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1、首钢高炉长寿维护实践张贺顺温太阳陈军(首钢总公司)摘要:对首钢高炉长寿维护经验进行了总结。首钢1、3、4号高炉均已连续安全生产15年以上，主要通过对炉缸水温差的合理控制，稳定高炉冷却水质，及时维护高炉本体受损冷却壁，定期进行高炉炉内喷涂造衬，来提高高炉寿命。关键词:大型高炉长寿炉缸水温差首钢l、3、4号高炉均已连续安全生产15年以上(4号高炉受搬迁调整要求被迫提前停炉)，且目前高炉长寿状况良好。高炉长寿是一项包括设计、制造、施工、操作、维护和管理的系统工程。本文主要以高炉维护为切人点，重点阐述首钢高炉长寿维护的经验。1基本设计状况首钢1、3、4号高炉均由首钢自主设计，设计寿命为10年。采用了当
2、时较为先进的技术和设计理念，为首钢高炉长寿(长寿指标见表1)奠定了坚实的基础。1.1新型炉缸耐材内衬结构炉缸砖衬设计采用全美联炭(UCAR)小块热压炭砖(NMA、NMD)，其具备良好的导热性能、抗渣性、抗铁水冲刷等性能，解决了当时国产炭砖性能指标偏低、不稳定的问题。同时，小块炭砖的高热导性降低了炉缸砖衬的热梯度，砖型小尺寸设计减少了由于炉缸热应力造成的砖衬裂纹、收缩而损坏现象，确保了炉缸结构安全。1.2软水密闭循环冷却系统高炉冷却系统设计采用分段式冷却，炉底、炉缸1-5段冷却壁采用工业水开路循环冷却系统，炉体6-15段冷却壁采用软水密闭循环冷却系统。实践证明，软水密闭循环冷却系统拥有可靠的冷却
3、性能、耗水量小(补水量:01t/班)、水质稳定且冷却水管无腐蚀、结垢、氧化现象等，比较适宜在缺水和水质偏硬的北方地区应用。炉体冷却壁材质全部采用耐热疲劳性能好、伸长率高、抗拉伸性能高的球墨铸铁，减少了冷却壁由于自身老化等原因过早损坏而导致高炉提前大中修的现象。1.3其他设计炉顶设备采用首钢自行研制的新型并罐式无料钟炉顶，可实现料流比例调节阀的恒料流控制，具有结构简单、易于控制、投资省、作业率高等特点。采用了国内先进的3罐3系列多管路喷吹煤粉新工艺。采用高炉新型计算机控制系统和监测技术等自动化控制措施，实现煤气自动快速分析、炉身温度及压力检测、炉喉十字测温、多料种自动上料等功能。2炉缸区域长寿维
4、护高炉最终寿命主要取决于炉缸寿命，首钢高炉炉缸区域采用工业水开路循环冷却系统。高炉破损调研发现，当高炉炉缸中心死料堆存在死区和铁水环流现象强烈时，炉缸易出现形状为象脚形的侵蚀。象脚形侵蚀造成炉缸砖衬、或局部砖衬侵蚀严重，影响高炉长寿。为维护好此类型侵蚀的炉缸，除在炉内操作上下工夫外，外围维护的好坏，将直接关系到炉缸工作是否安全。2.1冷却系统设计首钢1、3、4号高炉炉底水冷管及第1、4、5段冷却壁采用常压工业水冷却，炉缸第2、3段冷却壁采用中压水冷却。炉缸、炉底区域采用灰铸铁(HT00)光面冷却壁(第l一5段)，冷却壁120mm。冷却壁光面结构，有利于高炉炉缸小块热压炭砖(NMA、NMD)砌筑
5、砖衬紧密接触，确保整个砖衬体的高导热性能，减少气隙现象的发生。第1、4、5段冷却壁常压工业水系统由联合泵站供水，冷却水管(妒5mmx6mm)采用单进单出的连接方式;第2、3段冷却壁中压工业水系统由联合泵站供水，冷却水管(舭5mm6mm)采用双进双出连接方式。2.2炉缸冷却系统维护工业水冷却系统主要包括:泵站、管道、冷却壁、冷却塔、喷水池等组成，靠蒸发制冷，冷却水循环使用。相对于软水密闭循环系统，工业水系统设计较为简单，一次性投资低且系统运行比较稳定。首钢身处北京，水质偏硬，同时由于工业水中含悬浮物和杂物较多，容易在冷却壁的冷却水管中结垢甚至堵塞管道，直接影响高炉的冷却效果。局部冷却能力的减弱，
6、必然造成热负荷局部集中，损坏冷却壁，进而影响高炉炉缸寿命。如何维护好炉缸区域冷却壁，改善和保持冷却系统冷却效果，是提高高炉炉缸寿命的前提之一。(1)工业冷却水质的控制。工业水质硬度越高，水中钙镁离子的含量越高，水温升高后，会失去稳定性，产生碳酸盐和其他盐类沉淀(电化学反应)，在冷却水管内壁形成水垢。而水垢导热系数仅有铸铁的1/39-1/195，大大加大了冷却设备的热阻，阻碍了热量的及时导出，不利于炉缸砖衬和冷却设备寿命的延长。为了减少工业冷却水对冷却系统效果的影响，在高炉生产过程中，了解供水的硬度、悬浮物等性能指标，并控制相应性能指标在合理范围内是必要的。首钢采取定期监测冷却水性能指标(见表2
7、)的方法，来确保工业冷却水合格。通过加药处理、定期对循环水管网进行清理、灭藻、排污及冷却水管酸洗等方法，稳定、改善水质，确保冷却效果良好。(2)炉缸冷却水温差的控制。炉缸冷却水温差直接反映了炉缸冷却壁承受的热负荷状况，是衡量高炉炉缸状况是否良好的指标之一，是调整高炉冷却参数和高炉炉内操作的重要依据。首钢采用人工监测的方法，每班至少一次，特殊情况酌情增加监测次数。在日常监测水温差(高炉2段冷却参数见表3)过程中，高炉炉役中后期设定炉缸第2、3段冷却壁(中压水冷却)水温差预警值为0.4，并计算出相应热流强度。若超过了此温度界限，应及时采取措施，如采取清洗冷却壁、区域提高给水压力，增加冷却水水量、减
8、少冷却壁串联块数等，维持炉缸冷却动态平衡，保障炉缸工作安全。(3)酸洗。采用工业水循环的冷却水管，在运行一定时间后，由于某些电化学反应作用产生碳酸盐或其他盐类沉积，形成水垢附着在水管壁上，大大降低了冷却壁冷却能力。酸洗冷却壁的方法能很大程度清除水垢，维持冷却壁良好的冷却能力。首钢高炉采用定期(半年一次)酸洗(表4为近期1号高炉部分酸洗记录)维护的方法，取得了良好的效果。取高约1.5m，容积为3-5m3的容器当作酸洗循环水槽。按配比(稀释至10%左右)在水槽内加入水(温度为70左右)，然后将30%左右的浓盐酸缓慢的加入水槽内，并用木棍缓慢搅拌均匀。通入管道泵，接入进水包三通节门，用酸水代替冷却水
9、循环，在出水斗中接胶管，将酸水返回酸洗水槽，循环清洗30min左右。2.3炉缸水温差上升时维护措施随着高炉冶炼的不断变化和高炉服役时间的延长，炉缸砖衬不断受到渣铁、碱金属和热应力等作用的不断侵蚀，高炉冷却壁水温差逐渐上升。对于水温差、热流强度的监控，是了解高炉炉缸长寿状况的长期有效方法之一。当水温差达到警戒值时，首钢采取了一些行之有效的炉内、炉外措施，维护炉缸热流平衡，确保炉缸状况完好。如炉内操作以顺稳为主，炉温不低于0.4的情况下，加入含钛矿石，确保铁中钛Ti0.06。同时通过提高冷却水压力，加大冷却水量，改善局部区域冷却能力。外围加大看水岗位巡检次数，确保炉缸状况安全。3高炉本体长寿维护3
10、.1高炉本体冷却方式高炉本体尤其是炉腹炉腰区域，由于热负荷比较集中，冷却能力的好坏，直接影响高炉寿命。在首钢1、3、4号高炉本体冷却设计时，考虑到北京地区缺水，且水质偏硬的情况，均采用了软水密闭循环冷却系统。实践证明，软水密闭循环系统克服了工业水固有缺点(占地大、用水多，易结垢、回路压力低等)，可靠性高，取得了令人满意的效果。3.2冷却壁烧损检漏在日常高炉冶炼生产过程中，无法观察到冷却设备是否烧损等状况。冷却设备的损坏将导致大量冷却水进入炉内，影响生产操作，严重时将造成炉冷、甚至炉缸冻结等恶性事故。冷却设备的检漏工作，在高炉长寿维护实践过程中，显得尤为重要。生产实践中，高炉冷却壁破损漏水的征兆
11、主要包括有:冷却水管出水带花，可以用火点着;串汽、串水、煤气火焰变色;高炉煤气含氢量提高。当冷却壁烧损漏水时、炉皮盖板、水箱套管、螺栓盖碗处焊缝容易出现串汽、串水现象，在进一步检查中，可发现管路出水变小或出水发白、喘气及带白色水线(即带花)(必要时通过减水操作，则上述出水症状将更明显)。当关小节门或关闭节门用火点出水或进水口时，出现煤气着火现象。这就可以判断，冷却壁出现烧损，需要及时处理。当高炉冷却壁发生烧损向炉内漏水时，高炉混合煤气分析中H:含量必然升高。3.3冷却壁烧损后的处理在正常生产过程中，当发现并确认冷却壁某根水管出现烧损漏水时，大量的冷却水进入炉内，无疑破坏高炉生产顺行状况，甚至出
12、现局部结瘤现象，影响生产。减少或避免冷却水漏入炉内，而不影响高炉冷却，是至关重要的。确认近期无检修计划及无法更换冷却设备的情况下，需要妥善处理好烧损漏水的冷却水管。制定方案时，不仅要考虑冷却水管漏水问题，还要考虑到煤气外泄等安全问题。通过对烧损漏水区域冷却擘或冷却水管进行断水或减水处理，能减少或杜绝向高炉炉内漏水。同时堵死漏水水管，防止煤气外泄，保障外围巡检环境安全。处理软水密闭循环系统漏水时，对上一段位冷却壁采取倒通工业水代替软水冷却的方式比较有效。冷却壁破损区域较多且集中时，炉皮由于受到高温煤气的冲刷，容易出现局部温度过高或发红现象，将影响炉皮的结构强度。此时，外加炉皮强制喷淋冷却，降低炉
13、皮表面温度，维护炉皮外围结构安全。3.4炉内喷涂与压入造衬技术应用高炉在生产过程中，由于炉内热冲击、渣铁及CO侵蚀，炉料在下行过程中和高温煤气在上行过程中的热冲刷等原因，造成炉内砌筑耐火砖衬逐步减薄、剥落等现象，高炉操作炉型发生变化，影响炉内煤气、炉料的合理分布，影响并制约着高炉生产顺行及技术经济指标的提高。炉内喷涂造衬和压人造衬技术在首钢的应用，改变了过去高炉休风时间长、工作量大检修现状，实现又快又高的炉衬长寿维护的检修目标。(1)高炉炉内喷涂造衬技术。传统的砌砖维护方法由于需要耗费大量的人力、物力、周期长、工作量大、休风时间长、砌筑工作环境恶劣等因素，逐渐退出了首钢高炉炉衬长寿维护的舞台。
14、通过将料线降到风口带，采用机器人进入炉内对裸露的炉墙进行喷补造衬的技术代替传统砌砖技术在首钢始于1995年。该技术对于整个炉墙进行喷补，具有高效、快速、休风时间短等优势，广泛应用在首钢高炉上。近些年来，通过调整喷涂用耐火材料品种，摸索适合首钢高炉的喷涂造衬制度(包括用料品种、造衬厚度、喷涂压力、反弹率等)，取得了显著成效，为高炉长寿、顺稳运行及炼铁技术进步奠定了基础。目前，首钢高炉每年进行一次炉内喷涂造衬维护。(2)压人造衬技术。在高炉生产过程中，为保障高炉长期高效顺稳运行，应降低休风率、缩短检修时间。高炉冷却设备在长期使用过程中，由于边缘高温煤气流的冲涮和炉料的磨损，一定程度出现热疲劳等，局
15、部区域容易出现冷却壁烧损、向炉皮串风串气现象。炉皮与冷却壁间隙填充不密实时，会出现发红、甚至跑风现象。在不休风或短时间休风检修更换冷却壁的条件下，利用高温炉料作为衬体，从炉外采用泵送高强硬质压入料进行压人造衬维护的方法，在首钢应用较为成熟，该项技术对冷却肇与炉皮之间出现间隙和局部区域出现烧损较多尤其有效。(3)炉衬维护技术展望。耐火材料技术在近些年得到不断的发展，其中复合非金属氧化物、纳米级微粉、新结合剂等技术的在新形耐火材料上的成功应用，能满足高炉长寿高质量、环保、节约、便捷施工的要求。炉内喷涂造衬施工上，湿法喷涂料的研发与应用及施工工艺的改进，确保施工衬体具有与炉墙更高的黏结强度，更牢固的
16、黏结为一体，大大降低喷涂反弹率的同时，减少了粉尘的二次污染。目前已经在高炉上得到不断的试验应用，优良的效果确立其将成为今后喷补施工发展的趋势。硅溶胶、铝溶胶结合系统代替传统树脂结合系统的硬质压人料的应用，改善了硬质压入料的中低温强度较低的现象。微膨胀的性能确保其更为密实的填充性能，弥补了树脂结合系统收缩率较大的缺点。且在施工过程中，无刺激性气味和腐蚀性，减少对人身健康的损害，更奠定了其未来发展的地位。4高炉炉内操作与高炉长寿4.1高炉炉内顺行与长寿高炉长寿是建立在生产高效运行的基础上，否则就失去了意义。而高炉长期稳定顺行，有利于高炉长寿。在高炉操作过程中，保持炉内合理煤气流分布，适当抑制边缘煤气流发展，是高炉顺行和长寿的基础。片面追求高冶炼强度和高利用系数，过分发展边缘煤气流，取得的短期生产经济效益是以牺牲高炉长寿为条件换来的。目
