摘要  针对汉钢公司2280m³高炉降料面检修期间发现的风口回旋区内衬、冷却壁侵蚀现状的观察的分析观察，分析认为，焦炭质量差、设计缺陷、富氧率偏高、及含铁料中K、Na、zn等有害元素在炉内的富集是造成风口区侵蚀及冷却壁损坏的主要原因；最终对风口区采用了比较先进的整体浇注技术，保证了其操作炉型基本维持不变，为后期的高炉安全、高效生产奠定了良好的基础。

关键词  高炉  风口回旋区  侵蚀  浇注技术

1  引言

汉钢2#高炉（2280m³）于2012年8月15日建成投产，高炉本体采用最新的砖壁合一技术，薄壁内衬结构，陶瓷杯炉缸，冷却系统采用联合软水密闭循环系统。投产三年以来，高炉基本稳定顺行，2015年决定降料面停炉检修，更换部分损坏冷却壁及高炉本体喷涂造衬，在清理风口区炉墙粘结物时发现该部位侵蚀严重，并对风口区被氧化形成的白色粉末进行了化验，分析认为，焦炭质量差、设计缺陷、富氧率偏高、及含铁料中K、Na、zn等有害元素在炉内的富集是造成风口区侵蚀及冷却壁损坏的主要原因。

2高炉风口回旋区的形成及高炉本体构造设计特点

2.1高炉风口回旋区的形成^［1］

高炉风口回旋区是整个高炉生产的热量和能量之源，是高炉稳定操作的重要反应区，高炉风口回旋区的形成和反应情况，将直接影响着高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降以及整个高炉内的传热传质过程，随着技术的进步和高炉大型化，鼓风速度一提高到100~200m/s，这时风口前的焦炭受到强烈的流体动力作用，在风口前的焦炭受到强烈的流体动力作用。

在高炉风口前缘的整个回旋区内存在着一个物理环境和一个化学环境。焦炭颗粒与煤气流之间的动量传递、二者之间运动过程以及相互作用构成了回旋区内的物理环境。同时，焦炭在运动中还进行着质量、热量的传递。在此整个燃烧以及传质传热过程就构成了回旋区内的化学环境。风口回旋区正是在物理过程和化学过程相互作用下产生的。

2.2高炉本体构造^［3］

炉底第1层满铺国产超高导石墨砖，第2、3层满铺国产微孔碳砖，第4、5层中心砌筑国产微孔碳砖外侧砌国产超微孔碳砖；第6、7层立砌楔形刚玉莫来石砖；整个炉底砌体高度2800mm；风口区至大套上沿全部采用大块组合砖砌筑，以加强结构的稳定性；同时采取措施，增加风口冷却壁与炉腹铜冷却壁交接处组合砖厚度。风口及铁口组合砖材质均为刚玉莫来石，（见图1）以提高其抗渣铁侵蚀及冲刷能力。

图1 汉钢2280m³高炉炉缸构造图

3风口区的侵蚀现状

3.1风口区组合砖侵蚀现状：

高炉停炉扒焦炭至风口中心线以下约0.6米（见图1），在做喷涂前准备清理炉墙粘结物时，发现第五段铜冷却壁以下至风口中套下沿以上的风口区域炉衬粘侵蚀严重，并有缝隙、裂纹（见图2）、部分组合砖出现松动脱落，并发现组合砖内部有渗铁现象（见图3），鉴于以上对该区域进行了彻底清理，一直清理至风口中套下沿，高炉度约600mm（见附图1），清理完后冷却壁上的粘结物被氧化后生成白色粉末，化验后成份如下表一。

表二：风口区粘结物化验结果

        图1风口侵蚀区清理后 图2风口上部炉衬裂缝

图3清理完后冷却壁上的粘结物

4风口区侵蚀原因分析

4.1焦炭质量的影响：

该高炉使用焦炭品种为捣固焦，焦炭常温的M25和M10尚属正常，但高温性能较差，（如表二）焦炭是决定炉缸状态的重要因素，热性能差会影响炉缸内焦炭透气透液性，，当滴落带特别是炉缸中的死料柱（焦炭柱）透气性、透液性差时，就要出现炉缸不活跃堆积，炉缸内铁水环流严重。

表二：焦炭成份

4.2含铁料中有害元素的影响：

该高炉开炉以来，炉料结构一直以高碱度烧结矿加酸性球团矿为主，近年来受通过使用廉价矿达到降低生铁成本的思想影响，自开炉以来就配加的部分含铁料中有害元素超标，加之长期配加重力煤气除尘灰（成份见表三），历年来烧结矿、球团矿部分元素成份（见表四、五），导致如炉料中碱负荷、锌负荷等有害元素负荷持续偏高，其中2013年、2014年碱负荷持续稳定在3.1-3.5 kg/t之间，2015年逐步下降至2.0 kg/t左右；2013年、2014年锌负荷长期＞1.0 kg/t，2015年基本稳定在0.6-0.8 kg/t之间；

  表三 重力灰部分元素成分表

表四 烧结矿部分元素成份表

表五 球团矿部分元素成份表

结合冷却壁表面生成的白色粉末成份（如表一）可以看出碱金属（KO₂+ Na₂O）的质量分数为51%，可以说明侵蚀以 碱金属的化合物为主，碱金属主要是以复杂的硅酸盐、硅铝酸盐等形式被原料带入高炉，相当稳定的碱金属硅酸盐但在高温下会被还原放出碱金属蒸汽，体积膨胀30% ～50%， 这是造成风口区内衬侵蚀的主要原因；在高温区的 碱金属（以K为例） 的侵蚀机理为^［2］:

2K(S) +SiO₂ (S) +CO(G) = K₂SiO₃ (S) +C(S)   

ΔG₁ =－149000 +79.07T

通过上表可以看出ZnO的质量分数为19.8%,ZnO 在 952 ℃ 被 C 还 原，Zn 的 气 化 温 度1030 ℃， 高炉内部高于这个温度， 在还原剂允许的情况下会发生还原， 大于 952 ℃会发生破坏作用．Zn 的侵蚀机理为:

C(S) + ZnO(S) = Zn( G) + CO( G)     

ΔG₂ =344347. 5 －281. 1T

4.3富氧鼓风的影响：

图5    历月富氧量波动图

富氧量偏高，导致风口前富余氧形成氧化气氛，风口区内衬中含有的SiC和钢纤维在风口前端富氧条件下会发生氧化反应，即：

SiC+0₂→Si0₂+C0₂

Fe+0₂→FeO或Fe+0₂→Fe20₃

铁的氧化物和Si0₂再与材料中的Al₂O₃，等其它氧化物生成低熔点物质，应生成新的物相多数是低熔点化合物，如(Ca，Na)(Si，A1)₄O₈约为1250℃，K_1.25Al_1.25 Si_0.75O₄约为1700℃，Ca₂A1₂Si0₇的熔点为1596℃，Ca_0.54SiO₄的熔点约为1200℃。在风口前端燃烧区温度高达2000℃以上，加上高炉内的富氧环境，内衬在高温辐射和富氧的条件下，发生化学反应，产生了上述的低熔点物质，导致风口衬套前端的熔损。

5结 论

（1）K、Na、zn等有害元素在炉内的富集是风口回旋区及炉缸侵蚀的主要原因，制定严恪的原燃料采购标准，在配料过程中杜绝使用瓦斯灰，避免有害元素的循环富集，严格控制入炉原料有害元素；增加烧结矿中Mgo含量，考虑到碱金属对高炉带来许多不利因素，通过提渣中Mgo含量可降低渣中K，0、Na的活度，提高炉渣排碱能力。

(2)富氧量鼓风导致边缘气流发展及风口前富余氧形成氧化气氛，使材料受到熔蚀，氧化反应生成的气体不断从材料内部放出来，致使材料气孔率增加，材料变得疏松，加速了材料的侵蚀，在后期的生产中应严格杜绝氧量大幅波动的同时，还应将富氧率控制在一个合理区间。

（3）高炉炉型上的设计缺陷要积极应对，在现有的焦炭基础上要合理调配，加强入炉原燃料管理，在操作方面尽量缩小风口面积，提高鼓风动能，稳定中心气流；加强外围管理，及时出净渣铁，尽量避免渣铁面上升；稳定冷却参数的同时严格控制进水温度，尽量提高该部位的冷却强度。

参考文献：

［1］赵欣   高炉风口回旋区特征的研究现状，甘肃冶金，2015年2月，第37卷第1期

［2］祁成林 有害元素对高炉炉缸侧壁碳砖的侵蚀，北京科技大学学报，2011 年 4 月，第 33 卷 第 4 期

［3］中冶南方2280高炉《技术说明书》 02炼铁部分