高炉炉缸整体浇注是一项采用不定型耐火材料进行炉缸内衬修复的新技术。相较于传统的炉缸炭砖及陶瓷杯砖砌筑工艺，具有工期短、节约检修费用的优点。鞍钢股份有限公司炼铁总厂7号高炉(2580m³)第七代炉役始于2004年9月11日，2011年11月炉缸局部环炭温度开始持续攀升，西铁口北侧2层环炭温度超过520℃,2012年2月开始采取控制高炉强度措施，高炉利用系数由2.09t/(m³·d)降低至1.88t/(m³·d),炉缸耐材侵蚀速度有所减缓。2017年2月西铁口下方新增环炭温度上升至328℃,炭砖剩余厚度计算值369mm,开始长期使用钛矿护炉，但耐材温度仍然处于高位。上述现象表明，7号高炉已经进入炉役末期，不符合鞍钢“安全长寿、稳定顺行、指标优化”的指导方针。为了确保高炉安全生产，提高高炉生产效率，2020年8月13日7号高炉降料线停炉，首次采用炉缸整体浇注技术对炉缸进行了修复实践。
鞍钢7号高炉炉缸结构形式
7号高炉采用微孔炭砖与陶瓷杯相结合的炉缸炉底结构。炉底满铺4层350mm厚国产炭砖，其中自下而上的第1、2、3层为武彭半石墨炭砖，第4层为武彭微孔炭砖;第5层满铺炭砖为SGL公司生产的微孔炭砖(7RDN),厚度600mm。炉缸1~6层环砌炭砖也采用7RDN;炉缸上部环砌炭砖为国产模压小块炭砖;炉缸工作面采用国产陶瓷杯结构;杯底由2层刚玉莫莱石组合砖构成;杯壁由1层刚玉组合砖构成，其中上部为复合棕刚玉，下部为刚玉莫莱石;环砌炭砖和陶瓷杯上表面采用大块盖面砖。风口区采用灰刚玉大块组合砖，每个风口组合砖由上下两块砖组成。
高炉破损原因调查分析
2.1 炉缸清理
2020年8月13日高炉降料线停炉后开始进行放残铁操作，共出残铁约600t。2020年8月16日开始进行炉缸保护性清理，即清除散料及残铁，保留未被侵蚀的残余炭砖，并将残余炭砖表面吹扫干净，便于进行炉缸浇注作业，使浇注料与炭砖更好地粘接在一起。残铁边缘厚度0.4~0.5m,中心厚度1.0~1.4m。2020年8月31日炉缸清理完毕，共清理散料约200t,残铁约400t。
2.2 炉缸破损调查
在炉缸清理的同时，进行了炉缸破损调查工作。炉缸、炉底侵蚀轮廓示意图见图1。
图1 炉缸、炉底侵蚀轮廓示意图
炉缸侵蚀特征如下：
(1)炉底侵蚀较严重，呈锅底状侵蚀，炉底中间位置剩余2层满铺炭砖，厚度700mm,边缘剩余3~4层满铺炭砖，厚度大约700~1400mm。
(2)炉缸象脚区1~2层环碳侵蚀较轻，剩余厚度最薄处为410mm,位于东铁口下方。象脚区其余部位厚度均大于500mm。
(3)炉缸侧壁侵蚀最严重的区域在铁口两侧及铁口下方0.5m的区域，最薄处为东铁口两侧，厚度300mm。
2.3 炉缸侵蚀原因分析
(1)铁水渗透。炭砖在炉缸内长期与铁水直接接触，由于高炉铁水中碳处于非饱和状态，铁水会沿着炭砖气孔孔道和裂缝向炭砖内部渗透，渗入炭砖的铁水停留在炭砖的气孔孔道和裂纹中。经过长期的浸泡和化学侵蚀，当炭砖中铁含量达到5%后，炭砖体积会膨胀3倍以上，使炭砖结构遭到破坏。
(2)锌的化学侵蚀。破损调查发现，炉缸炭砖前端渣铁凝固层中锌含量达到29.5%。入炉锌金属有一部分在高炉内循环富集，锌蒸气与炭砖中填加剂发生化学反应，造成炭砖体积膨胀、甚至解体，导致炭砖强度降低，砖衬疏松、剥落。
(3)铁水环流产生的应力作用。由于炉缸内死料柱的存在，铁水出现环流是必然现象。铁水环流所产生的各种应力，加剧了铁水渗透和碱金属对炭砖的侵蚀，造成炭砖阶段性分层、粉化。
高炉炉缸整体浇注修复
3.1 炉缸整体浇注技术
炉缸浇注范围包括炉底、炉缸侧壁，共用浇注料952t。炉底浇注两层，第1、2层浇注厚度分别为500mm、600mm,总浇注厚度1100mm。浇注后，死铁层深度为3000mm,与原炉型相比加深800mm。侧壁浇注至原风口组合砖上沿。非铁口区域按原炉型尺寸浇注。铁口以下区域按直弦状浇注，铁口孔道一次浇注成型，铁口深度调整为2800mm。炉缸象脚区利用斜模浇注增加厚度。风口带拆除全部破损耐材，不设缓冲层，与炉缸侧壁浇注成为一体。高炉炉缸整体浇注示意图见图2。
图2 高炉炉缸整体浇注示意图
3.2 炉缸砖衬测温技术
炉缸、炉底共安装电偶318支。其中炉底32支、炉缸286支。炉底电偶分为上下2层，第1层电偶铺设在炉底满铺炭砖与浇注料之间;第2层电偶铺设在两层浇注料之间。炉底电偶均从北侧扒渣门进入，向内延伸至炉底中心及次中心。由于保留了炉缸残余砖衬，炉缸电偶安装采用两种方式，非铁口区采用在炉壳外钻孔方式安装，每个电偶孔安装2支电偶，电偶进入炭砖深度分别为150mm、50mm;铁口区由于炉壳外部有主铁沟遮挡，无法采用非铁口区安装方式，因此采用在炉缸4段集中进入，将电偶在炭砖表面铺设到铁口区域的安装方式，电偶采用柔性电偶,每个测温点设置2支电偶，其中1支埋设在炭砖与浇注料接触面上，另1支向炉内弯折90°,插入到浇注料内。铁口区域测温电偶布置见图3。
图3 铁口区域测温电偶布置
高炉炉缸浇注修复后生产状况
4.1 高炉生产强化
高炉中修共历时37.5天，于2020年9月19日送风投产。高炉中修前后主要经济技术指标见表1,可以看出，炉缸浇注以后，消除了高炉炉缸长寿安全隐患，高炉生产得到强化，利用系数由1.727t/(m³·d)提高到2.092t/(m³·d),高炉平均日产量提高941t,风量、风压均有较大幅度上升。
表1 高炉中修前后主要经济技术指标
4.2 炉缸、炉底砖衬温度
高炉投产后，炉缸、炉底砖衬温度上升到一定高度即平稳运行。炉缸环炭温度、炉底耐材温度分别如图4、5所示。
图4 炉缸环炭温度
图5 炉底耐材温度
非铁口区域电偶测点(图4中300℃下方曲线)处于原始炭砖内部，深点距离炭砖冷面150mm,温度均小于240℃。铁口区域电偶(图4中300℃上方曲线)安装位置处于炭砖与浇注料的接触面上，测点距离炭砖冷面400-600mm,温度均小于550℃,炉缸监控温度均处于正常生产范围。
结 语
鞍钢股份有限公司炼铁总厂7号高炉炉役末期炉缸侵蚀严重，为此，对炉缸破损情况进行了调查，分析了炉缸侵蚀特征及原因，利用高炉中修期间及时采取炉缸整体浇注技术修复炉缸耐材，消除了炉缸安全隐患，保证了高炉安全生产。开炉投产后高炉生产稳定，炉缸监控温度在正常生产范围内，利用系数由原来的1.727t/(m³·d)提高到2.092t/(m³·d),高炉产量大幅度提高。
文章来源：鞍钢技术
作者单位：1. 海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室
2. 鞍钢集团钢铁研究院
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