余星见 帅 照 力 飞 孙云鹏
（武汉钢铁有限公司）
摘要：对武钢有限 5 号高炉在炉役后期采取的操作措施进行了总结。由于冷却壁损坏严重，5 号高炉 8、9 段炉皮多次发红，影响安全生产。通过采取调整炉内、炉前操作制度，安装冷却器，灌浆造衬等措施后，实现了 5 号高炉炉役后期的安全和高产。
关键词:高炉；炉役后期；操作制度；安全生产
0 引言
武钢有限 5 号高炉有效容积 3 200 m3，第二代炉龄于 2007 年 12 月 23 日点火投产。采用了当时世界先进工艺 ：PW 并罐无料钟炉顶装置 ；风口、冷却壁独立并联软水密闭循环冷却系统 ；薄炉衬全冷却壁带 4 段铜冷却壁结构，综合水冷薄炉底；直进开口机 ；新一代环保型 INBA。开炉后第 3 天达产，利用系数达到 2.026，创国内同类型高炉开炉达产最快速度。
该炉至今已经生产了近 14 年，处于炉役后期，设备严重老化，2019 年 6 月二烧停机后，入炉原燃料又变得复杂，导致高炉操作难度加大。2019年四季度炉身 8、9 段冷却壁直管开始损坏，2020年损坏加剧且集中，2021 年初 8、9 段炉皮多次发红，对 5 号高炉经济技术指标和高炉寿命产生极大影响。为完成生产任务，在保证安全的前提下制定并实施了一系列措施来维护 5 号高炉的生产，遏制了冷却壁频繁损坏的势头，实现了高炉安全、稳定、顺行和各项技术经济指标的大幅提高。
1 调整炉内操作制度
1.1 优化送风制度与装料制度
装料制度、送风制度对改变煤气流分布、煤气利用、造渣过程、炉缸温度具有决定影响，对稳定炉况有重要意义 [1]。
5 号高炉布局风口 32 个。起初设置 Φ120 mm的风口 7 个，Φ130 mm 的风口 25 个，进风面积 0.411 0 m2 。
2019 年 6 月二烧停机后，5 号高炉未再配置固定的烧结机，入炉烧结矿品种复杂，粒度不均匀且波动大，冶金性能也频繁变化，严重恶化高炉料柱透气性。2020 年 5―7 月，三炼焦干熄焦检修，5 号高炉只能使用全湿焦。原燃料质量恶化，特别是焦炭的质量降低，减缓了死料柱焦炭更新周期，使滞留在死料柱中的铁水渗碳时间延长，加剧了死料柱焦炭粉化，导致料柱透气、透液性越来越差，进而造成炉缸堆积征兆显现，中心吹不透，边缘气流过分发展，严重影响渣皮的稳定。
此冶炼条件下，就显得进风面积偏大，风速偏低，鼓风动能不足。2021 年利用休风机会，调整了 5 号高炉的风口布局，逐步将渣皮活跃地方的9个 Φ130 mm 风口更换为 Φ120 mm，最终缩小进风面积至 3 933 m2 ，将冷却壁损坏严重方位的风口长度由 593 mm 加长到了 643 mm。保证风速在245 m/s 以上，有效提高了鼓风动能，使回旋区向中心发展，有利于炉缸初始煤气流最大限度向中心渗透，提高了料柱的透气性、透液性，获得充足的中心煤气流，使渣皮稳定，炉缸工作均匀活跃，减少了冷却壁损坏。风口布局调整前后的鼓风参数变化见表 1。
送风制度和装料制度必须坚持上、下部调剂相结合的方针。5 号高炉为配合下部风口面积缩小、风口加长的送风制度，相应逐步调整上部装料制度，最终将焦炭 1# 角位布料环数增加 1 环，7#、8# 角位布料环数各增加 0.5 环 ；矿石 4#、7# 角位布料环数各增加 1 环，8# 角位布料环数增加 2 环。增加边缘布矿量，提高边缘矿焦比，适当抑制边缘气流 ；堵不如疏，为了打开边缘和中心两条合理的煤气通道，在矿石、焦炭布料角度相同的基础上，5 号高炉将布料角度整体逐步内推，最终将最大角度减小了 2°，角度差由 10.5°缩小到 9°。 整体缩短了布料宽度加大料层厚度，同时缩小了中心无矿区，这样既稳定了边缘气流又使中心气流更加集中。
通过对送风制度和装料制度的调整，煤气流分布趋于合理，炉况稳定顺行，渣皮稳定，冷却壁损坏趋势得到了有效遏制。调整前后炉身 8 段冷却壁温度变化趋势如图 1 所示。
1.2 控制合理的热制度和造渣制度
物理热充足、流动性良好的炉渣和铁水是高炉顺行的必要条件。热制度直接反映了炉缸工作的热状态。冶炼过程中控制充足而稳定的炉温，是保证高炉稳定顺行的基本前提，过低或过高的炉温都会导致炉况不顺 [2]。表示热制度的指标有两个 ：一个是铁水温度，另一个是生铁含硅量。2021 年严格控制 5号高炉 [Si] 在 0.35% ～ 0.45%，铁水温度 1 510 ～1 520 ℃，既维持了炉况稳定顺行又使炉缸具有充足的热量。
实践证明一定的煤气利用率可对应一定的燃料比。高炉区工日常操作以每小时燃料比为依据，作业区制定了煤气利用率对应燃料比的参考表，区工依据中控监测画面的煤气利用率 通过调剂喷吹量、富氧量等参数来控制燃料比，保持炉温平稳、充足。
适宜的理论燃烧温度能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证液态渣铁充分加热和还原反应的顺利进行，理论燃烧温度过低或过高都会导致炉况不顺。在以燃料比为操作依据的基础上，参考理论燃烧温度来控制 5 号高炉的热制度。根据操作经验，将 5 号高炉的理论燃烧温度控制在 2 200 ～ 2 300 ℃较适宜。
造渣制度应适合于高炉冶炼要求，有利于稳定顺行和冶炼优质生铁。武钢有限烧结矿原料以澳大利亚精矿粉为主，Al2O3 含量偏高，时有导致炉渣中 Al2O3 的含量高于 16%。有研究证明，渣中Al2O3 过高时炉渣熔点变高，稳定性变差，黏度变大，炉缸的透气性、透液性降低 ；渣铁分离困难 , 脱硫能力降低 ；炉渣明显粘稠，渣铁流动性变差，影响炉况稳定顺行和生铁质量。
针对这种情况，一方面，联系原料片区提高烧结矿的碱度，由 1.85 提高至 2.00 以上 ；另一方面，调整用料结构，在炉渣碱度控制在 1.20±0.02，在保证生铁质量的基础上适当降低烧结矿的配比，配加适量石灰石。这样既减少了 Al2O3 入炉量，又通过适当加大渣量，稀释渣中 Al2O3 含量，使炉渣Al2O3 的含量控制在 15.5% 以下。5 号高炉烧结矿 配比和渣中 Al2O3 含量变化见表 2。
1.3 加强冷却制度
合理的冷却制度是延长炉衬寿命的重要措施，在条件允许范围内，适当提高炉体冷却强度，有利于形成稳定的渣皮保护冷却壁。2021 年 6 月起逐步将 5 号高炉冷却壁进水量从 4 700 m3 /h 提高到5 100 m3 /h 左右。同时将进水温度由原来 41 ℃调整为 35 ～ 37 ℃，每班密切关注冷却壁温度、热负荷曲线和渣皮的状况，根据水温差控制进水温度。当水温差 >6.5 ℃时，进水温度按下限控制 ；当水温差 <4.5 ℃时，进水温度按上限控制。严格控制各区域热流强度不大于设计值，使冷却壁系统的冷却能力得到提高。
炉役后期，5 号高炉 8 段冷却壁损坏严重，冷却能力不足，引起炉皮温度高，多次冒烟、发红。针对此状况，利用高炉定休机会在冷却壁破损严重和炉皮发红的部位开孔，安装柱状冷却器，并在冷却器的灌浆孔处采用硬质压入造衬技术，压入耐火材料，实现灌浆造衬。保证造衬料以冷却器为生根点，粘附在冷却壁上形成保护层。截至目前，在 8-1、8-6、8-41、8-44 等区域共安装了冷却柱75 个，灌浆造衬 35 t，极大调高了该处冷却壁的冷却强度，炉皮温度大幅降低，起到了保护炉壳的作用，降低炉皮开裂、烧穿的机率 ；同时缓解了其他区域冷却壁的破损，有效延长高炉寿命。在冷却壁损坏区域外部打水冷却。为确保打水均匀，在高炉炉身 8 段安装环管 ；在冷却壁损坏严重区域加装钉子耙 ；日常检查时如果发现温度高的区域，再加装地对空冷却，这样由面及点地加强冷却，确保炉皮温度受控。
2 调整炉前操作制度
炉前操作是高炉冶炼操作中的一个重要组成部分，如果不能按时出净渣铁，炉缸中液态渣、铁面升高后使炉缸料柱的透气性恶化，不仅风压升高、风量降低、下料速度降低，而且在炉缸工作不活跃时还会导致崩料或悬料 [3]。因此，抓好炉前工作，及时出净渣铁，有利于煤气流合理分布，炉况稳定顺行和稳定渣皮。
5 号高炉距离武钢有限炼钢厂最远，路线长，如果钻头选大了，出铁时间短，炼钢出罐稍晚或运输部稍耽搁就会等罐 ；如果钻头选小了，渣铁排放慢，不能及时腾空炉缸 ；这两种情况都易导致炉内憋风，影响炉况顺行和渣皮稳定。为此，2021年经过不断试验、总结，摸索出一种连续出铁新模式，即一侧铁口出铁 130 min 后，打开另一侧铁口，然后再堵先开的铁口，循环往复。这样既解决了等罐或渣铁排放慢的问题，又稳定了出铁时间，保证两侧渣铁排放均匀，而且没有出铁间隔，延长了有效出渣铁时间，有利于高炉常态化稳定顺行。
针对这一新模式，制定出一套完整的出铁制度，以保证炉前渣铁及时排出。
（1）加强对铁口泥套和液压炮的检查和维护，确保其处于正常工作状态，杜绝冒泥或拉风堵口等情况发生。
（2）控制铁口深度在 2.8 ～ 3 m。铁口主要是靠打入的新泥形成泥包来保护的，打泥数量的多少应根据铁口深度和渣铁数量、铁口的工作情况确定。打入的炮泥是维护铁口的保证，当打泥量不足时弥补不了出铁时铁口泥包的损耗，不能保持正常的铁口深度；打泥过多时，又会造成潮铁口，给下次开铁口造成困难。因此，维护正常铁口深度与打泥量的适当与稳定十分重要。经过多次反复的摸索，最终确定 5 号高炉 1 号、4 号出铁场的正常打泥量为 16 s，2 号、3 号出铁场的正常打泥量为 14 s，控制好铁口深度。
（3）合理使用钻头，保持合适的铁口孔径。铁口孔径大小直接影响渣铁流速，孔径过大，渣铁流速大，造成出铁时间偏短，还可能引起渣铁溢出主沟、下渣过铁或压死 INBA 转鼓等事故。孔径过小，渣铁排放速度远小于冶炼速度，炉缸渣铁液面上升，导致憋炉或烧坏风口小、中套，影响炉况稳定顺行。正常情况下，5 高炉选用Φ55 mm 的钻头，开铁口后铁流可稳定在 6.0 t/min 左右，满足 5 号高炉日常生产需求。
3 加强原燃料监管
随着风温水平的提高，喷吹燃料的增加，焦比降低，焦炭作为料柱骨架的作用越来越重要。5号高炉非常重视焦炭对高炉冶炼的影响，及时掌握焦化配煤实绩和焦炭理化性能，加强来料实物检查和槽上、槽下的沟通。一旦发现问题，一方面及时对外协调，另一方面合理调剂，科学应对，以免焦炭恶化，应对不及时导致炉况波动，影响渣皮稳定。
过筛效果差，入炉粉焦就多。在软熔带，粉焦和软熔的矿石黏结在一起，滞留熔融物增多，使煤气流运动受到的阻力明显增大，煤气向透气性相对好的边缘区域流动，导致边缘气流发展甚至可能引发管道崩、悬料；料柱透液性恶化，铁水和熔渣不易渗透料柱而淤积在风口下方，易烧坏风口，这些都严重了影响渣皮和炉况的稳定。5 号高炉利用休风机会对焦炭筛网进行更换，将原来的普通棒条筛更换成防夹型棒条筛。
对比普通棒条筛，防夹型棒条筛筛齿光滑，物料通过性强，不易结瘤 ；棒条上翘，过筛物料落差大，不易夹料。更换后，有效改善了焦炭的过筛效果，大大减少了入炉粉焦。焦炭使用24 h 后两种筛网状况如图 2 所示。日常要求每班岗位员工班前、班中、下班前检查原燃料系统各皮带和设备 ；翻湿焦时及时清理焦炭筛网，保证过筛效果。
5 号高炉槽上设置 6 个焦炭槽，通常 1 ～ 3 号槽进厂内或外购湿焦，4 ～ 6 号槽进干焦。 一般以两个干焦槽加一个湿焦槽使用。干、湿焦理化性能差异大，尤其是水份和热态强度。为避免湿焦混进干焦槽，改变用焦结构，导致炉温和炉况波动，5 号高炉要求岗位员工在进湿焦时立即高炉区工并密切监视进槽情况，确保各槽焦炭质量稳定。
经过采取一系列的合理措施后，不仅 5 号高炉冷却壁损坏势头得到了有效遏制，而且各项经济指标明显提高，详见表 3。
4 结语
（1）在炉役后期 , 通过采取一系列改进措施实现了 5 号高炉的安全、高产。
（2）生产中采用合理的送风制度和装料制度，控制稳定的热制度和造渣制度，匹配好炉前操作制度，有利于炉况稳定顺行和高炉长寿。
（3）炉役后期，控制合理的冷却参数，在关键部位加装冷却器，灌浆造衬，可使炉皮温度大幅降低，保证生产安全。
（4）原燃料对高炉冶炼影响极大，操作者应当加强入炉原燃料的关注和监管。
5参考文献
［1］ 郝素菊，蒋武锋，赵丽树，等 . 高炉炼铁 500 问［M］. 北京 : 化学工业出版社，2008 ：177.
［2］ 周传典 . 高炉炼铁生产技术手册［M］. 北京 : 冶金工业出版社，2008 ：351.
［3］ 张殿有 . 高炉冶炼操作技术 ( 第 2 版 )［M］. 北京 : 冶金工业出版社，2010 ：218.