芜湖新兴铸管1 号高炉炉底温度上升的治理实践

高 峰， 张卫华， 孟凡林， 傅友根

（芜湖新兴铸管有限责任公司， 安徽 芜湖 241000）

1 概况

芜湖新兴铸管有限责任公司（全文简称芜湖新兴）铸管1 号高炉（1 280 m3）投产于2012 年6 月1日，高炉炉底冷却采用在炉壳底板下埋设水冷管的形式，炉底板往上，第1、2 层为厚度400 mm 的半石墨碳砖，第3 层为400 mm 的微孔碳砖，第4 层为400 mm 的超微孔炭砖，第4 层上部为杯壁厚345 mm，杯垫厚800 mm 的微孔刚玉砖陶瓷杯的炉底、炉缸结构（如图1 所示）。投产后，高炉各项生产指标均达到较好水平。从2017 年9 月开始发现炉底封板处出现开裂并窜出带压煤气，高炉风口带出现中套变形严重，小套上翘明显并漏煤气[1]；18 年5 月开始，炉底水泥基墩出现裂纹并有微量煤气泄漏，同时高炉炉底水冷管温差和炉底中心点温度上升速度异常（如图2 所示），随着炉底温差、温度的上升和煤气泄漏量的不断增大，迫于安全生产的压力，6 月份高炉开始下调入炉风量，降低冶炼强度，造成铁水产量和主要经济技术指标严重下滑，成本上升较大。

图1 铸管1 号高炉炉底、炉缸结构图（mm）

图2 铸管1 号高炉2018 年5 月—11 月炉底水冷管（16 号、17 号、18 号）水温差和炉底中心点热电偶温度的变化

2 炉底温差、温度上升的原因分析

在炉底温差、温度持续上升的期间，芜湖新兴铸管炼铁部门通过影响炉底温度的各种因素进行分析排查，认为炉底温度上升的原因主要：炉缸碳砖有缝隙，锌、铅沉积；上部煤气通过风口区域下窜至炉底基墩两种。

对第一个影响原因，在2018 年5 月份，高炉炉底水冷管温差和炉底中心点温度开始上升后，通过分析2018 年5 月—8 月份炉缸第一层标高为7.1 m的6 支测温热电偶插入位置在第一层碳砖与第二层碳砖之间（如下页图3 所示），插入深度分别为0.48 m，1.78 m，3.58 m，5.38 m 的温度（如下页图4 所示），可以看出，炉底碳砖温度在平稳波动，没有明显上升变化，可以得出这种观点与实际原因不符。

确定炉缸碳砖相对完好后，对第二个影响因素进行分析，由于高炉长期使用高Zn 原料，炉内循环富集的锌蒸气在炉内高压条件下很容易进入到耐火砖炉衬的气孔内，部分渗人炉墙，在炉衬中冷却并氧化为ZnO，使砖衬体积膨胀产生内应力而开裂和塌落，进而破坏炉衬[2]，另外炉内的锌蒸气顺着冷却设备处的缝隙进入到风口区，温度降低冷凝为液体，大量凝结到风口组合砖中，使风口组合砖体积膨胀，造成风口中套变形及上翘。风口带的煤气则通过风口组合砖沿冷却壁的冷面和热面细小缝隙往下窜漏，窜漏的通道具有不规则性、细微性、位置不确定性，为后期处理增加了困难。另从1 号高炉炉基结构图分析，炉底封板布置在水冷管上方，封板上是碳素找平层，煤气窜漏至炉底水泥基墩是以炉底封板的焊缝开裂或薄弱处为主要通道。

图3 高炉炉缸第一层测温热电偶分布图（mm）

图4 高炉炉缸第一层热电偶温度变化

3 治理措施

1）根据《高炉炼铁工艺设计规范》中规定的有害元素入炉标准，严格控制入炉原料碱金属含量≤3 kg/t、锌含量≤0.15 kg/t，减少循环富集。

2）2018 年6 月至9 月份先后4 次对炉缸冷却壁冷面（炉皮侧）和冷却壁热面（碳砖侧）部位煤气封堵压浆治理，由于下窜通道多且无规则，封堵治理效果不佳，炉底温度仍持续上升。

3）2018 年11 月至12 月份，利用高炉年检中修机会对风口区域进行整体浇注和炉内喷涂（如图5所示），封堵了炉缸上部高温煤气下窜的通道。

4）高炉炉底基墩煤气封堵治理，2018 年11 月至12 月对炉底的耐热基墩、水泥基礅外部制作迷宫密封结构的外壳，保证炉体金属外壳无裂缝、漏点的前提下，利用塑相密封理论[3]，在炉缸第一、二、三层冷却壁以及基墩外壳内压入高导热塑性密封材料。确保将水泥基礅窜漏煤气封堵在钢板结构密封内（如图6 所示），彻底消除了高炉本体基墩的贯通性煤气渗漏通道。

图5 高炉风口带整体浇筑情况

图6 高炉炉底基墩迷宫密封结构的外壳

4 效果分析

经过对入炉原料有害元素的控制和煤气下窜通道的多次封堵治理，炉底中心点温度和炉底水冷管温差有了显著的下降（如图7 所示），炉底封板及基墩煤气泄漏基本得到了控制，炉底离本体1 m 范围内煤气浓度低于15×10-6，给高炉生产和工作人员提供了安全的工作环境，12 月份高炉开始提高冶炼强度，高炉主要经济指标得到了较大的改善，利用系数由2018 年的2.46 提高至2019 年的3.15（如表1所示）。

图7 2019 年1 月—12 月炉底水冷管（16 号、17 号、18 号）水温差和炉底中心点温度的变化

表1 芜湖新兴铸管2018 年和2019 年主要经济技术指标

5 结语

炉底的安全是高炉稳定生产和长寿的关键组成部分，经过此次芜湖新兴铸管1 号高炉炉底温度上升的治理实践总结得到以下经验：

1）通过比对炉缸碳砖温度变化，排查出炉底温度上升和窜煤气的主要原因是本次治理取得成功的关键。

2）采用风口区域整体浇筑与炉底灌浆塑性密封上下结合的方式较为彻底的封堵煤气下窜通道是本次治理取得成功的重要因素。

3）碱金属和锌等有害元素对高炉耐材的破坏影响重大，要严格控制碱金属和锌等有害元素的入炉量。