高爐爐齡爐缸壽命技術(shù)

1 含鈦物料與煤粉一起噴吹的護(hù)爐技術(shù)

歐洲高爐通常采用把含鈦物料與煤粉從風(fēng)口一同噴進(jìn)高爐的辦法保護(hù)爐缸，防止?fàn)t缸出現(xiàn)過(guò)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(jìn)入高爐內(nèi)，通過(guò)在爐缸生成Ti(C，N)沉淀來(lái)護(hù)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(shì)。因?yàn)閺臓t頂加入具有以下缺點(diǎn)：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(diǎn)，使用該法要等待一段時(shí)間后才起作用；如果增加含鈦物料入爐量，會(huì)增加爐渣黏度、影響鐵水質(zhì)量。而風(fēng)口噴吹法則原料利用率高、熱點(diǎn)修復(fù)快，而且對(duì)高爐操作影響小。

2 通過(guò)控制爐渣成分延長(zhǎng)高爐爐缸壽命的技術(shù)

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)研究了通過(guò)控制爐渣成分延長(zhǎng)爐缸壽命的可行性。目前國(guó)內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)通過(guò)添加含TiO ?物料在爐缸形成碳化鈦沉積來(lái)保護(hù)爐缸耐火襯，以達(dá)到延長(zhǎng)爐缸壽命的目的。

但是，因?yàn)樘蓟佒辉阼F水中形成，所以在爐缸中形成保護(hù)層的區(qū)域很有限。如果同時(shí)在鐵水和爐渣中形成高熔點(diǎn)化合物沉積下來(lái)，則能夠更有效地防止?fàn)t缸耐火襯磨損；但是改變爐渣成分和在爐渣中形成高熔點(diǎn)化合物會(huì)影響爐渣黏度，進(jìn)而影響爐渣流動(dòng)性，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的操作問(wèn)題。浦項(xiàng)科技大學(xué)基于這種想法研究了新的爐缸耐火襯保護(hù)技術(shù)，希望既可促進(jìn)爐渣中形成高熔點(diǎn)化合物，同時(shí)又保證爐渣良好流動(dòng)性。

選擇的添加物為TiO?，研究了在高爐渣中添加TiO? 對(duì)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(diǎn)化合物尖晶石，又保證爐渣具有良好的流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)研究了添加TiO? 對(duì)爐渣黏度和臨界溫度以及形成高熔點(diǎn)化合物尖晶石的影響。

在高爐一代爐役里，爐墻絕大部分時(shí)間要靠渣皮來(lái)保護(hù)，如何形成穩(wěn)定堅(jiān)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(zhǎng)壽的關(guān)鍵所在。

高爐一代爐役長(zhǎng)短主要取決于爐缸壽命。美鋼聯(lián)通過(guò)對(duì)其17座高爐的多年監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，避免爐缸碳磚與渣鐵直接接觸對(duì)于延長(zhǎng)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(huì)出現(xiàn)爐缸侵蝕；當(dāng)渣皮消失時(shí)，爐缸侵蝕就會(huì)加速。因此延長(zhǎng)爐缸壽命關(guān)鍵的一點(diǎn)，是促使渣皮形成并能夠避免脫落。美鋼聯(lián)與普度大學(xué)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(dòng)力學(xué)和計(jì)算機(jī)模型對(duì)渣皮形成進(jìn)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(duì)50種不同情況進(jìn)行了研究，結(jié)果與美鋼聯(lián)高爐的操作經(jīng)驗(yàn)相一致。設(shè)計(jì)及操作參數(shù)對(duì)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(wú)論模擬計(jì)算值還是測(cè)量值，均具有相似的趨勢(shì)。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(duì)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(jìn)出鐵操作以及降低生產(chǎn)率。

(3)冷卻水進(jìn)口溫度：隨冷卻水進(jìn)口溫度升高，渣皮形成率稍有提高。對(duì)于鐵口區(qū)耐火磚襯，在冷卻水進(jìn)口溫度由0℃升高至35℃時(shí)，渣皮形成率僅降低5%。冬天冷卻水進(jìn)口溫度約0℃，夏天冷卻水進(jìn)口溫度23．89℃ ，未發(fā)現(xiàn)渣皮厚度隨冷卻水進(jìn)口溫度季節(jié)性的變化而有明顯的變化。但在夏天的幾個(gè)月，冷卻水進(jìn)口溫度頻繁變化時(shí)，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(dòng)。

(4)鐵水溫度：隨鐵水溫度升高，渣皮形成率將減小。當(dāng)鐵水溫度為1 482℃時(shí)，渣皮形成率為28%；當(dāng)鐵水溫度為1 537℃時(shí)，將不復(fù)有渣皮存在。當(dāng)鐵水溫度降至1 454℃時(shí)，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(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出：在鐵水平均溫度降至1 476—1 490℃范圍時(shí)，可以促進(jìn)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(shí)，渣形成渣皮率達(dá)100% ，而鐵水僅為28% 。表明出鐵操作對(duì)于形成渣皮保護(hù)層是關(guān)鍵的，保持爐缸盡量少的鐵水對(duì)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(duì)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(shí)，渣皮形成率約為43% 。這些結(jié)果與實(shí)際情況相符。當(dāng)添加含鈦物料使鐵水鈦含量小于0．07%時(shí)無(wú)效；在鐵水鈦含量大于0．07%時(shí)，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(shí)鐵水黏度極高，熔融溫度也很高，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的出鐵困難。正常范圍應(yīng)為0．08% -0．15% ，既可促進(jìn)渣皮形成又可避免出鐵問(wèn)題。

總之，操作技術(shù)對(duì)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(guò)降低生產(chǎn)率來(lái)減小渣鐵流速，情況嚴(yán)重時(shí)暫時(shí)休風(fēng)。如果發(fā)生局部侵蝕，可以堵塞風(fēng)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(guò)熱，維持較低的鐵水溫度(即1 454 ℃)。

(3)出凈渣鐵，使鐵口長(zhǎng)度和角度最大，以保持較低渣鐵液位。

(4)通過(guò)加入適量的含鈦物料適當(dāng)提高鐵水黏度。

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

1 安裝金屬軟管或雪茄式冷卻器

臺(tái)灣中鋼和寶鋼成功開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了該技術(shù)。臺(tái)灣中鋼2號(hào)和1號(hào)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(hù)爐皮，把小型金屬軟管穿入漏水的冷卻壁管道代替原來(lái)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(jìn)導(dǎo)熱性好的澆注料以提高冷卻能力。

在選用澆注料時(shí)，臺(tái)灣中鋼通過(guò)傳熱分析認(rèn)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(fēng)并把澆注料灌進(jìn)軟管；為了保護(hù)爐皮，從爐皮向里安裝雪茄式冷卻器。

為了達(dá)到較好的效果，使用傳熱分析對(duì)安裝24個(gè)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(jìn)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(shí)，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(gè)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(shí)，無(wú)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(hào)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(hào)高爐上爐役于1994年9月投產(chǎn)，開(kāi)爐最初幾年，出現(xiàn)冷卻壁水管破損現(xiàn)象，其中最嚴(yán)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(tái)管破損率達(dá)95%，本體管破損率達(dá)71% ，針對(duì)S3、S4段冷卻壁水管破損日趨嚴(yán)重的狀況，寶鋼采取了與臺(tái)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(kāi)發(fā)和成功應(yīng)用了冷卻壁更換技術(shù)。1982年開(kāi)爐的和歌山廠4號(hào)高爐，從1986年左右就開(kāi)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(hào)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(duì)S3和S4段冷卻壁進(jìn)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(fēng)降料線。

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

② 為保護(hù)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(fēng)時(shí)間控制。住友金屬在操作設(shè)計(jì)、計(jì)劃制定中，曾采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了模擬研究。

(2)冷卻壁更換作業(yè)。

首先，在爐頂開(kāi)設(shè)大入孔和在破損冷卻壁上部一定位置開(kāi)冷卻壁出入孔，具體孔數(shù)根據(jù)所計(jì)算的爐皮強(qiáng)度來(lái)定，寶鋼3號(hào)高爐當(dāng)時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果開(kāi)設(shè)了4個(gè)孔，并在開(kāi)孔位置鋪設(shè)專用環(huán)形軌道，再在軌道上布置冷卻壁運(yùn)輸臺(tái)車，進(jìn)行冷卻壁運(yùn)輸。在高爐爐頂外部平臺(tái)上沿爐身一圈事先架設(shè)20臺(tái)左右的無(wú)走行固定式電動(dòng)葫蘆，特殊設(shè)計(jì)的“吊鉤”在高爐休風(fēng)后通過(guò)頂部開(kāi)孔進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行吊裝作業(yè)。先拆除冷卻壁并吊出。冷卻壁拆除時(shí)使用液壓千斤頂，通過(guò)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(hù)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(kāi)孔中吊出。

舊冷卻壁吊出后，對(duì)安裝面進(jìn)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(fēng)量。為提高爐內(nèi)溫度， 適當(dāng)提高焦比。

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

高爐長(zhǎng)壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，除了提高設(shè)計(jì)和建設(shè)水平外，還應(yīng)該開(kāi)發(fā)優(yōu)化維護(hù)技術(shù)、長(zhǎng)壽操作技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)。在企業(yè)長(zhǎng)期積累基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)，形成自己系統(tǒng)且有效的技術(shù)，才能有效實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽目的。尤其是目前情況下，高爐冶煉強(qiáng)度較高，企業(yè)為降低成本采用多種爐料，來(lái)料波動(dòng)幾率增加，高爐要實(shí)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(fù)荷波動(dòng)，更應(yīng)該開(kāi)發(fā)有利于長(zhǎng)壽的操作技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)和維護(hù)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(guò)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(xué)反應(yīng)等物理化學(xué)因素的作用，爐身侵蝕嚴(yán)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(zhǎng)壽的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，引起人們的廣泛重視。

國(guó)外的很多研究單位都做過(guò)高爐爐體厚度檢測(cè)的方法研究，如日本、美國(guó)和荷蘭一些國(guó)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(cè)爐壁厚度。

高爐爐身厚度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)，該技術(shù)對(duì)掌握爐身厚度變化、高爐何時(shí)采取補(bǔ)爐措施、保證高爐生產(chǎn)安全都有一定的指導(dǎo)作用。該項(xiàng)技術(shù)1999 年獲得國(guó)家科技部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，2007年與另一項(xiàng)技術(shù)共獲國(guó)家專利，該技術(shù)也曾被列為國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目 。

高爐渣內(nèi)主要礦物組成有鈣黃長(zhǎng)石、鎂黃長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、透輝石、硅灰石、二硅酸三鈣等。從高爐渣的化學(xué)成分和礦物組成來(lái)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(xué)、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(yàn)結(jié)果表明，玻璃工業(yè)中使用高爐渣已不僅是個(gè)綜合利用問(wèn)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(dú)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(jìn)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(shí)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(jià)值的新原料之一。我國(guó)高爐渣資源豐富，它的綜合利用是大有可為的 。