷淋空冷系统降低水温，冷却水进水温度小于20℃，力争达到16℃。

2.2 定期采取含钛球团护炉措施

当环炭温度或冷却壁水温差持续上升时，定期使用从炉顶加入焙烧含钛球团护炉措施，始终维持铁水中［Ti］含量在0.10%～0.15%之间，同时采用降低冶炼强度、减少富氧量、提高炉缸冷却水流量加强冷却等措施。根据一些高炉破损调查结论，高炉采用钒钛矿护炉效果存在较大差异，如果高炉内衬润湿性好、铁水环流速度慢，含钛凝结物TiC 、TiN 和 Ti(C，N)与内衬黏附性强［2］，则护炉效果好，反之护炉效果差。因此，采用含钛炉料护炉时，降低冶炼强度、减慢铁水环流速度，可防止含钛凝结物被铁水环流带走。

2.3 长期坚持精料方针

（1）提高混匀造堆质量

鞍钢鲅鱼圈钢铁分公司大型综合料场年产混匀矿865万t，有能力为烧结生产提供高质量混匀矿。首先根据造堆铁料成分进行简单混匀，然后按产地、批号采用鳞状堆积方式封堆，封堆后坚持多点取样，取化学成分加权平均值作为该品种参与混匀造堆的化学成分［3-4］。制定混匀矿堆积计划，一堆原料等分成4个BLOCK （组），每个BLOCK堆积层数不少于3 000层，采取大人字形变起点延时定终点连续往返分层堆积方式，混匀矿的质量 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2。

（2）合理配矿和强化烧结

鞍钢鲅鱼圈铁料以进口矿粉为主，同时搭配一部分鞍钢自产和辽宁地区铁精矿，在每一种新铁料使用前进行实验室烧结杯实验，根据铁料基础特性、烧结杯实验结论，选择合理配比使烧结矿具有稳定品位，保证高炉入炉品位不低于57.5%。采用尽可能多的品种配矿，利用各种铁料矿物基础特性存在的差异进行互补。由于含高结晶水粉矿在烧结时易产生爆裂，影响烧结矿强度，高结晶水含量的粉矿配比不大于12%。由于澳大利亚矿、伊朗矿粉和印度矿Al2O3含量基本在2.0%以上，控制好高Al2O3含量进口矿比例，确保烧结矿Al2O3含量低于1.8%，以免高炉渣中Al2O3含量超过15%后造成炉渣熔化性温度升高、流动性变差，影响高炉顺行。适当配入一定比例高SiO2含量粉矿或地方精矿，保证烧结矿中SiO2含量在4.7%～5.2%范围，确保烧结过程中有一定的液相量，维持良好的冶金性能［3-4］。

鞍钢鲅鱼圈钢铁分公司的405 m2烧结机经过多年生产实践总结，确定“二十八字操作方针”，即“以风为纲，精心备料，稳定水碳，厚铺铺平，严控终点，慢冷筛净，喷匀降粉”。烧结机返矿和高炉返矿提前加入足够的水进行润湿，料层厚度要保持在750 mm以上，烧结点火温度控制在（850±50）℃范围内，预热段温度要求大于250℃，适当控制环冷机速度，缓慢冷却成品烧结矿，避免冷却速度过快对烧结矿产生热应力破坏，使烧结矿强度变差［4］。

（3）严格控制K2O、Na2O、ZnO等杂质入炉

碱金属及锌在炉内循环富积是影响高炉长寿因素之一，同时其中的K、Na等碱金属在高温区域内对焦炭具有明显劣化作用。碱金属排除的主要途径是瓦斯灰和瓦斯泥，如果碱金属不能得到有效排除，则会在炉内富积。碱金属主要危害是在炉衬表面吸附焦粉、矿粉，并与SiO2、A12O3反应生成难熔物质，如果原料条件差，高炉炉温又频繁波动，则附着层越长越大，最后导致结瘤。碱金属进入风口砖衬后造成风口二套上翘，导致炉缸活跃程度下降。 如果Zn、K、Na和 Pb在炉缸内衬富集，就会对炭质耐火材料内衬造成巨大侵蚀，甚至造成炉缸烧穿等恶性事故［5］。

高炉中70%以上碱金属及锌来源于烧结矿，烧结矿中碱金属及锌主要来源于烧结配入含铁尘泥。含铁尘泥主要有烧结除尘灰、瓦斯灰、转炉泥和铁鳞，在所有品种尘泥中碱金属及锌含量也存在较大差异，其中烧结除尘灰中碱金属及锌含量非常低，瓦斯灰中碱金属及锌含量波动最大，以锌含量为例，瓦斯灰中锌含量变化幅度可达到0.2%～7.0%；同样转炉泥中碱金属及锌含量波动最大，以锌含量为例，当转炉使用镀锌板作为废钢时，锌含量可达到5.0%以上。鞍钢鲅鱼圈各种尘泥总量大约为40～50万t/a，含铁量基本在40%以上。如果废弃，不仅浪费资源，还会造成环境污染，因此，瓦斯灰、转炉泥含ZnO、K2O、Na2O含量高低成为再循环使用量限制环节。

高炉分别以 Zn负荷为 0.15 kg/t、K2O和Na2O综合负荷2.2 kg/t为标准。如果碱金属负荷和锌负荷小于控制标准，所有尘泥都用于烧结配料。在参与配料之前，根据各种尘泥化学成分、粒度、水分、黏度特点，例如转炉泥含水量高、粒度细，轧钢铁鳞黏度大，存在不容易混匀缺点，不能单独用于烧结配料，而瓦斯灰是布袋灰，具有干燥、无黏度等特点。首先向黏度大铁鳞中配入一定比例瓦斯灰，简单混匀，然后向水分含量高的转炉泥中配入一定比例瓦斯灰，再简单混匀，最后把两种简单混匀废料按照一种铁料对待，用大型机械搅拌混匀设备混合，再采用强力混合机进一步混匀，混料直接参与烧结配料，最高配比为13%。

如果瓦斯灰、转炉泥中ZnO、K2O、Na2O含量超过控制标准，则上述废料不参与烧结配料，而是作为生产含碳素铁碳球团原料，再加入一定比例膨润土，采用强力混合机混匀，圆盘造球机造球，生球经过自然干燥后，筛出粉末，在铁水罐折铁后，加入红罐中，利用铁水罐余热，达到铁碳球团中碳素与铁氧化物发生还原反应热力学条件，回收废料中铁，同时有效脱出混料Zn、K、Na有害元素，减轻高炉锌负荷和碱金属负荷［6］。

3 干熄焦炉检修对高炉的影响及应对措施

3.1 干熄焦炉检修对高炉的影响

鞍钢鲅鱼圈每次干熄焦炉检修时间都很长，在干熄焦炉检修期间，高炉湿焦比例达到50%～70%，有时因特殊原因导致2座干熄焦炉同时检修，湿焦比例达到100%。

近几年每次干湿焦转换对高炉都产生很大影响，改为全干焦后炉况恢复期也比较长，干焦转湿焦对高炉影响有以下几点：

（1）干焦转湿焦后，燃料比会大幅度上升，根据比例不同，影响燃料比为20～40 kg/t。

（2）高炉煤气流分布不稳定，如果气流调整不到位，气流不畅，会造成加风困难。随着使用湿焦时间增长，使用量增大，高炉风量会逐渐降低。

（3）高炉铁水物理热明显下降，相同［Si］含量的铁水物理热下降30℃以上，渣温、渣色变差，经常出现黑渣。

（4）渣铁排放变得因难，相对于全干焦生产时，渣铁经常出不净，高炉矿耗升高。

3.2 采取的措施

（1）在干焦转湿焦的同时，根据不同干湿比例来提高入炉焦比。提高入炉焦比的幅度以保持煤比不变或保持略低于全干焦时的煤比。

（2）在操作制度上适当放开中心气流，同时根据实际情况适当加重边缘气流，原则上保持炉顶温度及炉喉温度与全干焦时相同或略高于全干焦时期。

（3）保持比全干焦时略高的铁水［Si］含量，尽量保持较高的铁水温度，使其不至于大幅度低于全干焦生产时期的温度。

采取措施后，鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉缸炭砖温度始终低于500℃、单块冷却壁水温差低于0.8℃，高炉炉缸处于安全状态。

4 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司1号高炉投产不到3年时，1号铁口以下炉缸局部炭砖温度快速升高到512℃，之后4号铁口以下局部炭砖温度也快速升高，炉缸安全状态受到影响，为保证炉缸安全，新建一座软水站，单独向炉缸供水，冷却水流量增加到4 600 m3/h，冬季降低冷却水入口温度在16℃以下，定期使用含钛球团护炉措施，同时高炉利用系数长期维持在1.9 t/（m3.d）以下，在此期间，发挥大型综合料场优势，提高混匀矿质量，保持烧结矿质量稳定，严格控制含锌高杂料入炉，在干熄焦用量不足时，及时提高入炉焦比20～40 kg/t，保持较高炉温。措施实施后，鞍钢鲅鱼圈1号高炉炉缸炭砖温度始终低于500℃、单块冷却壁水温差低于0.8℃，高炉炉缸处于安全状态。

［1］汤清华.高炉炉缸炉底烧穿事故分析及解决对策［J］.鞍钢技术，2012(3):1-6.

［2］宋建成.高炉含钛物料护炉技术［M］.北京：冶金工业出版社，1994.

［3］ 李仲.鞍钢4038m3高炉精料技术实践 ［J］.鞍钢技术，2011（4）：46-50.

［4］ 孙俊波.鞍钢鲅鱼圈大比例粉矿烧结生产实践 ［J］.鞍钢技术，2012（1）：26-29.

［5］项钟庸，王筱留.高炉设计-炼铁工艺设计理论与实践［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

［6］于淑娟，徐永鹏，曲和廷.鞍钢含铁尘泥的综合利用现状及发展［J］.炼铁，2007(3):54-57.