邹仕华

（西昌钢钒公司炼铁厂）

摘  要  结合钒钛磁铁矿冶炼特殊性对西昌钢钒高炉冷却壁长寿运行情况进行了分析，认为冶炼钒钛磁铁矿的高炉在死铁层深度、炉身角、炉腹角的设计和冷却结构、形式、材质必须结合钒钛磁铁矿高炉的特殊性考虑，同时在高炉日常操作中采取规避有害元素的不利影响、保证高炉稳定顺行、加强冷却设备、水质监控、铁口在线压浆等技术措施达到了冷却壁长寿运行的目的。

关键词  钒钛磁铁矿  冷却壁  长寿  铁口

西昌钢钒建设有3座1750m3高炉，冶炼高钛型钒钛磁铁矿，炉渣TiO2达到20～23%，三座高炉分别于2011年12月、2012年12月、2014年5月开炉投产。西昌钢钒三座高炉除铁口下方冷却壁外的其他冷却壁从投产至今无一损坏，而西南地区冶炼钒钛磁铁矿的高炉冷却壁寿命普遍偏短，存在的普遍问题大致有两个方面：（1）投产后1～3年内就出现冷却壁破损现象，3～5年左右冷却壁破损严重，如某厂6号、7号高炉分别于2013、2012投产，至2017年炉身下部、炉腹、炉腰就损坏了90余块冷却壁；（2）铁口区域容易出现铁口孔道窜铁烧坏冷却壁的问题，2016～2018年1月西昌钢钒出现了3次铁口孔道窜铁烧坏铁口下方冷却壁的事故，2019年9月A厂、B厂分别有一座高炉也发生了该类事故。2018年以来西昌钢钒针对铁口区域窜铁问题，采取了铁口在线压浆技术，取得了一定的效果。下面从高炉设计和日常操作维护方面对西昌钢钒高炉冷却壁长寿运行情况进行简要分析。

1  高炉设计方面

1.1  炉缸结构与耐材

冶炼高钛型钒钛磁铁矿的高炉炉渣TiO2含量高达20-23%，TiO2在高炉内还原性气氛下部分被还原为TiC、TiN高熔点物质（TiC熔点3140℃，TiN熔点3290℃），这些高熔点物质容易粘附在炉缸内表面，形成一层保护层，能够在一定程度上保护炉缸耐材，从而延长炉缸冷却壁的寿命。这是钒钛磁铁矿高炉的先天优势。西昌钢钒高炉采用粘土-半石墨炭砖炉底、莫来石陶瓷侧壁，如图1所示为西昌钢钒高炉的炉缸结构，从炉底至炉缸底部上表面依次为2层半石墨炭砖、2层超致密粘土砖、2层复合莫来石砖、3层超致密粘土砖；炉缸侧壁采用复合莫来石砖砌筑；铁口采用刚玉莫来石砖，铁口采用低水泥高Al2O3-低SiC浇注料；风口采用刚玉莫来石砖。2016～2018年三座高炉空料线停炉检修期间对炉缸铁口以上部位包括铁口孔道均采用刚玉浇注料整体浇注，炉身、炉腰、炉腹部位喷涂处理。

1.2  炉型结构

1.2.1  死铁层深度

死铁层对炉缸冷却壁寿命和炉况的稳定顺行有重要影响，是控制炉缸铁水环流对炉缸侧壁耐材侵蚀的重要措施。国内炼铁界对死铁层深度存在一定分歧，有专家认为死铁层深度一炉缸直径的20～22%为好，不超过25%[1]。也有部分专家认为死铁层深度为炉缸直径20%不宜继续加深[2]。钒钛矿高炉的死铁层深度一般在炉缸直径的20%以下，西昌钢钒高炉的死铁层深度控制在炉缸直径的15～18%。

1.2.2  炉腹角、炉身角

炉腹角、炉身角对高炉炉内煤气流分布和冷却壁、耐材的寿命有重要影响。炉腹角、炉身角的设计还涉及了高炉内煤气流三次分布的匹配性问题。对原燃料条件相差不大的西昌钢钒高炉及A厂高炉炉身角、炉腹角及炉喉温度、透指进行了对比分析，如表1所示。生产实践表明炉喉温度在100～200℃、透指在2300～2700有利于高炉稳定顺行，结合高炉冷却壁运行情况考虑，西昌钢钒三座高炉除铁口区域的冷却壁生产近8年时间无破损现象表明，炉腹角不宜超过79.77°、炉身角在82.83～83.4°相对更加合理。

1.3  冷却结构、形式及冷却壁材质

高炉冷却结构、形式、材质种类较多，西昌钢钒采用的是全铸铁冷却壁、工业水开路循环冷却。炉底、炉缸区有4段灰铸铁光面冷却壁，1-4段冷却壁是单层竖向蛇型管式冷却，铁口冷却壁是双层蛇形管冷却，风口区（第5段）冷却壁是双层管式冷却；炉腹、炉腰及炉身有11段满镶砖球墨铸铁冷却壁，炉腹到炉身下部是双层竖向蛇型管冷却，炉身中上部是单层U型管式冷却。这种设计具有如下优点：

（1）铸铁冷却壁耐磨、耐冲刷性能好，对冶炼钒钛磁铁矿的高炉炉腹煤气量大、边缘气流较为发展的特点有较好的适应性。铸铁冷却壁比铜冷却壁更适合钒钛磁铁矿高炉的冶炼特点。A厂曾在炉身下部、炉腰、炉腹采用铜冷却壁结构，在投产1～3年内就出现铜冷却壁损坏问题。2016-2018年西昌钢钒高炉空料线停炉结果显示，高炉冷却壁壁体完好无损，如图2所示为2017年12月某高炉停炉后冷却壁现场图。

（2）炉腹到炉身下部镶砖冷却壁是双层竖向蛇型管结构，冷却强度大、冷却效果好。双层冷却结构分热面、冷面工作区，一面损坏后，另一面可以继续使用，对冷却壁冷却功能起到双保险作用。内部蛇形管结构使冷却更加均匀。

2  日常操作及维护

2.1  规避有害元素的不利影响

碱金属、Zn对高炉寿命的影响很大，而西昌钢钒高炉有害元素负荷长期偏高，如图3所示为近5年西昌钢钒高炉的有害元素统计。高炉日常操作及维护方面采取的主要措施有：

（1）煤气流分布的控制坚持发展中心、适当抑制边缘气流的方针，炉喉温度控制在100～200℃，中心温度控制在400～600℃，以提高排碱、排Zn的能力。煤气流分布的控制一方面得益于炉身角、炉腹角的设计。二方面在装料制度方面采用大角度中心加焦，中心焦比例控制在20-30%，中心和边缘一般情况下布焦炭，矿石布于焦炭平台的中间环带，边缘焦比例控制在15-25%，高炉常用的装料制度如表2所示。

（2）控制好排料顺序，有害元素含量高的炉料布在远离炉墙的位置，减少碱金属、Zn与炉墙的接触，防止炉墙结厚、结瘤和对耐材的侵蚀。

（3）阶段性采取适当放边、热洗的措施增大高炉整体煤气量及提高边缘煤气流速以清洗炉墙粘结物，保持高炉合理的操作炉型。

（4）控制合适的铁水温度和炉渣成分，提高排碱效率。西昌钢钒高炉有一定的先天排碱优势，高炉排碱效率较高，一是铁水温度比普通矿高炉低30～80℃；二是炉渣具有二元碱度低、MgO高的特点，如表3所示为2019年8-10月三座高炉炉渣排碱情况统计。

2.2  保证高炉稳定顺行

高炉稳定顺行是高炉冷却壁长寿的重要措施。一方面高炉稳定顺行需要炉缸均匀、活跃的支撑，而炉缸均匀、活跃可以避免铁水环流对侧壁耐材的侵蚀。二方面高炉长期稳定顺行可避免炉况失常条件下使用锰矿、萤石洗炉对耐材的侵蚀。以上两方面的作用对保护冷却壁，延长冷却壁寿命至关重要。西昌钢钒保证高炉稳定顺行的主要措施有：

（1）提高焦炭质量

提高焦炭质量，高炉焦炭骨架作用提升是预防炉缸堆积减少炉缸铁水环流的有效措施，也是保证高炉稳定顺行避免高炉洗炉、边缘气流发展的有效措施。如图4所示为焦炭质量统计，焦炭热强度控制在66%以上、Ad控制在12.8%以下。

（2）提高风速及鼓风动能吹透中心，活跃炉缸

三座高炉投产初期风口面积控制在0.271m2，2016年～2017年风口面积逐步扩大到0.287m2，2018年以来再次将风口面积下调到了0.279m2。在风口面积增加的生产阶段，高炉稳定顺行状况较差，一方面受到焦炭质量劣化影响，二方面风口面积增加后风速及鼓风动能下降，炉缸活跃度下降，造成炉况变差。2018年以来风口面积缩小后，风速及鼓风动能提高，达到吹透中心、活跃炉缸的目的。如图5所示为西昌钢钒2号高炉投产以来鼓风动能、风口面积统计，2015年7月14日至2015年8月28日受市场影响限产空料线停炉检修，2016年～2017年炉况稳定性较差，2018年以后高炉顺行较好。

2.3  加强冷却设备、水质监测

采用冷却壁热流强度、水温差在线检测，同时配管工每天测量一次各冷却壁的水温差，确保冷却壁热流强度、水温差的测量准确度，进一步避免单一检测方法造成检测失真的问题。冷却水质管理方面建立了适合工业水开路循环冷却的水质控制标准，表4为西昌钢钒高炉冷却水质控制情况。

2.4  加强铁口操作管理

钒钛磁铁矿高炉铁口冷却壁运行寿命普遍偏短，容易发生冷却壁烧坏事故。西昌钢钒三座高炉在2016年、2017年、2018年初均出现了此类事故，西南地区A厂冶炼高钛型钒钛磁铁矿、B厂中钛冶炼在2019年也发生了铁口冷却壁烧坏事故。

为了改变这种状况，西昌钢钒采取了加强铁口操作维护管理的一系列措施：加强铁口深度的管理，保证铁口深度在2.8～3.2m；加强炮泥质量监控；单铁口出铁的操作管理要求等。重点自行研发了铁口在线压浆技术，规定在单铁口出铁后及遇到铁口窜气、铁口保护板区域冒煤气、有瓦斯火、铁口散喷、铁口冷却壁水温差升高等异常现象时对铁口进行在线压浆，以消除铁口区域冷却壁、耐材之间产生的气隙、裂纹、煤气通道。铁口在线压浆装置如图6所示，西昌钢钒某高炉实施铁口在线压浆前后的效果如图7所示。

3  结语

（1）冶炼钒钛磁铁矿的高炉在炉型设计方面死铁层深度控制在炉缸直径的20%以下，炉腹角不宜超过79.77°、炉身角在82.83～83.4°对高炉冷却壁长寿更加有利。

（2）全铸铁冷却壁及炉腹、炉腰、炉身下部冷却壁采用双层结构和蛇形管结构对冶炼钒钛磁铁矿的高炉炉腹煤气量大、边缘气流较为发展的特点有更好的适应性，对高炉冷却壁长寿有重要作用。

（3）高炉长寿在高炉生产操作过程中不仅要重视高炉的稳定顺行还要重视冷却壁运行状态、冷却水质、炉前的管理，铁口在线压浆技术是铁口区域冷却壁寿命长寿运行的重要技术。

4  参考文献

[1] 王筱留.钢铁冶金学炼铁部分第三版[M].北京：冶金工业出版社，2013.2:379.

[2] 汤清华.高炉炉缸结构上一些问题的讨论//[C].2015年全国中小高炉炼铁学术年会论文集，2015:121.