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李斌  王貴寶（石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司）

何汝生   葛巖生（北京瑞爾非金屬材料有限公司）

摘 要  對(duì)石鋼0號(hào)高爐的長(zhǎng)壽實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，設(shè)計(jì)中采取了整體式陶瓷杯爐缸內(nèi)襯、優(yōu)質(zhì)炭磚；在建設(shè)中，重視內(nèi)襯的砌筑質(zhì)量；冶煉生產(chǎn)中，采用了有利于長(zhǎng)壽的送風(fēng)制度、熱制度、造渣制度以及爐渣排堿等長(zhǎng)壽型操作。并在爐役末期采用造襯和鈦球等維護(hù)措施，取得了單位爐容產(chǎn)鐵11500t/m3，壽命9年的高產(chǎn)、長(zhǎng)壽實(shí)績(jī)。

石鋼0號(hào)高爐（420m3）設(shè)計(jì)年產(chǎn)量49.2萬t/a，爐缸直徑為5400mm，設(shè)1個(gè)鐵口、1個(gè)渣口和14個(gè)風(fēng)口。采用串罐式無料鐘爐頂，爐底采用常壓工業(yè)水埋管冷卻，爐底側(cè)壁和爐缸采用鑄鐵光面冷卻壁、軟水密閉循環(huán)冷卻；爐底、爐缸采用整體式陶瓷杯+優(yōu)質(zhì)炭磚，風(fēng)口、渣口采用大塊組合磚等綜合長(zhǎng)壽技術(shù)與裝備。

0號(hào)高爐于2003年6月30日點(diǎn)火投產(chǎn)，2012年6月14日停爐大修，一代爐役壽命8.9年（3270天），累積產(chǎn)鐵483萬t，單位爐容產(chǎn)鐵量達(dá)到同級(jí)別高爐最好水平，且超過大多數(shù)大中型高爐的爐役壽命和單位爐容產(chǎn)鐵量。

1  一代爐役主要生產(chǎn)指標(biāo)

合理的爐缸冷卻，適應(yīng)使用環(huán)境的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)與性能，優(yōu)質(zhì)的砌筑質(zhì)量，長(zhǎng)壽型操作和生產(chǎn)維護(hù)是獲得高爐長(zhǎng)壽、高產(chǎn)不可或缺的關(guān)鍵。0號(hào)高爐在建設(shè)及投產(chǎn)后的冶煉操作中，堅(jiān)持了這個(gè)綜合性長(zhǎng)壽理念，從而獲得了長(zhǎng)壽、高產(chǎn)實(shí)績(jī)，主要生產(chǎn)指標(biāo)件表1。

2  爐缸冷卻

2.1  冷卻設(shè)備和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概況

0號(hào)高爐的爐底埋設(shè)無縫鋼管，采用常壓工業(yè)水冷卻。無縫鋼管安裝在爐底最下層滿鋪炭磚之下，二者之間填充高導(dǎo)熱碳素?fù)v打料。冷卻水的設(shè)計(jì)壓力為0.5MPa，冷卻水量為350m3/h（含風(fēng)渣口大套和中套）。給水溫度35℃，出水38℃。

爐缸、爐底側(cè)壁設(shè)3段RTCr-887鑄鐵光面冷卻壁，每段冷卻壁為28塊，每塊冷卻壁中配置4根∮54mm×6mm的直形冷卻水管。各冷卻壁與爐體其他部位冷卻壁縱向串接，采用軟水密閉循環(huán)冷卻，設(shè)計(jì)循環(huán)量為1150m3/h，水壓0.8MPa，給水溫度不大于50℃，回水溫度不大于60℃。

同時(shí)高爐還沒有安全供水、軟水備用工業(yè)水、爐役后期灑水冷卻等。

2.2  冷卻系統(tǒng)運(yùn)行

高爐投產(chǎn)之后，爐體冷卻系統(tǒng)整體運(yùn)行正常，總體水溫差、熱負(fù)荷一直處于正常水平。進(jìn)入2011年之后，鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度在爐役延長(zhǎng)與持續(xù)高強(qiáng)度冶煉的情況下出現(xiàn)上升。鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度在2011年4月19日首次達(dá)到11.6kW/㎡，5月16日達(dá)到13.9 kW/㎡,6月27日上升到16.3kW/㎡。對(duì)此，在高爐冷卻方面主要采取了增大冷卻水量、提高冷卻水壓力、鐵口兩側(cè)冷卻壁改高壓工業(yè)水單聯(lián)強(qiáng)化冷卻等措施（見表2）。通過強(qiáng)化冷卻和鐵口維護(hù)，鐵口兩側(cè)1、28號(hào)冷卻壁的熱流強(qiáng)度穩(wěn)定在10.5～12.8kW/㎡，相鄰的2、27號(hào)冷卻壁的熱流強(qiáng)度穩(wěn)定在4.6～7.0 kW/㎡，保證了爐役后期鐵口區(qū)域的安全。

另外，在爐缸第2段冷卻壁及爐皮上安裝在線自動(dòng)測(cè)溫設(shè)備，24h監(jiān)測(cè)溫度和熱流強(qiáng)度變化趨勢(shì)，并結(jié)合人工測(cè)量結(jié)果，根據(jù)水溫差變化趨勢(shì)采取有效措施。同時(shí)，加強(qiáng)水質(zhì)和水溫管理，防止冷卻壁水管結(jié)垢而降低冷卻強(qiáng)度。控制軟水進(jìn)水溫度小于50℃，水溫差3～5℃；軟水進(jìn)水溫度高于50℃時(shí)，補(bǔ)加新水或開啟冷卻系統(tǒng)對(duì)軟水進(jìn)行降溫。

3  爐缸內(nèi)襯的選擇

爐缸內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)形式和耐材品質(zhì)是影響高爐壽命的關(guān)鍵因素之一。陶瓷杯是有利于高爐長(zhǎng)壽、冶煉生產(chǎn)、節(jié)能降耗的綜合技術(shù)，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外數(shù)量眾多的各級(jí)別高爐，并在一些高爐上取得了可喜的實(shí)績(jī)。0號(hào)高爐建設(shè)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、長(zhǎng)壽的綜合目標(biāo)，選擇了炭磚＋陶瓷杯的爐缸內(nèi)襯。

在0號(hào)高爐之前，石鋼曾先后采用過高鋁磚、自培炭磚陶瓷砌體、炭磚陶瓷砌體等爐缸內(nèi)襯。盡管那時(shí)的生產(chǎn)操作并未采用相似于現(xiàn)今的冶煉強(qiáng)度，但也未獲得預(yù)期的爐役壽命。比較陶瓷杯和陶瓷砌體，可以看到雖然石鋼高爐當(dāng)時(shí)采用的陶瓷砌體具有與陶瓷杯類似的一些技術(shù)特征，但陶瓷砌體在持續(xù)穩(wěn)定性、密閉性、熱應(yīng)力釋放等技術(shù)細(xì)節(jié)方面差于陶瓷杯內(nèi)襯。含SiC組分的耐火磚用于爐缸區(qū)域（特別是鐵口及以下部位）時(shí)，也會(huì)發(fā)生影響使用壽命的組分分解。經(jīng)過比較分析，0號(hào)高爐采用了由大塊灰剛玉陶瓷杯、莫來石陶瓷墊、優(yōu)質(zhì)炭磚等耐材構(gòu)成的整體式陶瓷杯爐缸內(nèi)襯，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，主體耐材的技術(shù)性能見表3～6。

0號(hào)高爐的爐底滿鋪砌筑4層大塊炭磚、爐缸側(cè)壁砌筑7層大塊環(huán)形炭磚，鐵口至風(fēng)口組合磚下沿砌筑13層小炭磚。爐底的最上層和爐缸側(cè)壁7層大塊環(huán)形優(yōu)質(zhì)微孔炭磚，爐底下3層大塊半石墨磚。

爐底、爐缸炭磚的熱面采用整體式陶瓷杯內(nèi)襯。爐底陶瓷墊為莫來石質(zhì)耐火磚環(huán)形砌筑，爐缸陶瓷杯壁為灰剛玉大塊組合式。普通部位的陶瓷杯壁厚度為300mm，鐵口區(qū)及以下的關(guān)鍵部位逐漸加厚至600mm。風(fēng)口、渣口采用灰剛玉大塊組合磚，鐵口框內(nèi)襯為大塊灰剛玉磚和澆注料復(fù)合構(gòu)成。

與陶瓷砌體內(nèi)襯比較，0號(hào)高爐采用的陶瓷杯具有的主要特點(diǎn)為：

（1）陶瓷杯壁采用電熔剛玉為主原料，引入特種結(jié)合劑、添加劑，經(jīng)高溫?zé)崽幚淼臓t缸專用耐材制品，具有組織致密、抗侵蝕性好、強(qiáng)度適宜等綜合性能。

（2）陶瓷杯壁砌體為單環(huán)結(jié)構(gòu)，磚縫數(shù)量少，具有良好的持續(xù)穩(wěn)定性和密閉性。同時(shí)，根據(jù)使用環(huán)境、材料特性等選擇了2±1mm的磚縫寬度，設(shè)置了高溫緩沖材料等，避免了頂緊砌筑時(shí)材料膨脹所導(dǎo)致的應(yīng)力影響等。

（3）爐底陶瓷墊為電熔莫來石為主原料的高抗蝕耐火磚，采用環(huán)形砌筑。陶瓷墊與周圍炭磚、陶瓷杯壁之間采用能釋放熱應(yīng)力的細(xì)部結(jié)構(gòu)，消除了不同材料熱膨脹的互相影響。

（4）每個(gè)風(fēng)口、渣口套的上下各設(shè)置1塊異形上環(huán)磚、下環(huán)磚，環(huán)磚下砌筑大塊蓋磚，從而形成了磚縫數(shù)量少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容易砌筑的整體式結(jié)構(gòu)。為消除爐缸側(cè)壁內(nèi)襯膨脹對(duì)風(fēng)口設(shè)備的影響，風(fēng)口和冷卻設(shè)備漏水對(duì)爐缸耐材的危害，風(fēng)口組合磚中設(shè)置了隔水板、膨脹緩沖材等。

4  爐缸內(nèi)襯的砌筑

爐缸內(nèi)襯的砌筑施工包括炭磚、陶瓷杯、風(fēng)口渣口組合磚以及配套的各種不定形耐火材料、爐底炭磚下的扁鋼網(wǎng)、測(cè)溫?zé)犭娕及惭b等。砌筑施工歷時(shí)22天，實(shí)際作業(yè)時(shí)間約17天。

為了保證施工質(zhì)量、縮短作業(yè)周期，結(jié)合爐底、爐缸內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工作業(yè)中采取如下方法和措施。

（1）在爐腹部位安裝了隔斷吊盤，吊盤下設(shè)置有可周向、徑向走行的電動(dòng)葫蘆，實(shí)現(xiàn)了大塊炭磚、陶瓷杯和組合磚大塊制品的順利就位、砌筑等。

（2）炭磚砌筑不再采用傳統(tǒng)型式的真空吸盤，而改用規(guī)格、尺寸與陶瓷杯等大塊制品相同的特殊吊具。砌筑時(shí)，磚塊就位更加快速、準(zhǔn)確，安全性也得到提高，加快了施工速度。炭磚、陶瓷質(zhì)大塊制品的吊裝孔在砌筑完成后，用碳素?fù)v打料、剛玉澆注料填充。

（3）施工中，利用水準(zhǔn)儀、靠尺、調(diào)節(jié)螺栓等控制爐底扁鋼網(wǎng)的不平整度＜0.5mm，爐底、爐缸砌體基面的爐底碳搗料的不平整度從而達(dá)到＜1mm，為后續(xù)的內(nèi)襯砌筑質(zhì)量奠下了良好基礎(chǔ)。

（4）為確保砌筑質(zhì)量、節(jié)省施工時(shí)間，砌筑爐底炭磚時(shí)，采用了先按砌筑順序?qū)⑻看u預(yù)擺在爐底，然后平移至砌筑位置的施工方式。

（5）微孔炭磚的干砌施工中，嚴(yán)格控制膠泥磚縫寬度和3m靠尺平整度等，獲得了優(yōu)秀的砌筑質(zhì)量。

（6）填充炭磚與冷卻壁間、炭磚與陶瓷杯間的填縫時(shí)，通過嚴(yán)格控制一次填充高度、壓下量和振搗強(qiáng)度等，獲得良好的填充密實(shí)度。

（7）在炭磚和陶瓷杯需要交叉施工的部位，先砌筑陶瓷杯，后砌筑炭磚。

（8）大塊陶瓷杯砌筑中，拉線控制大塊磚的砌筑位置與精度等。

（9）鐵口以上的小塊炭磚與冷卻壁采用寬縫砌筑，填充碳素?fù)v打料。

通過上述主要措施的采用，爐底、爐缸的炭質(zhì)砌體獲得了優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的磚縫、標(biāo)高、平整度砌筑質(zhì)量。大塊陶瓷杯磚砌筑位置準(zhǔn)確、磚縫寬度適宜、泥漿飽滿度達(dá)97%以上，炭磚與冷卻壁、陶瓷杯之間的填料密實(shí)等，為高爐長(zhǎng)壽奠下了良好的砌筑基礎(chǔ)。

5  長(zhǎng)壽操作與生產(chǎn)維護(hù)

高爐長(zhǎng)壽實(shí)踐證明，邊緣氣流的發(fā)展程度、冶煉強(qiáng)度的高低、爐況波動(dòng)幅度與頻率、堿金屬富集等對(duì)爐役壽命有明顯影響。冶煉生產(chǎn)的長(zhǎng)壽型操作、生產(chǎn)維護(hù)是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽不可或缺的關(guān)鍵舉措之一。0號(hào)高爐投產(chǎn)后，在送風(fēng)制度、熱制度、造渣制度、爐體維護(hù)等方面采取了長(zhǎng)壽型的操作、維護(hù)，并于爐役末期采用鈦球護(hù)爐，實(shí)現(xiàn)了高爐的高效、長(zhǎng)壽、

5.1  送風(fēng)制度的選擇

開爐伊始，0號(hào)高爐就確立了穩(wěn)定中心、兼顧邊緣氣流的送風(fēng)控制原則。實(shí)際操作中，綜合原燃料狀況、爐役周期和生產(chǎn)強(qiáng)化冶煉程度，結(jié)合上部調(diào)劑而采用加大風(fēng)口長(zhǎng)度，縮小風(fēng)口面積等措施，以抑制爐役后期邊緣煤氣流容易過度發(fā)展、冷卻壁燒壞、磚襯侵蝕加劇等。在2012年?duì)t役末期時(shí)，生產(chǎn)操作及時(shí)調(diào)整風(fēng)口布局，風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)面積由0.1400㎡逐步縮小至0.1356㎡，風(fēng)口的長(zhǎng)度由310mm逐步調(diào)整為340mm（如圖2、3所示）。同時(shí)，局部冷卻壁水溫差急劇升高時(shí)，臨時(shí)封堵附近風(fēng)口，高爐進(jìn)風(fēng)面積縮小至0.1256㎡。結(jié)果表明：這些措施提高了風(fēng)速，抑制了邊緣煤氣流的過度發(fā)展，加大了風(fēng)口回旋區(qū)與爐墻的距離，有效地降低了邊緣熱流強(qiáng)度，減緩了冷卻壁和爐缸爐體磚襯的侵蝕。

5.2  穩(wěn)定熱制度、采用合理的造渣制度

沒有穩(wěn)定的熱制度和合理的造渣制度，渣鐵成分不穩(wěn)定、流動(dòng)性低，料柱的透氣性、透液性變差，爐況順行難以保證，增強(qiáng)的爐缸鐵水環(huán)流會(huì)加劇磚襯損壞。0號(hào)高爐生產(chǎn)操作采用的熱制度、造渣制度主要有：

（1）控制生鐵〔Si〕含量為0.45%～0.60%，保證鐵水溫度不低于1460℃，并嚴(yán)格四班統(tǒng)一操作，確保一定的生鐵〔Si〕含量穩(wěn)定率；嚴(yán)禁長(zhǎng)期下限爐溫操作，連續(xù)3次爐溫低于下限時(shí)要采取提高爐溫的操作措施。

（2）控制爐渣二元堿度為1.15±0.5、生鐵〔S〕含量＜0.030%。偏離此范圍時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整R2。另外，為了確保適宜的爐渣流動(dòng)性，控制渣中（MgO）含量為9.0%～10.0%。

5.3  定時(shí)排堿

堿金屬、Zn等在爐內(nèi)的富集明顯影響路況順行、加劇內(nèi)襯侵蝕、影響高爐壽命。隨原燃料品質(zhì)下降，這些有害物入爐量的增加，耐材內(nèi)襯面臨更加嚴(yán)峻的侵蝕。0號(hào)高爐雖然采用了抗堿性良好的優(yōu)質(zhì)微孔炭磚，抗侵蝕性和持續(xù)密閉性優(yōu)秀的整體式陶瓷杯內(nèi)襯，但為最大程度地降低堿金屬等有害元素的危害，生產(chǎn)中仍注重了對(duì)堿金屬等有害元素的操作控制。日常生產(chǎn)中嚴(yán)格監(jiān)控堿金屬入爐量＜4kg/t、ZnO＜0.45 kg/t。在出現(xiàn)有害物入爐量超過規(guī)定值時(shí)，每半個(gè)月進(jìn)行1次排堿操作。

5.4  維護(hù)修整爐型與人工造襯

隨著冶煉強(qiáng)度提高、爐役延長(zhǎng)、設(shè)備老化、冷卻壁破損、磚襯侵蝕、爐喉鋼磚變形等，高爐穩(wěn)定順行將受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響爐役壽命。為降低這些影響，0號(hào)高爐于2007年8月、2008年12月重新砌筑了爐腰以上的磚襯；2012年4月重新砌筑爐腰以上磚襯的同時(shí)，還更換了爐腹、爐腰及爐身共4段冷卻壁。這些措施對(duì)于維護(hù)合理爐型、控制煤氣流適宜分布、保持爐況穩(wěn)定順行起到了積極作用。

鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度于2011年4月19日逐步升高之后，在根據(jù)公司整體生產(chǎn)平衡安排的2011年8月年修中，爐腰以上進(jìn)行了噴涂造襯修整內(nèi)型，鐵口至風(fēng)口的爐缸區(qū)域進(jìn)行了澆筑造襯修整爐缸。復(fù)風(fēng)后，鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度回落至安全范圍，實(shí)現(xiàn)了爐役后期的安全生產(chǎn)。

5.5  鈦球護(hù)爐

2011年8月，澆筑造襯、修整爐缸后，鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度基本穩(wěn)定在9.3～11.6kW/㎡。2012年1月中旬開始，鐵口兩側(cè)冷卻壁的熱流強(qiáng)度出現(xiàn)超過11.6kW/㎡的情況；爐缸第二段冷卻壁局部熱流強(qiáng)度從3月也開始升高，尤其4號(hào)和15號(hào)冷卻壁超過11.6kW/㎡。為保證爐役后期安全生產(chǎn)，0號(hào)高爐于3月25日開始配加鈦球護(hù)爐。操作中，控制鈦球加入量為30～40kg/t，〔Si〕為0.45%～0.60%，〔Ti〕為0.100%以上，R2的上限控制為1.15±0.5，鐵水溫度保持在1460℃以上，以此來保證在高溫強(qiáng)還原性氣氛中，鈦球中的TiO2轉(zhuǎn)化為TiC、TiN及Ti(C,N)等高熔點(diǎn)物質(zhì)，沉積在爐底爐缸部位形成難熔的護(hù)爐層，延長(zhǎng)高爐壽命。采用鈦球護(hù)爐后，位于鐵口兩側(cè)的1、28號(hào)冷卻壁的熱流強(qiáng)度下降，并穩(wěn)定在10.5～12.8kW/㎡，爐缸第2段的4、15號(hào)冷卻壁的熱流強(qiáng)度降至9.3 kW/㎡以下，爐況穩(wěn)定順行，成功地減緩了爐缸、爐底的后期侵蝕速率，取得了比較明顯的護(hù)爐、穩(wěn)定爐況順行的效果。

6  結(jié)語(yǔ)

（1）石鋼0號(hào)高爐采用整體式陶瓷杯＋優(yōu)質(zhì)炭磚內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)良的材料品質(zhì)以及優(yōu)秀的施工質(zhì)量為該高爐的高效、長(zhǎng)壽奠下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）冶煉生產(chǎn)中，通過對(duì)冷卻系統(tǒng)的強(qiáng)化管理，及時(shí)調(diào)節(jié)、適當(dāng)控制邊緣煤氣流，調(diào)節(jié)風(fēng)口回旋區(qū)，采用穩(wěn)定的熱制度和造渣制度，控制有害元素入爐量與爐內(nèi)的富集等減緩了爐缸內(nèi)襯的侵蝕速率，爐役后期的造襯、鈦球護(hù)爐取得了積極效果等，保證了爐役末期法人安全生產(chǎn)。

（3）0號(hào)高爐在建設(shè)、生產(chǎn)中貫徹的現(xiàn)代高爐高效、長(zhǎng)壽是一個(gè)決定于設(shè)計(jì)、耐材品質(zhì)、施工質(zhì)量及生產(chǎn)操作與維護(hù)的綜合課題的理念，獲得了11500t/m3單位爐容產(chǎn)鐵量、8.9年?duì)t役壽命的優(yōu)秀成績(jī)，創(chuàng)國(guó)內(nèi)小型高爐高效、長(zhǎng)壽的最好水平。

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