邯钢1#高炉长寿生产实践

邓涛，王云，梁红星，杨志功

（河钢集团邯钢公司，河北 邯郸 056015）

摘  要：邯钢1#高炉通过技术人员的精心操作，使得高炉安全、高效、稳定的运行。经过生产数据的总结与分析，得出了1#高炉长寿的操作经验与规律，合理运用操作制度保持长期稳定顺行，保证炉缸活跃、减少边缘侵蚀，加强原燃料质量管控及有害元素的入炉和富集，检修时进行定点灌浆修补等措施确保了高炉的长寿。

关键词：高炉；长寿；炉缸活跃；有害元素

邯钢炼铁厂1#高炉于2008年4月18日开炉，这是邯钢第一座3200m3大型高炉，通过各级技术人员精心操作下安全生产至今。在这期间1#高炉在炉况稳定顺行的前提下，注重高炉长寿的维护，避免因高炉安全问题而停产引起巨大经济损失。1#高炉除了在2011年4月检修时查出6段、7段冷却水管B43损坏外，其他的冷却系统还没有发现损坏。现代大型高炉铜冷却壁技术的广泛采用以及原燃料质量的逐渐提高，高炉炉腹、炉腰及炉身下部冷却壁的损坏逐步减少，制约高炉安全生产的关键部位已经转移到炉缸和炉底。高炉炉缸和炉底的安全是高炉工作者迫切要解决的问题。

1#高炉在生产过程中，炉缸侧壁温度偶有升高的现象，但通过合理操作制度运用，炉缸温度一直保持在规定温度范围以内。通过近些年生产实践的总结，合理的摸索出一套适合1#高炉安全生产的操作制度，使得高炉安全、高效、稳定的运行。

操作制度合理的运用使得高炉保持长期稳定顺行，保证炉缸活跃、减少边缘侵蚀，加强原燃料质量管控及有害元素的入炉和富集[1]，同时在检修时进行定点灌浆修补等措施为1#高炉的长寿打下坚实基础。

操作制度的合理运用是1#高炉长寿的最为关键的因素，1#高炉操作者不断地学习和摸索掌握了适合自己的最佳冶炼水准的生产技术，使得高炉长期的稳定顺行。

1  操作制度的合理运用

1.1  上部装料制度调整维持合理煤气流的分布

合理的煤气分布能够使高炉稳定顺行，控制边缘煤气流过分发展是控制高炉长寿的关键技术，合理控制炉腹煤气量，加强炉料分布控制实现煤气流的合理分布。

1）矿石批重的调整。批重影响炉料在炉喉的分布，小矿批布料不均匀，将使边缘和中心无矿石；大矿批则使矿石分布均匀，加重中心而疏松边缘。且软熔带气窗增大，料柱界面效应减小，有利于改善透气性；但矿批过大，使得中心和边缘气流阻力同时增大，影响顺行。1#高炉根据原燃料的条件变化及时修正矿石批重，2013年之前批重在90-95吨、2014年在87-89吨、2015年在85-87吨、2016年在82-85吨，通过批重的调整维持了原燃料质量变差时的炉况稳定顺行。

2）合理布料矩阵的选择。1#高炉布料矩阵的选择由开炉武钢的中心加焦模式逐渐过渡到宝钢的平台+加漏斗的布料模式。初期典型的武钢布料矩阵为，最大布料角度为41.5°，中心焦为15°，但由于焦炭质量不达标，造成中心焦肥大、透液性不好及风口回旋区缩小，高炉并没有取得好的经济指标。后期逐渐采用宝钢的布料模式，典型矩阵为 ，最大布料角度为42.5°，最小角度30°，取消中心焦。调整之后炉况长时间稳定顺行，水温差持续稳定在2.2-3.0 ℃之间，炉缸侧壁温度一直规定范围内小幅度波动。后期随着炉型的变化，高炉容量明显扩，水温差的波动范围逐渐增大，为了炉况的顺行和炉缸的安全，对布料矩阵进一步进行调整。其典型的布料矩阵为，最大布料角度为43.5°，最小角度30.5°， 调整之后水温差稳定在1.8-2.5 ℃之间。高炉能够在现有的原燃料质量标准下维持稳定顺行。通过一系列的调整实现了高炉突出中心、适当抑制边缘，兼顾中间环带的合适煤气量比例分配，提高了抗干扰能力，促进了煤气流的稳定。

1.2  送风制度的调整

1）风口的调整。1#高炉的风口随着生产状况的不同进行计划调整，原则是如果高炉风口带温度及炉缸侧壁温度大幅度上升炉缸不活时，在检修时逐渐减小风口的直径，使用加长风口，加大鼓风动能，吹投中心、抑制边缘气流、提高死焦堆透液性、减弱铁水环流的发生，减少对炉缸侧壁的侵蚀，达到降低冷却壁温度的目的，实现高炉的稳定顺行[2]。通过长时间的生产分析得出1#高炉适宜的入炉风速和风口面积是维持炉缸活跃重要手段，图1是1#高炉的入炉风速和风口面积。

图1  不同年份入炉风速

图2  风口面积

从上图看出1#车间虽然风口面积每年不同，但都维持了一个稳定的入炉风速，250-260m3/s是1#高炉合理的风速。

在调整风口面积的同时，1#高炉根据炉缸活跃程度及炉缸侧壁温度调整风口长度。一般如果中心不够活跃及炉缸侧壁温度上涨较快时，则把相对应位置的风口改为长风口，目前通过每次检修的调整1#高炉风口逐步过渡为12个Φ130×663mm＋14个Φ130×643mm＋6个Φ120×643mm，风口面积为0.4130 m2，在保证高炉产能的基础上优化了风口布局，有效提高了风速及鼓风动能，确保了炉缸的活跃性。

2）对炉腹煤气量和透气性阻力系数进行有效监控。炉腹煤气量指数取决于炉料的透气性，1#高炉在优化炉料结构的同时，注重原燃料延伸管理，把握原燃料源头质量，尤其了解含铁料成分波动情况及焦炭理化性能。近年来澳矿配比占入炉料20%左右，为减少粉末量，原料坚持料场二次筛分，同时控制严控焦炭及烧结矿料仓不低于3.5m，量化振料时间、备料速度等筛分过程，最大限度减少入炉粉末；优化排料顺序，各种炉料混合平铺，在排料过程中，不同料种在不同位置有不同的比例，达到满足炉内平台稳定的要求，在外界原燃料质量发生变化时，炉内及早进行调整，防止炉况波动。通过一系列的参数调整摸索出1#高炉一高炉炉腹煤气量7550-7650 m3/min，透气阻力系数在3.45以上路况顺行较好。下图是1#高炉透气阻力系数情况。

图3  不同年份阻力系数

从上图可以看出1#高炉除了2009年系数稍微低外，其他年份的透气阻力系数基本都在规定范围内波动，从生产实际分析得出阻力系数在一定范围内越高，路况顺行及经济指标较好。

1.3  优化造渣制度严控碱度波动范围

开炉初期，1#高炉造渣制度主要以稳定炉缸工况、出尽渣铁为中心。开炉前期物理热充足，入炉硫负荷低，炉缸活跃，碱度调剂要求按照（CaO/SiO2）1.13～1.18控制。初期的造渣制度使渣铁具有良好的流动性较强的脱硫能力，炉缸渣铁易出净，更有利于炉前作业的组织。但是随着原燃料质量的下滑，造成入炉硫负荷逐渐增高，为了降低成本实行低硅冶炼，同时降低铁水对炉缸侧壁环流的冲刷，故1#高炉逐渐提高二元碱度。炉渣中的（Al2O3）、（MgO）是造渣制度中另一项重要指标，Al2O3含量提高会降低渣铁的流动性，MgO的加入能够改善这一性能，前期铝含量较低，为了提高脱硫效率，故镁铝比较高，后期铝含量逐渐上涨，在提高镁含量的同时适当降低镁铝比，避免镁铝生成的高熔点化合物对渣铁流动性的影响。下表1#高炉炉渣的各项参数变化趋势。

表1  1#高炉炉渣的参数变化

通过上表可以看出1#高炉根据不同的生产条件，进行炉渣的参数优化，且最大化的稳定各项参数，防止在炉内有大的波动，这些措施使得1#高炉保持长期的稳定。

1.4  注重出铁及铁口维护工作

随着高炉冶强的提高，保证铁口深度是维护铁口、保护炉墙的重要措施。铁口过浅，出铁时间变短，渣铁出不尽，同时铁口深度过浅时，炉缸内等温线外移，熔融渣铁的运动，侵蚀炉缸砖衬，造成炉缸侧壁温度升高，影响高炉的长寿。通过生产周期的延长，在2014年开始逐步提高铁口深度由3.3-3.6m提至3.5-3.7m，来渣时间由原来的30min更改为20min。日常生产过程中，加强炉前设备点检工作，维护好铁口泥套，杜绝拉风堵口；稳定打泥量，保持铁口通道的稳定；每天按12 次铁次组织，保证渣铁出净，以免憋风而引起的渣皮脱落造成冷却壁的损坏。此外1#高炉根据渣铁生成量量化出渣出铁操作，制定了‘炉前操作标准’：对铁间隔、铁口深度、来渣时间、铁水流速、出铁时间等都作了具体规定；要求炉前严格按理论出铁量出铁，一旦出现渣铁流速过慢或来渣时间超时现象，要求重叠出铁，从而保障了及时排放渣铁，减少了对炉况顺行的影响。

1.5  加强冷却制度的管理和监控

1#高炉炉体运用了全软水密闭冷却循环系统，发挥软水不结垢、冷却强度高、安全可靠的优点，同时在热负荷高炉腹、炉腰、炉身采用导热系数高的铜冷却壁进行。日常的炉型管理中密切关注膨胀罐的补水情况，发现补水水位异常，及时安排配管工查水，小套发现漏水立即改工业水控水压，冷却壁漏水第一时间查漏，最大限度减少对炭砖影响。根据高炉冶炼条件及高炉操作炉型的变化，及时准确调节软水的进水温度，使冷却壁水温差控制在2-3℃。下表是高炉冷却壁不同位置规定的正常温度波动范围。

表2  1#高炉冷却壁正常温度范围

1#高炉在生产时加强水温的监控手段，时刻根据炉缸侧壁温度的变化，采取不同冶炼手段，在侧壁温度升高时优先使用风量、降低氧量，减弱边缘气流和燃料燃烧强度，控制适中冶强；保持较好物理热使铁水含碳量接近饱和，同时降低硫含量，减轻对碳砖的侵蚀与熔碳行为；并在监测点温度一小时内上升20℃，工长必须向车间汇报，并采取停氧措施；监测点温度一小时内上升30℃，炉内减风40%；监测点温度一小时内上升50℃，经车间、厂部同意后，做休风准备。

2  严控有害元素的入炉和富集

高炉入炉有害元素主要是针对钾、钠、锌等碱金属，其中钾、钠会造成炉缸堆积、高炉结瘤、恶化透气性、损坏炉衬，对高炉生产和长寿危害巨大，锌蒸汽的循环富集会造成高炉砖衬脆裂、破损，并导致炉缸炉底碳砖脆化，形成炉缸侧壁碳砖环裂，缩短高炉[3]。

受到大环境的影响，经济料及低成本理念的推广，邯钢1#高炉入炉有害元素呈升高趋势，同时有害元素的负荷控制标准与国内同类型的高炉要高。下表是入炉有害元素的负荷控制标准。

表3  1#入炉有害元素负荷控制标准

为了能够减少有害元素对高炉的影响，1#高炉配合厂部优化混匀料结构，调整入炉料制结构，将入炉碱金属负荷基本低于最高控制标准，同时在满足高炉脱硫的情况下将炉渣二元碱度范围由1.25-1.30调整为1.22-1.27，使得炉渣尽可能多的带出炉内有害元素。为了尽可能降低入炉量，炼铁厂还减少了混匀料中的炼钢除尘及高炉重力除尘灰量。

3  注重炉衬的修补与维护

在日常生产中严密监视1#高炉炉体的侵蚀情况，充分利用检修机会进行温度异常位置进行压浆修补。通过实践证明压浆修补不仅可以用于高炉炉衬侵蚀破损部位的修补，还可以用于冷却器与炉壳之间的填充，风口区、铁口区的填充，特别是对于处理炉壳或高温管道过热发红压浆填充具有明显效果。

在2013年11月检修时，1#高炉炉体煤气泄漏较大，冷却壁壁体温度较高，工作区域煤气含量已经超出正常工作允许范围，给高炉生产中的巡检及相关工作带来极大安全隐患，同时长期的煤气泄漏，造成炉内耐材的过快氧化，对高炉长寿极为不利。为此组织了炉基和炉缸灌浆，炉基灌浆在炉底水冷管中心线下180～200mm处钻孔，共钻6个。压浆前炉基东北及东南角煤气泄漏严重，火苗较大，技术人员选用高铝质灌浆料、结合剂为树脂材料，压浆压力为20公斤，共压入1.5吨，高炉送风后，炉基东南角煤气火苗基本消失，东北角煤气火苗明显减小。炉缸灌浆则是在炉缸第三段冷却壁位置铁口框上边0.5m的高度二块冷却壁缝隙炉皮上钻孔，共开6个新孔，采用炭质料，压浆压力为25公斤 ，共压入2吨，之后4个铁口框的煤气火苗都有所减小，现场实测煤气含量大大降低。下图是炉基处理前后炉芯位置冷却温度的变化。

图4  炉芯位置冷却温度变化

通过灌浆修补，炉基快速上涨的温度迅速降下来，使得高炉能够继续的安全高效生产。

4  小结

通过高炉及相关的技术人员的精心维护下，1#高炉在高效、稳定的生产情况下，安全生产接近9年， 其中高炉生产技术的进步对长寿有非常大的促进作用，归纳如下：

1）确保炉况长期的稳定顺行。合理运用高炉的四大操作制度使得炉缸活跃、煤气流合理分布，维持稳定炉腹煤气量及透气性指数，控制边缘水温差的波动范围，控制稳定而合适的炉温及适宜的造渣制度。

2）控制有害元素的入炉和富集。制定有害元素入炉标准，从源头减少入炉量，生产过程对有害元素进行监控，及时通过高炉操作排出有害元素。

3）加强炉衬的修补与维护，利用检修机会对高炉温度异常的地方进行压浆修补。

参考文献：

[1] 金觉生.宝钢高炉长寿新技术的开发与应用[J]炼铁，2005，01：3-7.

[2] 徐万仁，朱仁良，等.宝钢2号高炉炉缸侧壁侵蚀原因及控制实践[J]，钢铁，2007，01：11-14.

[3] 马洪斌，张贺顺.首钢高炉的长寿实践[J]，钢铁研究，2010，4：39-41.