摘  要  马钢（A、B）4000m3高炉一代炉龄已近10年，高炉炉缸、炉底及冷却系统均出现老化现象，对高炉安全平稳运行产生影响。通过对炉底区域安装加固装置、冷却壁查漏和安装微型冷却器、建立炉缸侵蚀模型等措施，保证了炉况的稳定顺行。大型高炉长寿的根本是炉况的稳定。在高炉稳定顺行的前提下，积极探索上下部气流调整，结合精料管理，高炉稳定顺行1000天。

关键词  大型高炉   稳定顺行   长寿治理   精料

1  前言

马钢（A、B）4000m3高炉于2007年投产，由中冶华天公司设计，设置4个铁口，36个风口，采用了铜冷却壁、薄壁炉衬、炭砖-陶瓷杯复合炉缸、软水密闭循环冷却系统、PW型串罐无料钟炉顶、TRT炉顶余压回收装置等成熟工艺。炉缸、炉底采用“陶瓷杯+全炭砖炉底”结构，炉底水冷管设计在炉底封板下部，炉底1层为平砌高导热炭砖，2-4层为平砌半石墨炭砖，5-14层为陶瓷杯本体（微孔炭砖BC-7S），15-19层为半石墨炭砖。2011年初两座高炉炉底封板出现不同程度的上涨，2015年10月29日和12月7日完成两座高炉炉底板监控系统。同时，通过建立炉缸侵蚀模型、高炉冷却壁漏水治理、炉内气流调整，实现了高炉1000天稳定顺行。（A、B）4000m3高炉主要特征如表1：

2  炉底板上翘治理技术特点

2.1  炉底板监控设备投运

马钢第三炼铁总厂两座（A、B）4000m3高炉，2007年投产后三年多发现炉底板上翘，炉底板四周翘起与基础之间距离高达200㎜左右。两座高炉炉底板上翘，导致整个炉壳上涨，影响高炉设备的安全，特别是高炉炉缸的安全。

为恢复炉底水冷管的冷却效果，沿炉底封板一周在高炉基础上采用化学植筋的方式预埋M36～M42的锚栓108个，通过压板扣住炉底板并在空隙中填充高导热灌浆料。

在炉底H梁位置设置辅助压紧装置，从38根炉底H型钢梁(HM250×170）两端设置76件辅助压紧装置“小鞋子”(L型装置), 其底板与炉底H型钢梁焊接,通过压板扣住炉底板。然后利用炉底H型钢梁的拉力来平衡炉壳上涨力，从而增加抑制炉底板上翘的力。同时保证了炉底H型钢梁与炉底板相对稳定，确保炉底板与炉底H型钢梁的塞焊连接不被进一步拉开，防止炉底板的进一步损坏发生漏煤气情况。

完成抑制上涨力的措施后，及时对炉底板下部浇注填料，实施防止回落的措施。在浇注填料的实施前，要同步完成炉底测温点，和位移监测装置的安装调试；同步建立在线监控系统。以更加准确的掌握上翘炉底板的温度、位移变化趋势。

2.2  炉缸模型和水温差监测

炉缸的侵蚀是不可避免的，国内外典型炉缸结构是冷却壁-捣打料-炭砖陶瓷杯结构，这种传热结构最大的不确定因素在于捣打料层。高炉由休风到生产的过程中，有检测数据表明炉壳被施加一个70MPa的环向应力。另外查文献知[1]，对捣实的国内碳素捣打料施加50MPa的作用力，捣打料会发生3%-8%的变形量。高炉生产与休风的交替和炉缸热应力的变化，会导致捣打料层发生变形量，变形的结果会产生气隙。有文献显示[2]，根据高炉炉缸气体成分测算的气体导热系数是0.042W/m.k，相当于炭砖导热系数的1/300，会严重影响炭砖的热量向冷却壁传导，这是炉缸炭砖侵蚀的重要原因。

建立炉缸侵蚀检测体系的目的是了解和掌握炉缸侵蚀状况，便于及时发现侵蚀部位，采取有效措施控制侵蚀的进一步发展。我厂监控主要包括以下几个内容：

（1）炉缸温度监控和炉缸侵蚀模型

炉缸区域的炭砖电偶温度可以直接反映炉缸耐材的温度，通过计算可以得到炉缸内的温度场分布情况，并间接反映侵蚀状况。由于各高炉的炉缸炭砖材质和砌筑技术有区别，炭砖电偶温度的数值代表的意义也不尽相同，下表为马钢高炉炉缸监测的侧壁温度管理值。

根据在炉缸设置的热电偶所测量的温度，利用平板传热、有限元等方法建立炉缸侵蚀模型，能够比较直观地反映炉缸的侵蚀情况。例如，图1为马钢A高炉1#铁口方位铁口中心线上方690mm处复式电偶通过模型计算得出该处砖衬残厚和凝铁壳厚度变化趋势。（2）炉缸冷却水水温差监控

炉缸水温差监控可以直接反映冷却壁承受的热负荷水平，并且结合同区域的炭砖温度曲线可以综合判断炉缸气隙的状况。A、B高炉自动投运的水温差监控包括炉缸周向所有的冷却壁水管，测量值是1层-4层冷却壁水温差之和，由于高度方向上包含的冷却壁有4块，区域过大无法准确与炭砖温度对应。2016年底开始对1-4层铁口区域冷却壁每层出水增加检测电偶，因单块冷却壁水温差数值较小，需要水温差电偶和电气系统的精确度都要很高，安装后监测更加精细、准确。

2.3  炉体冷却壁漏水治理

炉体冷却壁治理主要是对炉体冷却设备的统计分析，控制适宜的边缘气流，达到稳定炉墙渣皮，减缓炉墙侵蚀，保持稳定操作炉型的目的。

2.3.1  冷却壁本体管破损分析

开炉后，由于高炉原燃料保供经验不足，导致炉况冬季周期性波动，炉体砖衬侵蚀严重。从2012年开始，A、B高炉冷却壁水管破损数量呈明显上升趋势，对高炉操作造成很大影响。

看出，A高炉冷却壁破损较多，主要集中在2014年底至2015年5月之间，同期高炉炉况稳定性不好，边缘气流不受控，造成冷却壁砖衬的大量损坏。2015年6月以后，高炉重点优化煤气流的调整，保证中心气流的前提下控制适当的边缘气流，砖衬渣皮稳定性改善。另一方面，通过对破损冷却壁的水量精确监控和控制，对破损通道大于2根的冷却壁实施灌浆盲死并安装微型冷却器，减少漏入炉内的水量同时增加了冷却强度，促进渣皮的稳定。

2.3.2  微冷安装及破损分析

面对冷却壁本体管破损严重的问题，A高炉采用在冷却壁上钻孔安装微型冷却器的技术。安装的微型冷却器作为破损凸台和冷却水管的补充，增大冷却强度，同时微型冷却器相当于冷却壁上的锚固件，作为渣皮生成的根基，可在炉墙上稳定形成一层厚度适当的渣皮，作为炉墙的保护衬。既有利于高炉长寿，又有利于炉况的稳定顺行。

A高炉2016年以来共安装炮弹头 12个，均处于炉身中下部铸铁和铜冷却壁交界处的铸铁冷却壁部位。首批安装的炮弹头4个月发生漏水情况，后期通过对炮弹头的优化改进，炮弹头寿命有所提高。

3  炉内操作优化

高炉长期保持稳定是高炉长寿的根本，马钢高炉操作者通过各个环节的努力，做到了在现有原燃料条件下稳定顺行1000天的阶段性目标，也为高炉长寿打下坚实基础。

3.1  保供精料

马钢目前高炉原燃料保供仍处于保障数量的较低水平，而大型高炉对于原燃料质量的要求相对较高。因此，在目前保供的大环境下需要积极主动的做好内部管理，从而保障高炉的稳定顺行。

（1）烧结矿质量和性能的稳定，对高炉影响很大，往往在混匀矿料条转换期间高炉出现大幅波动。因此，2015年初开始采用混匀矿料条转换期间两老带一新的模式，优化后烧结矿换堆过程对高炉炉况的影响逐步减小，促进高炉的稳定顺行。

（2）焦炭的质量对于大型高炉来说意义重大。我厂积极跟踪高炉焦丁和返焦粉的数量及焦炭冷、热态性能，发生异常情况及时向公司预警，焦化厂积极协调调整配煤比和生产，从而相对及时的纠正焦炭质量劣化趋势。同时，在现有焦炭粒度下，扩大部分焦炭仓筛齿间距（25mm→28mm），增大高炉中心焦炭粒度同时提高焦丁比用量，为高炉稳定顺行打下基础。

（3）入炉有害元素控制：马钢4000m3高炉检测的有害元素包括锌、钾和钠。锌容易气化，锌蒸汽进入砖缝，氧化成ZnO后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。碱金属如果入炉量超过高炉排碱能力，就会形成碱金属富集，球团矿碱金属含量高会异常膨胀引起严重粉化，恶化料柱透气性。同样，碱金属与焦炭反应会大幅降低高炉下部焦炭的强度，影响高炉稳定顺行。

马钢4000m3高炉入炉锌负荷2016年1-3月份连续偏高，月平均值达到300g/t，最高达到367g/t。公司对高炉入炉原料进行全面检查，烧结矿锌含量偏高主要是配用的炼钢污泥中锌含量过高导致。因此，对烧结配用炼钢污泥数量和有害元素含量进行控制，烧结矿锌含量逐步正常，2016年5月以后高炉入炉锌负荷总体保持220g/t水平，促进高炉稳定顺行。

3.2  炉内气流调整

鉴于马钢大型高炉的原燃料现状，及开炉一直以来的周期性波动，2014年3月两座高炉逐步从失常中恢复后，马钢高炉操作者逐步去除中心焦，发展两道气流的布料模式。下图为2014年4月中心加焦的典型模式和目前的两道气流模式对比：

在3年多摸索去中心焦的过程中，马钢（A、B）4000m3高炉基本解决了在现有原燃料条件下高炉的稳定顺行关。通过两道气流的模式转换，高炉压差水平由175kpa下降至165kpa，冷却壁渣皮稳定性改善，高炉操作燃料比下降至500kg/t水平。

4  结语

（1）马钢（A、B）4000m3高炉开炉3年多出现炉底板上涨，采用炉基化学植筋扣紧装置进行处理并灌入导热浇注料，延缓了炉底板上涨趋势，改善了炉底水冷管对炉底的冷却效果，为高炉实现稳定顺行打下基础。

（2）依据马钢现有原燃料条件，逐步过渡中心焦模式，发展两道气流的操作模式。高炉压差降低，冷却壁渣皮稳定性改善，为高炉稳定、降耗提供保障。

（3）通过对烧结矿和焦炭质量性能的优化，严格控制入炉有害元素，为高炉提升指标提供有力保障。

（4）通过炉底板和炉缸监控系统，实时监控高炉炉底、炉缸区域的工作状况，发现异常及时处理，不仅促进了炉底、炉缸的稳定运行，同时抑制了炉壳的过快上涨，避免冷却壁水管挤压造成的损坏。

（5）对于漏水通道较多的冷却壁应当及早安装微型冷却器，可以避免冷却壁破损的进一步扩大，减少炉内漏水，稳定耐材热面渣皮厚度。

5  参考文献

[1]项仲庸.国外高炉炉缸长寿技术研究[J].中国冶金,2013,23(7):1.

[2]程树森，杨天钧，左海燕，等.高炉炉身下部及炉缸、炉底冷却系统的传热学计算[J].钢铁研究学报,2004,16(5):11.