遼寧鞍鋼朝陽鋼鐵高爐爐缸管理實踐分析報告

   本文主要介紹鞍鋼朝陽鋼鐵高爐爐缸管理模式，通過建立爐芯和爐缸側壁溫度控制標準，對高爐爐芯和爐缸側壁溫度波動原因進行分析,并采取相應治理措施，確保了高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，高爐生鐵一級品率由63.6%顯著提高至97.59%。高爐生產(chǎn)中爐缸的運行狀態(tài)直接影響高爐的技經(jīng)指標，要實現(xiàn)高爐低耗、長壽、穩(wěn)定、順行，生產(chǎn)中爐缸的維護管理至關重要。鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（以下簡稱朝陽鋼鐵）2600 立方米高爐第二代爐役始于2012年11月16日，高爐共設置30個風口，3個鐵口呈Y字形排列，其中1#、2#鐵口之間夾角為78°。爐缸采用碳磚加陶瓷杯結構，采用蘭炭大塊炭磚，總計13層，1～8層為超微孔炭磚，9～13層為微孔炭磚，鐵口組合磚位于6、7、8層。由于爐缸直接接觸鐵水，在生產(chǎn)中會不斷受鐵水沖刷、侵蝕。爐缸的侵蝕程度將決定一代爐役的長短，爐缸運行狀態(tài)的活躍程度則直接影響爐況的順行。本文主要對朝陽鋼鐵高爐近幾年爐缸的運行狀態(tài)和出現(xiàn)的問題進行分析、總結，探索爐缸的管理模式。

一、爐缸管理模式

    高爐爐缸活躍狀態(tài)和爐缸長壽是一對相互矛盾的過程。爐芯溫度直接反映爐缸活躍程度，爐缸側壁溫度則反應爐缸受侵蝕狀態(tài)，決定爐缸能否實現(xiàn)長壽，兩者之間需要保持動態(tài)平衡。朝陽鋼鐵的爐缸管理主要從爐缸活躍狀態(tài)和爐缸長壽管理兩方面入手，建立爐芯和爐缸側壁溫度控制標準。

1.建立爐芯溫度控制標準

   爐芯溫度是反映爐缸狀態(tài)活躍程度的重要參數(shù)。一般隨著高爐生產(chǎn)周期延長，爐芯溫度會呈逐步攀升趨勢，但對于爐況順行較好的高爐，爐芯溫度應在一定范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定。若爐芯溫度長期呈下降趨勢，說明爐缸工作狀態(tài)向差，會影響高爐爐況順行，應找出下降主因，并采取措施控制下降趨勢；若爐芯溫度呈上升趨勢，說明爐缸活躍度增加，爐缸側壁溫度會上升，需適當采取措施控制高爐爐缸活躍度。朝陽鋼鐵爐芯溫度位于爐底中心三層炭磚上表面，其控制范圍為（430±30）℃。

2.建立爐缸側壁溫度控制標準

  目前，國內(nèi)外高爐爐缸燒穿及爐缸側壁溫度快速升高的現(xiàn)象越來越多，成為制約高爐技經(jīng)指標的一個重要因素。國內(nèi)外大多數(shù)高爐燒穿部位及高溫點部位均集中在鐵口中心線以下，因此，朝陽鋼鐵為了確保爐缸工作的安全性，制定了黃、橙、紅警戒區(qū)域，通過控制產(chǎn)能和鐵水含鈦量來確保爐缸側壁溫度在正常的生產(chǎn)范圍內(nèi)。爐缸側壁溫度警戒區(qū)域控制標準見表。

3.爐缸溫度場異常原因分析

   爐芯和爐缸側壁溫度可直接反映高爐爐缸內(nèi)溫度場的變化。爐芯溫度在一定程度上可反應爐缸熱量儲備水平和鐵水滲透死料柱的能力。當爐缸工作狀態(tài)變差時，爐芯和爐缸側壁溫度會呈下降趨勢；反之，當爐缸活躍性增加時，爐缸側壁溫度會呈上升趨勢。當爐芯溫度控制在一定的合理范圍內(nèi)時，爐缸側壁溫度也會在一定范圍內(nèi)波動；當爐芯溫度低于合理溫度范圍的下限時，在隨后恢復爐缸中心溫度時，爐缸側壁溫度會異常升高，爐芯溫度波動的幅度越大，爐缸側壁溫度在上升過程中上升的幅度就會越大、甚至超過歷史高點。朝陽鋼鐵2013年1月至2018年4月高爐爐芯和爐缸側壁溫度變化趨勢如圖所示。由圖可以看出，爐缸主要經(jīng)歷了5次大的波動。下面對每個階段爐芯和爐缸側壁溫度波動的原因進行分析。

二、爐芯溫度下降原因分析

2.1 非計劃休風

2013年1月～2014年8月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了上升、相持、再上升、快速下降四個階段。

（1）上升階段：從2013年1月開始隨著高爐冶煉強度的逐步強化，爐缸活躍度增加，爐芯溫度呈遞增狀態(tài)，爐缸側壁溫度也有不同程度的上升。

（2）相持階段：2013年3~7月，爐芯溫度維持在410℃左右，高爐利用系數(shù)維持在2.25 t/（m3·d），爐缸側壁溫度保持在相對平穩(wěn)的水平。

（3）再上升階段：2013年8月~2014年8月，高爐進一步提高冶煉強度，利用系數(shù)提高至2.37 t/（m3·d）左右。隨著爐缸狀態(tài)的活躍性增加，爐芯溫度進一步上升至450℃左右，3個鐵口正下方溫度相繼呈快速上升趨勢，相比以前平穩(wěn)階段均上升了約100℃，雖然爐缸側壁溫度屬正常安全生產(chǎn)狀態(tài)，但從高爐長壽角度考慮，應適當控制冶煉強度，抑制爐缸側壁溫度的上升趨勢。在隨后的生產(chǎn)中，高爐利用系數(shù)控制在2.30 t/（m3·d）左右，爐芯溫度控制在430℃左右，再加上2014年4月高爐年修7天，爐缸側壁溫度的上升趨勢得到抑制。

（4）快速下降階段：2014年8月，由于轉爐事故，高爐被迫非計劃休風164 h，由于休風料沒有下到風口，高爐爐缸熱量損失較大，再加上恢復時高爐鐵水不能完全消耗，需按煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏組織生產(chǎn)，高爐恢復進程較慢，爐缸工作狀態(tài)嚴重惡化，爐芯溫度下降至350℃。

2.2 低冶煉強度

2014年9月～2015年12月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了恢復、相持、快速下降三個階段。

（1）恢復階段：受非計劃休風和高爐恢復進程較慢的影響，高爐爐缸狀態(tài)嚴重惡化。2014年9月～2015年1月，是高爐爐缸恢復工作狀態(tài)的過程。在熱制度方面鐵水物理熱需達到1 500℃以上，在裝料制度方面采用輕負荷料來疏通料柱的透氣性，確保死料柱的透液性，以減少鐵水環(huán)流對爐缸的侵蝕。經(jīng)過4個月的治理，爐缸工作狀態(tài)得到逐步恢復，爐芯溫度恢復到400℃以上。此次非計劃休風對爐缸的傷害很大，但由于采取的措施得當，在爐芯溫度恢復到正常水平時，爐缸側壁溫度雖都有不同程度的上升，但溫度點并沒有達到歷史高點，說明爐缸沒有發(fā)生異常侵蝕。

（2）相持階段：2015年1~10月，高爐利用系數(shù)進一步提升至2.40 t/（m3·d），爐芯溫度維持在450℃左右。此階段，爐缸工作狀態(tài)較好，高爐長周期穩(wěn)定順行，爐缸側壁溫度保持平穩(wěn)下降。

（3）快速下降階段：2015年10月，由于鋼鐵行業(yè)不景氣，朝陽鋼鐵通過降低產(chǎn)能以減少虧損，高爐利用系數(shù)維持在2.00 t/（m3·d）左右。由于低強度冶煉，爐缸活躍性變差，爐芯溫度快速下降至330℃左右。

2.3 爐況波動

  2016年1~4月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了快速恢復相持階段和快速下降兩個階段。

（1）快速恢復相持階段：2016年1月開始，鋼鐵行業(yè)開始轉暖，朝陽鋼鐵為了保證規(guī)模效益，高爐利用系數(shù)快速由2.0 t/（m3·d）提高至2.30 t/（m3·d）左右，爐芯溫度快速恢復至450℃左右，同時爐缸側壁溫度也快速升高，突破歷史高點，達到408℃，爐缸開始受到非正常侵蝕。

（2）快速下降階段：2015年朝陽鋼鐵為了保證經(jīng)營效果，始終處在低庫存生產(chǎn)，2016年1～3月高爐提產(chǎn)，導致高爐原燃料庫存不足，爐料變化頻繁，入爐粉塵增多，爐況波動較大，再加上堿金屬、鋅負荷高致使爐墻結厚。2016年3月下旬至5月期間爐況失常，爐缸工作狀態(tài)逐步向差，爐芯溫度開始下降，最低降至372℃。

2..4 高爐年修

   2016年5～12月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了快速恢復和快速下降兩個階段。

（1）快速恢復階段：2016年5月通過休風降料面，快速消除爐墻結厚，高爐爐況順行良好，爐芯溫度快速恢復至450℃左右，同時爐缸側壁溫度也快速升高，突破歷史高點，2016年8月達到488℃，爐缸側壁受到非正常侵蝕。

（2）快速下降階段：2016年8月24日高爐檢修32 h，爐芯溫度快速下降，最低下降至410℃左右。2016年11月7日高爐年修135 h，爐芯溫度快速下降到360℃。在以后爐況恢復中，爐芯溫度迅速恢復到正常水平。

2.5高爐頻繁休風及焦炭質(zhì)量下滑

   2017年1月～2018年4月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了平穩(wěn)、逐級下降、恢復三個階段。

（1）平穩(wěn)階段：2017年4～7月，爐芯溫度基本在430℃左右波動，爐缸側壁溫度雖有快速上升，但隨著爐況順行，并沒有維持在高位，而是在300℃左右波動，爐缸沒有受到非正常侵蝕。

（2）逐級下降階段：2017年7月～2018年2月，爐芯溫度呈逐步下降趨勢，最低下降至292℃，爐缸工作狀態(tài)向差趨勢明顯。2017年下半年高爐共計休風9次，高爐頻繁休風是導致爐芯溫度持續(xù)下降的誘因；2017年7月開始，焦炭粒級達不到標準，大于40 mm粒級含量降低（見圖2），小粒級焦炭明顯增多，是爐芯溫度持續(xù)下降的根本原因。

（3）恢復階段：2018年2月開始，焦化廠開始調(diào)整焦炭配煤結構，焦炭質(zhì)量逐步好轉，爐缸工作狀態(tài)得到改善，爐芯溫度回升至410℃左右，但由于爐缸死料柱鐵水溝通能力較差，鐵水環(huán)流增加，加劇了爐缸的非正常侵蝕，爐缸側壁溫度快速上升至630℃，為了抑制環(huán)炭溫度的上升趨勢，采用休風涼爐的方式，以確保高爐生產(chǎn)的安全性。在隨后的生產(chǎn)當中，爐缸死料柱溝通能力加強，爐況順行得到保證，爐缸側壁溫度回落至300℃左右，高爐產(chǎn)能回到正常生產(chǎn)水平。

三、爐缸側壁溫度升高原因分析

  朝陽鋼鐵高爐于2012年11月開始投產(chǎn)，截至2018年4月，高爐爐缸溫度場主要經(jīng)歷了5次劇烈波動（爐芯溫度低于400℃），每一次溫度場的異常變化，都會對爐缸造成傷害，加劇爐缸的侵蝕，使爐缸側壁某個方向的溫度超過歷史最高點。朝陽鋼鐵高爐歷年爐缸爐芯溫度歷史最低點及爐缸側壁溫度歷史最高點如表2所示。對每一次的爐缸側壁溫度的歷史最高點進行原因分析。

3.1 冶煉強度升高

   2018年8月，高爐非計劃休風164小時,休風時間長，爐缸熱量損失較大，休風料沒有下達風口，在恢復爐況過程中，難于快速補充爐缸熱量。爐缸活躍度變差，爐芯溫度降至歷史最低點。在隨后的生產(chǎn)過程中，冶煉強度提高，高爐利用系數(shù)長時間維持在2.40 t/（m3·d）以上，爐缸炭磚發(fā)生膨脹，導致爐缸側壁產(chǎn)生氣隙、溫度升高。

3.2 快速提產(chǎn) 

  2015年下半年，由于高爐限產(chǎn)，高爐利用系數(shù)由2.3 t/（m3·d）降至2.0 t/（m3·d），長時間低強度冶煉，高爐鼓風動能嚴重不足。2016年初，高爐快速提產(chǎn)，爐缸內(nèi)部熱應力變化不均勻，爐缸側壁膨脹不均勻，渣鐵保護層脫落，局部受到非正常侵蝕，爐缸側壁溫度升高。

3.3 高爐長期不順

   2016年3月末，高爐爐墻結厚，爐況順行難于保證，崩尺、滑料頻繁；爐缸熱量難于保證，爐缸狀態(tài)逐步惡化，爐況不穩(wěn)定，爐缸側壁渣鐵保護層受到破環(huán)，局部受到非正常侵蝕，導致爐缸側壁溫度升高。

3.4高爐年修時間長

  2016年11月，高爐年修135 h，休風時間長，爐缸熱量損失大，爐缸熱應力變化導致爐缸膨脹不均勻，局部陶瓷杯剝落，爐缸側壁溫度升高。在隨后的生產(chǎn)中，通過保持高爐長周期穩(wěn)定，增加鐵水中的鈦含量，形成渣鐵保護層，爐缸側壁溫度回到正常生產(chǎn)范圍以內(nèi)。

3.5焦炭質(zhì)量下滑

  2017年7月以后，高爐休風頻繁且焦炭質(zhì)量下滑，爐缸中心死料柱透液能力差，導致爐缸工作狀態(tài)難以穩(wěn)定、持續(xù)變差。焦炭質(zhì)量下滑，爐缸透液能力差，爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流增加，致使爐缸側壁受到進一步侵蝕，爐缸側壁溫度快速升高，在隨后的生產(chǎn)中通過采用增加鐵水鈦含量和休風涼爐的方式，使爐缸溫度控制在合理范圍內(nèi)。通過對朝陽鋼鐵高爐爐缸溫度場進行階段性分析，可以得出高爐溫度場異常的主要影響因素有爐缸熱量不足、高爐鼓風動能不匹配和爐缸內(nèi)的渣鐵流動性不合理三個方面，在高爐冶煉過程中可以通過裝料制度、送風制度、熱制度的合理控制，確保高爐溫度場在合理的區(qū)間內(nèi)波動，從而實現(xiàn)高爐長周期穩(wěn)定順行。

四、爐缸溫度場異常治理措施

4.1爐芯溫度下降治理措施

（1）穩(wěn)定鐵水物理熱指數(shù)，確保物理熱和化學熱匹配。高爐日常生產(chǎn)嚴禁低爐溫操作，要保證生鐵含硅量與鐵水物理熱相匹配，鐵水物理指數(shù)控制范圍2.5～3.5。在鐵水物理熱指數(shù)持續(xù)低于下限時，提高鐵水化學熱，鐵水中硅含量下限按0.35%控制，確保鐵水溫度在1510℃以上；鐵水物理熱指數(shù)持續(xù)高于上限時，鐵水中硅含量下限按0.3%控制，鐵水溫度嚴禁低于1495℃。長時間休風恢復爐況期間，以物理熱和化學熱是否匹配作為判定爐缸工作狀態(tài)是否正常的基礎依據(jù)。

（2）根據(jù)爐缸活躍狀態(tài)，調(diào)整鐵水中的鈦含量。爐芯溫度持續(xù)下降時，低于下限，提高入爐焦比，提高鐵水化學熱，降低鐵水中鈦含量；當爐芯溫度持續(xù)上升時，接近上限，降低鐵水物理熱指數(shù)，降低入爐焦比，增加鐵水中的鈦含量。

（3）通過爐型管理，確保高爐長周期穩(wěn)定順行。通過對爐身溫度場的監(jiān)控和控制，正確判斷高爐內(nèi)部煤氣流的分布情況，有目的地控制渣皮形成和脫落，形成合理的操作爐型。

（4）堅持每三個月進行一次入爐有害元素分析，并根據(jù)實際情況采取相對應措施。針對有害元素對高爐造成的危害，通過溝通，及時停配含有害元素超標的物料。

（5）調(diào)整造渣制度。在爐缸活躍性向差時，終渣堿度按1.10～1.15調(diào)整，以達到稀釋爐渣的目的；在爐缸活躍性較好時，終渣堿度按1.15～1.20進行調(diào)整。

4.2 爐缸側壁溫度升高治理措施

（1）利用休風機會對爐缸區(qū)域進行壓漿。高爐每次休風，對舊的壓漿孔進行清理，同時對溫度高的區(qū)域根據(jù)實際情況重新開孔壓漿。為了避免壓漿對炭磚造成損壞，壓力不得超過1.5 MPa，

（2）根據(jù)側壁溫度上升情況，增大爐缸的供水量和降低水溫。在必要的情況下，軟水溫度降低至32℃，并將爐身水量減至最低，保證爐缸最大供水量。

（3）適當調(diào)整造渣制度。生鐵中硅含量大于0.35%，終渣堿度按下限1.10～1.15控制，爐渣實物以石頭渣為準。

（4）增加高鈦球團使用比例。根據(jù)高爐側壁溫度上升的不同階段趨勢，提高鐵水中的鈦含量。

（5）加強爐前管理，保證鐵口深度3.2 m以上。針對爐缸側壁溫度異常升高的情況，采用含鈦炮泥。

（6）降低冶煉強度。根據(jù)高爐側壁溫度上升不同狀態(tài)，調(diào)整不同的冶煉強度，達到紅色報警時要進行休風涼爐。

   朝陽鋼鐵從2013年開始，持續(xù)關注高爐爐缸溫度場的變化趨勢，并采取了一系列穩(wěn)定爐缸溫度場的治理措施，將高爐爐缸活躍度控制在合理范圍內(nèi)，高爐長周期穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了高爐每三個月檢修一次的目標。2011~2017年高爐生鐵一級品率如圖3所示。由圖3可以看出，由于高爐持續(xù)穩(wěn)定順行，鐵水質(zhì)量顯著提高，高爐生鐵一級品率呈上升趨勢，由2011年的63.60%提高至2017年的97.59%，爐缸管理實踐效果良好。

   爐缸熱量不足、高爐鼓風動能不足和爐缸內(nèi)渣鐵流動不合理是高爐爐缸溫度場異常的主要影響因素。為了保持爐缸活躍狀態(tài)和高爐長壽的之間的動態(tài)平衡，朝陽鋼鐵建立了高爐爐缸管理模式，以爐芯溫度和爐缸側壁溫度控制標準為依據(jù)，對爐缸溫度場的變化采取相應治理措施，實現(xiàn)了高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，高爐生鐵一級品率由2011年的63.60%提升至2017年的97.59%，高爐生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定順行，爐缸管理實踐效果良好。