摘要：针对龙钢4#高炉炉缸第二段标高8.653米内环第2点炉缸侧壁温度严重升高、炉缸存在极大安全隐患的状况，通过采取钒钛矿护炉和堵风口降低冶强等控制措施，使高点温度从846℃降至290℃。实现了在安全前提下的护炉目的，炉缸侵蚀得到控制，危险点转入安全状态。

关键词：高炉 护炉  炉缸 侧壁温度 

引言  龙钢炼铁厂4#高炉有效容积1800m³，设计利用系数2.45T/m³.d，2010年11月16日投产，至今已连续生产7年，总体生产正常稳定。高炉采用矮胖型炉型，26个风口，高径比HU/D=2.41，双铁口交替出铁，冷却系统采用联合软水密闭循环冷却，砖壁合一、薄壁炉衬结构，铜冷却壁+铸铁冷却壁。炉缸炉底的内衬采用“高导热碳砖+陶瓷杯炉底”结构。

（高炉炉缸炉底结构图见下图1）   

图1  高炉炉缸炉底结构图

1 炉缸侧壁温度升高的过程

2017年一季度，炉缸侧壁温度异常点8.653米内环第2点呈缓涨趋势，月涨幅在20℃-30℃之间。同方位炉壳温度无变化，初步判断为炉内内衬裂缝串气所致，检修时对局部高温位置进行灌浆处理，一周内数据均表现平稳或者有下降趋势。但后期还是上涨，表现出不可控制的状态。进入11月，局部侧壁温度加剧上升，单日涨幅突破50℃。11月1日20:35分，8.653米内环第2点最高温度达到历史最高值846℃（正常值为200-300℃，报警值为400℃）。峰值出现的半小时后，高炉紧急休风，采取休风堵风口，钒钛矿护炉等措施，休风后高温点降幅缓慢，排除串气可能。11月15日再次休风，对标高8.653米两侧进行炉壳开孔安装热电偶测温装置，测出炉缸碳砖冷面温度达540℃，进一步确认为21#-26#风口下部炉缸碳砖侵蚀，高炉炉缸存在极大安全隐患（温度异常变化见图2）。

                                图  3 8.653米周向8点温度变化                                                              图4 炉缸同侧纵向温度对比

由上述趋势图可知，在8.653米高点温度出现的前后（30小时内），炉缸（的标高7.851米和标高9.455米的8个点）其它内环温度保持稳定。垂直方向的三层标高第2点内环温度，只有8.653米出现波动，所以判断为局部侵蚀。

2 炉底炉缸结构

高炉炉底采用软水密闭循环冷却，炉底冷却管（炉壳内）采用整根无缝钢管，管径规格108mm×14mm。炉底水冷管共48根，3根一组（串），共16组。（炉缸砌筑图见图1） 

在整个风口区域全部采用大块组合砖砌筑，以加强结构的稳定性；同时增加风口冷却壁与炉腹铜冷却壁交接处组合砖厚度。风口及铁口组合砖均采用微孔刚玉砖，以提高其抗渣铁侵蚀及冲刷能力。

为更及时的掌握炉底炉缸冷却壁温度在不同冶炼阶段的变化情况，4#高炉在炉底炉缸1-3段加装了冷却壁水温差在线检测，共计434个测温点，并对损坏的碳砖内外环温度进行恢复，实时检测记录各部位温度的变化，系统自动跟踪记录成曲线。              

3 炉缸侧壁温度升高的原因

随着钢铁市场的回暖，高炉冶炼也不断强化，高炉利用系数早已大幅超出设计能力（见图5）。同时，原燃料条件的不稳定（热态性能和成分组成（见图6、图7），导致高炉炉缸侵蚀进一步加剧，炉缸侧壁温度持续升高（见图2）。

图5 2017年高炉利用系数变化

3.1 入炉焦炭对炉缸活性的影响

4#高炉所使用焦炭成分极不稳定（海燕一级+煤化一级），主要表现在焦炭灰分高，反应性和反应后强度偏低，使高炉下部死焦堆焦炭粒度变小，焦柱气孔度变差，影响高炉鼓风的穿透。风口回旋区也变得短而窄，死焦堆变大，炉缸的透气性和透液性变差，长期这样，导致炉缸工作状况不理想。炉缸中心死区透气透液变差，渣铁穿越炉缸中心能力下降，边缘环流强度提高，炉缸侧壁碳砖侵蚀加剧。

3.2 有害元素的侵蚀 

由于高炉使用的块矿和球团矿，碱金属和铅锌负荷长期偏高。碱金属在炉内一部分被焦炭吸收，一部分沉积于耐火材料上，其余随煤气或炉渣排除。①碱金属首先吸附在焦炭的气孔，而后逐渐向焦炭内部的基质扩散，随着焦炭在碱蒸汽内暴露时间的延长，碱金属的吸附量逐渐增多。向焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏了原有的层状结构。当生成层间化合物时，会产生比较大的体积膨胀，使焦炭产生裂纹，升至崩裂，导致焦炭强度下降，块度减小，产生较多碎焦和粉末。碱金属会使焦炭的反应性明显增强，反应后强度明显降低，焦炭质量将恶化。②一部分吸附在砖衬表面与砖衬反应生成新的化合物，产生体积膨胀，使砖衬从热端向冷端逐层剥落；另一部分与煤气一道沿砖缝、裂纹、气孔渗入砖衬内部，反应生成大量的沉积炭。    

铅锌都是高炉炼铁的有害杂质，按照国际标准和《炼铁工艺设计规范》要求，高炉碱负荷低于3.0kg/T,铅、锌负荷应低于0.15kg/t，高炉容积越大，入炉有害元素负荷应越低，国外高炉严格执行国际标准，锌负荷都在低于0.15kg/T范围内。

3.3 萤石洗炉

2014年，4#高炉因风口烧损，大量水进入炉缸，形成炉缸冻结事故。前后恢复用时1个月，恢复的过程中加萤石洗炉，也会使炉缸耐火材料受到破坏。

4 科学权威判断后的治理措施

针对4#高炉炉缸侧壁温度8.653米内环温度升高的现状，公司邀请数位专家进行分析确诊，一致认为：标高8.653米炉缸侧壁耐材已有明显侵蚀，高温点处经过科学计算，最薄处碳砖厚度仅为210mm左右，为了保证高炉安全长寿，必须尽快采取护炉措施。

4.1堵风口降冶强操作

2017年11月1日20：30分左右，8.653米内环温度飙升至846℃，远远超出测量范围，该温度为历史记录最高点，经计算热流强度已经远超警戒值，立即休风处理。为了安全决定连堵20#、21#、22#三个风口进行生产，降低冶炼强度。同时调整操作参数,原则:定风压、定风量、稳定热制度操作，日产量4200-4600T，风压≤370Kpa，风量≯2700m³/h，顶压＝220Kpa，退负荷至3.7，降煤比操作。配吃高钛球护炉，铁水控制标准要求【Si】=0.6-0.8%，【Ti】=0.100-0.120%,严禁低炉温，物理热≮1500℃。当8.653米内环第2点温度降至350℃以下，才可考虑逐步加大风量强化冶炼。

   考虑高炉鼓风的均匀性，后期计划对已堵风口另加φ90mm的陶瓷内套后全开，以达到缩小风口面积，增加风速和鼓风动能，活跃炉缸工作状态的目的。

4.2 炉缸管理及水系统管理

建立并健全炉缸管理体系，对水温差和热流强度，以及碳砖的温度，明确正常生产的工作温度，警戒温度，事故温度。同步记录相关数据并分析计算，视高熔点TiC和TiN的形成情况（后）、以及内环温度的下降情况，再决定开风口以及对应的强化进程。

增大冷却强度。高炉软水系统的进水温度降至40±0.5℃，水量增至最大4150m³/h，同时加强对冷却系统（水温差、热流强度、炉壳温度）的检测，除（过）系统在线监测外（冷却壁水温差434个点，炉壳温度106个点），对关键点每两小时手动测量比较，保证测量数据的准确性和及时性。

完善相应的预案，尤其是警戒出现时和事故状态下（炉缸烧穿）的预案，并组织全员学习，并对事故状态的安全逃生进行系统演练，提高事故状态下的应对能力。

4.3 炉前管理

加强对炉前铁口泥套、铁口深度和开堵铁口的管理。

严格执行两级铁前确认制，早发现早处理，减少设备原因造成的出铁延时；

维护铁口湿度，稳定打泥量3.0格，控制铁口深度不低于3.0米，严防潮铁口及浅铁口出铁；

钻头使用规格φ50，严禁随意增大铁口孔径，保证正常铁水流速，延长放铁时间，减少出铁次数。

4.4 炉缸灌浆

日常定检都有灌浆，11月1日紧急休风之后，11月15日再次休风，为了解决炉缸局部温度升高的问题，主要灌浆点是异常高温区，压入的材质为碳化硅-碳质材料。目的是堵塞炉缸碳砖和冷却壁之间的串气通道，改善高温点区域冷却壁的冷却效果。

4.5 加强原燃料管理

4#高炉一直使用的焦炭为海燕一级和煤化一级焦，要求采购部门严把质量关，从源头优化并稳定原燃料质量，务必确保焦炭的灰分不超标，反应性CRI≤30，,反应后强度CRS≥60。

另一方面加强槽下筛分，减少入炉粉末量。目前槽下的烧结矿和球块仓基本为新更换的，基本解决夹筛和堵塞的现象，不足之处焦炭筛面不理想，大面积破损和严重夹筛始终存在，需加快整体更换进程。基于目前现状，副工长每2小时检查原料，并清理筛面夹杂、粘结，减少粉末入炉。

及时掌握入炉料中碱负荷和锌负荷的大小，并做好信息与反馈，减少含有害元素多的矿粉的使用量，进一步控制有害元素入炉。

5 总结

目前通过采取一系列的措施，包括发展中心活跃炉缸、控风限氧降低冶强、局部堵塞养护一方、炉内灌浆保护炉缸、加强筛分确保精样，目前炉缸第二段8.653米第2点温度已由846℃降至290℃，基本达到正常水平，炉缸侧壁温度升高得到有效控制，实现了安全生产。但是出于长远考虑，4#高炉计划年末停炉大修，更换炉缸炭砖、风口区域浇注，对炉身、炉腹、炉腰部位进行喷涂造衬，为后期的生产组织提供保障。