張 穎

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 勉縣 724200）

陜鋼集團漢鋼公司（全文簡稱漢鋼）2號高爐有效容積2280 m3，于2012年8月14日點火開爐，該高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)和陶瓷杯爐底爐缸結構。由于各種因素影響從2015年開始2號高爐爐缸側壁局部溫度緩慢上升，至2018年2月—7月份高爐本體標高9.394m07B 和05B 點（熱電偶插入深度540 mm）溫度最高分別為703 ℃和694 ℃；標高10.196m07B 點（熱電偶插入深度890 mm）溫度570 ℃。經(jīng)測算高爐本體標高9.394m07B 點碳磚最薄處剩余厚度約740 mm。根據(jù)爐底爐缸熱流強度和溫度分布情況，結合爐缸寢室模型判斷該部位陶瓷杯已被大面積侵蝕，爐缸區(qū)域碳磚“蒜頭”侵蝕已形成，影響著高爐的安全生產(chǎn)，需要采取必要的護爐措施，經(jīng)過研究決定在漢鋼2號高爐配加含鈦球團礦進行護爐。

1 入爐料中含鈦礦配加比例

1.1 含鈦礦護爐機理

爐料中的TiO2進入爐缸后被還原成Ti 元素，Ti元素在與爐內(nèi)的C 元素和N 元素結合生成TiC、TiN及固溶體Ti（C,N），而TiC 的熔化溫度為3150 ℃，TiN 的熔化溫度為2950 ℃，這些高熔點物質(zhì)在爐缸內(nèi)很難被熔化。它們再與鐵水中析出的石墨結合在一起進入被侵蝕的磚縫，并在冷卻系統(tǒng)的作用下在爐底表面凝結成保護層，從而達到減緩侵蝕和對爐缸爐底起到保護作用。

1.2 入爐料中含鈦礦配加比例

本次護爐研究是在球團礦中配加不同比例的含鈦磁鐵礦粉，其中高鈦礦比例為30%，對應球團礦中的w（TiO2）約為3.5%，低鈦礦比例為15%，對應球團礦中的w（TiO2）約為0.5%，詳見表1、表2。當含鈦球團礦入爐后通過控制爐溫高低來控制鐵水中[Ti]的含量，并結合冷卻制度來實現(xiàn)護爐效果。

表1 含鈦磁鐵礦粉成分 %

表2 含鈦礦結構情況

1.3 護爐效果分析

第一階段試驗期為8 d（8月26日—9月2日），從2018年8月26日開始在高爐中使用高鈦球團礦（w（TiO2）為3.5%左右，見下頁圖1），2號高爐控制爐溫在0.45%左右，生鐵中[Ti]含量（質(zhì)量分數(shù)）為0.22%左右（見下頁表3），鐵水的流動性較差，易出現(xiàn)爐況難行、鐵水粘溝粘罐等現(xiàn)象，但護爐效果較好。8月26日—8月30日高爐本體標高8.592m07B點、標高9.394m07B 點、標高10.196m07B 點溫度上升趨勢減緩，8月31日（6 d 后）3個高溫點溫度均呈下降趨勢，第8 天高溫點溫度下降43～47 ℃，護爐取得階段性進展，詳見下頁圖2。

圖1 實驗階段入爐球團礦中TiO2 含量

表3 2018年8—10月份護爐實驗情況

圖2 2018年2號高爐爐缸側壁高溫點變化趨勢

第二階段試驗期為6 d（9月3日—8日），為了減少爐況難行風險，防止出現(xiàn)爐缸熱結現(xiàn)象，此階段適當降低生鐵含硅量，控制爐溫為0.30%～0.35%左右。9月3日開始使用低鈦球團礦w（TiO2為0.5%左右），三個高溫點溫度略有回升，其中高爐本體標高8.592m07B 點溫度漲幅最高，至9月5日溫度由473℃升高至493 ℃，3 天漲幅20 ℃。

第三階段試驗期為4d（9月9日—12日），考慮到爐缸側壁溫度回升，再次使用高鈦球團礦，繼續(xù)控制爐溫（w（Si））在0.30%～0.35%，觀察3個高溫點情況發(fā)現(xiàn)溫度下降趨勢明顯。

第四階段試驗期為8 d（9月13日—21日），此階段使用低鈦球團礦，爐溫按0.35%左右控制，繼續(xù)觀察溫度波動情況。運行3 d 后發(fā)現(xiàn)除標高9.394m07B 點溫度下降外，其他兩點溫度又有上升趨勢，8月17日達到最大值后又有下降趨勢。

第五階段試驗期為2d（9月22日—25日），此階段增大系統(tǒng)冷卻水流量，即由4200 m3/h 增加到4500 m3/h，再次使用高鈦球團礦，爐溫按0.35%控制，爐缸側壁高溫點呈繼續(xù)下降趨勢。

第六階段試驗期為29 d（9月25日—10月24日），使用低鈦球團礦，爐溫按0.35%控制。此階段前期高爐本體標高9.394m07B 點溫度下降，其余兩點溫度穩(wěn)定在430～480 ℃之間波動，此后三個高溫點溫度呈下降趨勢。10月25日高爐休風以后，各高溫點溫度急劇下降。

通過生產(chǎn)實踐后發(fā)現(xiàn)從8月26 至10月24日這2個月來，高爐本體標高8.592m07B 點溫度由703 ℃降至450 ℃，降低了166 ℃；標高9.394m07B 點溫度由558 ℃降至404 ℃，降低了154 ℃；標高10.196m07B 點溫度由694 ℃降至382 ℃，降低了172 ℃。

2 爐溫與鐵水中鈦含量變化關系

通過2018年8月底到10月下旬的生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)鐵水中的鈦含量與生鐵中含硅量呈正相關關系，且球團礦中鈦含量和爐溫越高，鐵水中鈦含量也越高，詳見圖3。

圖3 生鐵中硅含量和鈦含量的變化曲線

當入爐球團礦中w（TiO2）為3.5%時，控制爐溫在w(Si)為0.32%～0.45%時，生鐵中w（Ti）在0.14%～0.22%左右，詳見表3。當入爐球團礦中w（TiO2）為0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%時（爐溫為什么是%），生鐵中w[Ti]在0.11%～0.16%左右。當入爐球團礦中w（TiO2）為3.5%，爐溫w(Si)由0.45%升高到0.9%時，生鐵中w[Ti]由0.22%升高至0.34%左右。當入爐球團礦中w（TiO2）由3.5%降低至0.5%，生鐵中w[Si]從0.45%下降至0.33%時，生鐵中w[Ti]由0.22%下降至0.16%左右，下降約0.06%左右。

當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.5%時，鐵水流動性開始變差；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.6%時，鐵水流動性明顯變差，出現(xiàn)鐵溝和粘溝現(xiàn)象；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.8%時，鐵水流動性極差，出現(xiàn)鐵溝和粘溝嚴重現(xiàn)象；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.9%時，嚴重影響正常生產(chǎn)，高爐容易出現(xiàn)難行、懸料現(xiàn)象。

3 含鈦礦護爐所需周期

通過2018年8月—10月份的生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，當在球團礦中配加w(TiO2)為3.5%時，控制爐溫在0.45%左右，第6 d 爐缸側壁溫度開始下降，第7 d 可降低高溫點溫度43 ℃，初步達到護爐效果。

當控制球團礦中配加w（TiO2）為0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.35%左右，第12d 爐缸側壁溫度開始下降，第19 d 可降低高溫點溫度50 ℃以上，達到護爐效果。

當反復控制球團礦中配加w（TiO2）為3.5%或0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%左右，此時鐵水中w[Ti]約為0.11%～0.16%，爐缸側壁高溫點溫度有波動，但仍然能夠保持護爐效果，詳見圖4。

圖4 2018年8月—2019年9月2號高爐爐缸異常點溫度趨勢

4 結論

通過2018年8月—2019年9月為期一年的護爐實踐，漢鋼公司煉鐵廠2號高爐目前標高9.394m05B 和07B 點，標高10.196m07B 點的溫度由最高703 ℃、694 ℃、570 ℃逐步下降至366 ℃、430 ℃、371 ℃，目前基本保持在450 ℃以下，經(jīng)生產(chǎn)實踐總結：

1）在冷卻制度不變的情況下，爐料中的w（TiO2）達到18～20 kg/t 時護爐效果明顯，7～10 d 左右可完成護爐。

2）入爐料中w（TiO2）在10～12 kg/t 時，鐵水中w[Ti]約在0.11%～0.16%左右，仍然能夠長期達到護爐效果。

3）當生鐵中w[Si]在0.40%～0.70%時，鈦的回收率在18%～30%之間，隨爐溫升高基本呈正比遞增關系。

4）當生鐵中w[Ti]在0.10%～0.15%之間，護爐作用明顯且對生產(chǎn)影響較小，爐溫控制過高雖然鈦的回收率升高，但對正常生產(chǎn)有很大影響作用。

5）當生鐵中w[Ti]在0.2%～0.3%之間，雖然護爐效果更好，但容易破壞爐況順行，甚至造成“爐缸熱結”，并黏鐵水罐和鐵溝嚴重，會對正常生產(chǎn)有嚴重影響。