某鋼廠高爐各部位用耐火材料的長壽改造案例

3200m3高爐爐底、爐缸採用炭磚加陶瓷杯的綜合結構，剛玉質組合磚用作風口區內襯，外層採用5段光面鑄鐵冷卻壁進行冷卻。爐腹、爐腰至爐身下二層共4段採用銅冷卻壁加噴塗料結構，全爐冷卻壁尺寸及材質見表1。2009年7月開爐至今，沒有進行對高爐長壽方面較大的改造，只有兩次小修和幾次小的檢修。第一次小修在2011年10月，因外圍市場原因停爐，對5段風口組合磚破損處重新砌磚，5段及以上冷卻壁熱面噴塗造襯；第二次小修在2017年2月，為配合環保限產停爐，更換了4段銅冷卻壁，並對風口組合磚破損處到爐身上部全部噴塗造襯，將2#、3#鐵口區冷卻壁軟水改為高壓水冷卻；其他幾次主要是休風安裝微型冷卻器與爐缸炭磚安裝熱電偶。目前，高爐已執行9年，有效容積產鐵量為7800t/m3，爐底、爐缸等各部位的侵蝕較輕，有望成為長壽高爐。

1風口段改進

3200m3高爐爐底、爐缸共採用5段光面低鉻

表13200m3高爐冷卻壁尺寸及材質

鑄鐵冷卻壁，其中處於爐缸最上方的第5段冷卻壁中間位置留孔安裝有風口。高爐最早發現被侵蝕的是風口段的磚襯於冷卻壁。2011年10月，因市場原因停爐，降料面後發現，5段即風口段位置的高爐內襯從風口大套上沿到銅冷卻壁下沿侵蝕嚴重，除剩下一層風口組合磚外，其他的剛玉磚與噴塗料已經全部脫落。該部位的冷卻壁本體燒損嚴重，熱面的鑄鐵已經大部分被侵蝕，每塊冷卻壁的3根水管最少露出1至2根，上方爐腹的銅冷卻壁已懸空，形成凹槽狀（如圖1所示）。

圖15段磚襯與冷卻壁侵蝕情況

透過現場勘查與分析，認為焦炭質量差、壓差高，而該部位的鑄鐵冷卻壁冷卻能力不足是侵蝕的主要原因。高爐長期配吃外購的搗固焦與4m小焦爐自產焦炭，焦炭質量較差。為強化冶煉，壓差控制偏高，日均壓差長期在185kPa左右，小時均值甚至超200kPa。過高的壓差使得迴旋區出現變形，並向外向上擴充套件，帶動高溫區更加靠近風口和爐牆，而該部位採用鑄鐵冷卻壁，冷卻能力不足，導致其過早燒損。

當時由於工期短，未更換5段冷卻壁，僅重砌風口組合磚並噴塗造襯。開爐後，根據分析的原因大幅度改善焦炭質量，停止使用質量較差的搗固焦，並新建了幹熄焦系統，乾焦比從0提高到80%。同時，下調了壓差控制範圍，平均壓差降低至160kPa～170kPa之間。

2017年2月，再次降料面觀察，經過5年投用，該段冷卻壁完全被渣皮覆蓋，並沒有繼續侵蝕，重砌的組合磚保持較好，可以看出，透過改善焦炭質量與降低壓差，從而降低了對該部位的侵蝕。當然，對那些焦炭質量難以改善的高爐，建議改進風口段冷卻壁結構，可將風口段冷卻壁改為兩段式，下段保持鑄鐵冷卻壁不變，從風口中心線以上到爐腹銅冷卻壁之間的上段，使用2至3層冷卻板或者銅冷卻壁進行過渡，可以徹底解決該部位冷卻不足導致過早燒損問題。這種改造設計在國內的濟鋼、寶鋼也都有成功的案例。

2爐腹至爐身下改造

3200m3高爐在熱負荷最大的6段爐腹、7段爐腰、8～9段爐身下采用四段銅冷卻壁，每段48塊、192個水流通道。開爐後，銅冷卻壁一直執行良好，但從2015年9月首個銅冷卻壁水流通道出現漏水後，破損快速發展。到2017年2月停爐小修時，破損水道已達101個，佔環周總水道數的53%，且都集中在7段爐腰位置。此次銅冷卻壁的破損與普通鑄鐵冷卻壁漸進式破損有很大不同，投產後的6年左右沒有一個通道漏水，但開始破損後的1年多的時間裡出現大面積集中破損，尤其是停爐前3個月，平均每2。5天就有一個水道漏水。且破損後難養護，關水後很快燒損脫落，只剩爐皮鋼板，對生產與安全影響很大。

針對銅冷卻壁的破損，做了大量調查。透過休風時安裝柱狀微冷型冷卻器鑽孔取下的圓柱狀的銅壞冷卻壁區域性銅柱觀察，所有爐腰壞冷卻壁內表面都光滑平整，燕尾槽已磨平，冷卻壁原始厚度由110mm降至50mm～85mm。由此推測壞冷卻壁都是由於熱面被不斷磨損、變薄，當厚度低於59mm時，就會露出水道出現漏水；同樣的，就算沒有漏水的冷卻壁也都已經磨薄，隨時可能漏水，所以會出現開爐後長期完好，而破損開始後出現短時間大面積破損的現象。2017年2月高爐停爐，降料面後的觀察印證了前期的推測，即7段爐腰銅冷卻壁中下部2/3處到6段爐腹上部1/3處，整個環帶磨損非常嚴重，漏水都是磨薄後出現的。

針對破損的原因分析，停爐更換新冷卻壁前高爐主要從減少磨損上採取措施。首先穩定邊緣氣流，減少磨損。3200m3高爐中心氣流不足，上部布料制度長期採用強行壓邊料制，邊緣負荷偏重，導致爐腹與爐腰的渣皮不穩，沒有渣皮保護的銅冷卻壁經常直接和爐料與煤氣接觸而磨損。為此，對高爐料制進行了調整，將壓邊的平臺加漏斗料制改成O98764332C110293837261561兩頭焦料制，發展中心氣流的同時，穩定邊緣。

調整後，氣流通暢、邊緣穩定，渣皮穩定性提高，爐皮發紅現象明顯減少。其次，在壞冷卻壁的位置開孔安裝柱狀微冷型冷卻器，每塊冷卻壁安裝12～16個微冷器，並透過微冷器上的灌漿孔壓入硬質漿料200kg左右。該冷卻器為圓柱狀，直徑100mm左右，可在爐皮上鑽孔直接插入，安裝方便。插入深度比爐牆設計厚度稍大即可，能起到良好的穩定硬質料與掛渣作用。對停爐拆下的舊銅冷卻壁表面進行觀察，發現微冷器確實起到了很好的掛渣作用，並且起到了保護冷卻壁的作用：安裝微冷器的冷卻壁表面都結一層穩定的渣皮，沒有微冷器處冷卻壁表面光滑無渣皮，受到嚴重磨損（如圖2所示）。同樣的，從銅冷卻壁已脫落的爐皮也可以看到類似的情況。

2017年2月，3200m3高爐停爐檢修換冷卻壁·18·河南冶金2018年第6期時，對新的銅冷卻壁進行了改造。將6至8段帶燕尾槽的冷卻壁全部改成鑲磚銅冷卻壁，並將鑲磚表面由光面改成燕尾槽形狀，進一步提升了掛渣能力，改進效果良好。

高爐開爐至今已有15個月，銅冷卻壁溫度非常穩定，平均水溫差只有1。5℃，與上一代老式銅冷卻壁高爐開爐後水溫差長期3。2℃左右相比，水溫差明顯降低，說明渣皮很穩定，可以有效保護銅冷卻壁，延長其使用壽命。

圖27段壞銅冷卻壁的表面

3爐缸與爐底改造

3200m3高爐採用水冷爐底，上鋪5層炭磚與2層陶瓷杯，每層厚度為400mm。爐缸採用環砌美國UCAR熱壓小塊炭磚，內側砌小塊陶瓷杯。在爐缸上部環砌3層國產大塊微孔炭磚。投產至今，爐底執行平穩，僅有部分陶瓷杯與最上層超微孔炭磚脫落，其他四層炭磚完好。從侵蝕速度看，爐底侵蝕較慢，不會成為影響高爐壽命的限制性環節。高爐爐底、爐缸的限制性在爐缸側壁。3200m3高爐侵蝕最嚴重部位如圖3所示。

圖32#鐵口東側侵蝕最嚴重部位侵蝕

目前，3200m3高爐爐底、爐缸的侵蝕形狀類似於“象腳”，但侵蝕最嚴重部位比“象腳”狀侵蝕有所上移，到死鐵層中間部位。3200m3高爐死鐵層深度為2。75m，侵蝕最嚴重的地方正好位於2#鐵口中心線下方1。3m處。根據推算，原始厚度1258mm的炭磚現只有630mm左右。從侵蝕程序看，開爐初期的4年左右侵蝕很少，估計與陶瓷杯的保護有一定關係。從2013年8月開始出現週期性侵蝕，共發生6次，分別是2013年7～10月、2014年1～4月、2015年9～11月、2016年2～3月、2017年8月、2018年4月。

每次侵蝕時間都較短，少則十幾天多則3個月左右，最近幾次均在1個月左右，剩餘的大多數時間高爐爐底、爐缸炭磚都被厚厚的凝鐵層覆蓋，基本沒有侵蝕。且每次侵蝕面積較小，都是區域性小範圍，如某個鐵口下方2～3個熱電偶點或者鐵口下1。3m就一圈侵蝕。侵蝕時熱電偶溫度快速升高，然後有1～2個點的溫度突破歷史最高值，出現凝鐵層完全脫落，之後炭磚開始侵蝕。針對侵蝕，高爐一般採取提爐溫、提鹼度，甚至限產等措施，但作用均很有限，最後往往都是自動停止的。侵蝕呈現快速性、區域性性、難控性。

針對爐缸侵蝕特性，日常主要抓爐缸的均勻與活躍工作，積極用風、少用氧，提高風速、動能，並制定有害元素控制標準，避免超標。同時，加強爐缸監測管理，透過採用溫度監控與爐牆殘厚計算等措施，及時掌握爐缸內襯的侵蝕情況。利用休風機會對鐵口下方侵蝕嚴重區域增加監控熱電偶，前後共增加16個監控熱電偶，使得該區域熱電偶分佈密度由每3m2一個提高至每1。5m2一個。2017年2月，利用小修機會對侵蝕較嚴重2#鐵口與3#鐵口的兩側及下邊各9塊冷卻壁，由軟水冷卻改為高壓水冷卻，冷卻水管水流速度由2。1m/s提高到7。0m/s以上，大大提高了其冷卻強度。一旦出現爐缸側壁溫度快速升高，根據高爐凝鐵層厚度採取提高爐溫、提高一級品率、控制冶強、適當增加打泥量等措施。未來爐缸進一步侵蝕後，還可考慮採用鈦礦護爐等進一步措施，確保高爐安全生產。

4結語

（1）隨著銅冷卻壁的大量使用，其渣皮脫落後容易磨損的不足逐漸顯現了出來，透過新型鑲磚設計與爐內操作最佳化，可以提高渣皮穩定性，有效延長了銅冷卻壁使用壽命。

（2）高爐風口中心線到爐腹下沿的內襯與冷卻壁，一直是高爐設計的難題。經過不斷改進，目前整體厚度減薄、冷卻能力提升，但焦炭等原燃料長期較差時仍可能被提前侵蝕，可以考慮在該部位採取銅冷卻壁或者銅冷卻板進行過渡。

（3）隨著死鐵層的不斷加深，爐役中期爐缸死鐵層中間部位的側壁炭磚常常最先被侵蝕，影響到高爐的安全生產，甚至有燒穿危險，直接導致高爐提前進行大修，設計時加強該區域側壁的抗侵蝕能力，提高冷卻強度將很有必要。