本鋼7號高爐（2850 m3）于2005年9月開爐，累計生鐵產量為2505.15萬t，單位爐容生鐵產量9095 t/m3。2016年以來，7號高爐爐缸2段、3段冷卻壁水溫差及熱流強度不斷升高，超過安全生成警戒線，給高爐生產和順行帶來嚴重危害。目前，7號高爐爐缸存在隨時被燒穿的局面，通過在入爐礦石中增加釩鈦礦、優化調整布料矩陣、及時放凈鐵水及爐渣、控制冶煉強度、局部使用內徑110 mm和長度630 mm的風口、根據水溫差和熱流強度趨勢臨時堵部分風口等技術措施。爐缸水溫差和熱流強度逐步降低，在安全范圍內合理運行，生鐵成本、燃料消耗、鐵水質量等指標明顯好轉，達到正常水平。

1.   高爐冷卻結構和爐缸狀況

1.1   高爐爐體冷卻系統

高爐爐底冷卻采用在爐底磚下埋設水冷管的方式，水冷管管徑為φ89 mm×5.5 mm的不銹鋼管，鋼管間距為300 mm，共計48根。爐缸、風口帶、爐腹、爐腰、爐身、爐喉均采用冷卻壁冷卻方式，其中爐缸區域設4段灰鑄鐵光面冷卻壁，壁厚165 mm；風口區為1段異形光面冷卻壁，壁厚250 mm，材質為灰鑄鐵；爐腹第1段為4層雙進雙出銅冷卻板（物化性能：Cu+Ag≥99.5%，S≤0.01%，P≤0.02%，電導率≥85%IASC，抗拉強度≥175 N/mm2）；爐腹第2段、爐腰至爐身下部采用軋制銅冷卻壁（物化性能：Cu≥99.95%，P≤0.002%，O2≤0.003%，S≤0.004%，電導率≥98%IASC，對應導熱率≥380 W/（m·K），總冷卻高度為9150 mm；爐身中部采用3段滿鑲磚冷卻壁，壁厚340 mm，材質為鐵素體球墨鑄鐵；爐身上部采用3段滿鑲磚冷卻壁冷卻，材質為鐵素體球墨鑄鐵；爐喉鋼磚分為上下兩部分，材質為鑄鋼。

1.2   高爐冷卻系統水量

爐體冷卻系統分為高、中壓工業水冷卻系統和軟水密閉循環冷卻系統。由于高爐冶煉的進一步強化，爐內熱流強度的波動頻繁，熱震現象也較嚴重，因而為了加強冷卻，對水壓的要求也越來越高。風口冷卻水壓力要求1.0～1.5 MPa，其他部位冷卻水壓力應比爐內壓力至少高0.05 MPa。具體見表1。

（1） 高壓工業水冷卻系統包括風口小套、十字測溫裝置、爐頂水冷站和爐頂灑水裝置等。高壓工業水的供水量1550 m3/h，供水壓力為1.5 MPa。

（2）中壓工業水冷卻系統用于高爐爐役后期打水。中壓工業水的供水量為300 m3/h，供水壓力為0.6 MPa。

（3）軟水密閉循環冷卻系統冷卻范圍包括爐底水冷管、冷卻壁、風口中套和熱風爐設備（熱風閥）。軟水的供水量6150 m3/h，供水壓力為0.85 MPa。

1.3   爐底、爐缸結構

7號高爐爐底、爐缸采用“國產大塊炭磚和陶瓷杯+美國小塊炭磚”結構，底層滿鋪2層國產石墨炭磚及3層國產半石墨炭磚；爐缸側壁環砌43層美國UCAR熱壓小塊炭磚，上部采用17層國產半石墨炭-碳化硅磚和2層剛玉磚；陶瓷杯杯底采用2層剛玉莫來石磚，杯壁采用1層剛玉莫來石磚。

1.4   爐缸熱流強度升高

目前，爐底、爐缸安全檢測手段主要有爐缸淺層電偶檢測、爐皮紅外線測溫、人工測量水溫差和計算機熱流強度。爐皮紅外線測溫靈敏度低，并且不具有連續性。據統計爐底處爐皮溫度為25～40 ℃，爐缸處爐皮溫度為36～55 ℃，鐵口下方爐皮溫度為45～60 ℃[1]。爐缸淺層電偶檢測具有連續性、準確度高；爐缸各段冷卻壁水溫差連續測量并同計算的熱流強度來判斷爐缸的安全狀況。2015年4月人工測量1～6段水溫差最高達到4 ℃；2015年9月年休時安裝高爐冷卻壁微小溫差與熱流強度監測系統，監測爐缸區域單段水溫差及熱流強度變化；2016年6月2#鐵口區域的2段水溫差持續升高，2段122#水溫差達到1.75 ℃，熱流強度12.21 W·kJ/（m2·h）；2016年10月3#鐵口區域2段159#水溫差2.27 ℃、171#水溫差1.45 ℃，熱流強度達到14.2 W·kJ/（m2·h）。

2.   爐缸熱流強度異常的應對措施

2.1   含鈦礦石護爐

2.1.1   含鈦爐料護爐原理

高爐使用釩鈦礦時，起護爐作用的是爐料中TiO2的還原生成物。TiO2在爐內高溫還原氣氛條件下，可生成TiC、TiN及其連接固熔體Ti（CN）。這些鈦的氮化物和碳化物在爐缸爐底生成發育和集結，與鐵水及鐵水中析出的石墨等凝結在離冷卻壁較近的被侵蝕嚴重的爐缸、爐底的磚縫和內襯表面。由于Ti的碳、氮化物的熔化溫度很高，純TiC為3150 ℃，TiN為2950 ℃，Ti（CN）是固熔體，熔點也很高，從而對爐缸、爐底內襯起到了保護作用[2]。

在不大于1450 ℃的低溫區域，鈦的碳氮化合物 TiN、TiC穩定區間較大，Ti穩定區間較小[3]。因此，在死鐵層區域內，隨深度增加TiC和TiN含量上升；而在1800 ℃的高溫區域，Ti穩定區間較大，TiN穩定區間較小。從風口到軟熔滴落區域，Ti含量明顯升高。溫度梯度對Ti（C、N）生成和沉積起決定性作用，當某一部位受到侵蝕，侵蝕點內襯的內表面溫度較高，Ti（C、N）沉積量越多，并逐漸累積，直至這一溫度恢復正常。加釩鈦礦期間，要求鐵水中Ti控制在0.15%～0.20%之間，根據鐵水中Ti含量及時調整釩鈦礦負荷。添加釩鈦礦后鐵水中不同元素的含量見表2。

2.1.2   釩鈦礦爐料配比入爐方案

本鋼7號高爐入爐爐料結構為燒結礦57%+馬球11%+鑫玉球5.6%+釩鈦礦2.4%。在使用釩鈦礦護爐時，應根據高爐的侵蝕情況和熱流強度加入TiO2，但是TiO2量過少起不到護爐作用，過多爐渣會變稠，流動性變差，造成下部憋風，導致壓差升高給高爐順行和操作帶來不利影響。動態在線檢測爐缸水溫差和熱流強度的變化，當下降到安全范圍并穩定運行一定周期，應積極調整釩鈦礦入爐負荷，便于及時改善渣鐵流動性，保證良好的透氣性和透液性。

2.2   優化裝料工藝

通過優化布料檔位和角度，調整高爐截面礦焦配比，確保煤氣流有兩條通路，以中心為主、邊緣為輔。在保證爐況順行，壓量關系合理的前提下，中心煤氣流溫度控制在450～550 ℃，邊緣煤氣流溫度控制在90～120 ℃。在布料時保證中心礦石為15～16 t，中心焦量為5.5～6.0 t；形成1.0～1.2 m的環帶平臺和平緩的中心漏斗，減少球團礦滾向中心從而抑制中心氣流，影響高爐穩定順行。鐵水溫度按照大于1500 ℃，Si含量按照0.45%～0.65%平衡，保證充足的物理熱和化學熱，促進軟熔帶上移，提高高爐利用系數。局部縮小風口面積并適量使用長風口，減小爐缸中心死焦堆，減輕液態渣鐵環流對碳磚的磨損和侵蝕。

2.3   適量控制二氧化鈦的還原

采用釩鈦礦冶煉時渣中的TiO2并不影響爐渣黏度，在1450 ℃時黏度小于0.5 Pa·s[4]。在高爐的強還原氣氛下由于生成TiO2、TiN的固體顆粒，會使爐渣變稠甚至完全失去流動性。這些碳、氮化物還可以以網絡狀結構聚集在鐵滴表面，使鐵滴難以聚合和與爐渣分離，進一步造成黏度增高和渣中帶鐵，增加鐵損失。同時，這些顆粒還往往成為尖晶石、鈣鈦礦等高熔點礦物的結晶中心，提前析出固相使爐渣失去流動性，因此，必須控制TiO2的還原，或采取氧化措施使已形成的TiC、TiN等物質消失。

2.4   加強鐵口管理

爐缸鐵口承擔著液態渣鐵的排放工作，長期處于惡劣的環境中，在渣鐵排放時又受到高速高溫鐵水和爐渣的機械沖刷和化學侵蝕。新投產高爐，鐵口前段未形成有效的渣皮，保護鐵口的黏土磚受到環流渣鐵的機械沖刷，很快就會被侵蝕掉。后期整個生產期間鐵口主要靠梨形泥包保護。在爐役后期，維護一定深度的鐵口，對出凈渣鐵、保證高爐穩定順行至關重要。為此，7號高爐通過提高炮泥強度（主要使用棕鋼玉、碳化硅、絹云母成分較高的無水炮泥）、保持適宜的打泥量并增加二次打泥，既要密實鐵口孔道，又要維護好鐵口前段泥包，嚴謹鐵口冒泥和潮鐵口排放渣鐵。通過以上措施，大大提高了渣鐵出凈率，而且鐵口深度確保達到3500 mm。鐵口區泥包的穩定對及時排凈渣鐵、降低冷卻壁熱流強度起到了關鍵作用。

2.5   局部堵風口作業

在爐缸侵蝕嚴重的部位的上方將風口堵上，減弱這個部位圓周方向的環流，有利于粘質層的形成，從而起到保護爐缸磚襯的目的。在爐缸耐材溫度有上升趨勢的部位，使用加長風口，將風口回旋區延長，將高溫煤氣推向爐缸中心，保護爐襯。

3.   效果分析

采取配加釩鈦礦和護爐措施后，7號高爐爐缸2段144號、160號、183號冷卻壁熱流強度及周邊溫度逐步降低，消除了影響高爐安全生產的重大隱患（圖1）。為高爐進一步上風提高冶煉強度創造了有利條件，目前本鋼7號高爐風量4650～4700 m3/min，富氧120～150 m3/min，生鐵產量穩定在6300 t/d。

4.   結束語

（1）采用釩鈦礦護爐對強化冶煉有一定的不利影響，但對防止爐缸、爐底燒穿，保證安全生產，延長爐體壽命起重要作用，特別是在爐役后期。

（2）配加釩鈦礦冶煉時，液態渣鐵黏度相應升高，應加強操作管理，加重邊緣負荷，提高爐渣堿度和爐溫，既能保證鈦的還原，提高護爐效果，又能改善液態渣鐵的流動性。

（3）提高冷卻強度，對侵蝕嚴重的部位增加冷卻水量，通過加強冷卻，形成粘質層，使1150 ℃等溫線向爐缸中心移動。

（4）堵風口作業和使用加長風口，在爐缸局部可以起到保護爐襯的作用。

文章來源——金屬世界