摘要对唐钢3号高炉炉底炉缸侵蚀原因进行分析，并提出了今后生产中应采取的措施。认为唐钢3号高炉炉底炉缸侵蚀的主要原因是炉缸结构不合理和鼓风动能偏低，今后高炉生产中应加强冷却、提高鼓风动能、加钛矿护炉和控制冶炼强度。

关键词  高炉  炉底炉缸 蒜头状侵蚀 鼓风动能

1  引言

    唐钢3号高炉(2560 m³)于1998年投产，采用了并罐无料钟炉顶、炭砖一陶瓷杯复合炉底、霍戈文式高风温长寿热风炉、俄罗斯图拉法渣处理工艺、板壁结合炉体冷却设备、软水密闭循环系统等先进技术。2004年以来，3号高炉炉缸炉底侵蚀日趋严重，已经威胁到了高炉的安全生产和技术指标的进步。本文重点对炉缸炉底侵蚀原因进行分析，并提出了今后生产中应采取的措施，以延长本代炉役寿命。

2炉底、炉缸设计特点

      炉缸高度4．7 m，死铁层深度2．2 m，炉底、炉缸砌筑结构如图1所示。采用4层炭砖(2层500mm，2层600mm)、2层陶瓷杯(每层500mm)，炉底总厚度共3．2m，其中炉底炉缸环炭部分采用的是国产热压微孔炭砖，炉底中间部分采用的是国产半石墨化炭砖，陶瓷杯材质为国产刚玉莫来石。

  炉缸采用光面冷却壁，炉底采用水冷形式，从炉缸到炉身采用软水密闭循环冷却形式，进水压力为0．65 MPa，水温42～45℃。

3炉底炉缸的侵蚀状况

    唐钢3号高炉开炉以来炉底炭砖温度和冷却壁温度的变化趋势见图2～图6。从图中可以看出，唐钢3号高炉开炉后随着时间的延长和冶炼强度的提高，炉缸炉底逐渐被侵蚀。

    2004年温度上升幅度最大，2004年12月27日18号风口下方，第2段冷却壁温度达到224℃，短时达到280℃，1—3段冷却壁水温差最高1．6℃，热流强度达到17000×4．18kJ/(m²·h)，17号风口下方2段冷却壁部位炉皮温度高达180℃，比其他部位高120℃。2005年7月19日14号风口下方2段冷却壁温度达到199℃、热流强度达到12000×4．18 kJ／(m²·h)，说明2段冷却壁部位形成“蒜头状”侵蚀，其中18号和14号风口下方局部侵蚀最严重。通过两次堵风口作业(18号风口堵1个月，14号风口堵15天)，加上钛矿护炉，主要技术指标有所改善，见表1。

    2005年控制[Ti]0．15％，炉缸部位炉皮喷水，14号、17号风口部位l～3段冷却壁改工业开路水冷却(水量是原来的3倍，进水温度比原来低10℃)，炉缸炉底炭砖温度大部分下降，但第3层环炭(标高6．50m)温度(见图4)及炉底中心第1层炭砖上、下温度仍在上升(见图3)，说明炉缸炉底侵蚀严重。

  3号高炉采用国产陶瓷杯，从图2分析，第1层炭砖与第2层炭砖温差在300～350℃(2002年以后第2层炭砖中心电偶坏)。随着温度的升高，温差增大，2002年第2层炭砖温度达到500℃，如果第3、4层炭砖温差有700℃，则第4层炭砖上沿温度在1150℃以上，说明陶瓷杯在2002年已经被侵蚀掉。2004年，第l层炭砖中心电偶温度达到．500℃，表明第4层炭砖被侵蚀掉，第3层炭砖侵蚀严重，局部已经侵蚀掉。

  炉缸环炭深浅电偶相差120 mm，统计表明，温度在400～500℃、500～600℃、600～700℃，温差分别为45、60、70℃，由此可知标高6．5～8．0m之间环炭冷面距800℃化学侵蚀线距离为200—600mm，所剩环炭厚度说明炉缸衬蒜头状侵蚀严重。

4炉缸“蒜头状”侵蚀的原因分析

      大家对侵蚀的原因有以下观点：①炉缸冻结炸铁口导致炭砖破损；②处理炉墙粘结、炉缸堆积使用萤石量过多，造成内衬侵蚀严重；③风口漏水后受铁钢平衡的影响未能及时换风口，水进入炉缸后造成炭砖氧化；④风口短、鼓风动能低，造成铁水环流严重；⑤炉缸结构不合理；⑥K、Na、Zn等有害元素含量过高，造成化学侵蚀严重。

    笔者对这几种观点进行如下分析：

    (1)3号高炉投产后不久发生了炉缸冻结事故，处理事故时曾在铁口用过爆破的方法，可能破坏了铁口区内衬，但炉缸侵蚀严重的部位在14～18号风口，距铁口较远，而铁口下方侵蚀不严重，说明炸铁口不是蒜头状侵蚀的主要原因。

    (2)受原燃料质量波动以及板壁结合冷却形式等的影响，3号高炉发生过几次炉墙粘结和炉缸堆积，使用过大量萤石洗炉，累计用量达1000多吨，对内衬有侵蚀作用。但渣面位置最低时也在第3段冷却壁以上，用萤石洗炉可能对第3段冷却壁内衬造成侵蚀，而侵蚀严重的部位在第2段，即使出净渣铁，熔渣也不可能降低到第2段冷却壁，因此萤石洗炉不是炉缸衬蒜头状侵蚀的主要原因。

    (3)3号高炉投产以来，因风口漏水而更换的风口共89个，更换次数见表2。从表2可以看出，14～18号风口仅17号风口更换次数多，17号风口主要是在2005年更换次数多(5次)，而18号风口下方在2004．年底就已经侵蚀严重，可见风口漏水不是蒜头状侵蚀的主要原因。

    (4)3号高炉风口长420—450 mm，鼓风动能1 10 kJ／s，国内有效容积相近的高炉风口长度一般在450～600mm，鼓风动能在130～160kJ／s，可见风口偏短、鼓风动能偏低，边缘煤气流比较发展，炉缸边缘较活跃，可能是蒜头状侵蚀的原因之一。具体分析：①鼓风动能低的原因。鼓风动能是由鼓风参数和原燃料条件决定的，唐钢焦炭质量差、波动大(见表3)，过高的鼓风动能会造成风口前焦炭粉化严重，导致压差升高，炉况失常，因此焦炭质量和稳定性差是鼓风动能低的主要原因。另外，焦炭强度差会影响炉缸内焦炭透气透液性，炉缸内铁水环流严重是必然的。②使用短风口的原因。3号高炉炉腰、炉身中下部采用的是板壁结合的冷却形式，其特点是炉墙内衬不光滑，长寿但易粘结；唐钢焦炭质量和稳定性差，块矿配比高，球团矿品位低、抗压强度差，当炉温波动大、特别是炉温低时易导致腰疼病，使用短风口对预防炉墙粘结、处理炉墙粘结效果较好，投产以来曾经两次加长风口，使用效果都不好。

    (5)炉缸结构。目前，高炉长寿的炉缸结构主要有3种：一是法国的陶瓷杯结构，二是美国的热压小块炭砖结构，三是大块的微孔炭砖。国内使用热压小块炭砖的偏多，且使用效果较好。

    3号高炉使用的是国产大块微孑L炭砖，投产7年来炉缸衬蒜头状侵蚀严重，可能的原因为国产微孔炭砖的平均孔径和抗碱性能达不到法国的AM-102和日本的BC-7S水准。大块微孔炭砖与美国的热压小块炭砖相比有如下缺点：小块砖与冷却壁贴壁砌筑，而大块砖与冷却壁之间有捣料层(3号高炉捣料层厚度100mm)，捣料层在生产过程通常会变质和收缩，

并成为有效热传递的障碍，影响冷却效果；大块炭砖在热应力的作用下容易产生断裂，导致炭砖的传热能力降低。在以上因素的作用下，炭砖的热面容易达到800℃化学侵蚀线温度而被侵蚀掉。

    从以上分析可以看出，炉缸结构不合理是3号高炉炉缸衬蒜头状侵蚀的主要原因。

    (6)唐钢炼铁料中含有一定量的K、Na、zn等有害元素，它们在炉内的富集容易造成炉墙粘结和炉缸侵蚀，2004年3号高炉在休风时多次发现白色金属流入风口吹管，经化验主要是Zn。

    有害元素在3号高炉炉缸侵蚀中占有多大比重还需进一步研究。唐钢已经开始和院校联合研究有害元素在高炉内的行为和排出对策。

5  延长3号高炉寿命应采取的措施

    (1)利用气隙指数判断捣料层是否产生气隙如果产生了气隙，应该在捣料层部位压人碳质泥浆消除气隙，在此基础上，加大冷却，使残余的炭砖内部形成保护性渣铁壳。

    (2)提高精料水平，在保证炉墙不粘结的前提下，适当的加长风口、缩小风口面积以提高鼓风动能，减缓铁水环流。

    (3)在现有条件下，停氧、降低顶压，使风口旋区向炉缸中心延伸。这也相当于增加鼓风动能。

    (4)坚持钛矿护炉。3号高炉实践表明：[Ti]控制在0．15％左右，对顺行、煤比、综合焦比影响不大利用系数下降0．1左右，基本能起到护炉作用；如果将[Ti]控制在O．20％以上超过10天，会造成炉腹、炉腰粘结，炉缸边缘堆积，影响顺行。因此[Ti]应控制在0．15％左右。

  (5)控制合适的冶强，炉缸冷却壁热流强度控制在警戒值以下。