赵立军，王宝海，唐继忠，姜彦兵，蒋益，董建兴

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

摘要：针对鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部 1 号 4038 m³ 高炉炉缸环炭温度 升高，炉缸存在安全隐患的情况，采取了改造炉缸冷却系统、增加在线监测设备、长期坚持精料方针和优化高炉操作制度等措施，有效控制了炉缸环炭温度，护炉效果良好，实现了长达 6 年的护炉期内，高炉安全稳定运行。

关键词： 高炉；炉缸；护炉；操作

近年来，国内外多次发生高炉烧穿事故。 据不完全统计，2010 年至 2018 年 3 月约有 15 座高炉发生烧穿事故，给冶金企业造成重大损失。 其中有些事故发生在高炉开炉 2～4 个月内，多数烧穿事故发生在高炉开炉后的 4～7 年里。此外，还有 20 余座2000 m³以上级别高炉虽没有发生烧穿事故， 但仍存在炉缸安全隐患^［1-2］，说明这些高炉在设计、施工质量、日常管理和生产操作等方面存在一定缺陷。

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部（以下简称鲅鱼圈炼铁部） 有 4038 m³高炉 2 座，其中 1 号高炉采用了多项先进冶炼技术， 如小块焦回收利用技术， 板壁结合的软水密闭循环冷却系统，英巴法水渣处理技术，地德式外燃热风炉技术，双预热余热回收燃烧炉技术，喷吹系统采用浓相喷吹技术等。1 号高炉于 2008 年 9 月 6 日开炉，实现一次投产成功。 投产后，顺行状态良好，冶炼强度逐步提高，日产最高达到 10 100 t，利用系数达 2.5 t/（m³ ·d）。 但 2011 年 6 月以后，高炉出现铁口以下炉缸局部环炭温度升高的情况， 炉缸出现安全隐患。 为保证炉缸安全，延长高炉一代炉役，鲅鱼圈炼铁部采取了一系列护炉措施，效果良好。

1 炉缸存在问题分析

鲅 鱼 圈 炼 铁 部 1 号高炉炉缸内衬采用美国UCAR 小块炭砖， 全部铁口区域以及容易产生象脚侵蚀的区域外环均使用 NMD 小块炭砖，其余部位使用 NMA 小块炭砖，炉底采用四层大块 UCAR炭砖；无陶瓷杯、炉底炭砖上部采用莫来石砖形成800 mm 陶瓷垫保护层；风口采用大块组合灰刚玉砖；炉腹采用了氮化硅结合碳化硅砖；炉腰、炉身下部区域热面喷涂不定形耐火材料， 整个炉体为薄壁炉衬结构。 炉体软水密闭循环冷却系统分为两个区域：Ⅰ系列和Ⅱ系列。 Ⅰ系列主要为炉缸冷却壁供水, Ⅱ系列冷却范围包括铸铁冷却壁、铜冷却壁和铜冷却板，总设计水量为 5 704 m³ /h,其中炉缸设计冷却水量为 2 400 m³/h，水量偏小。

1 号高炉于 2008 年 9 月 6 日开炉， 投产初期炉缸环炭温度一直处于平稳状态。 进入 2011 年 6月后，1#铁口右下部第 19 层环炭（第三段冷却壁下部）温度明显上升，最高达到 523 ℃（见图 1），炉皮温度达到 55 ℃。 2012 年开始 1#铁口右下部第 10层环炭 （第二段冷却壁中部） 温度开始上升，2016年最高达到 513 ℃。 一段时间后 4#铁口左侧（靠近1#铁口一侧）第 10 层环炭温度也开始上升，最高达到 501 ℃（见图 2）， 单块冷却壁水温差最高超过1.0 ℃， 热流强度最高达到 52 kW/m²。 由于炉皮温度、热流强度、环炭温度彼此相关，均有所升高，认为炉缸异常区域集中在 1#、4#铁口之间， 理论计算残余炭砖厚度不足 400 mm，炉缸出现安全隐患。

2 采取的措施

鉴于鲅鱼圈炼铁部 1 号高炉炉缸已存在安全隐患，为保护炉缸安全，确保高炉稳定顺行，制定高炉长寿运行预案，见表 1，并采取如下应对措施。

2.1 改造炉缸冷却系统

1 号高炉炉体原来的冷却系统为单系统双系列供水冷却，炉缸设计冷却水流量仅为 2 400 m³ /h，水量小，不能够满足高炉长寿要求。2013 年新建了一座软水站， 炉体冷却系统为炉缸和炉身各设单独系统供水；使原来的闭路水站为炉身供水冷却，新建的水站单独向炉缸供水冷却。 炉 缸 冷 却 水流 量 提 高 至 4 800 m³/h， 冷却壁水管流速达 到3.0 m/s 以上。

2.2 增加在线监测设备

炉缸原设计测温电偶 236 点， 其中每层环碳圆周设测温电偶 16 点，分布在 8 个方向上，检测点少，不能全方位涵盖。 为加强铁口下方重点防范区域，利用休风机会，增加环炭测温电偶 178 点，使铁口下方二段每块冷却壁均有测温点； 增加有线和无线炉皮测温点 200 点； 增加关键区域分段式水温差测量点 142 点；增加高清摄像监控 8 处，基本实现了全方位、全手段、全时段的实时监控。

2.3 长期坚持精料方针

（1） 充分发挥大型综合原料场优势，提高混匀造堆质量。 进入原料场的铁料，首先按产地、批号采用鳞状堆积方式封堆，封堆后坚持多点取样，取化学成分加权平均值作为该品种参与混匀造堆的化学成分。 混匀矿堆积计划要符合 22～24 万 t大料堆、大于 3 500 层多料层的基本要求，采取大人字形、变起点、延时定终点、连续往返分层、全自动 的 堆 积 方 式， 要 求 混 匀 矿 中 σTFe≤0.4、σSiO₂ ≤0.2^［3］。

（2） 合理配矿，强化烧结，保证烧结矿质量稳定。 建立多资源、定硅、控铝的优化配矿模型，实现3 种主矿不变的“3+2”固定配矿模式，确保全年配矿稳定，达到烧结矿品位最优化。其中 SiO₂ 含量在（5.0±0.10）%范围，Al₂O₃ 含量低于 2.0％，保证良好的烧结矿质量。

（3） 严格控制 K₂O、Na₂O、Zn 等杂质入炉。 碱金属及锌在炉内循环富集，既影响高炉长寿，又劣化焦炭质量，破坏高炉顺行。 因此，高炉分别以 Zn负荷 0.15 kg/t、 K₂O 和 Na₂O 综合负荷 2.2 kg/t 为标准，隔离烧结电场灰，尽量外卖高炉重力除尘灰和干法灰，不能外卖的运到二期料场围场存放，作为生产含碳素铁碳球团的原料， 严格控制碱金属及锌的入炉量。

2.4 优化高炉操作制度

2.4.1 采取“双高”操作法护炉措施

根据高炉破损调查的结果， 从炉顶加入焙烧含钛球团，始终维持铁水［Ti］含量在 0.10%～0.20%之间，同时，减少富氧量，降低冶炼强度，可以降低铁水环流速度，提高含钛凝结物与内衬黏附性，具有较好的护炉效果。 于是，当环炭温度或冷却壁水温差持续上升时，减少富氧量，定期使用钛球；当温度降下来后，停止使用钛球；且为了增加铁水含钛量，每次加入含钛球团后，需保证铁水［Si］含量在 0.6％～0.8%之间。 但此方法实行后，出现了渣铁粘稠，透气性迅速降低，压量关系紧张，送风风量锐减的状况，破坏了高炉稳定顺行的状态，使产量大幅减低。 可以看出，此法虽然护炉效果良好，但是存在产量降低、消耗增加的副作用。 因此，必须停止钛球入炉，逐步恢复高炉顺行。

为了消除钛球对高炉顺行的影响， 确保高炉维持在适宜的冶炼强度， 鲅鱼圈炼铁部通过对标及实验研究，建立了“双高”操作法，即高温高钛操作法。 此操作法的核心思想是建立铁水［Si］含量和铁水钛负荷的对称体系，实现最佳护炉效果；建立炉渣渣系二元、三元碱度的平衡体系，达到加钛但不破坏高炉顺行的目的。 “双高”操作法各项指标要求见表 2。

2.4.2 采取“双全”操作法护炉措施

炉缸长寿是一个综合系统管理问题。 实际生产经验表明， 炉缸耐材受到侵蚀， 除了与耐材质量、 施工设计有关外， 还与高炉实际操作关系密切，主要体现在热制度、送风制度、造渣制度的选择方面。 在生产实践中，三大制度除了要分别有益于炉缸长寿外，还必须彼此匹配。 当热制度和造渣制度按照“双高”操作护炉法选定后，必须匹配适宜的送风制度，即“双全”操作法。 “双全”操作法即即全风全压操作， 此操作法的核心思想是吹足风压，吹足风量，以减少富氧量，提高鼓风动能，从而吹透中心，充分活跃炉缸，减少渣铁环流冲刷。

“双全”操作法采取的对应措施是动态局部堵风口和均匀缩风口，具体参数见表 1。 将最高环炭温度位置正上方的风口堵死， 如果温度点发生变化，马上临时休风，更改堵风口的位置。 另外，根据设定风口面积， 均匀调整风口尺寸， 尽量均匀送风。 送风风量和热风压力的选择，不必考虑风口面积缩小因素，按照最大风量、正常风压的要求，使鼓风动能在 160～190 kJ/s 范围。

2.4.3 优化炉前出铁制度

总结炉缸烧穿事故案例， 烧穿部位多数位于铁口区域^［4］。 为了保护铁口区域炭砖，制定有效的出铁制度。 固定打泥量，保证铁口深度 3.6～3.8 m；使用优质无水炮泥；侧壁温度高时，采用 3 个铁口轮流出铁，且实行多铁次无间隔出铁，减少单个铁口出铁时间，减少铁口区域渣铁环流冲刷。

3 效果

鲅鱼圈炼铁部 1 号高炉通过采取一系列护炉措施，特别是“双高双全”操作法，效果较好。 2017~2018 年炉缸环炭温度得到了有效控制。2017 年 10月以后，炉缸环炭温度降至 200 ℃以下。截至 2018年 5 月停炉，1 号高炉运行 9 年 8 个月， 护炉操作期长达 6 年，炉缸状态安全可控，高炉稳定顺行。

1 号高炉 2008~2018 年技术经济指标见表 3。

由表 3 可以看出，1 号高炉环碳温度升高，采取护炉措施后，运行状态良好，炉况稳定顺行，产量逐渐提高，各种消耗指标受控，长期护炉操作实践效果良好。

4 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部1 号高炉于 2008 年 9 月开炉投产，截至 2018 年 5月停炉，高炉运行 9 年 8 个月。 前 3 年属于高炉正常生产期。 2011 年开始，1# 铁口以下炉缸局部第19 层环炭温度快速升高到 523 ℃，2012 年 1#、4#铁口以下局部第 10 层环炭温度也开始升高，最高达到 513 ℃和 501 ℃，炉缸安全状态受到影响。 为保证炉缸安全，提出了“双高双全“操作法，采取了改造炉缸冷却系统、增加在线监测设备、长期坚持精料方针和优化高炉操作制度等一系列护炉措施，使高炉在之后 6 年的护炉期内稳定顺行，护炉实践效果良好。

参考文献

［1］ 于仲洁, 宋木森. 高炉炉缸炉底破损研究［J］. 钢铁研究, 2009（3）: 1-6.

［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, 2007: 205-211.

［3］ 韩 树 峰. 鞍钢鲅鱼圈分公司铁前工艺技术特点 ［J］. 炼 铁,2011, 30（1）: 20-23.

［4］ 邹忠平, 项钟庸, 欧阳标. 高炉炉缸长寿设计理念及长寿对策［J］. 钢铁研究, 2011, 39（1）: 38-42.