赵雪斌 ，路振毅 ，唐顺兵

(山西太钢不锈钢股份有限公司）

摘 要 对太钢3号高炉长寿设计及长寿经验进行了总结分析。在长寿设计的基础上，通过合理匹配上下部操作制度，确保炉况长期稳定顺行,控制好入炉有害元素，并加强炉缸砖衬 温度、冷却壁热负荷、冷却制度、炉缸活跃性与气流等管理工作, 3号高炉已生产1 4 年，单位炉容产铁量近1.2万t/m³, 全炉冷却壁完好无破损，炉缸砖衬温度受控。 

关键词 高炉；长寿；冷却；高效；操作制度

太钢3号高炉（1800 m3)于2007年7月3 1日投产，至2 0 2 1年4月，累计单位炉容产铁量近1.2万t/ m3,达到国内长寿高炉先进水平。开炉1 4年以来，全炉冷却壁无破损，炉壳完好，炉缸砖衬温度受控，实现高炉安全、长寿、高效、稳定生产。

1 设计特点

3号高炉采用砖壁合一薄壁内衬冷却结构，软水密闭循环冷却系统配备较完善的温度、流量、压力和水位检测，在炉底炉缸区域，共设置12层249支热电偶，以检测炉缸砖衬温度变化。

炉缸1 ~ 5段为光面铸铁冷却壁，炉腹6段至炉身下部9段为4段带燕尾槽的铜冷却壁，炉身中上部10 ~ 1 6段为铸铁冷却壁。除5段风口区外，每段冷却壁均为40块，每块冷却壁4根水管。炉缸5段风口区冷却壁为异型冷却壁，共26块。

炉底、炉缸关键部位采用UCAR热压小炭块加综合炉底结构内衬技术（如图1所示）。炉底1、2层满铺半石墨炭高炉炭块砌筑，炉底3、4层满铺微孔炭砖，炉缸环形炭砖采用UCAR热压小炭块，风口盖砖下环砌2层微孔炭砖，第3层陶瓷 垫采用国产刚玉莫来石砖。

2 主要经验

2 . 1 确保炉况长期稳定顺行

炉况长期稳定顺行是高炉长寿的基础和前提[1]。高炉长期稳定顺行，不但可以实现低耗高效，而且煤气流分布合理，边沿气流得到抑制，有利于高炉长寿。通过采取提高焦炭质量、减少入炉粉末、稳定合理炉料结构、控制合理煤气流分布、严格出铁管理、提高炉内操作水 平等措施, 3号高炉实现了长期稳定顺行，技术经济指标良好（见表1 ) 。

2.2 控制有害元素入炉

高炉原燃料中的有害元素危害很大。有害元素在炉内循环富集，引起炉缸堆积、炉料透气性恶化、结瘤及损坏炉墙等，部分有害元素能够与耐火材料形成化合物，使其体积膨胀，有的高达50 %，造成炉缸砖衬快速损坏。高炉工艺设计规范对有害元素的控制有明确要求:入炉料中（K2O + Na2O ) < 3. 0 kg/ t，Zn<0. 15kg/ t[2]。3号高炉从入炉料成分入手，定期检测原燃料中有害元素含量，密切监控入料料中的碱金属负荷、锌负荷。有害元素负荷一旦超出规范要求,及时调配原燃料成分及配比，尽可能降低有害元素入炉负荷（如图2所示）。

2.3 加强炉缸砖衬温度管理

( 1 ) 日常温度控制管理。根据炉缸砖衬侵蚀测算，将各层热电偶内环温度设立3 挡控制范围，温度大于380℃为报警值，大于420℃为警戒值，大于450℃为危险值。当热电偶温度大于420℃或8h升温超过8℃时,或者是24h升温达到15℃时，采取降低冷却水温度、提高生铁硅含量、提高炉渣碱度、增加铁口深度、适当退焦炭负荷等措施，以控制其上升趋势。

( 2 )炉缸砖衬温度异常升高的管控。2020年11月18日18 : 00 , 3号高炉炉缸标高9. 276 m、162°方位（北铁口）温度由330℃逐步升高到5 2 0 ℃, 温度超历史最高值 ( 2014年5月26日的440℃) ，通过采取一系列控制措施后，降低到380 ℃。12月2日14:25，温度又升 高到556℃，炉壳测温最高90℃，计算残余厚度为 866 mm。为此，采取了如下控制措施：

①增加打泥量，提升铁口深度，打泥量由180 ~ 200 kg 增加到220 ~ 240 kg，铁口深度稳定到2. 8 ~ 3. 0 m。采取“1南+ 1北”间隔出铁的模式，同时杜绝在浅铁口的情况下休止该铁口，尽快将铁口深度升起来，以防止炉缸砖衬温度持续升高。

②提高炉缸1 ~ 5 段冷却水量至4370 m3/ h ,水速2. 87 m/ s ，降低水温至38℃，稳定后进一步降低水温至37 ℃。

③适当控制风量、产量，风量由3750 m3/ min降低到3650 m3/ min，富氧量由9000 m3/ h降低到7000m3/ h，理论日产量由4900t/d降低到4700 t/d。

④提高炉温和碱度，铁水[Si]由0. 45 %中线控制提高到0. 6 0 % ，炉渣二元碱度由1.20提高到1.22，铁水[S]降低到0. 030 %以内。

12月12日20 : 30 , 3号高炉炉缸标高9. 276 m、189°方位（北铁口下方东侧）升高到429℃，炉壳测温最高9 0℃，同样采取上述措施后，13日08 : 00降低到 406℃，之后不再反复。

通过对炉缸砖衬温度异常升高的有效管控，各点温度均下降至安全范围内。

2.4 加强冷却壁热负荷管理

炉缸部位热负荷过高时,表明该区域砖衬侵蚀较多，热流强度高，需要降低冷却水温度，增加冷却水流量,提高冷却强度，使砖衬热面生成渣铁壳，以保护砖衬，促使热负荷下降。炉缸部位热负荷过低时，表明该区域砖衬热面渣铁壳过厚,不利于炉缸的活跃，则需要适当降低冷却强度，减薄渣铁壳厚度。

炉腹、炉身区域热负荷过高时，往往边沿气流过分发展,渣皮厚度过薄。一方面，冷却壁、炉壳温度高，不利于高炉的长寿；另一方面，边沿气流过分发展，煤气利用率低，燃料比较高。操作制度调整上，除了适当抑制边沿气流、发展中心气流外，还需要降低冷却水温，提高冷却水流量，以增加冷却强度，有利于渣皮的生成。

炉腹炉身区域热负荷过低时，渣皮结厚,不利于炉料的下降，易崩料。此时，宜适当发展边沿气流，同时减低冷却强度，以减薄渣皮厚度。

经过长期实践，适合3号高炉的热负荷控制范围见表2。

2.5 加强冷却制度管理

3号高炉设计软水最大流量为4800 m3/ h，炉底冷却水最大流量800 m3/ h，中部调剂最大流量500 m3/ h 。

开炉初期，冷却水流量参数设定为总流量4600m3/ h ，炉底冷却水流量600 m3/ h，1 ~ 5段冷却壁冷却水流量 4000 m3/ h，中部调剂流量3003m3/ h，6 ~ 16段冷却壁冷却水流量 3700 m3/ h，水速分别为炉底3. 92 m/ s ,炉缸2. 63 m/ s，炉腹以上2. 43 m/ s。

( 1 )冷却水流量调整。3号高炉开炉以来，经历了钢铁市场数次由暖转寒又再度回暖的周期，产量与冶炼强度也呈周期变化。由于产量的变化，必然伴随炉内操作参数的大幅度调整，操 作炉型也相应变化,冷却制度则随之调整，以确保炉缸砖衬侵蚀情况、炉身渣皮厚度、各段热负荷在合理范围内。 高产时，炉缸活跃，煤气量增加，需要较高的冷却强度，增加总水量，适当增加炉底水量，减少中部调剂量。低产时，则相反。3 号高炉冷却水流量与炉内操 作参数、产量对应情况见表3。

当炉缸砖衬温度变化时,需要根据部位调整对应冷却水流量。炉芯温度异常升高时，需要适 当增加炉底冷却水量;炉缸侧壁砖衬温度平均值升高时，需要适当增加总冷却水量,并增加中 部调剂水量，在增加炉缸冷却水流量的同时，保持炉腹以上冷却水流量不变。

炉腹至炉身下部6 〜9 段冷却壁热负荷超过合理范围时，需要调整中部调剂水量，适当增加或降低冷却强度，以改变渣皮形成的条件，配合炉内气流调整，使热负荷回归合理范围内。

炉役后期随着炉缸砖衬的侵蚀以及冷却壁的损坏程度加剧，需要及时增加冷却水总量，减少或关闭中部调剂，提高冷却强度以保证冷却设备以及炉壳的安全。

( 2 ) 冷却水温度调整。3号高炉所处的太原地区冬夏季温差较大，最高温度与最低温度相差55 ℃左右，对炉本体冷却影响很大。经过长期实践摸索，3号高炉夏季软水入口温度调整为36 ~ 37℃，冬季软水入口温度调整为42 ~ 43℃，适应气温变化，减少环境温度变化对炉体散热的影响，保持炉体冷却壁热负荷维持稳定。

当出现炉缸温度大幅度升高时，调整冷却水量的同时，软水进口温度在日常运行温度的基础上可下调 3 ~ 4℃，以提高冷却强度，促进炉缸砖衬热面尽快重新生成凝固层，使炉缸砖衬温度尽快下降至安全范围内。

( 3 ) 冷却设备损坏处理。冷却设备损坏后大量冷却水入炉，会导致炉温向凉，引发炉凉事故与炉缸堆积，同时冷却水会顺着炉壳渗到炉缸，在髙温下与炉缸炭砖发生反应，引起炭砖 氧化、粉化，导致炉缸炭砖损坏，严重影响高炉的长寿[3]。3 号高炉出现风口小套破损时立 即减水控制，同时积极准备休风，在最短的时间内更换，最大限度减少入炉水量。

2.6 加强炉缸活跃性与气流管理

炉缸中心死料堆透气性和透液性差，铁水聚积在炉缸边沿，在出铁时易形成铁水环流，导致 炉缸内衬局部出现侵蚀,影响高炉长寿。因此，需要采取活跃炉缸中心死料堆的措施，维持活跃的炉缸状态，降低炉缸铁口区域与象脚区的侵蚀，以利高炉长寿[4]。3号高炉建立了一套炉缸活性判断的标准，综合炉芯温度、炉缸热负荷、炉渣脱硫效率、铁口深度等参数，以及渣铁物理热与化学热对应关系，来判断炉缸活跃程度（见表4 ) 。

如出现炉芯温度、炉缸热负荷长期低于下限，铁口深度持续加深，[ Si ]达到上限，测温仍偏低，提高炉温、碱度后，[ S ]仍超出上限等情况时，可判定炉缸活跃性下降。此时，应采取提高炉温、降低炉渣碱度、减轻焦炭负荷等措施，必要可降低炉缸的冷却强度，减少炉缸热量损失，促使炉缸状况的好转。

实现高炉长寿，还应促进煤气流合理分布，发展中心气流，适当抑制边沿气流[5]。根据长期生产实践 , 3号高炉确立了合理煤气流分布管理标准，即:Z值 7 ~ 8 ，W值0.30~ 0.35，煤气利用率49. 5%〜50. 5% ，透气性指数11.5 ~ 12.5 ,炉身11 ~ 16段热负荷15000〜2000 0 MJ/ h。超出该控制范围时，则要进行调整。

针对边沿焦炭负荷过轻，出现边沿局部窜气的情况，在抑制边沿气流的同时，需要适当增加 中心加焦量，以保证足够的中心气流,避免在中心不足的情况下，对边沿气流进行抑制，导致煤气流分布失常，进而导致炉况的严重失常。若边沿焦炭负荷过重、中心气流发展时，则应先适当疏松边沿气流，形成两条气流通路之后，再抑制中心气流，以实现中心气流与边沿气流的均衡分布。

3 结语

3号高炉生产14年，单位炉容产铁量近1.2万 t/ m3 ,全炉冷却壁完好无破损，炉缸砖衬温度受控。3号高炉生产实践表明，高炉长寿设计与后期长寿操作共同作用，才能实现高炉长寿。高炉的长寿设计是决定高炉长寿的先天因素，耐材、冷却设备的选用，冷却结构与能力的配合是实现高炉长寿的先决条件。高炉生产操作维护对长寿也很重要，保持高炉长期稳定顺行，严格控制炉缸砖衬温度、冷却壁热负荷与有害元素含量，合理进行上下调整，优化冷却制度，活跃炉缸，稳定煤气流分布等，都是高炉安全长寿的关键环节。

4 参考文献

[ 1 ] 周爱林,李保俊. 宁钢1号髙炉炉缸侧壁温度控制与管理[ J ] . 炼铁,2015,34(1) :5-8.

[ 2 ] 项钟庸，王筱留.高炉设计--炼铁工艺设计理论与实践[ M ] .北京:冶金工业出版社,2009:91-94.

[ 3 ] 张寿荣，于仲杰.高炉失常与事故处理[ M ] .北京:冶金工业出版社,2012:98-101.

[ 4 ] 毛庆武, 张福明，姚轼，等.首钢高炉高效长寿技术设计与应用实践[ J ] .炼铁,2011,30(5) :1-6.

[ 5 ] 杨天钧，张建良, 刘征建，等.近年来炼铁生产的回顾及新时期持续发展的路径[ J ] .炼铁,2017,3 6 (4 ): 1 -9.