周文波
（福建省三钢（集团）有限责任公司，福建 三明 365000 ）
摘 要：针对三钢 4 号高炉炉缸区域冷却壁热流强度超标，炉壳温度大幅度上升等问题，通过采取降低冶炼强度，提高生铁中的硅含量，提高铁水物理热，钛矿、钛球护炉及加强炉内操作及出铁管理等措施。 有效控制了炉缸温度升高的问题，达到了安全生产的目的。
关键词：炉壳温度 钛矿 钛球护炉 炉缸温度升高
1 前言
三钢4号高炉（1050m 3）于2012年1月建成投产，到2017年11月停炉中修已经安全生产了近6年，设计利用系数2.5，采用无料钟上料，工业水开路循环冷却系统，薄壁炉衬及铜冷却结构。其中炉缸采用三层复合陶瓷杯及碳砖材料，炉缸每层设8个热电偶测温区，每个区分外中内三个测温点。
2017年3月开始炉身标高6.5M的炉缸东侧外壳温度由45℃逐渐上升到80℃（见图1），热电偶温度也大幅度上升，同时该处的冷却水温度差达2℃，热流强度最高达17.55kw/m2 ，大大超出正常要求范围。通过炉壳温度上升、炉缸冷却水温度差及热流强度明确表明了炉缸该处侵蚀严重，炉缸温度异常升高。
2 炉缸温度异常升高的原因
2.1 利用系数高
三钢4#高炉设计利用系数为2.5，实际生产利用系数长期在2.8~3.0之间。长期超出设计高产量生产对炉衬耐火材料造成了巨大影响，强环流铁水在炉缸及铁口处对周围的耐火材料冲刷严重。
2.2 入炉燃料质量变差
2016年因焦炭紧张，三钢4号高炉有使用一些质量较差的宏宇焦炭，反应后强度经常在60%以下，反应性在30%以上，焦炭质量直接决定炉缸的透气性、透液性，尤其在死铁层气流影响弱时，铁水的流动对炉缸侧壁温度影响有巨大的作用。炉缸透液性差，炉缸渣铁从中心向铁口区域流动能力大幅度降低，在冶炼强度较高时，必然导致大量的铁水通过炉缸圆周流向铁口，形成象脚侵蚀。加上为了降低燃料成本，4号高炉取消了中心加焦，同时提高了煤比。炉缸中心吹不透，死焦堆内焦炭更新更慢，焦炭粒度下降，导致死焦堆清洁度降低、透气性变差，炉缸环流上升，象脚侵蚀加重[1]。
2.3 入炉Pb、Zn、K、Na负荷超标
4号高炉用的烧结矿中有25%为国内精矿、混合精矿，最高配比达40%以上。国内精矿、混合精矿中含有一定量的 Pb、Zn、K、Na，大配比使用这些矿导致4号高炉 Pb、Zn、K、Na负荷超标，我国高炉炼铁工程设计规范要求：入炉料中Pb+Zn 负荷小于0.3kg/tFe，K+Na 负荷小于 3kg/tFe[2]。这些有害元素在炉内循环富集，不仅破坏高炉的稳定顺行，降低焦炭强度，而且能与耐火材料形成化合物，使其体积膨胀，有的甚至膨胀能达到50%，造成炉缸陶瓷杯及碳砖均会酵素侵蚀[3]。从表1看出三钢4号高炉有害元素较高，加剧了对高炉炉缸的侵蚀。
2.4 炉缸碳砖的侵蚀
三钢4号高炉采用日本DNK炭砖加陶瓷杯结构，在高炉炉缸砌铸的过程中，部分小块的炭砖通过浇筑料拼接使用，炭砖与浇筑料间会存在一定的间隙，加剧了炉缸炭砖的侵蚀。
综合以上4号高炉炉缸、炉壳温度异常和影响因素分析，可以看出4号高炉炉体破损情况较为严重，面对此种状况，制定并严格执行了一系列护炉措施。通过内养外护，确保了炉况长周期稳定顺行。
3 炉缸温度异常处理措施
3.1 钛矿、钛球护炉
研究证实，含钛物料护炉的机理是：还原溶解在铁液中的TiC、TiN，即将含有TiO2的炉料加入高炉后，在软熔带中形成含有TiO2的初渣，并且按照从高价到低价的规律进行还原。即TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO→Ti→TiC（或TiN），根据热力学条件，温度越高形成的TiC（或TiN）越多，在炉缸侵蚀的严重部位（该处冷却强度最大而温度较低）由于溶解度下降而沉析出来，并由于产生的溶度差，造成了 TiC、TiN 连续向该处迁移，乃至沉淀结厚形成了 TiC、TiN 为主的高熔点含 Ti 沉积物，从而保护炉缸炉底[4] 。4号高炉炉缸温度升高后，入炉块矿中加入一定量的高钛块矿（以铁水中的［Si］含量控制 0.08%~0.10%为准），考虑4号高炉块矿比例高达 17%，钛矿虽然钛含量比高钛球团高，但钛矿的铁品位低，硅、铝含量更高，进一步增加含钛生矿对高炉炉况带来了不利影响。高炉转使用高钛球团，使用铁品位更高的质量更好的球团对炉况的影响更小，有利于炉况的顺行。
3.2 适当控制冶炼强度
4号高炉自2017年4月开始逐步降低冶炼强度，生铁产量每天下降200t/天，在炉缸温度最高的时间段，堵11号风口。另一方面采取提高生铁的硅含量，生铁硅目标控制由 0.2%~0.3%提高到 0.5%~0.7%（见图 2），
炉渣二元碱度维持在1.20左右，适当提高炉渣的MgO含量，控制MgO/Al2O3 稳定在0.5以上，铁水温度要求大于1470℃[5] 。保证铁水充足的温度有利于TiC、TiN 的生成，进一步保证护炉效果。
3.3 送风、装料制度的调整
当4号高炉炉缸温度上升，装料适当抑制边缘气流，增强中心气流。平台适当向外移动，并且增加边沿焦炭负荷，做深漏斗，控制相对较集中且强的中心气流。送风制度方面增加风口长度，特别将炉缸温度高的区域风口加长，并且缩小风口直径，风口面积由0.21m2缩小为0.205m2，以达到将炉缸温度高的部位风口回旋区向炉缸中心推进、远离炉缸侧壁的目的，做到发展中心气流，适当抑制边缘气流。达到保护炉缸不受到气流的进一步冲刷[6]。
3.4 冷却制度的调整
在 4 号高炉炉缸温度高的东侧，冷却水压由中压水（压力 0.5MPa）调整为高压水（压力 1.2MPa），冷却水压力的提高有利于提高冷却强度，进一步促进高熔点含 Ti 化合物的沉积，强化钛矿护炉的效果。
3.5 加强原燃料的控制
严格制定焦筛、矿筛的管理制度，确保筛分质量，控制焦炭反应后强度 60%以上、反应性30%以下。另一方面，减少国内矿的配入量（国内矿配比由最高 45%下降到 25%），停止配入混合精矿等低品质矿种，以达到降低入炉的 Pb、Zn、K、Na 负荷，维护高炉合理的操作炉型的目的。
3.6 加强安全管理措施
针对炉缸温度异常上升的现状，①制定炉缸烧穿的应急预案，并进行相应的应急演练。②对炉缸外壳的温度进行监控，定期测量热流变化，并做好数据分析。③炉前出铁尽可能做到每次开铁口渣铁排放干净。
4 炉缸温度异常处理效果
持续采取科学的应对措施，从2017年4月份开始，4号高炉炉缸东侧位置的炉壳温度得到有效控制，炉缸热负荷符合要求，炉缸东侧温度有效控制在500℃左右、炉壳温度控制不超过65℃。保证三钢4号高炉从发现炉缸温度偏高到停炉中修7个月高炉炉缸安全，实现了炉况稳定顺行，高炉主要技术经济指标没有受到大的影响。
5 结语
（1）对于炉缸严重侵蚀，通过钛矿、钛球护炉，可以有效、系统地对炉缸、炉底进行维护。
（2） 适当控制冶炼强度、控制合理的铁水［Si］含量及炉渣碱度有利于保证护炉效果。
（3）通过送风、装料、冷却制度的调整，开放中心、适当抑制边缘气流，活跃炉缸中心，减轻渣铁环流对炉缸侧壁的侵蚀，强化钛矿护炉效果，对控制炉缸温度上升有一定的作用。
（4）加强原燃料管理，降低高炉入炉 b、Zn、K、Na 负荷，可以减轻有害元素对炉缸的破坏。
参考文献 ：
[1] 项钟庸，国外高炉炉缸长寿技术 [J] ，炼铁，2013 ，32（5）
[2] 中国冶金建设学会，GB 50427 — 2015 高炉炼铁工程设计规范，中华人民共和国住房与城市建设部公告第 859 号
[3] 周传典，高炉炼铁生产技术手册，冶金工业出版社，2003
[4] 由文泉、赵民革，实用高炉炼铁技术[M] ，北京冶金工业出版社，2003
[5] 陈义信等，马钢 13 号高炉炉缸维护实践
[J] ，安徽工业大学学报，2013
[6] 程勇等，湘钢 4 号高炉炉缸侧壁温度异常升高后的护炉实践，炼铁，2016 ，35 （6）