首钢京唐1#高炉护炉措施及生产实践

郑 凯 滕召杰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司）

0 概述

首钢京唐1#高炉于2009年5月21日投产，有效容积5 500 m³。高炉采用平坦化双矩形出铁场和铁水直接运输工艺，共有4个铁口、 42个风口，炉顶设备采用自主设计的并罐式无料钟炉顶；炉体采用纯水密闭循环冷却、铜冷却壁、薄壁内衬等高炉综合长寿技术[1]；热风炉采用顶燃式热风炉和助燃空气高温预热技术，设计风温1 300 ℃；外围采用螺旋法渣处理工艺，全干法布袋除尘技术。

京唐1#高炉炉底采用全碳砖加陶瓷垫炉底的结构，炉底水冷管以上找平层使用耐火浇注料找平；往上平铺四层碳砖：一层高导热石墨砖，两层微孔碳砖，一层超微孔碳砖；碳砖上立砌两层陶瓷垫。炉缸采用了UCAR公司的NMA、NMD热压小碳块，结合湿法喷涂造衬工艺，主要结构如图1所示。2017年以来，炉缸侧壁侵蚀加剧，侧壁温度逐步升高，经计算，炉缸侧壁最薄处炭砖剩余厚度404 mm。如何实现炉缸状态可控、保证生产安全，成为高炉日常操作的重中之重。通过采取控制冶炼强度、加钛护炉、提高炉温水平、优化出铁制度、强化冷却等方式实现了炉役后期安全生产。

图1 京唐1#高炉炉缸炉底结构

1 炉缸高温点分布情况

京唐1#高炉炉缸高温点主要分布在铁口下方，炉衬7层、8层位置，其中炉衬7层的测温点标高位于铁口中心线下方3 m处，径向距冷却壁热面300 mm，炉衬8层的测温点位于铁口中心线下方1.9 m处，径向距冷却壁热面200 mm，具体位置及最高温度见表1。

表1 京唐1#高炉炉缸高温点统计

2 护炉生产措施及生产实践

2.1 控制合适的冶炼强度

炉缸侵蚀是一个不可逆过程，当炉缸侧壁侵蚀严重时，侧壁温度对高炉产量较为敏感。产量与高温点温度的变化情况如图2所示。高炉产量增加幅度较大时，炉缸温度出现波动。针对炉缸侧壁温度高的现状，制定了详细的控产应对措施，根据炉缸侧壁温度的不同，制定相应的富氧率及产量控制范围，当侧壁温度达到控制上限时，高炉需停风凉炉，以保证高炉生产安全。高炉控产主要采取减少富氧率，当侧壁温度＞200 ℃时，按照温度升高100 ℃，减富氧率1.0%～1.5%控制；当温度达到600 ℃时停氧，温度进一步升高时，停风凉炉。以减氧保持高炉全风不变来保证高炉较为稳定的一次煤气分布。

图2 高炉产量与炉缸高温点的分布情况

2.2 加钛护炉

理论研究表明，铁水加钛会在炉缸内形成TiC、TiN及Ti（C,N）等高熔点物质，附着在炉缸侧壁上形成保护层，维持炉缸侧壁稳定[2]。京唐1#高炉炉缸侧壁温度升高后，高炉开始加钛护炉，铁水中的Ti含量与炉缸侧壁温度的变化情况如图3所示。前期加钛护炉的主要思路是根据侧壁温度波动情况，及时增加或减少钛负荷，炉缸侧壁温度不同，铁水中的Ti含量随之变化，炉缸侧壁温度降低后，减少入炉钛负荷。在保证护炉效果的同时，兼顾铁水中钛对渣铁粘度和流动性的影响，合理控制入炉钛负荷。

图3 铁水Ti含量与炉缸高温点分布情况

从护炉实践来看，采取护炉措施、提高钛负荷后，炉缸侧壁温度降低，侧壁温度可控后，减少钛负荷，以达到减少钛负荷对炉况影响的目的。实践过程中，随着钛负荷降低后，炉缸侧壁温度逐步升高。如此反复，侧壁温度波动较大。由此可见，根据炉缸侧壁温度变化控制钛负荷的量，不利于炉缸形成稳定的保护层，护炉效果不好，侧壁温度反复。因此，2019年4月开始，高炉保持较高的钛负荷，并坚持长期护炉，铁水中的Ti含量长期保持在0.12%以上，以期形成稳定的保护层。

2.3 优化高炉操作制度，保证炉况稳定

高炉炉况波动造成冷却壁渣皮频繁脱落，产生的热震荡不利于高炉保护层的稳定，从而可能引起侧壁温度的波动；同时，出铁过程造成的渣铁液面波动也会引起保护层的剥落，造成侧壁温度不稳。京唐1#高炉在坚持加钛护炉的同时，通过提高风速动能、减少煤气流波动、活跃炉缸中心、稳定炉温、优化出铁制度、保持炉缸渣铁液面相对稳定等措施，提高了炉缸状态的稳定性。

2.3.1 优化装料制度，保证合理煤气分布

控制炉内合理的煤气分布，保持炉况稳定，对于保持高炉长期护炉效果有推进作用。煤气不稳，渣皮脱落、高炉大幅度加减风，造成高炉炉缸温度波动，对于炉缸保护层的稳定性有不利影响，会引起保护层减薄或者脱落，从而使得炉缸温度快速升高。京唐高炉护炉过程中，出现侧壁温度由100 ℃快速升高到500 ℃以上的情况，反映了炉缸保护层发生了变化。

京唐高炉护炉生产过程中，坚持发展中心，稳定边缘的煤气分布。通过控制合适的中心加焦量，将十字测温中心点温度控制在500～700 ℃；通过控制最大矿石角度和布料圈数，将十字测温边缘第一点温度稳定在60～80 ℃。坚持大矿批（165～170 t/批）操作，控制矿石角差10°～11°，中心加焦量15%～20%，以此稳定炉内煤气分布。

2.3.2 调整送风参数，提高鼓风动能

保持炉缸状态活跃，减少铁水环流，对于实现炉缸长寿及护炉都有积极作用。提高风速及动能，使风口前端具有足够强的初始煤气流，强化炉缸热交换，是大型高炉活跃炉缸的必要条件[3]。为了改善炉缸中心的活跃性，利用高炉检修机会，增加风口长度，减小风口面积，增加风速动能，活跃炉缸中心，减少对炉缸的侵蚀，将风口长度由625 mm增加到700 mm，并调整风口直径，取消了Φ135 mm风口，改为Φ130 mm+ Φ125 mm风口组合，风口面积由0.551 5 m2减少到0.548 5 m2，风口角度全部改为斜3°，实际风速由240 m/s提高到260 m/s，鼓风动能由12 000 kg·m/s提高到14 500 kg·m/s，高炉风速动能变化如图4所示。

图4 高炉风速及鼓风动能变化情况

2.3.3 提高炉温水平，保证炉缸热量充沛

在护炉过程中，保持合适的铁水温度，有利于提高铁水中的Ti含量，提高护炉效果，同时还可以改善炉缸内渣铁的流动性，活跃炉缸状态。开始对1#高炉护炉后，对炉温控制较为严格，[Si]要求大于0.4%，比正常控制规范提高0.1%。1#高炉炉温变化情况如图5所示，2019年4月以来，控制1#高炉的[Si]＞0.4%。

图5 1#高炉炉温变化情况

2.3.4 优化出铁制度

1#高炉炉缸高温点都分布在铁口下方区域，优化出铁制度对于控制炉缸侧壁温度，提高护炉效果有积极作用[4]。提高铁口深度，增加铁口区域泥包厚度，减少渣铁对该区域耐材的冲刷，铁口深度控制规范由3.8～4.2 m提高至4.0～4.4 m。同时，优化出铁次数，通过延长出铁间隔，出铁次数由16～17次/天降低到10～12次/天，增加双铁口重叠出铁时间，及时排出渣铁，减少渣铁环流，从而减少对铁口区域的侵蚀。通过优化出铁制度，铁口深度合格率和出铁整点率指标有了较大提高，炉缸状态活跃性得到了改善，护炉效果提高。高炉出铁制度变化情况如图6所示。

图6 高炉出铁制度变化情况

在优化出铁制度的同时，对铁口倒场管理也进行了调整。京唐1#高炉设有4个铁口，出铁制度为2个铁口对出，另外2个铁口备用，倒场周期为30天左右。倒场时，由于备用铁口长时间不出铁，铁口前泥包基本完全侵蚀，首次铁铁口深度浅，对铁口前方保护层冲击较大。为了提高倒场时的铁口深度，倒场前定期对该铁口进行补泥（含钛炮泥），保证铁口前方有稳定的泥包，以减少铁口区域炉缸侧壁的侵蚀。

2.4 强化冷却

在进行护炉时，对侵蚀严重区域的冷却制度进行了强化，主要是将高温点区域冷却水由除盐水改为高压工业水，降低进水温度、增加流量。京唐1#高炉炉体冷却设计结构为上下串联，为了强化冷却，利用检修机会将高温点区域的冷却壁水管改为2～3段单通高压工业水，供水流量由25 t/h提高到50 t/h，进水温度由43 ℃降到25 ℃，强化高温区冷却，使得高炉区域炉缸热面更容易形成保护层，从而缓解炉缸侵蚀进一步加剧。

3 护炉效果

2019年5月以来，通过坚持长期加钛护炉，提高铁水温度，控制铁水中[Ti]＞0.12%，稳定炉况，优化出铁制度等，炉缸侧壁高温点温度可控。2019年6月以来，侧壁高温点温度稳定在180 ℃以下，且侧壁温度逐步降低。这表明通过护炉，炉缸状态可控；高炉平均产量为11 081 t/d，焦比为283 kg/t，煤比为177 kg/t，燃料比为480 kg/t，护炉情况下，生产情况稳定。高炉护炉情况如图7所示。

图7 高炉护炉情况

4 结论

（1）护炉应该是一个长期的过程。随着炉缸侧壁温度变化来控制钛负荷的加减，护炉效果较差，不利于炉缸形成稳定的保护层。坚持常态化护炉，控制合适的铁水温度和铁水中的Ti含量，有利于炉缸维护。京唐控制1#高炉 [Ti]＞0.12%，[Si]＞0.4%，护炉效果较好。

（2）保持炉况稳定，减少渣皮脱落及风量氧量大幅波动，维持较为稳定的产量，有利于维护炉缸保护层的稳定。京唐高炉护炉期间，坚持“打开中心，稳定边缘”的煤气调整思路，控制合适的矿石平台，优化煤气分布，保证了高炉长期顺稳，提高了护炉效果。

（3）增加炉缸高温区域的冷却水量，强化冷却，有利于保护层的形成和稳定，缓解炉缸侵蚀进一步加剧。