鞍钢2580 m3高炉炉役末期维护措施

谢明辉，车玉满，李晓春

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山 114021）

鞍钢股份有限公司炼铁总厂7号高炉（2580 m3）第七代炉役于2004年9月11日开炉，设有30个风口，3个铁口，采用串罐无料钟炉顶，配置4座外燃式热风炉，应用炉顶TRT余压发电等先进技术。7号高炉第七代炉役设计使用寿命15年，并首次在炉缸关键部位引进德国SGL微孔炭砖，炉缸、炉底采用微孔炭砖与陶瓷杯相结合的结构。炉底第1层取消高导热石墨炭砖，在炉底第1层、第2层和第3层砌筑350 mm厚国产半石墨炭砖，第4层砌筑350 mm厚国产微孔炭砖，第5层砌筑600 mm厚德国SGL公司7RD-N微孔炭砖。炉缸环炭第1层到第6层砌筑德国SGL公司7RD-N微孔炭砖，铁口以上砌筑国产模压半石墨-SiC小块炭砖。炉缸热面砌筑国产大块陶瓷杯，炉底热面砌筑质量较差刚玉莫莱石砖构，风口组合砖为灰刚玉大块组合砖，每个风口组合砖由上下两块砖组成［1］。

7号高炉开炉非常顺利，开炉1周内利用系数超过 2.0 t/（m3·d），投产后1个月最高日产达到6 500 t，利用系数超过2.5 t/（m3·d）。但在2017年5月，炉缸2段单块冷却壁热流强度达到19.6 kW/m2，且炉缸炭砖原始检测电偶几乎全部损坏，存在安全隐患。为了保证7号高炉炉役末期安全，有效延长一代炉役使用寿命，对炉缸侵蚀状况进行了分析，并采取了一系列维护措施，本文对此做一介绍。

1 高炉炉缸侵蚀状况

7号高炉炉缸第1～6层环炭侵蚀情况需重点关注，每层安装8点16支电偶，监控炭砖温度变化。2013年5月以后，原始热电偶逐渐损坏，为有效监控炉缸炭砖温度，在炉缸第1～3层环炭密集布置新增加电偶。随着7号高炉炉役延长，高炉炉缸炭砖温度、炉缸冷却壁热流强度持续上升。2017年局部炉缸、炉底的热电偶温度大幅度上升。2017年7月1日，20号风口下方第2段30#～31#冷却壁炭砖温度持续升高，新增加电偶温度由179℃上升至近年最高值303℃，热流强度达到15.01 kW／（m2·h），次月2段28#～29#冷却壁温度达到历史最高值361℃，热流强度达到19.6 kW／（m2·h），检测数据表明，炉缸炭砖已被严重侵蚀，高炉进入炉役末期，需要重点维护。

2 高炉炉役末期维护措施

2.1 重视炉役末期护炉

（1）对热负荷高部位2段29#冷却壁采用管道泵加压供水，单管水量32 m3/h，流速3.0 m/s。同时，保证软水总流量不低于3 700 m3/h，其它冷却壁单管水量23 m3/h，流速2.18 m/s，保证足够冷却强度。

（2）从接线头处检查热电偶损坏情况，尽可能多地恢复炉缸热电偶,新增检测电偶采用1点2支布置方式。其中，环炭1层增加27点54支，电偶插入深度30 mm；环炭2层增加12点24支，电偶插入深度30 mm；环炭3层增加21点42支，电偶插入深度60 mm。

（3）在2段冷却壁部位安装高精度无线炉壳测温温度计46支，覆盖每块冷却壁，远程监控炉壳温度，确保最后防线。

（4）在2段冷却壁进出水管安装高精度进水和出水温度计各46支，误差0.05℃，覆盖每块冷却壁，每小时自动计算每块冷却壁单个水管的热流强度和水温差。

2.2 重新建立高炉炉缸长寿监测体系

7号高炉已经到了炉役末期，炉缸、炉底安全隐患问题越发突出，需要重点监控监测数据变化情况。由于炉缸新增检测电偶插入深度与原始电偶不同，因此，利用传热学原理等理论重新建立7号高炉炉缸长寿监测体系。

2.2.1 建立炉缸监控数学模型

对于炉缸部位单块冷却壁，利用炉壳温度、冷却壁单管水温差、新增加炭砖电偶温度作为输入参数，建立炉缸监控数学模型，计算各监测点部位炭砖剩余厚度、渣铁凝固层厚度［2］，采用数据表格、趋势曲线等形式显示炉缸侵蚀状态，为高炉操作者提供详细数据，为采取有效护炉措施提供依据。

在稳定条件下，炉缸内衬是“被侵蚀”与“自修复”的循环过程。高炉炉缸传热体系结构示意图见图1。

图1 高炉炉缸传热体系结构示意图Fig.1 Schematic Diagram for Heat Transfer System Structure of BF Hearth

在高炉生产过程中，炉缸内衬所承受的热量冲击必须由冷却壁中冷却水带走，也就是炭砖所承受热负荷与冷却壁中冷却水带走的热负荷达到平衡。热量输入端为炉缸内衬所承受的热负荷，炉缸内衬介质包括冷却壁与炭砖之间的碳素捣料、炭砖、陶瓷杯和渣铁壳；热量输出端为冷却壁中冷却水带走的热负荷，介质为冷却水。

（1）热量输出端热流强度利用冷却水温差计算，具体见式（1）和式（2）。

式中，Q为热负荷，kJ/h；c为冷却水比热容，kJ/（kg·℃）；m 为冷却水流量，m3/h；，t1、 t2为冷却水进出温度，℃；q出为热量输出端热流强度，kW/m2；F 为冷却面积，m2。

（2）热量输入端热流强度计算，见式（3）。

式中，q入为热量输入端热流强度，kW/m2；tp为渣铁凝固层温度，℃；t0为碳素捣料层温度，℃；x1为捣料层厚度，m；λ1为捣料层导热系数，W/（m·K）；x2为炭砖厚度，m；λ2为炭砖导热系数，W/（m·K）；x3为陶瓷杯厚度，m；λ3为陶瓷杯导热系数，W/（m·K）；x4为渣铁凝固层厚度，m；λ4为渣铁导热系数，W/（m·K）。

2.2.2 建立高炉炉缸长寿安全预警值

设定保证炉缸炭砖剩余厚度极限值为300 mm，利用炉缸监控数学模型反算炉壳温度、水温差、热流强度预警值，规定炉缸安全预警值见表1。

表1 炉缸安全预警值Table 1 Safety Warning Values for Furnace Hearth

2.3 建立正确操作制度

高炉操作方针确定为“高硅、高钛、高风、高压”，炉温控制以0.5%～0.7%为基准，炉渣碱度控制在1.15～1.20，铁水含钛控制在0.08%～0.20%。

（1）采取“双高”操作护炉措施

在采用钒钛矿护炉期间，由于铁水［Ti］含量及炉渣（TiO2）含量增加，降低了渣铁的流动性,给高炉顺行带来不利影响。为了改变钛球对高炉顺行的影响，建立“双高”作法，即高温高钛操作法，实现加钛不破坏高炉顺行的目的［3］。

（2）采取“双全”操作护炉措施

“双全”操作法即全风全压操作，全风量，减少或停止富氧量。当发现炉芯温度逐渐下降，炉底中心温度低于次中心温度，而且炉缸边缘温度逐渐上升，炉缸呈现堆积迹象时，及时采用“双全”操作方法。适当缩小风口面积，提高鼓风动能，吹透中心，提高炉缸工作状态，消除炉缸堆积。如果风口面积过大，则风速和鼓风动能不足，边缘气流发展，中心气流不足，造成死料柱增大，发生中心堆积，炉芯温度下降；但是如果风口面积过小，则鼓风动能增大，风速过高，造成焦炭在回旋区内高速旋转互相碰撞，发生严重粉化，影响炉缸透气性和透液性。因此，根据高炉特点和原燃料条件，按照产能与风口面积匹配程度，回旋区面积等于炉缸面积1/2的原则，确定不同产能时的风口面积，制定7号高炉风口面积控制标准见表2。

表2 7号高炉风口面积控制标准Table 2 Control Standard for Tuyere Area of No.7 BF

在炉役末期，根据炉缸侵蚀状态和活跃状态标准，确定冶炼强度、风量、富氧量、风口面积、操作焦比，适当提高高炉生产规模。

3 实践效果

对7号高炉2017年3月的炉缸炭砖检测温度、冷却水温差和热流强度进行综合模拟计算，得出炉缸局部炭砖剩余厚度已经下降到300 mm左右，高炉进入炉役末期。通过加强高炉安全管理与监控，采取一系列高炉炉役末期维护措施，截至2020年12月，7号高炉第七代炉役寿命已达16年3个月，单位炉容产量为11 675 t/m3，两项指标均创鞍钢高炉一代炉役指标新纪录，实现了高炉高效、长寿的目标。

4 结语

鞍钢股份有限公司炼铁总厂为了确保7号高炉炉役末期安全，有效延长一代炉役寿命，加强了高炉安全管理与监控，采取了重视炉役末期护炉、重新建立高炉炉缸长寿监测体系、建立正确操作制度等维护措施，截至2020年12月，一代炉役寿命达到16年3个月，单位炉容产量为11 675 t/m3，实现了高炉高效、长寿的目标，值得参考和借鉴。