安吉南  凌明生  丁  晖

（马钢炼铁总厂）

摘  要  本文介绍了马钢4000m3高炉炉役后期炉缸炭砖和冷却壁的现状，并对马钢4000m3高炉炉役后期操作实践进行了总结。针对冷却壁的的破损情况和炉缸炭砖侵蚀情况，通过上、下部调剂，钛矿护炉，冷却方式的改进等综合措施的实施，保证了两座高炉一代炉役中后期安全生产和稳定运行，并取得了良好的技术经济指标。

关键词  大型高炉  炉役后期  炉缸侵蚀  钛矿护炉

1  概况

马钢A、B高炉有效容积4000m3，主要內型尺寸如表1所示，其中炉体采用薄炉衬、全冷却壁结构，消除无冷区并利于形成光滑的操作内型，其中13-16段均采用有双层冷却水管（直管+蛇形管）的低铬球墨铸铁冷却壁，并采用软水密闭循环冷却系统，分别于2007年2月8日和5月24日开炉投产。炉缸采用国产炭砖+进口炭砖+进口陶瓷杯复合结构，铁口区域采用优质微孔大块炭砖BC-8SR，炉底一层为国产高导热炭砖，二到四层为国产半石墨炭砖，第五层为进口NDK大块炭砖。炉缸侧壁为进口微孔炭砖BC-7S，炉缸上部十五层到十九层为国产半石墨炭砖。2018年4月起B高炉炉缸1TH方向局部区域炭砖出现持续侵蚀，七八层炉缸炭砖温度最高达233/358℃（插入深度50/150mm），使用“两点法”计算最低残厚779mm。A高炉在2018年11月出现炉缸1TH至2TH区域炭砖温度快速上升现象，出现方位与B高炉接近，最高温度达442/684℃（插入深度50/150mm），计算最低残厚343mm。因此，如何在炉役后期保证安全稳定生产成为马钢高炉亟须解决的问题。

2  面对的问题

2.1  冷却壁损坏状况

A高炉2017年由于高炉炉身中下部冷却壁损坏较严重（见表2），尤其是铜冷却壁与铸铁冷却壁交接段（13段）的球墨铸铁冷却壁损坏较多，有一块冷却壁（13-41#）全部断水，仅靠安装4个铜冷却柱来维持生产，严重影响高炉的稳定顺行与安全运行。同时由于2017年7月，高炉主电缆通廊自燃着火，动力及控制电缆烧毁严重，存在极大安全隐患，12月份停炉中修。B高炉目前运行近12年无中修，冷却壁总体运行情况可控（见表3），热面由下至上240根直通管共漏30根通道，其中7根铜冷却壁通道，23根铸铁冷却壁通道，位置分布周向不集中，冷面漏2根通道，漏水通道基本集中在炉身中下部，大部分已进行拆分或穿管。即便如此，漏水冷却壁仍会对炉役中后期高炉煤气流的正常分布带来不良影响，给高炉的安全生产带来威胁。

2.2  炉缸部位

B高炉此次炉缸温度上升区域在5-8层炭砖位置（基本处于象脚区标高），主要温度偏高方位是1TH区域。2018年5月24日此点温度达到监控以来的最高值358℃，根据安徽工业大学炉缸模型计算，炭砖残厚为779mm，原始炭砖厚度为1420mm。A高炉炉缸11-12层（10790mm标高）1#TH右下方B1/B2点炭砖温度快速升高，最高值达到684℃，两点法计算残厚为343mm。

马钢4000m3高炉2018年先后出现炉缸局部炭砖温度上升的现象，由于受限于焦炭质量影响，中心气流稳定性不佳，加上外界原燃料条件阶段波动，易产生渣皮脱落，造成炉况波动。大型高炉炉缸直径大，炉缸死焦堆的体积也相应增大，足够的焦炭热强度和粒度才能保证死焦堆具有足够的透气透液性，降低铁水环流对炉缸炭砖的侵蚀。马钢4000m3高炉入炉焦炭粒度水平长期处于行业同类型高炉下游水平，M40/M10波动偏大，灰分偏高（见表4）。焦炭质量劣化加之近年来高炉指标逐年攀升，边缘气流发展环流加剧，持续性的高冶强对炉缸安全产生一定影响，加大了炉缸铁水的环流效应，加速铁水对炉缸侧壁炭砖的侵蚀速度。由于炉缸侧壁炭砖侵蚀后的不可恢复性，在2018年生产过程中，马钢两座4000m3高炉先后出现炉缸局部炭砖温度上升的现象，如图1图、2所示。

3  应对措施

3.1  上部装料制度和下部送风制度调整

（1）上部装料制度调整。自2014年开始探索平台加漏斗的布料模式，2014年下半年，逐步取消中心加焦，其目的主要是增加高炉抵抗外界原燃料条件波动的能力。目前马钢两座4000m3高炉上部装料制度的调整主要是针对两道气流的调整，使边缘气流和中心气流保持相对平衡。两座高炉配套两座7.63m焦炉，实际生产过程中焦炭总量存在缺口，通过铁运方式从老区调拨部分6m焦炉的干熄焦补充，焦炭是制约马钢铁前生产的瓶颈，以焦定产的格局长期存在。面对焦炭资源紧张的压力，两高炉入炉焦炭质量与国内同类型高炉存在一定差距，其中焦炭入炉粒度差距最为明显。结合长期存在的以焦定产生产现状，在2016年2月份逐步实施焦炭粒度优化入炉工作，即扩大1B、2B筛板齿间距（25mm→28mm），提升布入中心的大焦粒度，对炉内带来积极的影响。一方面大粒度焦炭分布在中心，对于中心气流的稳定充足有明显作用，同时起到降低炉内压差的作用；另一方面保证了中心焦炭的质量及粒度水平，从而减小炉缸中心死焦堆的体积，给中心死料柱带来积极变化，保证下部透气性及透液性，减缓铁水环流作用对炉缸的侵蚀，对稳定炉缸工作状况起到良好作用。至2018年底，两座高炉在保证焦炭总量平衡的前提下，利用焦炭分级入炉的思想，扩大了4个焦炭仓的筛板至28mm，改善了死焦堆的体积和孔隙度，为高炉气流调整及出铁制度配合打下坚实基础。

目前A高炉已通过中修更换破损冷却壁，B高炉虽未中修，但冷却壁工作状况尚可，为保证两高炉长寿生产，未来的3-5年内仍需有效控制冷却壁破损情况。在既定的设备条件下，要维护冷却壁的长寿工作就必须形成合理的操作炉型，尽量避免气流尤其是边缘气流的大幅波动，冷却壁热面保持一定厚度的渣皮，使其温度长期在其允许工作温度范围内，从而实现对炉体的保护。针对这一情况，马钢采取的是保证中心气流稳定的基础上，适当控制边缘，控制合理的矿石质心与炉墙距离以及边缘负荷。

（2）下部送风制度的调整。考虑到冷却壁水管破坏程度日益加剧，必须适当控制边缘气流与发展中心气流双管齐下。马钢4000m3高炉采取的是扩风口，风口面积如表5所示，积极使用风量，风速达到230m/s以上，实际风速大于260m/s，动能逐步提高到135KJ/s以上，达到降低压差的效果。高炉入炉风量增加压差下降，压差从14年的200kPa水平降至现在的170kPa水平，动能上升，炉缸工作状况明显改善，高炉稳定性增强。这对上部中心气流的顺畅和炉缸死焦堆体积的缩小均有利。

（3）钛矿护炉。由于炉缸炭砖侵烛后的不可恢复性，就必须采取措施能够有效地在侵蚀部位形成稳定保护壳。钛矿护炉技术成为大型高炉炉役后期经常采取的一种措施。马钢4000m3高炉采用在炉料中配用高钛球，并使用含钛炮泥，实现钛矿护炉。马钢高炉自护炉以来，高炉铁水中钛的质量分数一般为0.10%～0.120%，炉渣中钛的质量分数为1.00%～1.30%，碱度为1.2左右。选择这样的渣铁性能进行冶炼，对延长高炉炉缸、炉底寿命和保持一定炉缸活性有较好作用。炉缸中形成钛沉积物的原理是：在渣－铁界面即炉缸的高温区域，发生反应(TiO2)＋2[C]=[Ti]＋2CO（g），渣中的（TiO2）被还原成钛。反应：[Ti]+[C]＝TiC(s)在高温下很难发生，所以在铁水高温区域不会有TiC生成。而炉缸侵蚀部位的低温区域能满足反应[Ti]+[C]＝TiC(s)发生的条件，故铁水中的钛主要在渣－铁界面生成，通过铁水流动或扩散到达炉缸低温侵蚀部位，不断生成TiC，不断积累沉积，达到护炉的目的。马钢4000m3高炉实践经验表明，当铁水中[Ti]含量达到0.08%以上，就能起到护炉效果。当炉缸炭砖温度不是太高或下降较快时，应适当减少钛矿的加入量，减少钛矿对高炉炉缸生产带来的负面影响；当炉缸炭砖温度上升较快时，要适当增加钛矿的加入量。2018年B高炉铁水中[Ti]含量的变化如图4所示。

（4）冷却制度的调整。冷却制度的优化对处于炉役后期的马钢4000m3高炉至关重要。A、B高炉通过降低进水温度提高冷却强度，进水温度趋势如图5所示。A高炉采取了重点防护部位重点保护，有轻有重的冷却制度，利用计划休风新增炉缸区域冷却壁高压水管，提高异常温度点区域的冷却强度。马钢4000m3高炉对破损冷却壁及时修复，减缓了冷却壁的破损速率。两座高炉在2013年后，冷却壁出现局部破损加速情况，立即组织对单块冷却壁水管进行查漏、拆分、穿管的技术攻关。成功应用在4000m3高炉软水密闭循环系统中，最大程度的遏制了冷却壁破损速率，对炉型的稳定也起到关键作用。日常点检制度也是保证高炉安全生产、延长高炉寿命中必不可少的重要管理制度，尤其是处于炉役后期的高炉。因此要重视日常点检规章制度，加强重点部位的监护，加大点检频率，及时做好高炉长寿相关的记录台账和跟踪。

4  取得的效果

通过上述一系列措施的实施，马钢两座4000m3高炉冷却壁破损速率减缓，炉缸炭砖异常温度区域均得到了快速、有效控制（见图6）。针对马钢4000m3高炉2018年连续的炉缸温度异常情况，处理周期短，且未对炉况产生明显影响。不仅实现了稳定煤比145-150kg/t，同时降低了燃料消耗，实现了燃料比的下降，稳定产量，取得了较好的经济技术指标。两座4000m3高炉稳定顺行生产已经1700多天，为两高炉炉役后期的安全稳定生产打下了坚实基础。

5  小结

（1）马钢4000m3高炉焦炭性能处于国内同级别高炉的下游水平，导致炉缸的活跃性是长期需要应对的困难。马钢大型高炉生产实践表明，取消中心焦和焦炭分级入炉对改善死焦堆肥大和平衡高炉内焦炭分布作用明显，是发展两道气流的物质基础，也是我们应对焦炭质量劣化和维持炉缸活跃性的根本保证。

（2）马钢4000m3高炉发展两道气流的关键在于控制合理的矿石平台与炉墙距离，距离控制的依据主要是高炉自身的炉型变化。炉役后期针对高炉长寿的要求，应当以风换氧、稳定风温、提高动能，最终目的是将风口回旋区推向中心远离炉墙。

（3）钛矿能够有效、系统地对炉缸炉底进行维护，在加入钛矿护炉的同时，提高冷却壁冷却能力可使侵蚀部位炭砖的热面温度下降，促进生成钛沉积物。钛矿护炉过程必须根据炭砖温度的变化调整入炉钛负荷，做到护炉和维持炉缸活跃性的平衡。高炉炉役后期含钛炉料护炉应常态化管理。

6  参考文献 

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[2]  蔡皓宇，程树森，马金芳. 高炉钛矿护炉规律的研究[J].钢铁.2012.

[3]  雷 鸣. 萍乡安钢4号高炉钒钛矿护炉冶炼实践[J]. 江西冶金.2014.

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[5]  张立国，谢明辉，车玉满，et al. 鞍钢大型高炉长寿生产实践[J]. 炼铁，2013(5).

[6]  王超，居勤章. 钛矿护炉对高炉的影响探析[J]. 炼铁(4):11-15.