鞍钢4号高炉炉墙结厚原因及解决措施

赵东明，李建军，曾宇，佟敏英，刘德辉

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂 ，辽宁 鞍山114021）

鞍钢股份有限公司炼铁总厂4号高炉（2580 m3）设有4个铁口、30个风口，采用新型PW串罐式无料钟炉顶布料设备，炉底炉缸采用碳砖与陶瓷杯相结合的复合结构，冷却系统采用除盐水密闭循环系统、全冷却壁结构 （炉腹、炉腰、炉身下部区域6～9段采用铜冷却壁），冲渣工艺为冷茵芭工艺，除尘采用干法煤气除尘系统。4号高炉于2015年6月15日停炉大修更换炉缸耐材，2015年8月22日点火送风，开炉后顺利达产，燃料消耗水平较低。但由于原燃料条件变化和操作等原因，2016年10月炉身下部出现炉墙结厚现象。通过对炉墙结厚原因进行分析，并采取相应措施，炉墙结厚得到有效处理，高炉炉况明显好转。

1 炉墙结厚的现象

炉墙结厚主要表现是炉身热负荷明显下降。表1为2016年4号高炉炉墙结厚前后的技术指标。从表1中可以看出，2016年9月至10月，炉身热负荷由58 497 MJ/h下降为40 529 MJ/h，7～9段铜冷却壁体温度平均下降7℃，6段铜冷却壁体温度下降4℃。随着生产进行，高炉炉况顺行变差，风压稳定性变差，崩滑料时有发生，高炉燃料消耗上升，结合炉身热负荷和铜冷却壁温度的变化趋势，可以看出2016年10月高炉发生炉墙结厚。

2 炉墙结厚原因分析

2.1 入炉原料质量

鞍钢4号高炉入炉烧结矿以鞍钢矿山集团东烧厂所产烧结矿为主，由火车运输至矿槽；有时辅以厂内落地烧结矿，由汽车运输至矿槽。由于烧结矿露天运输和储存，下雨会淋湿烧结矿，导致烧结矿受潮，粉末会粘附在大粒烧结矿表面入炉，使高炉入炉粉末增多。2016年4号高炉所用烧结矿＜5 mm粒级含量和返矿率见图1。由图1可以看出，2016年4号高炉所用烧结矿＜5 mm粒级含量呈上升趋势，高炉返矿率呈下降趋势。由于高炉采取发展中心、抑制边缘的装料制度，边缘气流受到抑制，造成入炉粉末在边缘富集，边缘自动加重，炉墙结厚。

表1 2016年4号高炉炉墙结厚前后的技术指标

图1 2016年4号高炉烧结矿＜5 mm粒级含量和返矿率

2.2 冷却强度

近些年高炉生产普遍通过加大冷却水量以增强冷却强度，但这种方式在边缘气流受到抑制的情况下会加剧炉墙结厚。2016年4号高炉炉身冷却系统参数见表2。由表2可以看出，1～10月冷却水量保持在4 800 m3/h水平，冷却强度偏大，由于出现炉墙结厚，11月开始减少炉身冷却水量，降低冷却强度；冷却水进水温度平均33.5℃，比较稳定；1～9月冷却水温差总体稳定，平均2.80℃，9月末冷却水温差开始持续下降，10月平均冷却水温差2.00℃，10月中旬水温差最低降至1.20℃，说明炉墙结厚已经形成。

表2 2016年4号高炉炉身冷却系统参数

2.3 装料制度

鞍钢4号高炉装料制度的操作理念为发展中心、抑制边缘，但过分抑制边缘容易发生炉墙结厚甚至结瘤现象。2016年4号高炉中心焦炭比例和边缘矿焦比（边缘矿与焦炭份额比）见图2。

由图2可以看出，中心焦炭比例在1～8月低于30%、9月开始逐渐增加超过30%，边缘矿焦比8月开始逐渐增大。2016年9月中旬装料制度，中心焦炭比例30%，边缘矿焦比2.96；10月上旬装料制度，中心焦炭比例33%，边缘矿焦比3.09；10月中旬装料制度， 中心焦炭比例35%，边缘矿焦比3.15。中心焦炭比例和边缘矿焦比例逐渐增大，中心气流过分发展、边缘气流不足，边缘较重，煤气供给炉墙的热量不足，使软熔带附近的半熔炉料黏到炉墙上，形成炉墙结厚。

图2 2016年4号高炉中心焦炭比例和边缘矿焦比

2016年4号高炉炉喉温度见图3，10月炉喉温度下降，说明边缘气流不足，高炉发生炉墙结厚。

图3 2016年4号高炉炉喉温度

3 炉墙结厚的处理

3.1 加强原料质量管理

针对高炉入炉粉末增多的情况，严格控制烧结矿＜5 mm粒级含量，要求烧结矿＜5 mm粒级含量≤5%，厂内落地烧结矿筛分后才可供给高炉使用；同时加强对高炉槽下烧结矿振动筛的检查，东烧返矿率控制在11%～12%范围，返矿率出现异常时，要及时查找原因，保证入炉烧结矿质量。

3.2 降低冷却强度

2016年11月16日开始降低炉身冷却水量，由4 800 m3/h降至3 600 m3/h，冷却强度降低。经过实践发现，4号高炉炉身冷却水量为4 000～4 300 m3/h、炉身冷却水温差为3～4℃时冷却强度适宜，炉身热负荷宜控制在60 000～80 000 MJ/h范围。热负荷低于下限时，边缘气流弱、有结厚倾向，应疏松边缘；热负荷高于上限时，边缘气流盛，应抑制边缘，防止烧坏冷却设备。

3.3 调整装料制度

2016年10月，在炉墙结厚初期，高炉出现燃料消耗增加、顺行变差的情况，由于对炉墙结厚重视不够，仅在11月中旬采取发展边缘、抑制中心的措施，装料制度，下旬又恢复发展中心、抑制边缘的操作，中心焦炭比例最高时达到40%，装料制度。 12月炉况进一步恶化，炉墙结厚严重，高炉重新采取疏松边缘、适当抑制中心的装料制度，炉况逐渐好转，至2017年3月炉况基本恢复正常。

2017年6月开始采取逐渐抑制中心、发展边缘的操作制度，烧结矿由6环位布料改为5环位布料，装料制度，中心焦炭比例逐渐减少，边缘矿焦比逐渐降低。对热负荷与中心焦炭比例、边缘矿焦比进行线性回归分析，热负荷与中心焦炭比例的关系见图4，热负荷与边缘矿焦比的关系见图5。

由图4、5可以看出，热负荷与中心焦炭比例的关系不明显，而热负荷与边缘矿焦比的关系显著，且边缘矿焦比低于2.0时，热负荷不低于60 000 MJ/h，可同时保持热负荷和铜冷却壁温度在适宜范围内。因此高炉装料制度调整时，宜控制边缘矿焦比不超过2.0。

图4 热负荷与中心焦炭比例的关系

图5 热负荷与边缘矿焦比的关系

4 处理效果

通过加强原燃料质量管理，减少炉身冷却水量，降低冷却强度并调整装料制度，2017年3月4号高炉炉况恢复正常，高炉顺行良好，高炉热负荷调整到60 000～80 000 MJ/h的适宜范围，铜冷却壁温度在50～60℃的适宜区间。2016年1月至2017年11月4号高炉铜冷却壁温度见图6。

图6 4号高炉铜冷却壁温度

5 结论

（1）原料质量变差、入炉粉末增多是本次4号高炉炉墙结厚的诱因，而冷却制度和装料制度不合理、调整不及时是造成4号高炉炉墙结厚的主要原因。

（2）加强烧结矿质量管理，控制烧结矿＜5 mm粒级含量≤5%、东烧返矿率在11%～12%范围，保证烧结矿质量。

（3）加强操作炉型管控，建立炉身冷却水温差和铜冷却壁温度的预警机制，按照炉身冷却水温差 3～4℃、 炉身热负荷 60 000～80 000 MJ/h、铜冷却壁温度50～60℃的标准进行管理，发现异常及时采取有效措施。

（4）提高对炉墙结厚的认识，当炉墙结厚、炉况顺行变差时，及时调整高炉装料制度，采取抑制中心、疏松边缘的装料制度，且装料制度调整时边缘矿焦比不宜超过2.0。