摘  要  针对柳钢4号高炉炉缸侧壁温度升高的情况，采取休风压力灌浆、提炉温、加钒钛矿、调气流等措施，在不控冶强甚至提高冶强的情况下，将炉缸侧壁温度降至＜400 ℃的安全范围，并保持良好稳定的燃耗指标与铁水质量指标。实践表明，只有上下部调剂放中心、抑边沿与加钒钛矿相结合才能达到最佳护炉效果，其中调气流是决定性前提，加钒钛球在实质上发挥修复炉缸的功效；钒钛护炉的关键在于控制ω铁水（Ti）在0.10%～0.15%，相应的入炉钛负荷底限为＞3.5 kg/t，才能修复炉缸，炉温按中等水平控制（ω铁水（Si）在0.60%±0.05%，ω铁水（S）在0.01%～0.02%，物理热1 500 ℃±10 ℃）利于钛沉淀护炉；改善原燃料质量保证顺行并利于制度压边、维护好铁口是护炉的基本保障。

关键词  高炉护炉  炉缸侧壁温度  气流  钒钛球

1  前言

柳钢4号高炉于2008-01-23投产，有效容积2000m3，26个风口，2个铁口。炉缸采用炭砖+陶瓷杯结构，其中炉缸侧壁从里到冷却壁之间为刚玉莫来石砖+微孔模压小炭块+高导热微孔模压小炭块；炉缸底部从上往下依次为陶瓷杯+微孔炭砖+半石墨化低气孔率焙烧炭块+石墨块。炉缸死铁层高2 m，占炉缸直径20%，达到安全设计要求。炉缸共有4层光面冷却壁，每层均为2块1组，1块进1块出，铁口区域为单独1块冷却。由于炉役已达9年多，炉缸侧壁热电偶多有损坏或者外部接线不良显示异常，炉缸安全状况有失监控。2017-01-05，通过检查整理炉缸侧壁热电偶，发现东铁口下方2 m（8.4 m高度第5点，刚好位于象脚区域）、西铁口下方1 m（9.4 m第T12点）侧壁温度均达440 ℃～450 ℃，西北方向炉缸冷却水温差达到1.9 ℃，处于炉缸安全预警范围。于是，炼铁厂组织进行护炉攻关，本文进行总结。

2  护炉措施

查考文献[1～6]得知，以往护炉措施通常有以下几点：

（1）压力灌浆，以填充炭砖与冷却壁之间缝隙，利于传热保护炭砖；（2）加强冷却，利于炉缸保护层生成，但作用有极限；（3）加强铁口维护，目的是形成稳固泥包，保护铁口周围区域的砖衬避免受到渣铁、焦炭的直接冲刷；（4）控冶强、堵风口，本质都是减少物理冲刷，前两者相互配合以保证鼓风动能，但只能延缓炉缸侵蚀不能逆转，且长期使用不利于炉况顺行及指标优化；（5）调制度，改长、直风口，本质也是减少边沿机械冲刷，但长期改长、直风口对炉缸活跃不利；（6）停风凉炉，炉缸安全发生危险警报时被迫临时紧急使用，对炉况不好；（7）加钒钛矿护炉。柳钢是国内最早应用此技术并取得成效的。其本质是化学修复，长期有效，其原理是，TiO2在炉内高温区被直接还原生成元素Ti熔解进入铁水中，当与铁水中熔解的C、N的浓度积达到饱和状态时析出，生成TiC、TiN、及其固溶体Ti(C，N)，主要是在离炉缸冷却壁较近的区域，与铁水及铁水中析出的石墨等在炉缸炉底生成、发育、集结，尤其是已受侵蚀的炉缸砖缝与内衬表面，由于Ti(C，N)熔点很高，起到修复炉缸受损部位的作用，与石墨、凝铁层一起保护炉缸。

根据4号高炉炉缸侧壁温度具体情况逐步采取如下系列措施。

2.1  初始期加强冷却

由于2016年二季度处理炉况需要降低炉缸冷却水压力，并使用萤石锰矿洗炉，炉况恢复正常后冷却水压力没有及时恢复，对炉缸维护不利。2017-01-05检查发现炉缸侧壁温度升高、冷却水温差达1.9 ℃后，立即逐步恢复炉缸冷却水压力，由0.26 MPa升至0.32 MPa，经过1个月的时间，加上压力灌浆的作用，炉缸冷却水温差逐步降至1.5 ℃。

2.2  压力灌浆

2017年利用休风机会共进行了3次炉缸压力灌浆，每次灌浆都力求控制好灌浆压力，以防过猛把砖衬顶移位或脱落。从灌浆效果看，每次初始短时间内炉缸侧壁温度都出现不同程度的下降，但持续时间不长就反弹。2017-08-07对炉缸进行红外成像扫描，发现炉缸东西方向仍然存在气隙。可见，灌浆后浆料受热收缩，难以完全填充气隙。另外，当其他因素不利时，炉缸侧壁温度每次几乎反弹到原位，依此判断，气隙存在引起砖衬传热受阻只是炉缸侧壁温度升高的次要因素。

2.3  提炉温、加钒钛矿

进入2017-02，炉缸侧壁温度反弹，主要是9.4 m第T12点温度突破450 ℃。2017-02-10起，开始注重提炉温操作，控制ω铁水（Si）在0.55%～0.85%、ω铁水（Ti）在0.08%～0.12%、ω铁水（S）在0.010%～0.020%，提钛护炉，适当降低渣铁流动性以减弱冲刷侵蚀。之后，侧壁温度虽然反复波动，但总体稍有下降，直至2017-02-25大量配用水焦后，受气流影响，炉缸侧壁温度反弹，至2017-04-06， 8.4 m第5点接近450 ℃，9.4 m第T12点接近470 ℃，突破历史新高（见图2），被迫紧急启用钒钛球护炉。为增加作用，布料时把钒钛球布在边沿，以利于钛氧化物集中于边沿区域还原，且在炉缸边沿析出沉淀。

实践表明，提炉温、加钒钛球护炉是有效的，调整前后炉温变化见图1，炉温不必控制过高，以免增加操作难度，ω铁水（Si）控制在0.6%左右也能达到良好的护炉效果，关键是铁水中Ti含量；在气流调整合理的条件下，钒钛球配用量增加到一定程度，侧壁温度下降效果才会明显，这跟入炉Ti负荷及补炉率（m炉内（Ti）/m入炉（Ti））有关，补炉率越高效果越明显，Ti平衡计算结果见表1。可见，钒钛球用量＞500kg/批后，控制[Ti]%在0.1～0.15，补炉率才超出不加钒钛矿时的补炉率，方可达到护炉效果。由于配钒钛球生产后，炉缸活跃受影响，每次视侧壁温度下降后减少钒钛球配用量，当钒钛球配用减至≤500kg/批后，侧壁温度往往反弹，比如6月5日起钒钛球减配至500kg/批后，在制度压边、炉况顺行良好的情况下，炉缸侧壁温度从6月16日起至7月8日快速反弹至450℃；同样，8月31日减配钒钛球至500kg/批后，侧壁温度快速反弹，及时加配钒钛球后才终止反弹并回降，这两次调整及反应均证明了钒钛球的起用下限。考虑钛的其他来源，用入炉钛负荷表征入炉钛底限更科学，护炉起效的钛负荷应＞3.5kg/t。

2.4  调制度与放中心、抑边沿贯穿始终

边沿气流发展，一方面加强了气流对炉缸的冲刷搅动；另一方面，导致生成的渣铁集聚在炉缸边沿，且中心偏弱后中心死料柱透气透液性减弱，两者叠加作用造成铁水环流加剧，对炉缸砖衬机械冲刷侵蚀加重；再者，不利于炉况顺行。柳钢4号高炉在气流调节上注重“稳定边沿，打开中心；稳定中心，照顾边沿”，但受到原燃料质量变化等影响，有些时段被迫放开两道气流，引起炉缸侧壁温度升高。实践表明，气流是影响侧壁温度的决定性因素，边沿发展时，其他护炉措施失效，多次气流调节引起了侧壁温度的反复升降，在此重点列举典型的几个时段作为例证。

（1）2017-02-01至2017-02-14侧壁温度升高。1月下旬起，原燃料质量下滑，焦炭S上升、强度下降，煤粉S、灰分上升，球团碱金属上升，炉内透气性变差，中心气流弱，走料偏尺明显偶有滑料，炉温偏低炉型不稳，为保顺行被迫缩批重（51 t→45 t）调节布料制度放开两道气流，顺行很快改善，但炉缸侧壁温度迅速反弹（见图2）。

（2）2017-02-17至2017-03-04侧壁温度下降。顺行改善后逐步恢复各制度，扩批重改制压边，边沿气流受抑制，加上2月10起开始提炉温护炉，炉缸侧壁温度逐步下行。

（3）2017-03-27至2017-04-08侧壁温度升高。由于2月25日开始长期配用大量水焦（30%～65%），初始阶段退守制度过渡顺行后，逐步恢复优化，3月20日矿焦同角度压边至41°后气流不稳，压量紧张，走料偏尺，炉温波动大，加上多块铜板漏水，边沿不稳渣皮频繁脱落，为保顺行及时退角度，调整后炉缸侧壁温度迅猛飙升突破470 ℃（9.4 m第T12点）。

（4）2017-04-09至2017-04-30侧壁温度下降。焦炭干焦部分质量好转，压量均衡顺行改善，4月6日改制压边，加上4月5日起配用钒钛球护炉，侧壁温度下降明显。另外，4月18日起提产后，风量增大较多，利于吹透中心，弱化边沿，也发挥作用。

（5）2017-05-01至2017-05- 27侧壁温度升高。4月中旬起烧结低温还原粉化率走高（达37.5%），5月以来喷吹煤粉频繁变煤种后灰分持续偏高，加上5月初焦炭干焦部分强度下降，炉况变差，改制放两道气流，侧壁温度逐步回升至450 ℃。

（6）2017-05-28至2017-06-15侧壁温度下降。5月25日水焦停用全上干焦，炉况明显好转，制度优化后侧壁温度快速下行。

上述实践表明，为保顺行调气流时，边沿气流必须抑制，即使在保证中心气流的条件下，边沿也不能放开，否则其它护炉措施失效；操作上，4号高炉的矿石布料最外环角度必须≥40°。

2.5  下部调剂

一是利用休风机会调整上翘的风口中套，利于吹活炉缸；二是2017-04下旬开始顺应提产要求，加大风量，利于吹透中心（见图3），鼓风动能有所增加。

2.6  加强铁口维护

8月上旬炮泥质量出现问题，塑性太差，打泥困难进泥时长，铁口维护困难，铁口深度由正常时的3.0 m降至2.4～2.7 m，泥包长不起来，使铁口周围砖衬裸露在渣铁及煤气的强烈冲刷之下，导致在其它制度正常、气流正常的情况下，炉缸侧壁温度由420 ℃反弹至457 ℃（9.4 m第T12点，位于铁口下方1 m）。8月中旬改善炮泥质量后，打泥逐步正常，铁口深度正常后，侧壁温度逐步回降。

2.7  原燃料质量管理

原燃料质量波动容易引起气流波动，原燃料质量变差必然引起料柱透气性变差，为保顺行就被迫发展两道气流，边沿放开后必然对炉缸不利。2017年共有3次明显的影响：一是1月中旬～2月上旬，焦炭强度下降、含S升高，球团碱金属升高，煤粉灰分、含S升高；二是2月25日～5月24日长期大量配用水焦（30%～65%）；三是4月中旬烧结低温还原粉化率异常升高，由正常时的20%左右升至37.5%，煤粉灰分升高。三次波动均造成炉况大幅波动，顺行变差后被迫放开两道气流，引起侧壁温度升高。今年以来，4号高炉一直尝试提煤降焦攻关，但由于喷吹煤粉灰分偏高（平均11.5%），燃烧性能差，当喷煤量加到37t/h达2h后，气流明显失稳，走料不稳，炉况不受，煤比无法攻上155kg/t；直到8月下旬，喷吹煤灰分逐步下降，9月上旬降至10.5%左右，炉况才容易接受高煤比，煤比持续达160kg/t气流仍然能够保持稳定。可见，稳定良好的原燃料质量是气流稳定、冶炼顺行稳定高效、也同时是炉缸安全运行的基本保障。

3  效果

通过实施一系列护炉举措，目前炉缸侧壁温度已经降至＜400 ℃安全监控范围（见图2），保障4号高炉的安全生产，但是受原燃料质量变化等影响还存在若干程度的波动，侧壁温度总体是波动下行的，必须密切跟踪及时应对。目前，柳钢4号高炉车间基本掌握本炉的有效护炉方法，确保炉缸安全，高炉指标优秀（见表2），并且仍然保持正常高产状态甚至于4月下旬起提高冶强，燃料消耗水平基本保持，尤其是9月份优化制度、提煤降焦后焦比、燃料比下降显著，铁水质量指标稳步改善。

注：针对4号高炉护炉需要，4月起优质率[Si]%上限由0.65提高至0.80；2月产量低原因为受到计划检修、上料设备故障、吹管烧穿、转炉故障等影响较大。

4  存在问题

（1）加钒钛球护炉与炉缸活跃度的矛盾。炉芯温度、炉缸活跃指数与炉缸侧壁温度呈正比关系（见图3），即加钒钛球护炉后，侧壁温度下降，但炉缸活跃度也跟着下降，不利于顺行；在加钒钛球初始阶段，渣铁流动性变差，出铁难度增加，出铁流速慢且不持久，通过适当放宽铁水含S、开大铁口、缩短出铁间隔等措施后才逐步适应。因此，生产中采取的措施是，当侧壁温度下行至安全范围后，适当降低钒钛球配用量（见图4），过量减少后引起侧壁温度反弹，目前摸索出的钒钛球配用底限为每批500 kg 。

（2）理论燃烧温度控高，有利于钛氧化物还原生成Ti，同时炉温控制在中等偏下水平（ω铁水（Si）在0.5%～0.6%，物理热1 480 ℃～1 500 ℃），有利于Ti的析出生成Ti(C，N)，但实际操作中，炉温控中等偏下水平后，料速难以控制，在保证全风下必须减少富氧，从而使理论燃烧温度从2 200℃±50℃降至＜2100 ℃，达不到理论控制效果。从风温看，柳钢4号高炉热风炉风温正常水平只能达1180℃～1200 ℃，且优化制度后，煤气利用提高，热风炉烧炉困难，风温平均水平只有1190 ℃的水平，这也限制了理论燃烧温度的保证与提高。

5  结语

4号高炉经过近半年的护炉生产实践，得出几点经验：

（1）护炉方法：强化炉缸冷却作用有限，压力灌浆效果不够明确；布料制度上放中心抑边沿是决定性因素，发展中心是最有效的护炉手段，发展边沿对护炉是非常不利的；传统的加钒钛矿护炉技术是实质上修复炉缸的有效手段，布料制度与加钒钛球相配合才能达到最佳的护炉效果；

（2）改善原燃料质量，利于改善料柱透气性保证顺行，为优化布料制度、抑制边沿气流利于护炉、提高指标等创造条件；维护好铁口是护炉的基本保障；

（3）钒钛矿护炉的炉温控制上，中等水平（ω铁水（Si）在0.60%±0.05%，ω铁水（S）在0.01%～0.02%，物理热1 500℃±10 ℃）也能护炉，关键是Ti，ω铁水（Ti）控制在0.10%～0.15%时补炉效果明显，相应的入炉钛负荷底限为＞3.5 kg/t，才能起修复炉缸的作用；

（4）加钒钛球护炉影响炉缸活跃度，兼顾好护炉与顺行的关系，发挥好上下部调剂的作用，采取多手段配合护炉，即使在不控冶强甚至提高冶强的情况下，也能取得良好的技术经济指标，实现高效护炉，一举两全。

6  参考文献

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