高向洲1，张志斌1，张 利2，马 祥1，于恒亮1，郭卓团1
（1．内蒙古包钢钢联股份有限公司炼铁厂，内蒙古 包头 014010；
2．内蒙古包钢钢联股份有限公司制造部，内蒙古 包头 014010）
摘 要：高炉炉缸是制约高炉寿命达到15年以上的关键部位，也是决定高炉寿命的关键因素。针对5＃ 高炉炉缸侧壁温度升高，通过对炉缸侵蚀机理的研究，判定铁水环流加剧、炭砖侵蚀严重是炉缸侧壁温度升高的直接原因。5＃ 高炉通过采取制定预警标准、强化日常管理、优化铁口深度标准与加强维护、根据三级预警调整生产操作参数等防治措施，炉缸侧壁标高 8.663ｍ 处铁口区温度均下行，停炉前基本稳定在350 ～450 ℃ ，处于可控范围。
关键词：高炉长寿；炉缸；侧壁温度；预警管控；铁口深度
包钢5＃ 高炉于2019 年 4月大修开炉，有效容积为1500 ｍ3 ，设置24个风口，东西两个出铁场，配备有渣铁摆嘴。本体采用开路循环水冷却，共有17段冷却壁。炉顶采用并罐装料工艺。期间受市场影响2022年8月停炉，钢铁市场回暖后，5＃ 高炉于2023 年2月重新开炉，期间高炉总体安全运行3年零4个月。
1 现状
5＃ 高炉炉缸侵蚀主要集中在两铁口下方，炭砖残存厚度东铁口下方为816 ｍｍ，西铁口下方为875 ｍｍ，其他方向为1000～ 1300 ｍｍ，炉底厚度较均匀，在 2078～ 2211ｍｍ 之间。东铁口下方标高 8.663ｍ 侧壁温度7 月11 日11：53 东场堵口后温度 陡升，15 ｍｉｎ 内温度从 586 ℃ 上升至597 ℃ ，后采取 西场连续出铁一次，温度逐步下降至 576 ℃ ，恢复双 场正常出铁后该温度又继续上升至611 ℃ 。
2 炉缸结构
炉缸是决定高炉寿命的关键部位［1］ 。5＃ 高炉炉 缸采用国产超微孔炭砖，炉底采用陶瓷垫搭配超微孔＋半石墨砖的复合结构设计。炉缸炉底区域埋设了163 支柔性电偶，后又增设16 支电偶（每支两个 测温点），共计195个测温点，这些电偶在高度上分11层，其中炉底设计5层，炉缸侧壁设计6层，纵向 高度从4.50 ｍ 至9.081 ｍ，炉缸侧壁重点侵蚀区域插深分别为0.30 ｍ 和0.15ｍ，配备炉缸炉底温 度场在线监测预警模型。
3 侧壁温度升高原因分析
3.1 原燃料质量波动大
5＃ 高炉原燃料质量整体较差，鼓风动能基本维持在 80 ｋＪ／ ｓ，低于行业平均 125ｋＪ／ ｓ 的鼓风动能， 中心气流长期偏弱，导致炉缸死焦堆肥大且透液性 不好，铁水环流加剧，炉缸侧壁侵蚀速度加剧。表1为焦炭质量指标，表2为有害元素入炉负荷。
由表1可知，5＃ 高炉所使用的西区湿焦灰分偏 高，反应后强度波动较大，焦粉率高，且为捣固焦，气 孔率小，对炉缸透液性影响较大。由表2可知，随着 护炉措施使用，入炉钛负荷呈上升趋势，碱负荷、锌 负荷较高，其危害主要有：
（1）提前并加剧 CO2 对焦炭的气化反应，缩小 间接还原区，扩大直接还原区，进而引起焦比升高， 降低料柱特别是软熔带气窗的透气性，引起风口大 量破损。
（2）加剧球团矿灾难性膨胀和多数烧结矿中温 还原粉化。
（3）由于上述两种原因，引起高炉料柱透气性 恶化，压差梯度升高，如不适当控制冶炼强度，会频 繁地引起高炉崩料、悬料乃至结瘤。
（4）对于碱金属积累严重的高炉，矿石（包括人 造矿）的软熔温度降低，焦炭破损严重，在气流分布 失常或冷却强度过大时，也会引起高炉上部结瘤。
（5）碱金属、锌等有害元素会引起硅铝质耐火 材料异常膨胀、热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短 了高炉内衬的寿命，严重时还会胀裂炉缸、炉底钢 壳。
3.2 铁口深度不够
试验分析在铁口附近，随铁口深度的增加，炉缸 内壁上部和下部剪切应力值显著减小；而在远离铁 口的位置剪切应力值变化很小。说明铁口深度的变 化对铁口附近周围的应力分布影响较大，而对离铁 口较远的区域影响较小。造成这种情况的原因是， 随着铁口深度的增加，铁水向铁口中心流动，使得炉 缸边缘的铁水环流减小，从而减轻了对炉缸内壁的 冲刷及熔蚀。随着铁口深度的增加，炉缸内壁剪切 应力值的减小幅度有所变化［2－4］ ，见图1。
5＃ 高炉日常生产中，铁口深度长期保持在2.5 ～ 2.8 ｍ，对标行业同级别高炉铁口平均深度为2.8 ｍ，由于铁口深度偏小，没有很好地形成有效泥 包对炭砖进行保护，加剧了铁口区域铁水流动冲刷 频率，从而增加了对铁口区域内衬的侵蚀速度。
3.3 铁口区炭砖侵蚀严重
5＃ 高炉炉缸标高 8.633 ｍ 处炭砖出厂型号为1198 ｍｍ ×500 ｍｍ，停炉后通过对炉缸炭砖侵蚀情况调查，炭砖残留厚度见表3。
由表3可知，东西铁口下方标高8.663 ｍ 处炭 砖残留厚度最薄为138 ｍｍ，最厚处也仅有468 ｍｍ， 是侧壁温度升高的直接原因。
4 防治措施
为了有效控制炉缸侧壁温度上升且处于可控范 围内，确保高炉安全停炉，特制定如下预防和治理措 施。
4.1 制定炉缸预警标准及操作标准
针对 5＃ 高炉炉缸侧壁温度异常升高，为保证安 全生产，制定以下特护标准。具体预警值和对应措 施见表4、表 5。
依据预警级别采取如下相应措施：
（1）炉内操作。铁水物理温度大于1500 ℃ ，铁水 Si 含量在0.50％ ～ 0.65％ 之间，铁水 S含量小于0.030％ ，在缩小风口或加长风口的基础上酌情堵风 口。长期使用钒钛矿护炉，铁水Ti含量控制在0.18％ ～0.25％ ，减产 5％ 以上直至稳定。
（2）炉前操作。铁口深度大于 3.0ｍ；铁口区域 侧壁温度高时，使用特护炮泥；连续两炉低于铁口深 度下限，应分析原因，采取有效措施，避免半截漏和 渗铁现象；侧壁温度高的铁口控制出铁时间，原则上 出铁时间应小于90 ｍｉｎ，铁口见喷后方可堵口；出铁 量减少，采取两个铁口轮流出铁，以确保两个铁口泥 包完整。
（3）冷却制度。检查冷却设备漏水情况，及时 更换漏水冷却设备；炉缸冷却强度用至最大能力，降 低进水温度至最低，同时温度高的冷却壁单独改高 压水冷却；严格执行水质控制标准。
（4）增加人工检测次数。增加铁口区域温度高 对应一侧炉壳温度自动检测设备；炉基水温差及炉 壳温度检测，每班一次，并按此频次发相关数据至 “炼铁厂高炉长寿”群。
（5）其他。如有上述没有描述到的异常情况出 现时，按相应的应急措施进行处理；以上动作量由每 天碰头会决定，侧壁温度小于500 ℃ 开始逐步返回 调整量；利用系数按小于 2.3ｔ ／（ｍ3 ·ｄ）控制。
4.2 强化基础管理
炉缸侧壁温度、炭砖残留厚度任何一项达到预警 等级，应汇报生产技术部，由生产技术部进行核定。
（1）信息管理。预警在正常范围内，每天早班汇报 1次，达到预警每班汇报2次（6 小时／次）。预 警信息发送至高炉长寿微信群。
（2）电偶维护。加强炉缸区域电偶维护，出现 异常及时检查更换，同时增设炉缸冷却壁水温差升 高部位的电偶，以监测此部位炉墙的温度变化情况。
（3）炉壳测温。在炉缸冷却壁水温差较高炉壳 处，按要求用红外测温检测炉皮温度，并作好记录。 同时定期用红外成像仪拍摄炉皮热成像图，必要处 安装炉皮温度检测装置，连续监测炉皮温度。
4.3 铁口深度标准的制定与维护
4.3.1 优化铁口深度标准
铁口深度即出铁时铁口区域炉墙和炉内泥包渣 铁通道的总长度。图2为国内部分高炉铁口深度和炉容的关系，由图2可以看出，随炉容的增大，铁口 深度相应增加。对于3000ｍ3以下级别高炉，铁口深度随炉容增加趋势明显，3000ｍ３以上级别高炉， 铁口深度增加趋势变缓。铁口深度与铁口区域炉墙 厚度有关，一般要求在炉墙厚度的 1.2 ～1.5 倍之 间［5］ 。
结合包钢高炉设计资料及行业同级别高炉合理 铁口深度计算得出 ５＃ 高炉铁口深度在 2.8 ～3.0 ｍ 较为合理。
4.3.2 加强铁口的维护
（1）保持正常的铁口深度。根据铁口的构造， 正常的铁口深度应稍大于铁口区炉衬的厚度。保持 正常的铁口深度，在操作上应每次渣铁出净后，全风 堵铁口；保持适宜的堵泥量；炮泥质量应满足生产要 求，要有良好的塑性及耐高温渣铁磨蚀和熔蚀的能 力；加强铁口泥套的维护。
（2）保持正常的铁口角度。固定铁口角度操作 十分必要，出铁口由一套组合砖砌筑，如铁口角度改 变，必然破坏组合砖，同时炉缸铁水环流会加重对炉 缸砖衬的侵蚀。
（3）保持正常的铁口直径。铁口孔道直径变化 直接影响到渣铁流速，孔径过大易造成流量过大，引 起渣铁溢出主沟或下渣过铁等事故。另外，还会引 起出铁间隔时间不均匀，影响炉况顺行。
（4）保持铁口泥套完好。保持铁口泥套完好可防 止铁口冒泥和铁口堵不上，减少事故，保证铁口深度。
5 治理效果
通过采取以上防治措施，5＃ 高炉炉缸侧壁标高8.663 ｍ 处铁口区温度上升得到了有效的遏制，基本稳定在 350 ～450 ℃ 之间，无明显变差的趋势，处 于可控范围内，消除了炉缸安全的重大隐患，为高炉 安全高效运行创造了良好条件。
6 结论
（1）通过对炉缸炭砖侵蚀调查，东西铁口下方 标高8.663 ｍ 处炭砖残留厚度最薄处为138 ｍｍ，位 于东铁口下方，最厚处也仅有468ｍｍ，炭砖侵蚀严 重是侧壁温度升高的直接原因。
（2）5＃ 高炉通过采取制定预警标准、完善高炉 管理、优化铁口深度、调整生产操作参数等措施，炉缸侧壁温度得到了有效防治。
参考文献
［1］ 张福明，程树森． 现代高炉长寿技术［Ｍ］． 北 京：冶金工业出版社，2012．
［2］ 王平，别威． 高炉炉缸铁水流场数值模拟［Ｊ］． 金属材料与冶金工程，2011（1）：19 －20．
［3］ 朱进锋，程树森． 高炉缸死焦堆对渣滞留率的 影响［Ｊ］． 北京科技大学学报，2009，31 （2）： 225 －226．
［4］ 王平，别威． 高炉炉缸内不同死料柱状况对铁 水流场的影响［Ｊ］． 安徽工业大学学报，2011 （2）：105 －106．
［5］ 周传典． 高炉炼铁生产技术手册［Ｍ］． 北京： 冶金工业出版社，2012．