宋杰

（萍安钢公司）

摘   要： 在高炉炼铁生产中，炉内渣皮的形成与稳定性是维持高炉长寿、顺行、高效、低耗的核心基础。它直接定义了高炉的操作炉型，影响着煤气流的分布、热交换效率、炉衬安全及能源消耗。本报告以一座450 m3高炉为实践对象，系统阐述了为确保渣皮长期稳定所采取的一系列综合性、精细化技术与管理措施。报告详细剖析了渣皮波动的多重危害性，旨在强调其稳定性的极端重要性，并为同类型高炉的生产操作提供一套可借鉴、可执行的实践方案。实践表明，通过系统性调控，能够实现渣皮的高度稳定，从而为高炉的长期稳定顺行与指标优化奠定坚实基础。

关键词：高炉  渣皮  稳定  危害

第一部分：引言与背景

高炉作为现代钢铁工业的“心脏”，其内部是一个持续进行着复杂物理化学反应的巨型高温反应器。炉料（矿石、焦炭等）自上而下运动，煤气自下而上运动，在逆向接触中完成还原、熔化、造渣等一系列过程。在此过程中，熔化的炉渣与初生的铁水向下滴落，当遇到温度相对较低的冷却壁时，部分炉渣会凝固附着于炉衬表面，形成一层动态的固态或半熔融态保护层——即“渣皮”。

理想的渣皮应具备适中的厚度、均匀的分布和良好的稳定性。它扮演着多重关键角色：首先，是炉衬的“天然保护甲”，直接隔离高温铁渣与煤气对耐火材料的侵蚀和冲刷；其次，是调节炉内热流分布的“动态隔热层”，有助于形成合理的操作炉型；最后，是稳定煤气流分布的“物理界面”。因此，渣皮的稳定性直接关系到高炉能否维持一个合理、稳固、高效的工作内型。

对于450 m3级的小型高炉，其炉容较小，但炉内反应动力学条件与大型高炉相比有其特点，对操作波动的敏感性可能更高。维持其渣皮稳定，既是技术挑战，也是实现最佳经济效益的必然要求。

第二部分：渣皮波动的危害性深度剖析

渣皮失稳，即出现非预期的局部频繁脱落与再生，是引发高炉一系列操作难题和事故隐患的根源。其危害性具体体现在以下多个层面，后果严重：

1. 对高炉长寿的直接威胁——炉衬侵蚀与冷却系统损坏：

   · 炉衬侵蚀加速： 渣皮脱落后，高温（>1500℃）铁渣和煤气流直接冲刷、化学侵蚀裸露的耐火材料，导致炉衬（特别是炉身中下部、炉腰、炉腹等关键区域）迅速变薄、损毁。

   · 冷却设备超负荷与损坏： 渣皮脱落的局部区域，热负荷瞬间急剧升高，冷却水大量汽化，可能导致冷却壁（或冷却板）水管内产生“沸腾传热”甚至“膜态沸腾”，传热效率骤降，壁体温度飙升。长期或反复的波动，极易导致冷却壁水管结垢、过热烧损、开裂漏水。漏水进入炉内将进一步恶化炉况，形成恶性循环，大幅缩短高炉寿命，甚至酿成重大设备事故。

2. 对高炉顺行的根本破坏——操作炉型畸变与煤气流紊乱：

   · 操作炉型畸变： 稳定的渣皮是构成高炉实际工作内型（操作炉型）的主体。渣皮频繁、不规则地脱落与生成，使得操作炉型变得凹凸不平、极不规则。这不仅破坏了理想的料柱下降和煤气上升通道，还容易导致物料在凸起处产生“架桥”，在凹陷处产生“滞留”。

   · 煤气流分布严重紊乱： 不规则的炉型会根本性改变边缘与中心煤气的原始通路。渣皮脱落的区域成为煤气“短路”的通道，导致边缘气流异常发展，甚至形成局部强烈“管道气流”；而渣皮过厚或新生成区域则会堵塞气流，导致中心气流受阻。这种紊乱使得煤气的化学能和热能无法被有效利用，造成燃料比升高。同时，强烈的管道气流会加剧炉衬的局部冲刷，形成更大的安全隐患。

3. 对生产稳定与经济效益的冲击——炉温波动、质量下降与消耗上升：

   · 热制度剧烈波动： 渣皮大量脱落时，其熔化过程需要吸收大量热量，会导致炉缸热量被迅速消耗，表现为铁水物理热不足，[Si]含量急剧下降（低硅），严重时可导致炉缸温度不足，铁水流动性变差，甚至出现“炉凉”征兆。反之，当渣皮快速生成时，又会释放部分热量，可能引起炉温的异常波动。这种热制度的不稳定，使得操作者难以准确把握炉况，被迫频繁调整燃料，进一步加剧了波动。

   · 生铁质量波动： 炉温与炉渣成分的波动，直接影响铁水脱硫效率和成分控制，可能导致生铁硫含量超标、硅含量不合格，产品质量稳定性下降。

   · 能源与物料消耗升高： 为应对因渣皮波动引起的炉温下降和热损失，往往需要通过增加焦炭（或煤粉）喷吹量来补充热量，直接推高燃料比。煤气利用率的下降也意味着能源的浪费。此外，炉衬的加速侵蚀也增加了后期的维护成本（如喷补料消耗）。

4. 对安全生产的重大隐患——易诱发恶性事故：

   · 悬料与崩料风险： 渣皮脱落的大块凝固物若卡在炉喉或炉身，可能直接引发悬料。悬料处理不当或突然塌落（崩料），会造成炉内压力剧变，损坏设备，并可能引发后续的炉冷。

   · 炉缸堆积与冻结风险： 长期或严重的渣皮波动导致的炉温持续走低、炉渣性能恶化，可能使炉缸内未充分还原的物料增多，活性变差，逐渐形成炉缸堆积，严重时可发展为难于处理的炉缸冻结事故。

综上所述，渣皮波动绝非局部、暂时的现象，而是会通过连锁反应，迅速波及高炉运行的各个方面，从设备寿命到生产顺行，从产品质量到经济效益，直至威胁安全生产。因此，将渣皮稳定性视为高炉生产的“生命线”毫不为过。

第三部分：萍钢湘东炼铁厂450 m3高炉稳定渣皮的综合性操作实践

基于对渣皮波动危害性的深刻认识，我们针对450 m3高炉的特点，制定并严格执行了一套以“稳定为基础，预防为核心，精细化为手段”的综合性操作方针。核心措施涵盖八个方面，环环相扣，形成合力：

1. 主动维护，修复合理操作炉型——炉体喷补技术

· 实践内容： 利用休风或计划检修机会，通过长枪喷补设备，对炉身中下部、炉腰、炉腹等渣皮易脱落、炉衬侵蚀较重的区域进行针对性喷补。喷补料选择具有良好附着性、抗侵蚀性和热震稳定性的优质耐火材料。

· 作用机理： 直接修复因渣皮脱落而暴露或变薄的炉衬，人工重建一个相对平滑、规整的炉型基础，为新的稳定渣皮附着创造有利的物理表面。这改变了被动等待渣皮自然形成的模式，转为主动干预和塑造。

· 操作要点： 喷补前需精确判断侵蚀部位和程度；喷补过程要求厚度均匀，与原有炉衬或残存渣皮良好结合；喷补后需制定专门的烘炉与恢复方案，确保喷补料安全过渡到正常工作状态。

2. 精细操作，稳定热制度核心——炉温与硅偏差控制

· 实践内容： 确立并将铁水硅含量（[Si]）严格控制在 0.3%-0.5% 的目标区间。这不仅是一个数值范围，更要求通过精细化操作，将每一炉次的[Si]值波动幅度降至最低，即“减少硅偏差”。

· 作用机理： [Si]含量是炉缸热状态的直接、灵敏标志。将其稳定在窄幅区间，意味着高炉下部热收入与支出的高度平衡。稳定的热源是渣皮保持固-液平衡（既不全部熔化流失，也不过度增厚）的首要热力学条件。大幅度的硅波动必然伴随着炉内热量的剧烈增减，是渣皮熔落或异常增厚的主要驱动力。

· 操作要点： 建立以[Si]趋势为导向的燃料调节预警机制；加强工长对风温、风量、负荷、喷煤量等参数的微调能力；实现上、下部调剂与热制度调节的协同联动。

3. 优化炉渣性能，夯实化学基础——炉渣成分与镁铝比控制

· 实践内容： 通过优化入炉炉料结构（搭配不同碱度的烧结矿、球团矿、块矿），并辅以适量的熔剂（如蛇纹石）调剂，将终渣的镁铝比（MgO/Al₂O₃）稳定控制在0.58左右，同时确保合适的二元碱度（CaO/SiO₂）。

· 作用机理： 炉渣的物理化学性质（熔点、粘度、表面张力、抗侵蚀性）直接决定其形成渣皮的能力和质量。适宜的MgO含量能有效改善高铝渣（Al₂O₃含量较高时）的流动性，降低其熔化性温度。将MgO/Al₂O₃控制在0.58附近，已被实践和研究表明，能在本厂原料条件下，使炉渣兼具良好的流动性（利于排渣脱硫）和必要的“短渣”特性（温度区间内粘度变化快，易于凝固附着），并且能增强渣皮抵抗铁渣和碱金属侵蚀的能力。

· 操作要点： 定期进行炉渣成分全分析，建立炉渣性能预报模型；根据入炉原料Al₂O₃负荷的变化，提前计算并调整蛇纹石配加量；关注炉渣的断面形貌和流动性现场观察，与化验数据相互印证。

4. 科学冷却，提供稳定热边界——冷却制度与水温差管控

· 实践内容： 根据季节变化和高炉不同生产阶段，动态调整冷却水流量和压力，确保炉身冷却壁的热流强度稳定，将水温差严格控制在5-10℃的范围内。

· 作用机理： 冷却系统的作用是在炉衬处建立一个稳定的“冷面”，为渣皮凝固提供所需的温度梯度（热边界条件）。水温差是反映冷却壁热负荷和渣皮厚度的关键间接参数。温差过低（<5℃），可能意味着渣皮过厚，热阻过大，长期存在有脱落成大块的风险；温差过高（>10℃），则表明渣皮过薄或已脱落，热负荷过大，冷却壁安全受威胁。将其稳定在5-10℃，旨在引导形成并维持一个厚度适中、状态稳定的渣皮。

· 操作要点： 对冷却壁进行分区监控，重点关注水温差异常波动的区域；严禁为追求低耗水而盲目关小水流量；保持冷却水质清洁，防止结垢影响换热效率。

5. 疏导中心，抑制边缘——合理的装料制度

· 实践内容： 采用并坚持能够“适当发展中心、有效抑制边缘气流”的布料模式。例如，采用焦炭平台与矿石漏斗相结合的布料技术，通过调整溜槽角度、圈数和料序，使焦炭在中心区域形成疏松的骨架，矿石布在边缘形成相对致密的环带。

· 作用机理： 强健、通畅的中心气流是高炉顺行和强化的标志，而过分发展的边缘气流则是炉墙和渣皮的“杀手”。本制度通过布料控制炉料在炉喉的分布，从源头上引导煤气流的合理分布。抑制边缘气流，直接减轻了高温高速煤气流对边缘炉墙渣皮的剪切冲刷力和热冲击，为渣皮的稳定留存创造了安宁的“边缘环境”。

· 操作要点： 利用炉内热成像、煤气成分分析等手段持续监测煤气分布；装料制度的调整需谨慎，坚持“微调、渐进”原则，避免大幅变动引起煤气流剧变。

6. 均匀鼓风，强化动力——合理的送风制度

· 实践内容：

  ·  风口标准化： 全部使用直颈110毫米、长度320毫米的同一规格风口，确保各风口进风面积、风速和鼓风动能均匀一致。

   · 风量与富氧： 将送风量稳定在1450立方米/分钟左右，富氧率维持在6000立方米/小时的水平。

· 作用机理： 均匀一致的风口是保证初始煤气在炉缸圆周方向均匀分布的前提，避免因进风不均导致的局部边缘气流或“循环区”大小不一，从而影响渣皮在圆周方向的均匀性。稳定的风量是维持整个冶炼过程物理基础（如料速、煤气量）稳定的关键。配合适度的富氧，能提高鼓风动能，有助于吹透中心，进一步巩固和发展中心气流，使边缘气流更加稳定和受到抑制。

· 操作要点： 定期检查风口有无烧损、挂渣，及时更换非标准或损坏的风口；风量和富氧率的调整需与热制度、料制变化协同考虑，保持总体稳定。

7. 立足源头，改善透气性——强化入炉原料管理

· 实践内容： 坚决杜绝粉末（<5mm）入炉。加强槽下筛分设备的维护与检查，确保筛分效率；优化料场管理和混匀作业，减少成分波动；对焦炭强度（M40、M10）和反应性（CRI、CSR）提出明确要求并严格监控。

· 作用机理： 粉末是恶化料柱透气性的首要因素。透气性差会导致压差升高，为维持风量，可能被迫发展边缘气流，进而危害渣皮。同时，粉末在软熔带形成粘稠的初渣，不利于形成性能良好的终渣和稳定渣皮。管理好原料，是从根本上为高炉顺行和下部调剂创造宽松条件。

· 操作要点： 将筛分效率纳入日常考核；建立原料质量预警机制，劣质原料限入或合理搭配使用。

8. 保障畅通，稳定炉内压差——强化出铁管理

· 实践内容： 制定严格的出铁时间表和铁口维护规程。确保正点出铁、出净渣铁，控制稳定的铁口深度，维护好泥套。

· 作用机理： 及时出净渣铁，可以维持适宜的炉缸储铁、储渣量，避免液面过高浸泡、侵蚀炉缸侧壁及炉腹根部渣皮。稳定的出铁节奏有助于维持炉内压力平衡和料柱下降的顺畅，防止因渣铁排放不及时导致的炉内压差升高，从而减少因憋压被迫发展边缘气流的风险。

· 操作要点： 采用标准化出铁模式；稳定打泥量以确保深度；使用高质量炮泥，确保铁口烧结强度。

第四部分：实践效果与结论

通过长期、系统、坚定地执行上述八项一体化技术与管理措施，本450 m3高炉取得了显著成效：如下图所示，炉衬温度长期比较稳定，渣皮稳定较好。

1. 渣皮稳定性显著增强： 炉身各段冷却壁水温差长期稳定在设定范围，无明显剧烈波动，表明渣皮处于动态平衡状态。

2. 操作炉型长期规整： 定期探瘤和休风观察显示，炉内壁光滑规整，无明显凹凸或红点。

3. 高炉运行极度顺行： 煤气流分布稳定合理，十字测温曲线呈典型的“喇叭花”形，中心温度稳定在480-520℃，边缘温度受控。炉温稳定，[Si]偏差显著缩小。

4. 技术经济指标持续优化： 燃料比稳步下降，煤气利用率提高，生铁一级品率上升，冷却系统漏水率为零，高炉实现了长期安全、稳定、高效、低耗运行。

结论：

稳定渣皮是高炉炼铁工艺中一项关乎全局的系统工程。它要求操作者超越对单一参数的控制，建立起从原燃料准备、上下部调剂、热制度与造渣制度管控、到设备维护与出铁组织的全流程、精细化协同管理思维。对于450 m3高炉，通过“喷补维型、稳硅控温、调渣固本、冷却不怠、抑边疏中、均风强动、精料筑基、畅排出铁”这一套组合拳，可以有效构建并维持渣皮的长期稳定。深刻认识到渣皮波动的严重危害性，是驱动我们持续进行精细化操作和系统优化的根本动力。本实践为同类型高炉实现长周期稳定顺行与降本增效，提供了经过验证的、具有可操作性的技术路径与管理范例。

参考文献：

1、王筱留  高炉炼铁学

2、周传典  高炉炼铁生产技术生产

3、项钟庸 王筱留 现代高炉长寿技术