高爐爐齡操作技術(shù)

在高爐一代爐役里，爐墻絕大部分時間要靠渣皮來保護，如何形成穩(wěn)定堅固的渣皮和提高渣皮脫落后的快速恢復(fù)能力才是解決高爐長壽的關(guān)鍵所在。

高爐一代爐役長短主要取決于爐缸壽命。美鋼聯(lián)通過對其17座高爐的多年監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，避免爐缸碳磚與渣鐵直接接觸對于延長爐缸壽命是非常重要的，而能夠避免爐缸碳磚與渣鐵直接接觸的有效措施就是促使渣皮形成。只要有渣皮存在，就幾乎不會出現(xiàn)爐缸侵蝕；當渣皮消失時，爐缸侵蝕就會加速。因此延長爐缸壽命關(guān)鍵的一點，是促使渣皮形成并能夠避免脫落。美鋼聯(lián)與普度大學聯(lián)合研究了爐缸渣皮形成的影響因素及提高渣皮形成率的技術(shù)措施 。使用傳熱、流體流動力學和計算機模型對渣皮形成進行了研究，模擬的爐缸直徑約為11．28 m，鐵口側(cè)耐火磚襯厚約2 438．4 mm，非鐵口側(cè)厚約1 193．8 mm。對50種不同情況進行了研究，結(jié)果與美鋼聯(lián)高爐的操作經(jīng)驗相一致。設(shè)計及操作參數(shù)對渣皮形成的影響概括如下：

(1)耐火磚襯厚度：隨耐火磚襯變薄，渣皮形成率增加；無論模擬計算值還是測量值，均具有相似的趨勢。鐵口區(qū)較厚的耐火材料與非鐵口區(qū)較薄耐火材料相比，渣皮的脫落和耐火材料的侵蝕更易發(fā)生。

(2)鐵水流速：靠近爐缸側(cè)壁的鐵水流速對爐缸侵蝕起很大作用。隨鐵水流速降低，渣皮形成率增加。而鐵水流速受一些操作變量的影響很大，其中最重要的影響因素是死料柱透氣性、出鐵操作和鐵水生產(chǎn)率。因此，為了使渣皮不脫落，應(yīng)該采取措施提高死料柱透氣性、改進出鐵操作以及降低生產(chǎn)率。

(3)冷卻水進口溫度：隨冷卻水進口溫度升高，渣皮形成率稍有提高。對于鐵口區(qū)耐火磚襯，在冷卻水進口溫度由0℃升高至35℃時，渣皮形成率僅降低5%。冬天冷卻水進口溫度約0℃，夏天冷卻水進口溫度23．89℃ ，未發(fā)現(xiàn)渣皮厚度隨冷卻水進口溫度季節(jié)性的變化而有明顯的變化。但在夏天的幾個月，冷卻水進口溫度頻繁變化時，能觀察到一些渣皮脫落現(xiàn)象?？梢允褂妹荛]循環(huán)系統(tǒng)避免水溫的短期波動。

(4)鐵水溫度：隨鐵水溫度升高，渣皮形成率將減小。當鐵水溫度為1 482℃時，渣皮形成率為28%；當鐵水溫度為1 537℃時，將不復(fù)有渣皮存在。當鐵水溫度降至1 454℃時，渣皮形成率增加至55%。因此，為了保證爐缸側(cè)壁的渣皮存在，必須控制爐缸熱狀態(tài)。結(jié)合實際經(jīng)驗得出：在鐵水平均溫度降至1 476—1 490℃范圍時，可以促進鐵口附近渣皮形成。

(5)出渣鐵操作：爐渣比鐵水黏度高，熔融溫度也高，模擬表明這種情況下很容易在爐缸側(cè)壁形成渣皮，即在耐火襯較厚的鐵口區(qū)，日出鐵量7 257．6 t時，渣形成渣皮率達100% ，而鐵水僅為28% 。表明出鐵操作對于形成渣皮保護層是關(guān)鍵的，保持爐缸盡量少的鐵水對渣皮形成是有益的。

(6)鐵水黏度：渣皮形成率隨鐵水黏度升高而增大。通常鐵水黏度為0．007 Pa·s，對耐火襯較厚的鐵口區(qū)，渣皮形成率約為28% ；在鐵水黏度為0．02 Pa·S時，渣皮形成率約為43% 。這些結(jié)果與實際情況相符。當添加含鈦物料使鐵水鈦含量小于0．07%時無效；在鐵水鈦含量大于0．07%時，TiC和TiN顆粒沉淀導(dǎo)致鐵水黏度升高，渣皮形成率增大；在鐵水鈦含量大于0．2%時鐵水黏度極高，熔融溫度也很高，會發(fā)生嚴重的出鐵困難。正常范圍應(yīng)為0．08% -0．15% ，既可促進渣皮形成又可避免出鐵問題。

總之，操作技術(shù)對爐缸內(nèi)襯侵蝕發(fā)展起著關(guān)鍵作用，一旦發(fā)生侵蝕而導(dǎo)致渣皮脫落，為了恢復(fù)渣皮，可采用以下操作原則：

(1)通過降低生產(chǎn)率來減小渣鐵流速，情況嚴重時暫時休風。如果發(fā)生局部侵蝕，可以堵塞風口，如果發(fā)生較大區(qū)域侵蝕，降低噴煤率，使用高CSR和大粒焦炭。

(2)保持操作穩(wěn)定，避免爐子過熱，維持較低的鐵水溫度(即1 454 ℃)。

(3)出凈渣鐵，使鐵口長度和角度最大，以保持較低渣鐵液位。

(4)通過加入適量的含鈦物料適當提高鐵水黏度。

由于銅冷卻壁具有導(dǎo)熱性好、抗拉強度高、抗熱震性和抗熱流沖擊性好等優(yōu)勢，自2000年以來，銅冷卻壁在我國許多高爐得以推廣應(yīng)用。但近年來，國內(nèi)先后有多座高爐發(fā)生了銅冷卻壁損壞事故，嚴重影響了高爐生產(chǎn)。

1 安裝金屬軟管或雪茄式冷卻器

臺灣中鋼和寶鋼成功開發(fā)和應(yīng)用了該技術(shù)。臺灣中鋼2號和1號高爐分別于2006年1月和2010年6月在爐腹、爐腰和爐身下部區(qū)域安裝了銅冷卻壁，又分別于2011年9月和11月出現(xiàn)銅冷卻壁漏水事故。為了保護爐皮，把小型金屬軟管穿入漏水的冷卻壁管道代替原來的冷卻水管道，在金屬軟管外與原冷卻水管道之間的縫隙灌進導(dǎo)熱性好的澆注料以提高冷卻能力。

在選用澆注料時，臺灣中鋼通過傳熱分析認為，使用低導(dǎo)熱性(1．5 W/m·℃)的澆注料其冷卻能力不能滿足穩(wěn)定操作期間的要求；只有使用高導(dǎo)熱性(15 W/m·℃)的澆注料才能滿足高爐穩(wěn)定操作期間的要求。

在金屬軟管被侵蝕并再次漏水后，休風并把澆注料灌進軟管；為了保護爐皮，從爐皮向里安裝雪茄式冷卻器。

為了達到較好的效果，使用傳熱分析對安裝24個雪茄式冷卻器后爐皮溫度與爐內(nèi)煤氣溫度之間的關(guān)系進行了研究，結(jié)果表明，在爐內(nèi)煤氣溫度400℃情況下，使用導(dǎo)熱系數(shù)分別為1．5、10 W/m·℃和15 W/m·℃的澆注料時，爐皮溫度分別為127、107℃和100℃。這意味著，在穩(wěn)定操作期間，使用24個雪茄式冷卻器處理漏水銅冷卻壁是可行的。但是，在爐內(nèi)煤氣溫度為1 200℃時，無論使用何種澆注料，爐皮溫度均高于200℃；因此，此種方法只適于爐內(nèi)煤氣溫度較低的區(qū)域，如爐身中部及以上部位，1 200℃及溫度更高的區(qū)域不適用。在溫度較高的區(qū)域發(fā)生冷卻壁破損，最好采用冷卻壁更換技術(shù)。

即使非銅質(zhì)冷卻壁出現(xiàn)漏水或破損，也可采用上述措施。如寶鋼3號高爐上爐役也曾出現(xiàn)冷卻壁(非銅冷卻壁)破損并采用了類似的處理技術(shù)。效果良好。寶鋼3號高爐上爐役于1994年9月投產(chǎn)，開爐最初幾年，出現(xiàn)冷卻壁水管破損現(xiàn)象，其中最嚴重的一次是，爐身中下部的S3和S4段冷卻壁水管出現(xiàn)大量破損，其中S3段冷卻壁凸臺管破損率達95%，本體管破損率達71% ，針對S3、S4段冷卻壁水管破損日趨嚴重的狀況，寶鋼采取了與臺灣中鋼處理漏水銅冷卻壁相似的技術(shù)措施，首先在破損的本體管內(nèi)穿人不銹鋼軟管，在不銹鋼軟管被侵蝕并再次漏水后，采用安裝微型冷卻器的措施。在微型冷卻器再次損壞后，整體更換冷卻壁。

2 采用冷卻壁更換技術(shù)

新日鐵住金的原住友金屬公司和寶鋼都開發(fā)和成功應(yīng)用了冷卻壁更換技術(shù)。1982年開爐的和歌山廠4號高爐，從1986年左右就開始出現(xiàn)冷卻壁破損，住友金屬公司于2002年用111 h更換了102塊冷卻壁，于2006年用93 h更換了78塊冷卻壁 。

寶鋼3號高爐上爐役初期出現(xiàn)冷卻壁損壞，分別于2004年3月(100 h)和2009年5月(93 h)對S3和S4段冷卻壁進行了整體更換作業(yè)。冷卻壁更換操作包括以下方面：

(1)休風降料線。

①根據(jù)料線高度控制送風量，防止出現(xiàn)管道現(xiàn)象；

② 為保護爐頂設(shè)備，選擇合適灑水設(shè)備和灑水量；

③降料線操作和休風時間控制。住友金屬在操作設(shè)計、計劃制定中，曾采用數(shù)學模型進行了模擬研究。

(2)冷卻壁更換作業(yè)。

首先，在爐頂開設(shè)大入孔和在破損冷卻壁上部一定位置開冷卻壁出入孔，具體孔數(shù)根據(jù)所計算的爐皮強度來定，寶鋼3號高爐當時根據(jù)計算結(jié)果開設(shè)了4個孔，并在開孔位置鋪設(shè)專用環(huán)形軌道，再在軌道上布置冷卻壁運輸臺車，進行冷卻壁運輸。在高爐爐頂外部平臺上沿爐身一圈事先架設(shè)20臺左右的無走行固定式電動葫蘆，特殊設(shè)計的“吊鉤”在高爐休風后通過頂部開孔進入爐內(nèi)進行吊裝作業(yè)。先拆除冷卻壁并吊出。冷卻壁拆除時使用液壓千斤頂，通過焊接在爐皮上的槽鋼反力架把冷卻壁推入爐內(nèi)。在舊冷卻壁冷卻管保護管上焊上吊耳，在舊冷卻壁被完全推出后從爐頂人孔或者爐皮開孔中吊出。

舊冷卻壁吊出后，對安裝面進行清理，再吊裝新冷卻壁。然后在爐皮與冷卻壁之間的縫隙壓人耐火材料。

(3)完成冷卻壁更換之后，再恢復(fù)料線高度，提高送風量。為提高爐內(nèi)溫度， 適當提高焦比。

高爐長壽是企業(yè)效益的重要組成部分之一，并且對鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)有重大影響。國內(nèi)包括鞍鋼在內(nèi)的鋼鐵企業(yè)，近年來在高爐長壽技術(shù)方面有了許多改進，但仍有許多工作要做，包括維修技術(shù)的改進和長壽操作技術(shù)的優(yōu)化等 。

1 含鈦物料與煤粉一起噴吹的護爐技術(shù)

歐洲高爐通常采用把含鈦物料與煤粉從風口一同噴進高爐的辦法保護爐缸，防止爐缸出現(xiàn)過早侵蝕。這些含鈦物料包括釩鈦礦、鈦鐵礦和人工合成TiO?等。含鈦物料進入高爐內(nèi)，通過在爐缸生成Ti(C，N)沉淀來護爐。

該方法比常用的把含鈦物料從高爐爐頂加入的辦法具有優(yōu)勢。因為從爐頂加入具有以下缺點：原料利用率較低、高爐能耗增加；如果爐缸某一部位出現(xiàn)熱點，使用該法要等待一段時間后才起作用；如果增加含鈦物料入爐量，會增加爐渣黏度、影響鐵水質(zhì)量。而風口噴吹法則原料利用率高、熱點修復(fù)快，而且對高爐操作影響小。

2 通過控制爐渣成分延長高爐爐缸壽命的技術(shù)

韓國浦項科技大學研究了通過控制爐渣成分延長爐缸壽命的可行性。目前國內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)通過添加含TiO ?物料在爐缸形成碳化鈦沉積來保護爐缸耐火襯，以達到延長爐缸壽命的目的。

但是，因為碳化鈦只在鐵水中形成，所以在爐缸中形成保護層的區(qū)域很有限。如果同時在鐵水和爐渣中形成高熔點化合物沉積下來，則能夠更有效地防止爐缸耐火襯磨損；但是改變爐渣成分和在爐渣中形成高熔點化合物會影響爐渣黏度，進而影響爐渣流動性，可能導(dǎo)致嚴重的操作問題。浦項科技大學基于這種想法研究了新的爐缸耐火襯保護技術(shù)，希望既可促進爐渣中形成高熔點化合物，同時又保證爐渣良好流動性。

選擇的添加物為TiO?，研究了在高爐渣中添加TiO? 對爐渣性質(zhì)的影響，根據(jù)研究結(jié)果選擇最佳爐渣成分，在這種成分下既可形成高熔點化合物尖晶石，又保證爐渣具有良好的流動性。實驗研究了添加TiO? 對爐渣黏度和臨界溫度以及形成高熔點化合物尖晶石的影響。

高爐長壽是一項系統(tǒng)工程，除了提高設(shè)計和建設(shè)水平外，還應(yīng)該開發(fā)優(yōu)化維護技術(shù)、長壽操作技術(shù)、檢測技術(shù)。在企業(yè)長期積累基礎(chǔ)上，不斷改進，形成自己系統(tǒng)且有效的技術(shù)，才能有效實現(xiàn)長壽目的。尤其是目前情況下，高爐冶煉強度較高，企業(yè)為降低成本采用多種爐料，來料波動幾率增加，高爐要實現(xiàn)穩(wěn)定操作非常不易，使高爐內(nèi)襯和冷卻系統(tǒng)經(jīng)受頻繁熱負荷波動，更應(yīng)該開發(fā)有利于長壽的操作技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和維護技術(shù) 。2100433B

爐身是保證高爐冶煉的重要部分，爐身厚度包括爐殼、填料、冷卻壁和爐襯。高爐生產(chǎn)過程中，因受到上升的煤氣流和下降的爐料沖刷和磨損、高溫和化學反應(yīng)等物理化學因素的作用，爐身侵蝕嚴重，破壞了操作爐型，將影響高爐冶煉順行，也影響高爐的使用壽命及生產(chǎn)安全。爐身壽命一直是至關(guān)高爐長壽的一個關(guān)鍵問題，引起人們的廣泛重視。

國外的很多研究單位都做過高爐爐體厚度檢測的方法研究，如日本、美國和荷蘭一些國家曾采用熱電偶法、電磁脈沖法、電阻法和電容法等方法檢測爐壁厚度。

高爐爐身厚度在線監(jiān)測技術(shù)，可以實時監(jiān)測高爐爐身厚度的變化，曾先后在包鋼、首鋼、太鋼和水鋼等11 座高爐上應(yīng)用。經(jīng)高爐生產(chǎn)應(yīng)用證實，該技術(shù)對掌握爐身厚度變化、高爐何時采取補爐措施、保證高爐生產(chǎn)安全都有一定的指導(dǎo)作用。該項技術(shù)1999 年獲得國家科技部科技進步三等獎，2007年與另一項技術(shù)共獲國家專利，該技術(shù)也曾被列為國家級科技成果重點推廣項目 。

高爐渣內(nèi)主要礦物組成有鈣黃長石、鎂黃長石、鈣長石、透輝石、硅灰石、二硅酸三鈣等。從高爐渣的化學成分和礦物組成來行，它屬于硅酸鹽范疇。

組成高爐渣的四種主要氧化物，正是普通鈉鈣硅玻璃的主要成分。高爐渣含揮發(fā)物質(zhì)極少，化學、物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且不受天氣條件的影響。因而，高爐渣苗玻璃工業(yè)中的應(yīng)用有著廣闊的前途。

大量的研究試驗結(jié)果表明，玻璃工業(yè)中使用高爐渣已不僅是個綜合利用問題，而且還有改善玻璃的澄清，減少制品的灰泡數(shù)，降低熔制溫度，提高熔制效率，降低生產(chǎn)成本和穩(wěn)定玻璃顏色的獨特功能。

迄今為止，人們?yōu)樘岣卟ＡМa(chǎn)量，設(shè)想了許多新方法，如控制進氧量，更改噴搶角度，變化原料顆粒大小及使用新的輔助原料等。但實踐證明，高爐渣是有助于提高玻璃熔窯出料量，改善玻璃質(zhì)量的最有價值的新原料之一。我國高爐渣資源豐富，它的綜合利用是大有可為的 。