看首钢京唐如何用耐火材料“守护”高炉炉缸?
近几年来，国内多座高炉出现炉缸局部温度过高现象，很多不得不采取降低冶炼强度和高焦比的冶炼方式，导致生产指标差，铁水成本大幅升高，严重的甚至已经发生炉缸烧穿的恶性事故。因此，炉缸的安全维护工作至关重要。
首钢京唐公司建有2座5500m3的高炉，1号高炉于2009年5月21日投产，2号高炉于2010年6月26日投产。京唐的两座高炉投产至今，出现过炉缸局部温度升高现象，但通过严密监控，及时采取多种措施，高温区域都得到有效控制，且在护炉期间整体上保持了炉况的稳定顺行，逐渐形成了一套切实可行、高效低成本的炉缸维护技术。
炉缸结构及高温点位置
两座高炉炉缸除炉底碳砖厂家不同外，其他均一致，采用了热压小块碳砖结合湿法喷涂造衬工艺的复合炉缸、全碳砖加陶瓷垫炉底的结构，并根据“内堵外疏”的原则布置各种优质耐火材料。炉底水冷管以上找平层使用耐火浇注料找平;往上依次平铺1层高导热石墨砖、2层微孔碳砖、1层超微孔碳砖;碳砖上立砌2层陶瓷垫，死铁层深度为3米。炉缸侧壁选用热压小碳块，从超微孔碳砖上表面使用无水胶泥环形砌筑至风口组合砖下沿，炉缸外侧使用具有高导热系数的NMD半石墨碳砖，内侧使用导热系数低但具有强抗侵蚀能力的NMA碳砖;在陶瓷垫上方和炉缸碳砖内侧没有使用常见的黏土保护砖，而是选用了具有更强抗冲刷能力的耐火浇注料，浇注出炉底保护层和炉缸人造渣皮。铁口框内满砌碳砖，不留空隙，开炉前再按一定角度钻出铁口孔道，并在孔道内用浇注料填实。
两座高炉出现高温点的纵向位置一致，都在炉衬第7层和第8层，即都是集中在炉缸象脚型区域。目前两座高炉局部高温点稳定在100℃左右，长期保持在正常可控范围内。
高炉主要指标完成情况
随着对大高炉冶炼规律的认识不断加深，首钢京唐高炉顺稳水平逐年提高。特别是2016年，高炉更是达到5.88的历史最高负荷水平。2015年以来，单月最低焦比达到276kg/t，最高煤比为202kg/t，燃料比最低为488kg/t。2016年1月~7月份，累计利用系数为2.265t/(m3·d),焦比为285kg/t，入炉焦比(含焦丁)为305kg/t。
炉缸维护的主要技术思路
首钢京唐高炉炉缸维护整体经历3个阶段：第一是初步阶段，炉缸出现高温点后，铁水产量损失大，燃料消耗大幅增加，影响经济指标;第二是摸索阶段，炉缸局部高温点不影响高炉顺行，通过加钛等措施能够完全控制，但钛负荷高，护炉成本较高;第三是低成本护炉阶段，首钢京唐开发低成本护炉料，同时降低钛负荷至5kg/t~7kg/t，通过采取稳定煤气以及做好炉温等多项措施，也能够保证铁中钛含量在0.090%左右，并且炉缸不再出现局部高温点。
稳定焦炭质量，改善粒级。首钢京唐是铁前一体化管理，京唐高炉将提高焦炭的粒级作为重要指标，并在生产中为了保证焦炭粒级，通过延长炭化时间、避免配加其他杂质(其中2015年因焦化回配焦化灰，入炉粉末增多，造成炉缸死焦堆透气透液性差，严重影响了两座高炉的顺行状态，停配后，高炉状态提升明显)、稳定主焦煤品种等措施来保证焦炭质量的稳定。而焦炭质量的稳定，有利于保证高炉的顺行状态，保证全风、炉温水平，提高风速、动能，提高死焦堆透气透液性，减弱铁水环流。
控制入炉有害元素含量。碱金属过高会降低矿石软化温度，使软熔带上移，恶化炉料透气性;引起球团异常膨胀而严重粉化;加剧焦炭的气化反应，降低焦炭强度，对提高负荷、做炉温和脱硫不利，严重时甚至会促使炉墙结厚甚至结瘤破坏砖衬。同时，有害元素对碳砖的破坏也是非常严重的，容易导致局部温度升高，过高时会导致碳砖变形、炉底板上翘，严重影响高炉寿命。因此，对于大型高炉，无论是从高炉顺行角度还是高炉长寿角度，严格控制入炉有害元素含量，都是非常必要的。
京唐高炉入炉有害元素：碱金属最高达到过4.6kg/t，锌负荷最高达到0.44kg/t。从机理研究和高炉的实际表现方面观察，过高的有害元素确实破坏炉况顺行。首钢京唐通过停配高炉干法灰、烧结电除尘灰和有害元素含量高的原料，使碱金属有所降低，尤其是锌降低明显。2015年入炉碱金属含量平均为3.66kg/t，锌负荷为0.21kg/t。
优化炉内基本冶炼制度，稳定煤气。京唐高炉根据实际原燃料特点、冶炼条件，逐步优化，逐渐形成目前成熟稳定的基本制度，而且日常调整时也本着“多议少动”的原则，最大程度地追求炉况的稳定顺行。而通过实践也发现，大型高炉煤气转换期比较长，有时需要3个或者更多的冶炼周期，煤气形态才能最终得到真实反映。而当原燃料条件变差时，需要的时间更长。
遵循首钢炼铁16字方针“稳定边缘、打开中心、稳定中心、照顾边缘”，京唐高炉搭建合理的装料制度，采用大矿批冶炼，矿批由之前的142吨提升到目前的170吨以上，最高达到182吨。同时，京唐1号、2号高炉根据两种不同的装料制度(1号炉矿焦，2号炉矿矿焦，属国内首例)，分炉匹配好中心和边缘两条煤气通路，维持合理炉型，有力保证了两座高炉的稳定顺行，使得边缘煤气得以稳定，降低了软水温差。
防止冷却设备向炉内大量漏水。冷却设备损坏后漏的水进入炉缸，对碳砖造成氧化，易使炉缸受到严重侵蚀。在日常生产中，冷却设备损坏后要及时处理，避免向炉缸漏水。首钢京唐通过制订标准，来严格控制冷却设备往炉内漏水，防止其对炉缸长寿或者煤气分布产生较大影响。
加强炉缸区域监控。
局部温度监控。国内有的高炉可能由于当初设计的原因，温度监测点少，在炉缸出现高温现象后，不能及时发现，甚至酿成炉缸烧穿的事故，这点尤其值得重视。布局缜密合理的监测设施，是高炉工作者的“眼睛”，是及时发现炉缸侵蚀征兆的重要手段。
京唐高炉在炉底、炉缸的砖衬里共布置了12层548点热电偶，用于测量炉缸炉底的砖衬温度，在4个铁口各有测温点6个，共计24个测温点。同时，京唐高炉在第1段和第6段两层水箱出水关上(炉缸区域)设有水温测量点，每块水箱设测温点1个，共计每层72个测温点;并在高炉专家系统上设立炉缸侵蚀模型及报警功能，以便及时发现异常现象。
侵蚀厚度的监控。根据多层平壁的导热方程，理论上认为，多层平壁是由几种不同导热系数材料组成的平壁，对比炉缸结构，一般是由两种不同的碳砖砌筑而成，各自具有不同的导热系数，热电偶的插入点在外层砖里。首钢京唐通过测算炉缸侵蚀厚度，及时了解圆周方向炉缸的侵蚀情况，控制安全侵蚀厚度，以便于在生产中对其他资源进行及时调配。
提高护炉效果的两个必要条件：强冷+加钛。根据理论及实际生产中的经验，要保证护炉效果，需要两个条件：一是要有额外的钛带入量，即炉缸出现局部高温后要长期加钛进行护炉。但钛的加入量要有科学的控制，在炉缸局部点温度很高的情况下，可以适当提高钛加入量;但在温度降至安全范围后，要及时减钛。京唐高炉通过做炉温等措施来提高铁中钛含量，防止钛过高，引起品位下降、渣比升高，及降低铁水的流动性，进而影响顺行。京唐高炉入炉钛负荷高时接近10kg/t，后通过稳步控制，积极进行技术创新，并转换观念，目前钛负荷在5kg/t~7kg/t。二是要有足够的冷却强度，即加强冷却，加大冷却水流量、降低供水温度。国内高炉通常采用的方法是局部通高压工业水，将高温区域的炉衬表面温度降下来，以利于形成TiC(或TiN)的结晶物。
抓好炉内操作及外围出铁管理。京唐高炉在生产操作中严格树立标准，按规定操作，日常加强对三班的操作管理，炉外主要是保证良好的炉前作业。京唐高炉通过精细组织，优化组织流程，并对炮泥种类合理搭配，减少打泥压力过高、打泥量少及跑泥等问题，一定程度保证了炉门深度，炉门深度3.8米~4.2米的比例达到95%以上。炉门深度稳定，减少了铁水对炉门附近耐材的冲刷，有利于保证炉缸侧壁温度的稳定。
综上所述，京唐高炉在立足理论研究和重视实践应用的情况下，开发了炉缸维护的综合技术，通过不断摸索优化，炉缸温度稳定，长期处在正常范围;炉缸活跃性提高，铁水环流减弱;在保持高产的同时，燃料消耗等指标达到国内同类型高炉先进水平。
