客海滨，董国强，尹海斌，尤新东，袁雪涛
(唐山钢铁集团炼铁厂)
摘 要：分析风口小套烧损的类型及损坏机理，总结出唐钢炼铁厂北区 3 号高炉小套破损频繁的原因，采取加强原燃料的筛分、适当提高炉温、发展中心气流与控制边缘气流等措施后，风口小套烧损数量明显减少。
关键词：高炉风口小套破损；活跃炉缸；稳定渣皮
唐钢 3 号高炉是原 2560m3高炉扩容改造为3200m3，设计采用碳砖－陶瓷杯复合炉缸炉底结构，炉顶为并罐无钟炉顶，渣处理为轮法水冲渣，热风炉为四座内燃式霍戈文热风炉，采用交叉并联送风制度。炉缸直径 12. 4m，设有四个铁口，32 个风口。炉腹、炉腰和炉身下部 6～9 段采用镶砖铜冷却壁，炉腹以上炉衬采用薄衬结构和软水密闭循环冷却系统。炉身角 82. 29°，炉腹角 78. 37°。
1 破损机理研究
1. 1 烧损分类
风口小套是保证高炉生产的关键设备之一，由于它处于高温工作区，易受到物料的磨损及渣铁侵蚀，从而导致风口小套破损。风口套烧损机理可分为熔损、破损、磨损和曲损四种。从现场漏套情况看，唐钢 3 号高炉破损风口小套大部分为下部烧损，主要是渣铁熔损，少部分为边缘气流不稳、渣皮脱落较多造成的曲损。
1. 2 烧损机理
风口受热超负荷，冷却介质难以及时传导散热，风口套温度高于铜质固液相反应界限温度700℃。当达到铜剧烈氧化界限温度 900℃ 时，风口很快烧坏漏水。
1. 3 风口烧损的原因
高炉破损风口小套大部分为下部烧损，主要是渣铁熔损。炉缸局部区域不活跃，渣铁液聚集对风口造成熔蚀损坏。所以炉缸活跃程度下降是风口小套破损的主要原因。
( 1) 低炉温高碱度操作
在炉缸任何位置产生堆积，都可能发生风口套烧损，低炉温堆积、高碱度堆积、石墨炭堆积均是高炉炉缸堆积的主要原因。为保证铁水质量，长期采取低炉温高碱度操作，使中心料柱更容易堆积，造成料柱透气透液性变差。
( 2) 焦炭质量下降
影响高炉生产的主要原因就是焦炭质量，入炉焦炭质量尤其是热强度变差后，高炉下部焦炭的粒度会变小，焦柱气孔度降低，会影响鼓风的穿透能力。风口回旋区也随之变短变窄，炉内的死焦区域扩大，透气性和渗液性恶化，焦柱会越来越死。同时风量萎缩，压损增加，鼓风动能不足，出现炉缸不活、堆积，高炉风口大量烧坏， 形成了恶性循环。唐钢 3 号高炉燃料主要以自产干焦 ( 唐美干) 和外购焦 ( 美锦) 为主，其中唐美干灰分逐步升高，热强度逐步降低，外购美锦的灰分也逐步升高，焦炭质量明显下滑。自产干熄焦 A、S 上升也明显变差，影响炉缸的透气性和透液性，从而导致炉缸的工作状态变差。
( 3) 碱金属富集
烧结配加除尘灰，导致碱金属富集循环。虽然碱金属对风口套没有直接影响，但是对焦炭的破损影响较大。高温煤气流富含大量碱金属蒸汽，在上升过程被焦炭的气孔吸附，并且逐步扩散到焦炭内部基质。时间越长焦炭吸附碱金属越多，石墨晶体受到渗透至焦炭基质碱金属的侵蚀，结构被破坏，形成层间化合物，而后焦炭体积大幅度膨胀，最终导致焦炭裂纹的形成，进一 步使焦炭破碎。焦炭的热性能下降，在冶炼过程中产生大量的焦炭粉末，超出高炉的代谢能力，最终堆积在炉缸，影响高炉的炉缸活跃。而焦炭的强度降低，减小了炉内料柱的透气性，导致渣铁难以及时渗透，从而影响风口区域的传热导热，给风口套烧损提供了条件。烧结原料中配加重力灰，未经脱锌处理导致锌负荷升高，高炉入炉锌负荷最高达到 750g /t 左右。锌在高炉内会以气态形式进入矿石、焦炭和辅料的空隙中。随着煤气流的上升和温度的降低，锌蒸汽逐渐冷凝沉积，沉积后锌元素会堵塞原燃料的表面空隙，影响料柱的透气性。锌氧化后分子量增加，体积膨胀，增大了铁矿石和焦炭的热应力，提高熟料的低温还原粉化指数，增强了焦炭的反应性，降低了焦炭在高炉内部的反应后强度。锌在炉内的循环积累使高炉内的渣皮不稳定，极易造成小套熔蚀漏水。
( 4) 未及时更换烧坏的风口小套
因产量、公司铁水平衡等因素，风口烧坏未能及时更换，通过减水方式维持生产，降低该区域炉缸温度，造成炉缸局部堆积，炉缸活跃性下降，风口小套烧损愈来愈多。
2 采取措施
( 1) 改善低炉温高碱度操作
稳定并且提高炉温，严格执行下限燃料比操作方针。防止炉温大幅度波动，并将铁水物理温度值适当上调，由原来的目标值 1490℃ 提高到1500℃，保证充足的渣铁物理热。适当提高炉温硅含量到 0. 45%～0. 5% ; 其次采取降低炉渣碱度，严格控制炉渣碱度在 1. 15 以下，改善渣铁流动性，有利于炉缸堆积物及时排出炉外。
( 2) 提高原料质量
公司从配煤开始，优化配煤方案，狠抓焦化工序工艺操作，阻止了焦炭质量继续下滑。进行烧结矿工艺参数的调整，将烧结碱度稳定在合适的范围，适当降低 MgO 含量，烧结矿质量逐步改善。狠抓高炉精料工作，加强高炉槽下筛分工作，槽下每班检查并清理焦炭筛、块矿及球团矿筛，控制筛分速度，保证筛分干净。关注烧结生产、焦化生产、原料场进料情况，有针对性地做好槽下筛分工作，合理调整振筛振幅和筛分时间，各个料仓配吃比例协调好，为高炉稳定顺行创造条件。
( 3) 上部调剂
上部调剂采用放开中心的装料制度。适当发展中心气流，合理控制边缘气流，提高煤气利用率，使高炉中下部形成稳定渣皮，为高炉长期稳定顺行提供保证。
装料制度采用调整平台宽度，将中心漏斗直径调整在合适的范围内。采取引导中心煤气流，兼顾边缘煤气流的操作思路，并与送风制度相匹配，初步消除了炉缸中心温度过低和中心环带温度偏低的现象，高炉接受风量的能力大大增强，同时边缘气流以及渣皮的稳定性有明显改善。边缘温度过低，边缘气流被抑制，对炉况顺行不利; 边缘温度过高，造成炉墙渣皮剥落，砸坏下部的小套，因此控制合适的边缘温度尤为重要。通过不断地放边、压边，控制边缘、中心的矿焦比重，铜冷却壁温度在 65～75℃ 之间，渣皮稳定、脱落 较少。本 着“打 开 中 心、稳 定 边 缘，形成宽度适宜的矿焦平台，深度适宜的中心漏斗，保持合适的矿焦层厚度，稳定煤气流后逐步减少中心焦炭量”的思路进行调整，调整前后料制见表 1 和表 2。上部矿、焦布料角度外抬平铺，相应扩大矿批，增加焦窗厚度。
减少矿焦界面效应，改变了以往沿炉喉径向布料的不均匀性，既符合炉料下降规律，又能得到稳定边缘气流和开放中心气流。
矿批由 68t 扩大到 84t，入炉焦比由 460kg /t降至 390kg /t。调整后，炉内气流和温度场分布更趋合理。从高炉炉顶成像可以看到形成了窄而强的中心气流，炉喉形成了平台加漏斗形式的理想料面。
( 4) 下部调剂
高炉冶炼实践表明，下部调剂是根本，从生产实践来看，3 号高炉适宜的风速为 250～270m /s，动能为 150～160kW。因此，对风口面积进行了调整，由原来的 0. 4169m2缩小到0. 4051m2，从而形成适宜的风口回旋区，保证了炉缸活跃，炉况顺行。
同一风口区连续烧损小套的风口要进行相应的堵风口操作，同时检查好该方位冷却壁的工作状况。在炉缸热量及风口周边渣铁流动性好的情况下再适时开风口，避免连续烧损风口与频繁休风造成恶性循环。
( 5) 改善破损风口管理
及时更换破损风口小套，避免风口小套损坏部位变大，造成局部炉缸不活跃的情况。根据风口小套漏水大小，谨慎控制水量。对怀疑漏水的风口小套，控水时间不超过 4h，同时加强高炉作业区水工对如何有效判断风口小套是否漏水的培训。针对复风后容易烧小套的情况，更换风口小套时，检查风口小套前端及侧壁是否有凝结渣铁，并清理干净。更换漏水大的风口小套，送风稳定，确保铁水出尽后才能捅开。缩短复风后第一炉的开铁口时间，送风后 100 min 打开铁口。
3 效果检验
3. 1 休风料面
调整前的料面中心焦堆较大，呈“馒头型”，矿焦平台不规整; 调整后的料面中心焦堆较小，呈“漏斗状”，矿焦平台比较规整。
3. 2 处理的效果
通过加强精料的管理，提高炉内操作，合理搭配上下部冶炼制度等措施，有效地控制了小套破损，减少了风口小套破损的频率，更好地实现高炉顺行。