包钢5#高炉炉缸侧壁温度升高的分析与防治

高向洲¹，张志斌¹，张 利²，马 祥¹，于恒亮¹，郭卓团¹

（1．内蒙古包钢钢联股份有限公司炼铁厂，内蒙古 包头 014010；

2．内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部，内蒙古 包头 014010）

摘 要：高炉炉缸是制约高炉寿命达到15年以上的关键部位，也是决定高炉寿命的关键因素。针对5＃ 高炉炉缸侧壁温度升高，通过对炉缸侵蚀机理的研究，判定铁水环流加剧、炭砖侵蚀严重是炉缸侧壁温度升高的直接原因。5＃ 高炉通过采取制定预警标准、强化日常管理、优化铁口深度标准与加强维护、根据三级预警调整生产操作参数等防治措施，炉缸侧壁标高 8.663ｍ 处铁口区温度均下行，停炉前基本稳定在350 ～450 ℃ ，处于可控范围。

关键词：高炉长寿；炉缸；侧壁温度；预警管控；铁口深度

包钢5＃ 高炉于2019 年 4月大修开炉，有效容积为1500 ｍ³ ，设置24个风口，东西两个出铁场，配备有渣铁摆嘴。本体采用开路循环水冷却，共有17段冷却壁。炉顶采用并罐装料工艺。期间受市场影响2022年8月停炉，钢铁市场回暖后，5＃ 高炉于2023 年2月重新开炉，期间高炉总体安全运行3年零4个月。

1   现状

5＃ 高炉炉缸侵蚀主要集中在两铁口下方，炭砖残存厚度东铁口下方为816 ｍｍ，西铁口下方为875 ｍｍ，其他方向为1000～ 1300 ｍｍ，炉底厚度较均匀，在 2078～ 2211ｍｍ 之间。东铁口下方标高 8.663ｍ 侧壁温度7 月11 日11：53 东场堵口后温度 陡升，15 ｍｉｎ 内温度从 586 ℃ 上升至597 ℃ ，后采取 西场连续出铁一次，温度逐步下降至 576 ℃ ，恢复双 场正常出铁后该温度又继续上升至611 ℃ 。

2 炉缸结构

炉缸是决定高炉寿命的关键部位^［1］ 。5＃ 高炉炉 缸采用国产超微孔炭砖，炉底采用陶瓷垫搭配超微孔＋半石墨砖的复合结构设计。炉缸炉底区域埋设了163 支柔性电偶，后又增设16 支电偶（每支两个 测温点），共计195个测温点，这些电偶在高度上分11层，其中炉底设计5层，炉缸侧壁设计6层，纵向 高度从4.50 ｍ 至9.081 ｍ，炉缸侧壁重点侵蚀区域插深分别为0.30 ｍ 和0.15ｍ，配备炉缸炉底温 度场在线监测预警模型。

3 侧壁温度升高原因分析

3.1 原燃料质量波动大

5＃ 高炉原燃料质量整体较差，鼓风动能基本维持在 80 ｋＪ／ ｓ，低于行业平均 125ｋＪ／ ｓ 的鼓风动能， 中心气流长期偏弱，导致炉缸死焦堆肥大且透液性 不好，铁水环流加剧，炉缸侧壁侵蚀速度加剧。表1为焦炭质量指标，表2为有害元素入炉负荷。

 

由表1可知，5＃ 高炉所使用的西区湿焦灰分偏 高，反应后强度波动较大，焦粉率高，且为捣固焦，气 孔率小，对炉缸透液性影响较大。由表2可知，随着 护炉措施使用，入炉钛负荷呈上升趋势，碱负荷、锌 负荷较高，其危害主要有：

（1）提前并加剧 CO₂ 对焦炭的气化反应，缩小 间接还原区，扩大直接还原区，进而引起焦比升高， 降低料柱特别是软熔带气窗的透气性，引起风口大 量破损。

（2）加剧球团矿灾难性膨胀和多数烧结矿中温 还原粉化。

（3）由于上述两种原因，引起高炉料柱透气性 恶化，压差梯度升高，如不适当控制冶炼强度，会频 繁地引起高炉崩料、悬料乃至结瘤。

（4）对于碱金属积累严重的高炉，矿石（包括人 造矿）的软熔温度降低，焦炭破损严重，在气流分布 失常或冷却强度过大时，也会引起高炉上部结瘤。

（5）碱金属、锌等有害元素会引起硅铝质耐火 材料异常膨胀、热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短 了高炉内衬的寿命，严重时还会胀裂炉缸、炉底钢 壳。

3.2 铁口深度不够

试验分析在铁口附近，随铁口深度的增加，炉缸 内壁上部和下部剪切应力值显著减小；而在远离铁 口的位置剪切应力值变化很小。说明铁口深度的变 化对铁口附近周围的应力分布影响较大，而对离铁 口较远的区域影响较小。造成这种情况的原因是， 随着铁口深度的增加，铁水向铁口中心流动，使得炉 缸边缘的铁水环流减小，从而减轻了对炉缸内壁的 冲刷及熔蚀。随着铁口深度的增加，炉缸内壁剪切 应力值的减小幅度有所变化^［2－4］ ，见图1。

 

5＃ 高炉日常生产中，铁口深度长期保持在2.5 ～ 2.8 ｍ，对标行业同级别高炉铁口平均深度为2.8 ｍ，由于铁口深度偏小，没有很好地形成有效泥 包对炭砖进行保护，加剧了铁口区域铁水流动冲刷 频率，从而增加了对铁口区域内衬的侵蚀速度。

3.3 铁口区炭砖侵蚀严重

5＃ 高炉炉缸标高 8.633 ｍ 处炭砖出厂型号为1198 ｍｍ ×500 ｍｍ，停炉后通过对炉缸炭砖侵蚀情况调查，炭砖残留厚度见表3。

 

由表3可知，东西铁口下方标高8.663 ｍ 处炭 砖残留厚度最薄为138 ｍｍ，最厚处也仅有468 ｍｍ， 是侧壁温度升高的直接原因。

4 防治措施

为了有效控制炉缸侧壁温度上升且处于可控范 围内，确保高炉安全停炉，特制定如下预防和治理措 施。

4.1 制定炉缸预警标准及操作标准

针对 5＃ 高炉炉缸侧壁温度异常升高，为保证安 全生产，制定以下特护标准。具体预警值和对应措 施见表4、表 5。

 

依据预警级别采取如下相应措施：

（1）炉内操作。铁水物理温度大于1500 ℃ ，铁水 Si 含量在0.50％ ～ 0.65％ 之间，铁水 S含量小于0.030％ ，在缩小风口或加长风口的基础上酌情堵风 口。长期使用钒钛矿护炉，铁水Ti含量控制在0.18％ ～0.25％ ，减产 5％ 以上直至稳定。

（2）炉前操作。铁口深度大于 3.0ｍ；铁口区域 侧壁温度高时，使用特护炮泥；连续两炉低于铁口深 度下限，应分析原因，采取有效措施，避免半截漏和 渗铁现象；侧壁温度高的铁口控制出铁时间，原则上 出铁时间应小于90 ｍｉｎ，铁口见喷后方可堵口；出铁 量减少，采取两个铁口轮流出铁，以确保两个铁口泥 包完整。

（3）冷却制度。检查冷却设备漏水情况，及时 更换漏水冷却设备；炉缸冷却强度用至最大能力，降 低进水温度至最低，同时温度高的冷却壁单独改高 压水冷却；严格执行水质控制标准。

（4）增加人工检测次数。增加铁口区域温度高 对应一侧炉壳温度自动检测设备；炉基水温差及炉 壳温度检测，每班一次，并按此频次发相关数据至 “炼铁厂高炉长寿”群。

（5）其他。如有上述没有描述到的异常情况出 现时，按相应的应急措施进行处理；以上动作量由每 天碰头会决定，侧壁温度小于500 ℃ 开始逐步返回 调整量；利用系数按小于 2.3ｔ ／（ｍ³ ·ｄ）控制。

4.2 强化基础管理

炉缸侧壁温度、炭砖残留厚度任何一项达到预警 等级，应汇报生产技术部，由生产技术部进行核定。

（1）信息管理。预警在正常范围内，每天早班汇报 1次，达到预警每班汇报2次（6 小时／次）。预 警信息发送至高炉长寿微信群。

（2）电偶维护。加强炉缸区域电偶维护，出现 异常及时检查更换，同时增设炉缸冷却壁水温差升 高部位的电偶，以监测此部位炉墙的温度变化情况。

（3）炉壳测温。在炉缸冷却壁水温差较高炉壳 处，按要求用红外测温检测炉皮温度，并作好记录。 同时定期用红外成像仪拍摄炉皮热成像图，必要处 安装炉皮温度检测装置，连续监测炉皮温度。

4.3 铁口深度标准的制定与维护

4.3.1 优化铁口深度标准

铁口深度即出铁时铁口区域炉墙和炉内泥包渣 铁通道的总长度。图2为国内部分高炉铁口深度和炉容的关系，由图2可以看出，随炉容的增大，铁口 深度相应增加。对于3000ｍ³以下级别高炉，铁口深度随炉容增加趋势明显，3000ｍ^３以上级别高炉， 铁口深度增加趋势变缓。铁口深度与铁口区域炉墙 厚度有关，一般要求在炉墙厚度的 1.2 ～1.5 倍之 间^［5］ 。

 

结合包钢高炉设计资料及行业同级别高炉合理 铁口深度计算得出 ５＃ 高炉铁口深度在 2.8 ～3.0 ｍ 较为合理。

4.3.2 加强铁口的维护

（1）保持正常的铁口深度。根据铁口的构造， 正常的铁口深度应稍大于铁口区炉衬的厚度。保持 正常的铁口深度，在操作上应每次渣铁出净后，全风 堵铁口；保持适宜的堵泥量；炮泥质量应满足生产要 求，要有良好的塑性及耐高温渣铁磨蚀和熔蚀的能 力；加强铁口泥套的维护。

（2）保持正常的铁口角度。固定铁口角度操作 十分必要，出铁口由一套组合砖砌筑，如铁口角度改 变，必然破坏组合砖，同时炉缸铁水环流会加重对炉 缸砖衬的侵蚀。

（3）保持正常的铁口直径。铁口孔道直径变化 直接影响到渣铁流速，孔径过大易造成流量过大，引 起渣铁溢出主沟或下渣过铁等事故。另外，还会引 起出铁间隔时间不均匀，影响炉况顺行。

（4）保持铁口泥套完好。保持铁口泥套完好可防 止铁口冒泥和铁口堵不上，减少事故，保证铁口深度。

5 治理效果

通过采取以上防治措施，5＃ 高炉炉缸侧壁标高8.663 ｍ 处铁口区温度上升得到了有效的遏制，基本稳定在 350 ～450 ℃ 之间，无明显变差的趋势，处 于可控范围内，消除了炉缸安全的重大隐患，为高炉 安全高效运行创造了良好条件。

6 结论

（1）通过对炉缸炭砖侵蚀调查，东西铁口下方 标高8.663 ｍ 处炭砖残留厚度最薄处为138 ｍｍ，位 于东铁口下方，最厚处也仅有468ｍｍ，炭砖侵蚀严 重是侧壁温度升高的直接原因。

（2）5＃ 高炉通过采取制定预警标准、完善高炉 管理、优化铁口深度、调整生产操作参数等措施，炉缸侧壁温度得到了有效防治。

参考文献

［1］ 张福明，程树森． 现代高炉长寿技术［Ｍ］． 北 京：冶金工业出版社，2012．

［2］ 王平，别威． 高炉炉缸铁水流场数值模拟［Ｊ］． 金属材料与冶金工程，2011（1）：19 －20．

［3］ 朱进锋，程树森． 高炉缸死焦堆对渣滞留率的 影响［Ｊ］． 北京科技大学学报，2009，31 （2）： 225 －226．

［4］ 王平，别威． 高炉炉缸内不同死料柱状况对铁 水流场的影响［Ｊ］． 安徽工业大学学报，2011 （2）：105 －106．

［5］ 周传典． 高炉炼铁生产技术手册［Ｍ］． 北京： 冶金工业出版社，2012．