柳钢4号高炉后期高产护炉生产实践

2020-06-11李满杰韦正强钱海涛

山西冶金 2020年2期

李满杰，韦正强，钱海涛，曾庆

（柳州钢铁股份有限公司炼铁厂，广西柳州 545000）

柳州钢铁股份有限公司（全文简称柳钢）4 号高炉2008 年1 月23 日投产，有效容积2 000 m3，设有26 个风口，东西2 个铁口。炉缸采用炭砖+陶瓷杯结构，冷却壁采用板壁结合的方式。截止至今，已高效运行了11 年零11 个月，单位炉容产铁量为10 431.68 t/m3。4 号高炉从2017 年初开始进行护炉生产，在象脚区炉缸侧壁温度整体偏高，主要以9.4 m（铁口下方1 m，T12点历史最高473 ℃）和8.4 m（铁口下方2 m，第五点历史最高461 ℃）区域为主要监控点,尤以8.4 m 区域整体温度最高。经过了控产护炉到高产护炉的转变，打破护炉降冶强的理念，4 号高炉日均产由5 400 t/d，利用系数2.7 t/m3，提高至日均产5 750 t/d，利用系数2.87 t/m3，而且截至2019 年12 月底，炉缸各监控点温度均在230 ℃以下。

1 高效护炉

1.1 钒钛护炉

配加钒钛球的本质是化学修复，其原理是，加入高炉的TiO2在高温区被直接还原成元素Ti，与铁水中的C、N 结合生成高熔点的TiC、TiN 及其固溶体Ti（C，N），在炉缸侵蚀处以晶体的形式析出形成沉淀层，进而达到保护炉缸的目的。根据莫朝兴[1]等人的研究，当柳钢4 号高炉入炉钒钛球减至不大于500 kg/批后，侧壁温度将会出现反弹，只有钛负荷大于3.5 kg/t 时才能起到护炉的效果。4 号高炉所使用钒钛球团矿主要成分如表1。

表1 钒钛球团矿成分 %

为了能更好的将TiC、TiN 在边缘沉积，调整混料顺序，在布料时，将钒钛球布到边缘。同时，4 号高炉利用三月份三天年度检修的机会，在下休风料的时候，采用集中加钒钛球的方式，最大化利用钒钛球团仓的能力替代部分正常球团仓，在炉缸产生更多TiC、TiN，并充分沉积。

护炉是一场长期的战斗，钒钛球添加以后往往会影响铁水的流动性，严重时导致炉缸不活乃至堆积的情况。通过研究，发现护炉是个动态平衡的过程，炉缸侧壁温度趋势与入炉钒钛球量成正比关系，结合图1 中4 号高炉2019 年炉缸侧壁主要监控点温度变化、下页图2 中4 号高炉入炉钒钛球团矿单耗变化，当侧壁温度上行时，适当增加入炉钒钛球，炉缸侧壁温度趋势将下行，反之亦是如此。因此，为了兼顾护炉以及高效生产，4 号高炉采用控制适当炉温和灵活调整入炉钒钛球的方式，4 号高炉炉温按照以下控制：w[Si]=0.4%～0.8%，w[S]=0.020%±0.005%，物理热（1 500±20）℃，同时根据炉缸侧壁温度趋势，适当调整入炉钒钛球量。

图1 4 号高炉2019 年炉缸侧壁主要监控点温度变化图

1.2 压力灌浆

图2 4 号高炉入炉钒钛球团矿单耗变化图

随着高炉生产时间的延长，高炉炉缸、炉底耐材会因热应力长时间积压出现体积异常收缩，造成砖衬与冷却壁之间出现气隙，进而造成传热效果变差，冷却效果不佳，同时导致串煤气现象，危害人身安全，严重影响高炉的日常点检维护。压力灌浆能很好的减少气隙，促进炉缸热量，减少串煤气的产生。灌浆过程，灌浆压力的控制尤为重要，操作不合理将导致高炉炉缸部分耐火材料受到破坏，4 号高炉灌浆压力控制值：炉缸不大于1.5 MPa、风口不大于2.5 MPa、炉身不大于3.5 MPa。炉缸灌浆所用材料为：非水系碳化硅压入料，炉身灌浆料为：非水系高铝质压压入料。

4 号高炉为了不耽误生产，往往利用平时更换小套以及年修的时间来对炉缸进行灌浆，每次灌浆之后，炉缸侧壁温度都将不同程度下降，但是时间持续不长就出现反弹，短则半个月，长则20 d，这或与灌浆料受热收缩，再次形成气隙有关。随着炉龄的不断增长，炉身等多处地方煤气浓度高，存在安全隐患，利用2019 年年修机会，增大炉身灌浆量，炉身灌浆后煤气量下降明显。

1.3 上部调节

如果将钒钛球比作猛烈的西药，那气流的调节则是温顺的中药，西药针对性强，效果显著，但是后遗症也同样重，而中药温顺，但是见效慢，只有中西结合，才能保证长期发展。4 号高炉一直以炉况稳定顺行为基准，在气流的调节上坚持沿用“稳定边缘，打开中心；稳定中心，照顾边缘”的装料制度。边缘气流的发展，不仅加强了气流对炉缸的冲刷，还加重了对冷却壁的冲刷，导致冷却壁破损漏水。为此，4 号高炉采用大角度布料，矿石最大角度44.5 ℃，焦炭最大角度为45 ℃（溜槽最大角度设定45.5 ℃），在抑制边缘发展的同时，还,提高煤气利用率，优化经济指标。抑制边缘的同时，为保证顺行，减少中间环流，必须保证中心，为此，4 号高炉采用中心加焦技术，视气流变化中心焦炭角度在13～15 ℃（溜槽最大角度设定12 ℃）区间，中心加焦量为15%～18%。

1.4 铁口维护

随着炉龄的增加，铁口区域前端的耐材已经基本被侵蚀殆尽，而起到保护作用的是泥包，通过测温点的监控，柳钢可以发现铁口区域温度是最高的，因此，维护好铁口，保证铁口深度尤为重要。4 号高炉根据炉缸直径，计算出铁口深度3.0～3.1 m 为最佳，特制定炉前铁口维护三要素：正常情况下打泥时间12 s；严禁潮铁口出铁；连续两炉进泥量少，必须清洗泥炮。同时，在炉役后期为利于出净渣铁，把铁口角度由 11°提高到 13°。

2 高效生产

2.1 加风增产

风量不变的情况下，随着富氧率的下降，产量必定减少。5 月份制氧出现故障，富氧率直线下降，如不及时采取措施，产量将收到影响，4 号高炉转变思路，以风代氧，用好风机能力，不断加大风量，产量由最开始的稳定到后来随着风量的增大，逐步得到增加，尤其是11 月的时候，富氧率仅为3.02.在休风时间384 min 的情况下，日平均产量仍然高达5 782 t。

4 号高炉从年初的4 250 m3/min 到最后用完风机能力至4 450 m3/min 的一个过程。加大风量的同时，往往伴随着热风风压的提高，以及中心气流将会变宽变大，造成过吹的一个变化。因此，4 号高炉从思想上和布料制度上入手。思想上不断鼓励以及不断适应高风压，同时学习外厂的先进操作理念。布料制度上焦炭布料环数由6 环增加至7 环，在次中心与中心之间增加一个过渡角，矿石布料则继续往内铺，环数由5 环增加至7 环，拓宽矿石平台，缩小中心无矿区，提高煤气利用，中心气流更加集中。

2.2 原燃料的监控

原燃料质量变差必然引起气流波动，将会导致一系列不利于长寿的问题，甚至为保顺行，被迫放开边缘气流，更加加重了环流对炉缸的冲刷、气流对冷却壁的冲刷。为了能做到快料一步，4 号高炉制定了一系列措施监控原燃料：加强精料管理，设置合理的筛分速度；每班清筛至少两次，及时拍照反馈情况，减少入炉粉末；每班间隔4 h 左右测一次外购焦水分，及时调节，确保炉温稳定；每班工长实地查看原燃料质量。