宣钢3#高炉炉型管理研究与生产实践

李云福

（河钢乐亭钢铁有限公司，河北 唐山 066300）

1 概况

宣钢3#高炉于2011 年6 月10 日大修扩容改造建成投产，炉底采用国产大块炭砖+陶瓷杯结合水冷炉底的复合炉衬结构。炉底第一层满铺石墨炭块；第二层满铺半石墨炭块；第三、四层满铺二层微孔炭砖；第五层满铺超微孔炭砖；炉底最上部砌筑两层刚玉莫来石砖。炉缸外侧即象脚状异常侵蚀区采用8 层超微孔炭砖，其上环砌5 层国产微孔炭砖。铁口采用国产刚玉质铁口组合砖。炉体采用全冷却壁形式，共安装15 段冷却壁。炉腹以上部位采用砖壁合一的薄炉衬结构形式，炉腹、炉腰及炉身下部采用三段铜冷却壁，炉身中上部采用镶砖冷却壁。2013 年南铁口区域20 号冷板第一根水管烧坏，造成无计划休风。2015 年10月3#高炉进入中修，主要进行九、十段、五段风口带冷却壁更换，风口组合砖更换，铁口区域浇注，九段烧损炉皮更换补焊。尤其铁口区域彻底清理后美固美特公司整体浇注，铁口较中修前有明显改观[1]。

2 影响高炉炉型的因素分析

2.1 宣钢3#高炉与同级别高炉炉型比较

表2 3#高炉炉型与“炉型参数计算公式结果”对比

通过与同级别高炉对比可以看出，3#高炉比同类型高炉更“矮胖”，其主要原因是，几次大修过程中，上料系统大部分使用旧有高炉整体框架，炉身高炉远远短于同类型高炉[2]。

2.2 炉缸砌筑结构及材料

根据国内外高炉设计和生产实践，宣钢3#高炉炉缸采用“碳砖+陶瓷杯”结构，陶瓷杯是砌筑在碳砖内侧陶瓷质内衬。采用具有低导热性能的陶瓷杯，目的在于降低碳砖热面温度，将800℃～1000℃等温线应力区尽可能长时间地控制在陶瓷杯内，减少碳砖内外温差和应力变化，缓解碳砖环裂变化。同时，陶瓷杯与铁水化学反应微弱、耐冲刷，并且可以阻止碱金属对碳砖的侵入，所以对碳砖起到很好的保护作用。

2.3 高炉本体冷却壁结构及镶砖材质分析

宣钢3#高炉本体采用全冷却壁结构，冷却壁由炉底延伸至炉喉钢砖下沿；并且在不同的部位采用不同材质和不同结构形式的冷却壁。冷却壁的固定方式采用固定点、滑动点和浮动点相结合的方式，并在炉壳与进出水冷管间采用波纹补偿器和保护套管进行密封，适应冷却壁及炉壳的膨胀，避免了水冷管剪断现象的发生[3]。

（1）炉身上部采用了一层倒扣式冷却壁，使操作炉型与设计炉型始终保持一致，冷却壁经喷涂后直接与炉料接触，减少其对上部布料的影响。

（2）炉腹、炉腰、炉身下部是软熔带区，该区是初渣形成区域，炉温变化剧烈、热负荷大、是炉内环境最恶劣的区域，本次大修在该区域炉腹、炉腰、炉身下部的5 段、6 段、7 段采用了铜质带肋冷却壁及内壁喷涂技术。

表3 炉体温度控制标准

铜冷却壁因其卓越的导热能力，在其热面不仅能够形成稳定的渣皮，而且在渣皮脱落时，也能迅速重新生成渣皮，在渣皮损坏、再形成的过程中，冷却设备的温度越低，形成渣皮的速度越快，冷却设备要承受的热疲劳周期越短，这使得铜冷却壁的热疲劳得到抑制。

铜冷却壁的高导热性能，使得壁体实际最高温度与最低温度之比不到0.65，而铸铁冷却壁此值却高达0.8 ～0.9，铜冷却壁能够承受很高热冲击的能力，最高可达350KW/m2。

铜冷却壁的高导热性能使壁体热面与炉内形成很大的温差梯度，促使高炉软溶带液态渣牢牢地粘在冷却壁的热面，形成稳定渣皮，起到保护自己作用。渣皮的导热系数很低，仅有2.0W/（m·k），稳定的渣皮具有很高的热阻，降低了传到铜冷却壁的热流强度，大大减少了热量损失。

2.4 冷却水管布置情况

3#高炉共有十五段冷却壁，1 ～4（2 段14#冷却壁为残铁口，3 段18#与20#，42#与44#为铁口大冷却壁）、6 ～12 各有44 块冷却壁，每块冷却壁4 根水管；5 段有27 块冷却壁，十三、四段有40 块冷却壁，十五冷却壁比十三、四段每块冷却壁少1 根水管，因此必然出现跳管。定义第3 段北铁口大冷却壁右侧第一块冷却壁为1#冷却壁，该冷却壁第1 根水管为1#水管，其他各段冷却壁号根据与此段冷却壁水管连接关系定义；北铁口右侧风口为1#风口，1#风口右侧冷却壁为五段1#冷却壁。

3 宣钢3#高炉日常炉型管理监测分析及操作实践

正常的操作炉型应该是既能够维持生产高效、稳定、低耗、优质，又能够保证长寿的炉型，炉内壁面光洁，下料顺畅，渣皮稳定。所以，建立和完善宣钢3#高炉的在线炉型管理制度是十分必要的，并通过对影响操作炉型的相关数据进行跟踪分析，对高炉总体工作状况进行评价，并提出指导高炉的操作意见，以保证和维持炉况稳定顺行。

3.1 合理确定日常炉型监控的相关参数，对高炉运行状况进行分析评价

根据国内外炉型管理经验和宣钢高炉炼铁生产实践经验，确定以下相关炉型监控参数。

（1）对炉体热负荷跟踪分析。

（2）L4 和T8 的确定。为判断炉体上部煤气流分布状况和掌控炉内软容带的大体形状及其根部的位置，选取各段温度平均值定义为T8 值，选取6 段～10 段冷却壁测温电偶温度中最低的4 个温度平均值定义为TL4 值。

（3）炉底和炉缸温度呈多环布置，选取各层点偶的最内环的平均值作为标准来判断炉底炉缸整体工作状况和侵蚀程度，外面几环作为参考，具体数据见。

（4）生产中水系统控制标准。

高压工业水压力：1.6mpa；

低压工业水压力：0.65mpa；

软水系统压力：0.8mpa；

软水流量：3700±200m3/h；

膨胀罐压力：20kpa ～35kpa；

软水进水温度：≤45℃；

系统水温差：≤10℃；

炉底水温差:＜0.5℃；

炉体热负荷控制标准：8000kcal/h ～10000kcal/h。

表4 炉底和炉缸温度具体数据

3.2 日常炉型管理工作标准

（1）不断摸索，合理确定日常炉型监控的相关参数。

（2）加强对炉体热负荷监控：冷却壁热负荷及炉墙热损失，炉墙衬及冷却壁体温度纵向分布等。

（3）对渣皮形成及脱落情况监控。

（4）对气流分布监控：通过炉顶摄像监控中心和边缘气流分布情况。

（5）特殊炉况：发生管道、崩悬料情况等。

（6）炉缸工作状况监控等。

（7）对局部温度偏高的位置进行现场水温差监测，重点区域安装水温差在线监测和贴片监测炉皮温度。

（8）对于局部温度长期偏高的位置利用休风机会进行灌浆。

3.3 炉型参数偏离正常时工作标准

炉型参数出现偏离控制标准应当及时调整制度，调整煤气流分布，以规范操作炉型。L4 在3 个冶炼周期内调整到位；炉体热负荷在3 个～5 个冶炼周期内调整到位；炉体温度在5 个～10个冶炼周期内调整到位。

4 结语

通过对宣钢3#高炉炉型管理研究及生产实践，优化了3#高炉生产技术的方案，提升了高炉的综合冶炼效能，极大地推进了宣钢3#高炉整体技术进步。宣钢3#高炉第4 代炉龄开炉达产之后，通过强化生产实践和不断的优化分析取得了较好的冶炼效果。并且对河钢集团新建河钢乐亭项目高炉开炉生产及高炉稳定顺行均有实践指导意义，特别是为企业优化、总结炉型管理和日常维护及炉况稳定顺行提供有力保障。