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1鞍鋼高爐群爐體現(xiàn)狀

眾多研究文獻及停爐破損調(diào)查表明，制約高爐長壽的關(guān)鍵在于爐缸，維護住爐缸等重點部位，就可以做到高爐的長壽，達到一代高爐服役年限，鞍鋼高爐的破損調(diào)查也印證了此種觀點。爐缸的重點部位是通常意義上所說的第2和第3段冷卻壁的所處的區(qū)域，即出鐵口及以下部位。為此，對煉鐵總廠現(xiàn)有高爐群的爐缸進行了統(tǒng)計分析，根據(jù)已有的監(jiān)控手段，輔之以經(jīng)驗和現(xiàn)有爐襯厚度計算，對爐缸進行了評價。各高爐爐缸具體砌筑結(jié)構(gòu)及侵蝕情況見表1。

表1?鞍鋼高爐群爐缸侵蝕狀況

從表1中可以看出，由于高爐爐缸結(jié)構(gòu)形式、裝備、入爐原燃料、操作條件以及高爐爐役期有所差異，導(dǎo)致各個高爐的侵蝕情況也不盡相同。因此，對待不同高爐，要依據(jù)自身條件，區(qū)別對待，采取有針對性的措施與手段，在保證長壽的前提下兼顧生產(chǎn)和成本，做到高爐一代爐役的最合理、經(jīng)濟的冶煉。

2鞍鋼高爐長壽采取措施及效果

高爐生產(chǎn)過程中，爐襯總是要受到侵蝕破壞的，由于爐襯各段所處的工作環(huán)境各異，因此各部位被侵蝕破壞的因素與程度也不盡相同。一般說來，熱侵蝕、堿金屬等化學(xué)侵蝕的作用是爐襯損壞的基本條件，沖刷、摩擦、滲入、熱應(yīng)力等則是動力因素，是直接造成爐襯損壞的原因^[8]。為此，鞍鋼采取下列措施和手段，來確保高爐的穩(wěn)定與長壽。

2.1完善長壽管理制度

通過對各高爐操作參數(shù)及長壽監(jiān)控數(shù)據(jù)進行調(diào)查分析，完善《高爐環(huán)碳溫度及熱流強度控制規(guī)定》，建立三級報警控制標準；建立《堿金屬檢驗規(guī)定》，每月定期對混料、燒結(jié)、球團等進行堿金屬檢驗分析，發(fā)現(xiàn)堿負荷超標，及時采取措施減少堿金屬入爐；完善《閉路泵站空冷器運行的管理規(guī)定》，加強高爐水溫控制，保證高爐閉路系統(tǒng)水溫穩(wěn)定，避免空冷器無序開停，以利于改善冷卻效果；完善《高爐爐缸壓漿參數(shù)規(guī)定》，對爐缸壓漿開孔深度、壓漿壓力、壓漿量做出規(guī)定；建立《關(guān)于加強高爐閉路管理的有關(guān)規(guī)定》，對閉路系統(tǒng)水箱、換熱器清洗，噴嘴的檢查更換做出規(guī)定。

2.2加強監(jiān)控手段，綜合判斷爐缸侵蝕變化趨勢

爐缸區(qū)域工作環(huán)境復(fù)雜，僅憑經(jīng)驗及單一監(jiān)控手段已經(jīng)無法準確判斷爐缸的侵蝕狀態(tài)，必須根據(jù)環(huán)碳溫度、熱流強度、爐殼溫度等多種參數(shù)進行綜合分析，以此來判斷爐缸侵蝕情況。

2.2.1科學(xué)布局爐缸環(huán)碳溫度電偶

以往檢測高爐爐缸環(huán)炭溫度電偶數(shù)量偏少，存在監(jiān)控盲點。2010年至今鞍鋼煉鐵總廠相繼有6座高爐大修，對爐缸磚襯電偶的設(shè)計進行了優(yōu)化，以3200m³高爐為例，電偶數(shù)量由原來的109支增加到419支。可以更加準確的測定爐內(nèi)碳磚溫度及判斷爐內(nèi)磚襯侵蝕情況。對于爐役時間比較長的高爐，爐缸電偶損壞較多，則采取爐皮鉆孔的方式新增電偶。例如7號高爐，在爐缸2段區(qū)域新增環(huán)碳溫度電偶78支，助監(jiān)控該區(qū)域的溫度情況。為了防止鉆孔破壞磚襯，新安裝的電偶插入碳磚深度僅為30mm，根據(jù)溫度趨勢判斷磚襯侵蝕情況。

2.2.2安裝爐缸冷卻壁熱流強度檢測系統(tǒng)

為了更全面地監(jiān)控爐缸侵蝕狀態(tài)，2008年以后，首先在3號高爐開發(fā)應(yīng)用了爐缸冷卻壁熱流強度監(jiān)控系統(tǒng)，之后逐漸推廣到全廠其它高爐。溫度傳感器一次元件采用PT1000?鉑電阻，溫度測量精度控制在±0.05℃以內(nèi)，實現(xiàn)了爐缸冷卻壁水溫差、熱流強度異常實時監(jiān)控和報警。

2.2.3安裝爐殼無線測溫系統(tǒng)

高爐生產(chǎn)過程中，爐殼表面的溫度也是一項需要日常監(jiān)控的項目。目前已在3座高爐爐缸安裝了爐殼無線測溫系統(tǒng)，將爐殼測溫元件吸在爐殼上，通過無線發(fā)射裝置將溫度數(shù)據(jù)傳輸至高爐主控室電腦，實現(xiàn)了實時監(jiān)控及溫度報警功能。目前這3座高爐關(guān)鍵部位的爐殼溫度情況見表2。

表2?1^#高爐、5^#高爐、7^#高爐爐殼溫度情況

2.2.4完善高爐長壽網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)

為了加強長壽監(jiān)控，建立高爐長壽數(shù)據(jù)查詢網(wǎng)，將關(guān)鍵部位的環(huán)碳溫度、熱流強度、爐皮溫度上網(wǎng)，每2小時更新一次數(shù)據(jù)，并形成趨勢曲線。總廠生產(chǎn)技術(shù)室、調(diào)度室均可通過聯(lián)網(wǎng)電腦進行查詢，為爐缸磚襯侵蝕速度提供參考。

2.3建立合理的高爐操作制度

高爐生產(chǎn)是一項非常復(fù)雜的工程系統(tǒng)，各單元系統(tǒng)與高爐壽命具有密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對于高爐壽命均有直接或者間接的影響，由此可見，高爐操作對于高爐實現(xiàn)長壽目標非常重要，高爐操作最重要的工作就是采取合理的操作制度。

2.3.1合理煤氣流分布

在高爐冶煉進程中，下降爐料和上升煤氣相向運動，相互作用、相互影響。鞍鋼目前高爐都以中心氣流為主，適度開放邊緣的煤氣流為主進行操作，鞍鋼的生產(chǎn)實踐表明，這種煤氣流分布有利于高爐的穩(wěn)定順行，提高煤氣利用率，降低燃料消耗，延長高爐壽命，開放中心煤氣流對于提高煤氣利用，降低燃料消耗和高爐強化冶煉作用顯著，同時對于穩(wěn)定邊緣煤氣流也會產(chǎn)生直接影響，由于邊緣煤氣流的穩(wěn)定，有利于降低爐墻的熱負荷，形成穩(wěn)定的保護性渣皮，從而有效地保護爐襯，達到高爐的穩(wěn)定長壽。

2.3.2活躍爐缸

良好的爐缸工作是實現(xiàn)煤氣流合理分布的基礎(chǔ)，特別是爐缸初始煤氣流的分布，不僅決定了爐缸的工作狀態(tài)，同時也主導(dǎo)了高爐中上部軟熔帶和塊狀態(tài)的二次和三次煤氣流分布，是保證高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。爐缸的工作是否活躍及均勻，取決于風(fēng)口回旋區(qū)大小和分布，而鼓風(fēng)動能則是決定風(fēng)口回旋區(qū)大小、形狀和分布特性的主要因素。在現(xiàn)有階段下，鞍鋼采用了縮小風(fēng)口直徑的手段，來保證足夠的鼓風(fēng)動能，確保了鞍鋼高爐群中心煤氣流的穩(wěn)定和中心焦炭的活性，防止?fàn)t缸堆積，以此來取保高爐的穩(wěn)定順行，達到高爐長壽的目的。

2.4加強高爐護爐工作

2.4.1降低高爐冶煉強度

實踐證明，降低高爐冶煉強度是最有效的延緩爐缸侵蝕的辦法。如11^#高爐在爐役末期爐缸溫度呈出現(xiàn)階段性攀升，分別于2010年6月、2011年3月、2011年11月降低高爐強度，利用系數(shù)由2.35t/m³.d降低至1.5t/m³.d，相應(yīng)爐缸炭磚溫度得到大幅度下降。11^#高爐磚襯溫度與利用系數(shù)曲線見圖1。

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圖1?鞍鋼11高爐磚襯溫度與利用系數(shù)曲線

從圖1中可以看出，隨著11^#高爐冶煉強度降低，爐缸的環(huán)碳溫度呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢，原因就是隨著強度的下降，無論是從動力學(xué)或是熱力學(xué)角度來看，爐內(nèi)反應(yīng)都呈現(xiàn)減弱的趨勢，致使傳遞的總熱量下降，碳磚溫度降低。

2.4.2鈦礦護爐

鈦礦護爐也是維護高爐長壽生產(chǎn)的有效手段，煉鐵總廠對侵蝕較為嚴重的4^#?和11^#等高爐采取爐料中加裝鈦球的措施進行護爐生產(chǎn)，11^#高爐從2011年1月開始加入鈦球，在使用鈦球護爐期間，環(huán)碳溫度呈下降趨勢。11^#高爐使用鈦球后環(huán)碳溫度變化見圖2。

圖2??鞍鋼11高爐使用鈦球護爐后環(huán)碳溫度變化

2011年8月鈦球停用以后，盡管高爐強度很低，但環(huán)碳溫度仍然上升，因此，對于11高爐在降低高爐強度的同時，還必須采取階段性鈦球護爐措施，才能有效減緩磚襯侵蝕。因為Ti幾經(jīng)還原后在鐵水中形成高熔點的Ti(C,N)物質(zhì)，可沉積在爐缸受侵蝕的部位，起到有效的保護爐底和爐缸作用，保證爐缸環(huán)碳溫度受到控制。

2.4.3安裝管道泵提高局部冷卻水量

4^#高爐和7^#高爐分別在2012年5月和7月在年修期間加裝了管道泵。在爐缸侵蝕嚴重的區(qū)域，選擇4根冷卻壁水管，水管通過金屬軟管連接，冷卻水由爐缸供水環(huán)管提供，經(jīng)水泵增壓進入水管，進入每個水管的冷卻水流速控制在3.2m/s-3.5m/s，對爐缸進行冷卻，4^#高爐安裝管道泵后運行參數(shù)變化見表5。

表5?4^#高爐安裝管道泵后環(huán)碳溫度及熱流強度變化

從表5可以看出，安裝管道泵后，4^#高爐爐缸冷卻壁的單管流量由26.5m³/h增加到38.0m³/h，冷卻水量的加大，爐內(nèi)的環(huán)碳溫度、熱流強度都呈下降趨勢，爐缸碳磚溫度升高的趨勢得到抑制。

2.4.4新建水站實現(xiàn)爐缸單獨供水

1^#高爐系統(tǒng)水溫長期偏高，主要原因是新1號高爐原有閉路系統(tǒng)水站冷卻能力不足，加之現(xiàn)有閉路水泵站所處的地理環(huán)境空氣污染嚴重，其冷卻水的空冷器受空氣污染影響結(jié)垢明顯，高爐水溫持續(xù)偏高。雖然對空冷器采取了加藥、清洗等措施，但降溫效果仍不理想，高爐進水溫度經(jīng)常維持在47～50℃，最高達到57～60℃。為徹底解決這一問題，2014年啟動了高爐新增爐缸水泵站項目，為爐缸單獨供水，降低爐缸冷卻水溫，充分發(fā)揮冬季優(yōu)勢，開展冬補工程。1高爐新建的爐缸泵站已于2014年11月19日投入運行，爐缸實現(xiàn)單獨供水，冷卻水溫下降至10℃左右，水流量由3700m3/h增加到5000m3/h，爐缸冷卻能力大幅度提高。至2015年9月全廠有6座高爐爐缸泵站相繼投入運行。

2.4.5局部堵風(fēng)口

采取堵部分侵蝕嚴重部位上方的風(fēng)口，也可以有效減緩爐缸環(huán)碳的侵蝕，4^#、7^#和11^#高爐均采取了局部堵風(fēng)口措施，并取得一定效果。具體做法是堵住爐缸侵蝕嚴重的部位上方風(fēng)口，根據(jù)高爐順行要求，調(diào)整其它風(fēng)口直徑，保持一定的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，防止因堵風(fēng)口對高爐順行產(chǎn)生不利影響。

3結(jié)論

1）爐缸是制約高爐長壽的關(guān)鍵，尤其是第2和第3段冷卻壁的所處的區(qū)域，維護住爐缸等重點部位，就可以做到高爐的長壽，達到一代高爐設(shè)計服役年限。

2）建立合理的高爐操作制度，合理的煤氣流分布及適度的活躍爐缸是高爐長壽的基礎(chǔ)。

3）采用綜合性高爐護爐工作，合理制定不同高爐冶煉強度、采用鈦礦入爐、爐缸單獨供水、局部加裝管道泵及堵風(fēng)口等措施，能夠有效的控制環(huán)碳溫度，減緩爐缸磚襯侵蝕速度，從而實現(xiàn)高爐長壽生產(chǎn)。