马钢3号高炉风口小套破损原因分析及处理

2021-01-22高广静尹祖德

山西冶金 2020年6期

高广静，胡杰，陈军，尹祖德，侯军

（马鞍山钢铁股份有限公司炼铁总厂，安徽马鞍山243000）

马鞍山钢铁股份有限公司（全文简称马钢）3号高炉有效炉容为978 m3高炉，设有18个风口，2个铁口。2017年1月大修投产，2018年10月开始，频繁出现小套破损现象，截至2020年8月累计损坏小套22个，其中2018年5个，2019年10个，2020年7个，高炉多次被迫临时休风更换，对高炉各项指标造成了较大影响。

1 3号高炉小套破损形式分析

一般而言，小套破损的形式主要分为铁水熔损、机械损坏以及开裂等形式；其中铁水熔损是指风口小套直接与高温渣铁接触造成的烧损，炉缸状态不活跃，炉前渣铁处理不畅，鼓风动能不合适，或者边缘气流过盛等都容易导致小套烧损。机械损坏包括内外磨损，即风口小套内侧被喷吹煤粉射流磨坏和外侧被炉缸内炉料特别是循环运动的焦炭磨坏以及塌料砸坏。开裂主要是由于风口壁内外侧温度和压力差大（风压与冷却水压差），造成热疲劳和机械疲劳，再加上小套材质和制造工艺上的缺陷，如铸造有气泡、微孔、焊接不符合要求等，导致小套破损。

通过对3号高炉破损小套实物观察分析可以得出（如表1所示）：小套上部破损占比63%，下部破损为23%，上下均有破损的为14%。部分破损处能看到明显渣铁黏结及成片小孔洞，可以确定小套破损的原因主要是渣铁直接接触烧损以及渣铁熔滴熔损。

2 小套破损原因分析

2.1 焦炭转换，气流波动

3号高炉使用的焦炭为外购二类焦，2018年10月9日至开始使用自产湿焦，由于焦炭水分上升较多，粉焦比上升（如下页图1所示），入炉焦粉量增加，导致湿焦使用后高炉压差上升，频繁出现崩滑料现象，两道气流稳定性下降，炉况波动大，产量下降至3 000 t/d以下。同时，由于自产湿焦质量相对较好，冷热态强度明显优于外购二类焦，为保证边缘气流稳定，避免炉墙黏接，上部制度调整以疏边为主，矿焦平台角度逐步内移，角差缩小（如下页图2所示）。调整后边缘流指数整体呈现上升趋势，边缘气流进一步得到了增强（如下页图3所示），边缘区域还原反应增加，易导致高炉塌料，增加了小套熔损及砸坏的风险。2018年10月31日、11月10日、11月11日均出现小套漏水，对应边缘气流大幅波动及高炉塌料现象，因此边缘气流过分发展是这几次小套漏水的主要原因。

表1 3号高炉破损小套汇总

图1 2018年10月粉焦比及焦炭水分变化趋势

图2 平台矿焦角度及角差变化图

图3 边缘流（Z）及中心流（W）指数变化趋势

2.2 鼓风动能低，中心不活跃

3号炉2017年中修投产后长时间采用的风口面积为0.192 7 m3，2017年年底开始逐步扩大风口，至2018年初风口面积逐步扩大至0.196 3 m3，而风量没有明显提升，甚至有所下降，导致鼓风动能下降（如图4），风口回旋区变小，更有利于边缘气流的发展，进一步增加了小套烧损的风险。

2.3 气流波动大，炉况异常

2019年10月末开始炉况波动大，26日、27日连续两天出现悬料现象，后频繁出现管道气流，高炉炉况接近失常，至2020年2月下旬炉况才逐步恢复。炉况调整期间气流稳定性差，频繁出现小套烧损现象，自2019年10月至2020年3月共烧损7个小套。

2.4 冶强降低，炉缸状态下滑

由于炉况异常，自2019年11月开始，冶强降低，产量长时间维持在较低水平，炉缸状态势必会受影响，因此在2020年2月、3月炉况逐步恢复，高炉产量上升的过程中，炉缸状态短时难以恢复，导致渣铁处理不稳定，出铁时间波动，渣铁处理不及时，导致小套烧损。

图4 风量及鼓风动能变化趋势

2.5 风口数量少

3号高炉共设有18个风口，相比其他1 000 m3级高炉风口数量相对较少，造成风口间死区大，特别当风量小、产量低的时候，更容易造成炉缸堆积现象，进而引起风口烧坏。

2.6 漏水冷却壁影响

由于3号高炉发展边缘的气流特点，对高炉冷却壁维护不利，截至2020年8月3号高炉共有25块冷却壁漏水，共植入微冷39个，绝大部分集中在5—8号、15—18号风口上方；因此对应区域受气流波动影响最大，容易产生局部边缘气流，造成该区域物化反应增加，渣铁沿炉墙下滴，造成风口烧损。从漏水小套分布情况可以看出，破损冷却壁下方既5—8号风口以及15—18号风口漏水的小套共有14个，占比63%～64%。

2.7 长时间堵风口操作

为保证足够的鼓风动能，提升中心气流强度，2020年3月—5月堵16号风口，由于堵风口时间过长，该区域势必产生堆积结厚，对小套起到一定保护作用，风口全开后粘接物脱落，热负荷变化大，导致风口捅开后2 h下部漏水。

3 处理措施及效果

针对小套漏水的原因，3号高炉主要采取了以下措施：调整上、下部制度，适当抑制边缘，开放中心气流，保证高炉稳定顺行；提高冶炼强度，维持相对高的产量，保证炉缸活跃性；强化炉前出铁，保证渣铁及时出净；加强风口小套及墙体水温差监测；调整槽下焦炭筛齿间距保证入炉焦炭粒度等。

3.1 调整上、下部制度

2019年开始3号高炉工作者开始转变思路，尝试打破完全依靠边缘气流的操作方法，逐步寻找适当抑制边缘，开放中心的上下部制度，力求能够得到稳定合适的两道气流分布。上部制度调整大致可分为三个阶段，第一阶段从2018年底至2019年7月，以平台加漏斗的布料模式为基础，调整上部布料制度，逐步开放中心，但方向不坚定，出现调整上的往复。第二阶段从2019年8月至2019年10月，尝试采用中心加焦的布料模式，引导中心气流，但实施效果较差，10月底出现异常炉况。第三阶段从2019年11月至2020年3月，回归平台+漏斗的模式，逐步稳定了基础料制，矿焦角差从2.13°扩大为0.73°（如图5所示），边缘流2.0下降至1.5左右，中心流由2.7上升至3.7（如图6所示）。调整效果明显，炉况顺行得到了保障，高炉各项指标稳步上升，小套漏水现象得到了明显改善。

图5 平台矿焦角度及角差变化图

图6 边缘流及中心流指数推移图

下部制度的调整思路可以概括为：“长风口、小进风面积”，逐步提高鼓风动能，增加回旋区进入面积，吹透中心。从一次气流分布上配合上部制度的调整，改善中心气流。进风面积从2018年的0.196 3m2，逐步缩小至2020年8月的0.181 9 m2，鼓风动能从2018年1月—5月平均110 kJ/s提升至2020年8月的125 kJ/s以上。500 mm风口的数目从2018年的2个增加到了目前的18个。目前风口小套配置为：Φ120 mm×6+Φ110 mm×12，全部为500 mm长。通过这种“上引下吹”上下配合的制度，增强了中心气流，保证了高炉的顺行，减少了小套烧损的发生。

同时，随着炉内气流模式的改变，高炉炉型稳定性增加，漏水冷却壁得到了控制，自2020年2月15日后未出现新增漏水冷却壁，对稳定炉内气流有利。

3.2 维持一定的冶炼强度，保证炉缸活跃

2020年3月炉况恢复后，高炉产量逐步上升，至2020年8月日产基本维持在3 100 t/d左右，配合良好的渣铁处理制度，保证了炉缸的活跃性，减少了小套烧损的风险。

3.3 加强风口小套冷却制度的管理

马钢3号高炉采用外循环水冷却，小套采用高压水冷，目前冷却水量维持在500 m3左右。正常小套水温差在4.5～6.5℃左右范围波动。日常操作中，每个班对冷却水量及进水温度实时监控，并做好记录，保证水量及进水温度在规定的范围内。其次，加强风口区域巡检，要求每班巡检不小于3次，结合中控小套的进出水量及水温差实时监控系统，保证问题早发现早处理。

3.4 改善焦炭如入粒度，加强槽下原燃料质量监控

钢3号高炉长期使用外购二类湿焦（捣固焦），与同级别高炉用焦炭相比热态强度差、灰分高、堆比重大。为保证入炉焦炭粒度，减少粉末入炉量，3号高炉逐步调宽布入中心的焦炭仓筛板齿距，由原来的22 mm调整为25 mm；焦丁仓筛板齿距由11 mm调整为15 mm。其次，加强原燃料情况的监控，每个班工长到槽下看料，观察筛下物情况，测量焦炭水分，检查筛网状况，出现断齿、筛网粘接及时补焊清理或联系更换，减少粉末入炉量。

3.5 抓好炉前渣铁处理

渣铁不畅也是小套烧损的原因之一。马钢3号高炉有两个铁口，没有摆嘴，目前采取的出铁模式为两铁口对倒出铁，间隔时间一般控制在20～30 min左右，正常情况下能够满足渣铁处理需求。日常操作中主要是抓以下几点：一是铁口深度的维护。足够的铁口深度是出净渣铁的前提，日常操作中通过铁口深度的变化调节打泥量，保证铁口深度在2.5～2.7 m水平；同时根据炮泥质量的差异及气温的变化控制烤炮时间及打泥压力，确保孔道密实度。二是做好出铁前的泥套维护及出铁过程中的铁口清理，减少跑泥事故的发生。三是根据炉况及单炉出铁时间，灵活调整钻杆直径，确保出铁时间稳定。四是控制好开口时间间隔，根据产量水平，炉内情况调整间隔时间。