高炉炉缸堆积分析及处理

一.炉缸堆积的概念

炉缸堆积是高炉炼铁过程中炉况失常的一种表现，指炉缸的有效工作空间缩小的现象。炉缸堆积是一些尚未还原的炉料（正常的炉料会被加热、还原，形成初渣，软熔，滴落，形成正常的渣铁进入炉缸）与焦炭一起进入炉缸，形成一个不冶炼区，破坏炉缸正常工作。炉缸堆积也可能是一些焦粉、难熔炉渣，或是一些钛化物等。炉缸堆积分为边缘堆积和中心堆积两种。中心堆积还有炉底上涨现象。

二.炉缸堆积产生原因

产生炉缸堆积的原因如下：

1、长期边缘过重，鼓风动能大，中心煤气流过分发展，易导致边缘堆积。

2、长期采取轻边缘装料制度，鼓风动能小，煤气吹不透中心，易导致中心堆积。

3、长期冶炼高标号铸造铁，造成石墨堆积，一般是炉底上涨。

4、长期进行钒钛磁铁矿冶炼，因钛化物（TiN、TiC）析出，引起炉缸堆积。

5、造渣制度不适应，高Al2O3，高碱度，易形成短渣，遇炉温波动或炉缸大凉，易造成炉缸堆积。

6、长期堵风口，引起相应部位炉缸堆积。

7、冷却强度过大，冷却设备漏水，可造成局部炉缸堆积。

8、碱金属负荷过重，又排不出，引起炉缸堆积。

9、焦炭质量差，进入炉缸后产生大量粉末，使炉芯带的透气性变差，造成炉缸堆积。

10、长期慢风操作，也会导致炉缸堆积。

三.炉缸堆积按位置分可以分为中心堆积和边缘堆积。

3.1边缘堆积的征兆有：

1、风压高，波动大；出铁前风压高，出铁后风压低。

2、加风易崩料，减风转顺；风量波动大，出铁前风量低，出铁后风量高。

3、高炉透气性指数小，压差大，出铁前后变化大。

4、炉顶温度偏低，温度带窄，波动大。

5、炉喉、炉身温度偏低，边缘煤气不发展；中心温度偏高，温差大。

6、煤气CO2边缘高，中心低。

7、出铁前料尺下降慢，出铁后快，常有小崩料及料尺呆滞现象，但不易出现悬料。

8、风口工作不均，发暗，对炉温反应不及时。严重时风口涌渣、灌渣。风渣口破损增多，先坏风口，后坏渣口。

9、渣温偏低，上渣比下渣凉，上渣带铁多，难放，易坏渣口。

10、铁水物理热不足，易出低硅高硫铁。严重时出高硅高硫铁，见下渣后铁量少；铁口变深难开等：

3.2中心堆积的征兆有：

1、风压水平低，反应不灵敏，时有尖峰，易悬料。休风后和慢风后，风量难恢复。

2、风量和压差表现与边缘堆积相似。

3、炉顶温度偏高，温度带窄，波动大。

4、炉喉周边温度差别大，边缘高，中心温度偏低。

5、煤气CO2边缘低，中心高。

6、料尺下降不均，易出现“陷落”，突然出现料满现象。悬料后不易恢复。

7、炉温充沛时，风口工作明亮，但是呆滞。炉温不足时，见生降，严重时风口涌渣、灌渣。风口易破损；先坏渣口，后坏风口。

8、渣温低，下渣比上渣凉，渣温变化大，上渣带铁多，易坏渣口。

9、铁水物理热低，易产生高硅高硫铁。同次铁前热后凉，下渣出现早，但渣量少。

10、风渣口破损增多，是炉缸堆积的明显征兆。

四.炉缸堆积征兆

4.1风压、风量及料速的变化

炉缸堆积首先从风量、风压的变化上反映出来:出铁堵口后,风量逐渐降低,风压逐渐升高;打开铁口后,风量逐渐增加,风压逐渐下降。如此周而复始,形成周期性的波动。在风量、风压变化的同时,下料速度也同步发生变化出铁时料速加快,堵口后料速渐慢。高炉越小,表现越明显。发生炉缸堆积时,高炉憋风、憋压是共同特征。

沙钢1号高炉(380m3)表现为:出铁前发生憋压现象,下料较慢;出铁后风压下降,下料加快。马钢新1号高炉(2500m3)表现为:出铁前风压易突然升高,如1995年10月中下旬,在炉缸工作正常时,风量为4000m3/min,出铁间隔80min,风压不上升;而发生炉缸堆积时,出铁间隔大于50min,出现了憋风或风压先下行后陡升的现象。

4.2铁水及炉渣特点

在出现炉缸中心堆积时,出铁过程中铁水温度逐渐降低;炉缸边缘堆积的炉况则相反,随着出铁过程的进行,铁水温度逐渐升高。但是,只要是发生炉缸堆积,不论中心堆积还是边缘堆积,铁水中硅含量和硫含量的波动均将超过正常水平,而且铁水中硫含量偏高。

炉缸堆积时,除渣铁化学成分波动外,铁水、炉渣均变黏稠,炉渣带铁较多,放渣时易烧坏渣口。在边缘堆积时,很少放出上渣,而中心堆积时则容易放出上渣。大型高炉,由于铁水温度经常在1500℃左右,铁水流动性一般影响较小。

五.炉缸堆积的本质

高炉解剖证明,矿石在900℃左右开始软化,1000℃左右开始软熔,1400-1500℃开始滴下。由于矿石成分不同,滴下温度也不相同,1400℃左右是滴下温度的下限。在风口区以下,焦炭和喷吹燃料燃烧后的灰分进入炉渣,炉渣成分改变,引起熔化温度的变化。

根据高炉终渣性能研究,风口区以下的炉芯焦温度低于1400℃时,炉渣难以在炉芯焦中自由流动。在这种情况下,炉渣或铁水不断地滞留在炉芯焦中,使后续滴落的铁渣不能顺利穿过和滴落,这个区域是炉缸的不活跃区。

由于渣铁只能在温度较高的区域正常通过,此时的炉缸透液性较差。如透液性较差区域扩大,就会形成炉缸堆积。因此,炉缸堆积与炉凉不同,与炉缸冻结也是两回事。

六.炉缸维积的处理原则和方法,

炉缸堆积是炉芯带焦炭透液性及透气性恶化的结果。导致透液性及诱气性恶化的原因,或者是焦炭质量太差,恶化了炉芯带的透气性;或者是炉芯带温度降低,导致进入炉芯带的渣铁黏稠,不能顺利地滴落。炉芯带焦炭强度及温度,是处理炉缸堆积的决定性因素。处理炉缸堆积,首先要分析其产生原因,再针对性地进行处理。

6.1提高焦炭质量

焦炭是高炉料柱的“骨架”,虽然它不是炉芯带唯一的固体物料,却是影响炉芯带透液性和透气性最关键的物料。焦炭质量,特别是焦炭的热强度。实践证明,很多炉缸堆积,特别是炉缸中心堆积,是由焦炭质量恶化引起的。预防炉缸堆积和处理炉缸堆积,使用优质焦炭非常必要。

有些厂对焦炭质量的重要性认识不够,在处理炉缸堆积以后,为降低生产成本再次使用劣质焦炭,往往使已处理好的炉况重新恶化,炉缸堆积再次发生。水钢2号高炉炉况恢复期间,焦炭质量差,风口到铁口区间被焦末填充,每次高炉休风卸下破损风口便有大量碎焦末滑下。

从风口、南渣口、铁口所取焦炭样筛分,小于10mm的粉末占62.5%-72.9%。风口带以下的焦炭破碎到这种程度,在该厂高炉30年的生产历史中从未有过。正是由于焦炭质量太差,才导致炉缸严重堆积。

在高炉恢复前期,未充分认识到炉缸堆积的严重程度,认为只要有炉温基础,炉况恢复就可加快。结果导致风口打开又坏,换后又坏的恶性循环。风口破损后,不可避免地向炉缸漏水,加剧炉缸的堆积,更增加了炉况恢复的难度。

处理因焦炭质量差导致的炉缸堆积,主要措施是尽快改善焦炭质量,停用量度差的焦炭,用强度好的焦炭置换炉缸堆积的碎焦炭,以形成新的炉缸焦炭柱,逐步提高焦炭层的透气性和透液性,避免风口的频繁破损,逐步扩大送面积。

6.2利用上下部调剂,处理炉缸堆积

炉缸堆积初期,如煤气分布已显示出边缘或中心过轻(发展)或过重(堵塞),应通过分析查明原因,用上下部调剂进行处理。判断炉缸堆积处于初期的征兆主要有:

(1)风口未出现连续烧坏;

(2)炉底温度未出现大幅度下降;

(3)顺行未严重恶化,崩料、管道不频繁。

炉缸堆积初期的处理过程如下：

(1)第一步:将风口实际风速与其正常值比较,看是否在正常波动范围内。如实际风速与正常值相差不大,可不动风口;如风速过低,而风量水平接近正常水平,可缩小风口;如风量水平低于正常水平很多,应临时堵风口,以提高风速。

(2)第二步:执行第一步后,如不动风口,应立即采取布料调剂。按边缘、中心煤气分布的实际状况,做出全面的分析,准确决定煤气分布的真实支配因素,通过煤气分布(现在拥有煤气径向分布测定的高炉很少)、十字测温(炉喉径向温度分布)、炉顶温度、炉喉温度、炉喉红外成像等显示手段,各风口“生降”的实际分布以及炉身温度分布(热电偶测量结果、冷却壁水温差分布或冷却器水温差分布)参数,进行综合判断,慎重得出处理决定,再调整装料制度。

上部调剂时,对扩大矿石批重要十分慎重,中心堆积决不能扩大批重,边缘堆积,在风量水平较低时,也不宜扩大批重,因为大批重情况下加风非常困难。如对风口采取措施(第一步有动作),则应观察2-3个班(16-24h)后再进行上部调剂。

6.3减少慢风、停风及漏水

前面已经论述慢风会导致炉缸堆积,慢风的原因各不相同,主要包括：

(1)高炉炉役末期、设备失修,故障频繁,经常伴随冷却系统大量漏水。

(2)匆忙投产的新高炉,设备试车不充分,遗留设备缺陷较多。

(3)高炉存在重大设备隐患,如高炉有烧穿威胁,上料系统缺陷,供料速度不足等。

(4)生产系统有缺陷,如铁水处理能力不够,或炼钢能力不足,炉料因天气或其他原因供应不足等。

(5)炉况失常,高炉不接受风量。如顺行很差,经常慢风,高炉结瘤,各操作因素限制高炉全风操作。

(6)炉料质量差,不论是烧结矿或焦炭,一旦炉料质量恶化,都会迫使高炉慢风。

不管存在哪类缺陷,都应及时解决。一时解决不了的,应采取相应措施,预防炉缸堆积。不能全风操作的高炉,应保持足够的风速,预防高炉炉芯带中心温度过低。

漏水会加重炉缸堆积,必须坚决杜绝。要加强风口监视、一旦发现风口损坏,立即减水,同时组织人员更换。操作问题应充分研究,果断处理。风是高炉生产的生命,是高炉生产的第一要素,失去风量,就失去了生产的主动。维持全风,是高炉操作的头等大事。

6.4洗炉

锰矿洗炉和萤石洗炉的区别。

锰矿洗炉的效果优于萤石,因为锰矿中的金属锰部分进入铁水,降低铁水粘度,另一部分进入炉渣,降低炉渣黏度。特别是含锰铁水能穿过炉芯带,使滞留其中的渣铁被稀释,而萤石仅能稀释炉渣,对铁水没有直接作用。含有CaF2的炉渣一般浮在铁水表面,不可能穿透炉芯带下部,其稀释作用远不如MnO。

由于CaF2对炉缸的侵蚀与破坏远高于MnO,从这个角度来看,萤石在处理炉缸堆积中的作用不如锰矿“平和”。但从洗炉效果看,萤石在处理严重炉缸堆积时的积极作用是不容忽视的。

七.注意事项

高炉不允许长期慢风作业，容易造成炉缸堆积和炉墙结厚。炼铁上下工序出习问题，就要求高炉减风、慢风作业；原燃料供应出现问题，也要求高炉减风、慢风作业这对高炉来说，短时可以，长时问则危害较大。要不休风，要不堵风口，不可拖延。一些企业新建的高炉炼钢设备不能正常工作，要求高炉投产，这些铁炼钢用不了，要求高炉懂风减产，这对高炉来说是最不利的。