高爐長壽技術的應用與研究

楊飛

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

1 緒論

高爐長壽項目是一項系統性的工程，需要在設計、選材、建造、生產以及維護等各方面都進行妥善的處理，才能達到良好的效果。要想完成這一過程，需要使用新技術、新設備，并結合一系列的生產管理措施，來使高爐達到高產、優質、低耗以及長壽的目的。在設計時，需要對選擇的爐型、耐火磚、噴涂料等方面分別進行優化，以便達到最好的綜合效果，使高爐的壽命達到最大。隨著與高爐長壽相關研究的不斷深入，所涉及的因素也越來越多，因此高爐的壽命也在不斷延伸，這就使高爐的經濟效益變得更好。

高爐長壽對于生產來說至關重要，高爐壽命的延長自然會減少生產成本，增加生產效益。根據國內外的研究結果，高爐長壽的決定性因素包括：設計情況、設備質量、耐火材料質量、施工質量、燃料情況，以及生產過程中的操作和維護等。

在國內，隨著設計和制造水平的提升，我國高爐壽命有了極大的改善。然而與國外相比，我國高爐壽命在整體上仍有較大的差距。本文針對高爐長壽的不同影響因素進行分別論述，包括對長壽高爐設計理念的研究、高爐操作規范的論述和對高爐長壽相關發展趨勢的研究。

2 影響高爐壽命的因素

2.1 高爐爐型設計

高爐的爐型一般是在同類高爐的基礎上進行分析和改進，從而得到發展。隨著設計方案的不斷演進，高爐的爐型主要向著矮胖型發展。通過高爐設計實踐可以得出：加深死鐵層的深度，可以減少鐵水對內襯的沖蝕作用；而加大爐缸的高度和直徑，則有助于高爐大噴煤的操作，對生產效率有較好的提升作用；爐腹角與爐身角、高徑比的調整，對爐腹煤氣的上升有幫助，能夠使料柱的透氣性有所改善，從而保證爐料和煤氣的平穩運行，并減少煤氣流對爐腹和爐身的熱沖擊，從而減少內襯與冷卻器的機械磨損，這樣就保證了高爐的平穩運行，從而達到長壽的目的。

2.2 爐襯耐火材料

高爐內的工作情況比較復雜，因此要想保證爐襯的長壽，需要根據爐襯受侵蝕的狀況，找出侵蝕的原因，從而有針對性地構建爐襯的結構，選擇合適的材料，以保證高爐長壽。

根據“永久爐襯”的設計理念，為了使爐襯的熱面能夠在強化冷卻下建立起較為穩定的凝結渣鐵保護層，爐襯材料應選擇熱導率較高的超微孔炭磚。此時為了防止炭磚受渣鐵侵蝕而導致的磨損，需要在炭磚的熱面加上厚度為200～300mm的微孔剛玉磚。在爐底則需要在炭磚上面鋪設2層莫來石磚，最下層則設計為400mm的石墨磚并布設爐底水冷管。內襯的炭磚以及半石墨炭磚在鐵水侵蝕后的情況表征見圖1。

圖1 炭磚受鐵水侵蝕后的情況

2.3 高爐冷卻設備及其冷卻

影響高爐壽命的主要因素，在于高爐冷卻系統的冷卻效率，要想提高冷卻效率就需要爐墻熱面的溫度能夠在克服鐵水侵蝕和機械磨損后冷卻，得到穩定的渣壁。軟熔帶的高熱負荷區和爐缸鐵口侵蝕區，是冷卻的關鍵部位，對于高爐壽命有著決定性的影響。

高爐冷卻設備種類繁多，主要包括冷卻板、冷卻壁、板壁復合、冷卻壁+支梁水箱等形式。而冷卻壁逐漸從傳統型轉化為澆筑型。澆筑型是將耐火材料澆筑進鐵基鑄件當中，使耐火磚鑲進有錐度的肋條之間，從而保證磚材的牢固，防止其脫落。當前冷卻水管的設計也改為排布在冷卻壁的邊角部分，并且采用復合孔型。

相比冷卻板的設計形式，冷卻壁具有明顯的優勢。包括：能夠對爐殼進行均勻的冷卻，并縮減冷卻壁的厚度，保證高爐有著較大的內容積。而其缺點則主要體現在修理和更換的困難上。總體來看，立式冷卻壁在高爐的運行中有著較好的表現，因而得到了廣泛的運用。在冷卻方面，除了冷卻設備的選取，也要注意冷卻的強度是否足夠，并注意冷卻水量的調節，以便實際運行時保證高爐冷卻的較好效果。

3 高爐長壽技術的應用實例

3.1 高爐長壽項目概述

本文以攀鋼的1350m3高爐長壽項目實踐為例，分析高爐長壽技術的應用情況。為延長高爐的使用壽命，保證高爐的透氣性，弱化崩料和懸料的影響，減少爐缸堆積，爐型的設計采用了深爐缸矮胖型的設計結構。具體的爐型設計參數和設計特點如下。

為保證高爐中部死料柱的懸浮，死鐵層的設計深度由800mm加深至1500mm，以便打開料柱下部的通道。在高爐的出鐵過程中，料柱的懸浮使鐵水可以從下部流向鐵口，就避免了鐵水環流對爐缸下部的蒜頭狀侵蝕，也就延長了爐缸的壽命。設計爐缸高度3500mm，同時適當擴大了風口的回旋區，使得高爐強化的同時，保證了爐缸內充足的熱量，并可消除爐缸內的堆積，加快了達產。減小爐腹角至79°16′32″，以便煤氣流的均勻分布，減少對爐腹渣皮的沖蝕，保證爐腹冷卻壁渣皮的順利生成，這樣就能夠讓爐腹的壽命得到增長。

3.2 高爐冷卻設備及其冷卻設計

攀鋼高爐自下而上設置14段冷卻壁，覆蓋從爐底到爐身上部的各個位置。冷卻設備選用全冷卻壁，風口及下部設4段，使用耐熱鑄鐵搭建；爐腹第5段至爐身上部第11段使用全覆蓋鑲磚冷卻壁，其中5～7段選擇鑄鋼全覆蓋鑲磚冷卻壁，8～11段選擇球墨鑄鐵全覆蓋式鑲磚冷卻壁，爐身段冷卻壁結構為板壁結合的形式；上部12～14段使用倒C型冷卻壁，結合使用軟水密封循環冷卻，能夠防止結垢，保證冷卻強度和冷卻的效果，并減少水的使用。冷卻系統選擇軟水密閉循環與工業水開路冷卻2種冷卻系統相結合。在全冷卻壁的基礎上，結合不同的冷卻系統和方案，以保證高爐爐壁的冷卻效果，提升爐墻的掛渣能力，從而保證高爐的長壽。

3.3 高爐爐襯結構及耐火材料

3.3.1 高爐爐缸結構及材質

在充分對比、論證采用國產熱壓小炭塊與剛玉莫來石共同組成陶瓷杯結構和釩鈦高爐復合爐襯結構后，仍然采用改進型的釩鈦高爐復合爐襯結構。爐底采用復合莫來石磚、超致密粘土磚及半石墨碳磚相結合的復合爐底。復合爐底結構由9層耐火磚組成，厚度約3600mm，從下往上依次為：2層半石墨碳磚（2×400mm）、2層超致密粘土磚（2×400mm）、3層復合莫來石磚（2×400mm）、2層超致密粘土磚（3×400mm）；爐缸全部采用復合莫來石磚；保護磚采用粘土磚并砌至爐腹，完成長壽高爐的爐底爐缸設計。在這一結構下，鐵水直接接觸陶瓷磚，其侵蝕要弱于炭磚所受的侵蝕，同時炭磚可以繼續發揮其導熱性，利用1150℃的鐵水凝固溫度線，將鐵水控制在復合莫來石磚包圍圈的內部。因此，炭磚不需要接觸鐵水，所受侵蝕較小，因而可以長久平穩運行，有效增加了高爐的使用壽命，并從一定程度上提高鐵水溫度。風、渣、鐵口均使用剛玉泥漿和搗打料，并采用微孔剛玉組合磚來砌筑。

3.3.2 爐腰及爐身內襯結構和材質

高爐生產中，往往憑借渣皮維持高爐運行。根據高爐的實際生產經驗得知，爐襯的厚薄對高爐長壽的影響不大，而主要依靠高爐渣皮的“生成-維持-脫落-迅速再生成”的動態平衡，來增加高爐壽命。因此設計中使用薄爐襯。高爐爐腹、爐腰以及爐身中下部分的內襯，選用的是Si3N4/SiC磚，能夠減少爐渣的侵蝕，并具有很好的導熱能力和抗熱震能力。爐身中上部則使用微孔鋁炭磚，以保證內襯材料的抗堿金屬性和耐磨性，并提供強大的導熱能力。

爐身最上部使用的是磷酸鹽浸漬粘土磚，同樣具有抗堿金屬侵蝕和耐磨的特性，在內襯與冷卻壁之間壓入無水壓入泥漿，冷卻壁槽內則噴涂FN-140耐火涂料。

攀鋼1350m3高爐于2004年5月投產，其采用的高爐長壽技術較為合理，因而生產效果較好，達到攀鋼高爐的歷史較高水平。其利用系數為2.5t/m3d，使用4座頂燃式旋流噴射熱風爐，風溫達1230℃，高爐中煤氣能夠充分燃燒，從而提升了燃燒的溫度，運行效果較好。

4 結語

高爐長壽是一項系統性工程，其影響因素眾多，涉及高爐設計、施工質量、耐材選擇、冷卻方案以及運行時的維護和管理等。因此，要想實現高爐長壽，需要首先設計好順行，保證煤氣流的合理分布，防止邊緣煤氣流的侵蝕；其次，爐體和冷卻的設計、制造和維護管理也有著較大的影響；最后，在運行時的爐襯修補和設備更換等也是影響高爐壽命的重要因素。要想使高爐長期高效地運行，需要對高爐的實際情況進行綜合考量，以多方面的手段為高爐延長壽命。

參考文獻：

[1]金覺生.寶鋼高爐長壽新技術的開發與應用[J].煉鐵,2005,(1):1-5.

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