浅析首钢2号高炉炉缸工作状态

摘要本文浅析了首钢2号高炉的炉缸工作状态及其影响因素，以炉缸工作活跃指数来指导高炉操作，使炉缸工作保持活跃，在此基础上2号高炉实现了高煤比下的顺稳生产与炉缸长寿。

关键词高炉炉缸工作出铁
The simple analysis of furnace hearth operating mode in Shougang No.2 BF
Zhang Heshun Ma Hongbin
(Shougang Ironmaking Plant)
Abstract This article simply analyses the furnace hearth operating mode in Shougang No.2 BF and some factors which affect the furnace hearth operating mode. Furnace hearth operation retains active by activity index of furnace hearth operation governing blast furnace operation. So No.2 BF achieves the smooth operation and stabilization, and furnace hearth achieves long life.
Key words BF furnace hearth operating iron tapping
1.前言
高炉顺行稳定生产要求炉缸工作活跃，中心死焦堆具有足够的透气性和透液性，炉缸环流减弱。

若炉缸中心死焦堆透气性和透液性差，铁水积聚在炉缸边缘，在出铁时易形成铁水环流导致炉缸内衬局部出现象脚侵蚀，引发炉缸局部过热及炉缸烧出等事故。

炉缸中心死焦堆透气性和透液性差，大量渣铁滞留在死焦堆中导致炉缸初始煤气难于渗透到中心，破坏炉内煤气分布，影响高炉炉内顺行及经济技术指标。

因此，在高炉操作方面要采取活跃炉缸中心死焦堆的措施，保持适当的炉缸炉底及侧壁温度，维持活跃的炉缸工作状态。

首钢2号高炉2002年5月开炉，有效容积 1780m3，24个风口，炉身下部、炉腰、炉腹安装三段铜冷却壁，先后装备了高炉基础数据采集系统、炉缸侵蚀模型等先进设备及软件，完善的监测设备为客观分析高炉冶炼进程提供了数据基础。

本文结合首钢2号高炉的冶炼经验，以2号高炉150天生产的各项高炉冶炼参数为基础，浅要分析2号高炉炉缸工作状态及其影响因素，寻找不同高炉之间炉缸工作状态的普遍规律。

图 1 高炉经济技术指标随时间推移图
2.炉缸工作状态的关键影响因素
2.1.送风制度
鼓风离开风口时所具有动能，在风口前端形成一个疏松的椭圆形区间，焦炭在这个区间进行回旋运动和燃烧，回旋区的形状和大小决定着炉缸初始煤气的分布。

回旋区的深度越大，煤气越向中心扩展，炉缸径向的温度匀一性越好，这使炉缸中心保持一定的热度，控制中心堆积的焦炭数量，维持死焦堆良好的透气透液性能，避免因下落的渣铁滞留在死焦堆中影响煤气向中心的渗透。

回旋区中的传热传质过程，不但影响风口燃烧温度和煤气的分布，而且影响炉缸内渣铁的温
度和铁水质量，因此送风制度从根本上决定了炉缸工作状态，维持尽量大的动能以尽量扩展回旋区深度，这对于保持炉缸工作状态活跃至关重要。

2.2.装料制度
装料制度通过改变炉料在炉喉径向的分布状态来调整煤气在径向各点的流速，从而达到高炉顺行稳定的目的。

在上部固体散料层，由于焦炭对煤气产生的阻力要比矿石对煤气产生的阻力小得多，煤气在径向位置上主要沿着矿焦比小的路径上升，或者说煤气沿这一路径的上升速度最快、煤气利用最差。

但煤气的上升速度不能无限制的增加，否则会导致固体散料层的流化，出现管道行程，破坏炉况顺行。

炉况顺行被破坏后，煤气利用率急剧降低造成渣铁热度下降、流动性变差，或者管道行程造成塌料使未充分分离的渣铁落入炉缸，继而未充分分离的渣铁在炉缸继续大量吸热进行分离，这都导致炉缸工作活跃程度下降。

装料制度的主要作用是针对炉缸初始煤气的分布状态，控制中心与边缘煤气的流速，维持炉况顺行、提高煤气利用，装料制度不合适造成中心与边缘煤气的比例失衡后，极易导致炉缸工作状态不活跃。

2.3.原燃料质量
原燃料质量对炉缸工作状态的影响体现在：一方面焦炭高温冶金性能差导致炉缸死焦堆中的焦炭粒度过小、透气透液能力下降，下落的渣铁不能迅速透过死焦堆渗透到炉缸底部，渣铁易滞留在死焦堆中；另一方面因原料化学成分而导致的炉渣高Al2O3、高碱度现象使渣铁流动性下降，增加了渣铁的渗透难度，也使渣铁易滞留在死焦堆中；第三方面原燃料化学成分、冶金性能的不稳定导致炉缸热度的变化，低温渣铁流动性下降，这些都将导致炉缸工作活跃程度下降。

3.炉缸状态
3.1.炉缸结构
2号高炉内衬采用国产耐火材料，炉缸炉底砌筑结构采用“小块热压炭砖－陶瓷杯组合内衬技术”砌筑，炉底采用大块刚玉莫来石陶瓷垫，在炉缸和炉底热应力、铁水冲刷侵蚀、碱金属侵蚀严重的区域采用了小块热压炭砖。

满铺炉底和炉缸环形炭砖采用半石墨质大块炭砖，炉底最上一层满铺炭砖采用优质微孔大块炭砖，炉底采用水冷。

风口组合砖采用稳定性和整体性好的大块棕刚玉组合砖。

图 2 2号高炉炉缸结构
3.2.炉缸清理后的状态
2008年2号高炉停炉检修99天，8月7日-8月20日2号高炉清理炉缸，底部清理至死铁层，底部平面距离风口中心线4.0m，炉缸侧壁清理至仅剩原有的渣铁保护层，约0.4~0.5m厚。

炉缸清理过程中发现，风口中心线至其下部2.5m，炉缸内部主要为松散的焦炭，圆周炉缸碳砖上附着渣铁保护层，在渣铁保护层与焦炭之间有一层粒度很细的焦炭粉末，其中夹杂着纯铁、渣子，风口中心线下部2.5m至4.0m，渣铁与焦炭相互粘结在一起，成为大块粘结物，其中的渣铁主要以渣为主，含少量的铁，越靠近死铁层，焦炭的劣化程度越高，至死铁层处，焦炭已经无法分辨原有形状。

3.3.炉缸理想状态
2号高炉软熔带形状为倒V形，理想状况下，炉缸死焦堆中的温度场均匀，风口回旋区充满小块焦炭，在表面附着有滴落的铁水，鸟巢区含有破碎小块焦炭，焦块间孔隙充满大量铁水和炉渣。

死焦堆由回旋区壁延伸至高炉中心，该区焦炭粒度较大且基本恒定。

高炉炉缸径向温度较高且相对均一、恒定。

炉缸侧壁温度保持足够低的水平，而炉底中心的温度需保持在适当的水平，具有良好导热能力的碳砖和合理的冷却相结合，使炉缸工作表面形成稳定的渣铁凝结层，为炉缸长期稳定工作提供可靠保证。

4.炉缸工作状态的量化
4.1.炉缸侧壁温度
炉缸侧壁温度与炉缸冷却壁水温差相比，能够更直接、迅速反应炉缸侧壁碳砖及渣铁保护层厚度变化情况，是监测炉缸工作状态的重要参数。

定义炉缸侧壁温度：
（℃）
2号高炉的冶炼实践发现，炉缸侧壁温度与产量、煤比基本呈相同的变化趋势，即炉缸侧壁温度随产量、煤比的提高而升高，但变化程度与高炉的具体冶炼条件有关。

图 3 高炉炉缸侧壁温度与产量随时间推移图
图 4 高炉炉缸侧壁温度与煤比随时间推移图
4.2.炉缸炉底温度
炉缸炉底水冷管的水温差不能单独反应炉缸炉底中心的传热情况，因而炉缸炉底中心热电偶温度成为监测炉缸底部传热情况的主要参数。

定义炉缸炉底温度：
（℃）。

炉缸炉底温度与产量基本呈相同的变化趋势，即炉缸炉底温度随产量的提高而升高，炉缸炉底温度与煤比则基本呈相反的变化趋势，即炉缸炉底温度随煤比的提高而降低，但变化程度也与高炉的具体冶炼条件有关。

图 5 高炉炉缸炉底温度与产量随时间推移图
图 6 高炉炉缸炉底温度与煤比随时间推移图
4.3.炉缸工作活跃指数
炉缸炉底温度在一定程度上反应了炉缸热量在炉缸中心死焦堆的传递能力，也反应了铁水炉渣在炉缸中心死焦堆的渗透能力。

但不同高炉的炉缸结构及监测热电偶位置不同，为了更准确的反应炉缸内温度场分布，来定量指出高炉操作参数是否处在合理的范围。

定义炉缸工作活跃指数：
—炉缸炉底温度（℃）；
—炉缸侧壁温度（℃）。

炉缸工作活跃指数与产量基本呈相同的变化趋势，即炉缸工作活跃指数温度随产量的提高而升高，炉缸工作活跃指数与煤比则基本呈相反的变化趋势，即炉缸工作活跃指数随煤比的提高而降低，但变化程度也与高炉的具体冶炼条件有关。

高炉长期高煤比生产易发展边缘气流，如果炉缸工作状态活跃性不足，必然会加剧炉缸侧壁的侵蚀，引起炉缸侧壁温度升高，炉缸工作状态活跃性增大之后，铁水对炉缸侧壁的环流冲刷减少，2号高炉高煤比生产时，有效解决了炉缸工作状态活跃性问题，因此炉缸侧壁温度能够基本维持不变或呈下降趋势。

图 7 高炉炉缸工作活跃指数随时间推移图
图 8 高炉炉缸工作活跃指数与产量随时间推移图
图 9 高炉炉缸工作活跃指数与煤比随时间推移图
4.4.炉缸工作出铁指数
炉缸工作状态活跃性下降后，死焦堆中积存的渣铁量增加，造成炉缸实际容渣容铁量的减少，同时由于死焦堆中的渣铁渗透性下降，易造成出铁前风压升高，风量减少，料速减慢，出铁过程中料速明显加快，高炉操作方面为了缓解出铁前炉内压差的升高，被迫压缩出铁间隔，这两方面都促使每次出铁的实际出铁量减少，因此每次出铁的实际出铁量也可以反应炉缸工作状态。

定义炉缸工作出铁指数：
—高炉日铁水产量（t）；
—高炉日出铁次数（次）。

高炉炉缸工作出铁指数与活跃指数呈基本相同的变化趋势。

图 10 高炉炉缸工作出铁指数与活跃指数随时间推移图
5.炉缸工作状态活跃的实现途径
5.1.提高原燃料质量
原燃料质量方面对其化学成分、入炉粒度、冶金性能等进行跟踪管理，减少因原燃料质量问题造成的炉缸工作状态活跃性下降。

对原燃料化学成分的管理体现在对其碱度、Al2O3等影响炉渣流动性能的化学成分指标的管理，通过配矿及烧结、球团工艺控制来稳定原燃料成分、降低Al2O3等成分的含量；对原燃料入炉粒度的管理体现在对入炉焦炭粒级分布的管理，通过提高筛分工艺，减少入炉的碎焦量；对原燃料冶金性能的管理体现在对焦炭高温冶金性能的管理，降低焦炭的高温反应性、提高反应后强度，保持一定的死焦堆焦炭粒级，为下落渣铁迅速渗透至炉缸底部创造有利条件。

5.2.下部调剂
适当的鼓风动能可以保持一定的回旋区深度，使炉缸初始煤气最大限度向炉缸中心渗透，以利于提高整个死焦堆的透气、透液能力，这就是“吹透中心”的高炉，只是吹透程度因高炉而异，要实现“吹透中心”，需要保持足够的、稳定的鼓风动能。

保持炉缸活跃的工作状态，2号高炉适宜鼓风动能在11000~12000K g·m/s。

鼓风动能增大后所担心的中心煤气过分发展问题，可以通过装料制度的调整来有意识的控制中心、疏导边缘得到解决。

风口面积、风口长短根据生产任务与高炉自身特点选定后，生产中尽量不调整，为维持回旋区深度的稳定，尽量维持送风制度的稳定。

5.3.上部调剂
在长期高煤比生产条件下，吹透炉缸中心、确保炉缸工作状态活跃，除了下部调剂手段外，还要结合上部调剂，尤其是要解决炉料的落点问题，才能确保煤气分布稳定、炉缸工作活跃。

高炉装料制度的基础是准确布料，即炉料直接布到炉喉径向相应位置，减少依靠溜料实现的炉料在料面的再分配，使炉内对中心煤气与边缘煤气的控制能力增强，各档位矿、焦的调整能有效的控制中心煤气与边缘煤气，尤其是解决边缘煤气圆周方向不均匀、中心煤气波动大的问题。

“大矿批、大焦角、大矿角”是高炉装料制度的一个调整方向，“大焦角、大矿角”的实质是增大焦角、矿角，将炉料直接布到炉喉径向相应位置，实现准确布料，不是机械的外移布料角度，大矿批必须与大焦角、大矿角及平铺的装料制度搭配。

炉内边缘煤气与中心煤气必须合理搭配，单纯强调边缘煤气或中心煤气都是不合适的，边缘煤气与中心煤气比例失调会影响炉内顺行，进而影响炉缸工作状态的活跃。

5.4.其它措施
高炉生产中渣比高，炉缸死焦堆中炉渣的积聚量大，从而会影响炉缸初始煤气分布，因此要适当降低渣比。

出铁间隔时间长，炉缸死焦堆中积聚的渣铁量增加，也会影响煤气向炉缸中心的渗透，因此要尽量压缩出铁间隔。

勤调喷煤枪，避免磨坏风口，实现煤粉的均匀喷吹，风口损坏后及时更换，这些措施都有利于炉缸工作状态的活跃。

6.结语
（1）炉缸侧壁温度、炉缸炉底温度反应了炉缸内的温度场变化，是研究炉缸工作状态的重要参数，随产量的提高，炉缸侧壁温度和炉底温度都呈升高趋势，随煤比的提高，炉缸侧壁温度呈升高趋势而炉底温度则呈下降趋势。

（2）炉缸工作活跃指数是监测炉缸工作状态的重要参数，为高炉长期高煤比生产下的冶炼参数调整提供依据，以达到高炉的顺行稳定生产。

（3）提高原燃料质量，在高炉下部保持足够、稳定的鼓风动能的基础上，上部装料制度控制中心与边缘煤气的合理分配从而达到高炉顺行，这些措施有利于提高炉缸工作状态活跃性。

（4）首钢2号高炉通过对炉缸工作活跃指数的监测，及时调整各项高炉冶炼参数，保持指数在正常范围内，实现了高炉在高煤比下的顺稳生产，且炉缸侧壁温度保持在较低水平，实现了炉缸的长寿。