新鋼2500m3 高爐長壽管理措施

熊野琴

（江西冶金職業技術學院，江西 新余 338015）

新鋼第一煉鐵廠9#高爐、10#高爐（2500m3）分別于2009 年2 月16 日、2009 年11 月9 日點火開爐，開爐以來一直秉承“高產、優質、低耗、長壽、環保”理念，不斷進行技術創新，提升技術指標。到2020 年8 月為止：9#高爐共生產11 年零6 個月，10#高爐共生產10 年零9 個月，接近一代爐役的設計壽命，從爐齡來看，兩高爐也均步入了爐役中后期。

1 高爐長壽的狀況

（1）國外高爐長壽的特點。高爐長壽存在很大的不均衡性和不穩定性，通常以平均壽命及一代爐齡產鐵量來表示高爐是否進入晚期操作，然而現在國際上并不以平均壽命及一代爐齡產鐵量來完全取決于爐齡；通常用爐缸殘余厚度（不小于500mm）來衡量高爐是否進入晚期[1]。

（2）國內高爐長壽的特點。通過總結國內外大高爐長壽（15年以上）生產經驗，高爐長壽是結合設計、建設、精料水平、操作、維護和監測為一體的系統工程；大型高爐爐齡基本能達到1O 年～12 年（無中修），高爐一代爐役期間，其壽命延長一年就可以顯著增加產量，產生可觀的經濟效益。

2 影響高爐壽命的因素

2.1 高爐的合理設計

（1）合理爐型的設計。高爐內型的設計大都是根據同類型高爐的生產實踐進行分析和比較確定的。目前，高爐內型的設計發展的總趨勢是由細高型向矮胖型高爐轉化，使得爐型逐漸合理，并與現代高爐爐料性能相適應。實踐證明：設計中對高爐爐型進行了優化，降低了爐腹角、爐身角和高徑比，使爐腹煤氣順暢上升，改善料柱的透氣性，穩定爐料和煤氣流的合理分布，抑制高溫煤氣流對爐腹至爐身外部的熱沖擊，減輕爐料對內襯和冷卻器的機械磨損。同時加深了死鐵層深度，以減輕鐵水環流對爐缸內襯的沖刷侵蝕；適當加大了爐缸高度和爐缸直徑，以滿足高爐大噴煤操作和高效化生產的要求；有利于高爐的順行，穩定及長壽。

（2）爐襯的耐火材料。高爐內爐況比較復雜，各部位內襯的工作條件，受侵蝕的因素也不同，要提高爐襯的壽命，必須研究高爐各部位的蝕損原因，根據高爐各部位的工作條件和耐火磚侵蝕機理，選擇與確定磚襯材質是高爐長壽的重要因素。

（3）高爐冷卻設備及其冷卻。高爐冷卻設備有多種形式，但不外乎冷卻板、冷卻壁、冷卻板加冷卻壁或冷卻壁加支梁式水箱3 種類型。最新型的冷卻壁設計是把爐墻耐火材料澆鑄在具有延展性的鐵基鑄件內，并且緊緊地把磚鑲在有一定錐度的肋條間，以確保這些磚在生產過程中不致脫落。目前，對冷卻水管的排列又改進到冷卻壁的邊角區域。與冷卻板相比較，立式冷卻壁的主要優點是：在整個爐殼上能達到較均衡的冷卻，而且這種冷卻壁尺寸較薄，從而導致在相同爐殼設計上增加了高爐內容積。其主要缺點是：損壞的管道難于修理且從外部更換很困難。盡管如此，立式冷卻壁在實踐中已被越來越多的廠家所采用。

高爐要長壽，除選擇合理的冷卻設備外，還必須保證有足夠的冷卻強度，而且，冷卻水量可以根據需要進行調節。

2.2 高爐操作管理

（1）高爐精料。精料是高爐穩定順行、強化冶煉、獲得良好經濟技術指標和高爐長壽的基礎，原燃料的質量的波動必然會導致爐況不穩，采用優質原料，則爐況順行，高爐工況穩定，對設備及爐內耐材的損害相對較小，有利于延長高爐壽命。

（2）高爐操作。如高爐精料水平尚可，則高爐操作對高爐的壽命影響極大。這主要體現在：a 高爐煤氣流控制。如采用以中心氣流為主、適當抑制邊緣的操作制度，則對爐墻的侵蝕較小，反之則不利于長壽。b 爐況順行情況。如杜絕崩料、懸料、坐料等失常爐況，減少洗爐作業，則對長壽有利。c 冷卻制度。冷卻設備水溫差控制、水質控制、熱流強度監控。防止冷卻設備燒損。

表1 國外某些大型高爐壽命指標

表2 國內部分2000m3 以上高爐壽命指標

3 新鋼2500m3高爐長壽技術

3.1 高爐合理的設計

（1）優化爐型設計。對于2500m3高爐爐型設計，結合新鋼的原燃料條件，對爐型進行合理優化，確定采用適宜強化冶煉的矮胖操作爐型，設想通過減少爐身角或爐腹角，而高爐爐身角及爐腹角在高爐設計之初已經確定，但是可以通過調整，加強對風口風口長度、直徑以及爐身冷卻強度等對氣流進行調整。新鋼高爐采用長風口方式進行快速調整，使煤氣流分布趨于合理，這個方式也叫做“等效爐腹角”。其次是加深死鐵層至h0=2.3m，以減少鐵水環流侵蝕爐寸，提高爐缸、爐底壽命。

（2）高爐冷卻設備及其冷卻設計。冷卻設備設計是關鍵，是決定高爐壽命的最關鍵的因素，采用磚壁合一全冷卻壁（12 段鑄鐵＋3 段銅）方案。采用最新的磚壁合一技術，高熱負荷區域采用銅冷卻壁，取消凸臺，爐底至爐喉共設置15 段冷卻壁。按照爐內縱向各區域不同的工作條件和熱負荷大小，采用不同結構形式和不同材質的冷卻壁，各區域冷卻設備主要特征如表3。

表3 全冷卻壁（鑄鐵＋銅）方案主要特征

（3）高爐爐缸結構及材質。根據近年來爐缸爐底熱電偶監測溫度的統計數據，運用穩態傅立葉熱傳導方程（一維傳熱模型）進行計算、繪制炭磚侵蝕推移圖分析，9#爐、10#爐爐缸爐底炭磚保存完好，未受到侵蝕。但9#爐在標高12.495m 處電偶編號為TE304A/B 區域、10#爐在標高12.495m 處電偶編號為TE302A/B區域和標高13.495m 電偶編號為TE312A/B 區域，經計算分析爐缸炭磚雖未受到侵蝕，但鐵水凝固等溫線溫度1150℃接近炭磚附近，需要重點關注。對竄氣造成冷卻壁冷面溫度高的，應及時灌漿封堵。通過對兩座高爐爐缸爐底溫度分析（侵蝕計算）發現，兩座高爐溫度分布基本一致，有著非常大的共性。（見圖1）。

圖1 9、10 號高爐以內層熱電偶為準計算侵蝕情況

3.2 高爐操作管理

操作管理是高爐長壽的關鍵，操作與設計相適應統一，揚長弊短，高爐才能長壽。

（1）做好入爐原燃料管理。原燃料質量是高爐穩定順行的基礎。新鋼2500m3高爐一貫堅持精料方針，并追求原燃料的穩定。嚴格控制焦炭質量，要求焦炭具有較高的冷熱強度、較低的反應性，較大的粒度。對高爐含鐵爐料也做了嚴格的要求，燒結礦必須具有足夠的冷熱強度和良好的還原性能，在現有的配礦資源和物流的條件下，優化入爐爐料結構，通過加強篩網管理和控制切出量，控制入爐礦的含粉率，改善料柱透氣性。要求嚴格控制堿金屬的粉塵入爐循環等技術措施，穩定了高爐順行，有利于延長高爐使用壽命。

（2）調節煤氣流分布，實現爐身中上部長壽。新鋼2500m3高爐在多年操作實踐中，始終堅持以爐況長期穩定順行為主線，不片面追求高冶煉強度和高壓差操作；因為高冶強、高壓差邊緣易發展，且出現管道、崩料、懸料等失常爐況，而這些不利于高爐長壽；主要通過加長風口長度，由585mm 增加至610mm，著力搞好初始煤氣流分布，疏通中心氣流，適當抑制邊緣氣流，維持高爐長期穩定順行，這樣才有利于高爐長壽。據統計，自2014年以來，在正常生產情況下，兩座高爐未出現過一次懸料或爐況長期失常現象，為實現高爐長壽目標提供了有利條件。

（3）加強冷卻系統的檢查與維護。新鋼2500m3高爐投產后，堅持每個工作日檢查水質數據，每一周開一次水質溝通協調會，出現問題及時解決。對于新建投產的高爐，隨著產能提高，耐火材料和冷卻設備會發生一定量的熱膨脹變化，由于材質不同，耐火材料和冷卻設備之間產生一定的氣隙，會極大影響冷卻效果。新鋼根據爐體維護計劃及對爐體狀態的實時跟蹤，利用高爐定修實施有針對性的壓降作業，消除氣隙對冷卻效果的影響。

（4）有效傳熱，延長爐缸壽命。談起爐缸側壁磚襯侵蝕問題，普遍認為是一個與過去爐底“蘑菇狀”侵蝕有關的問題，而這種形式的侵蝕是由爐缸鐵水環流引起的，所以一般地表現為鐵口區域附近的爐缸側壁溫度容易升高和難以控制，這是因為該部位的環流較爐缸其他部位要強烈得多所造成的。在這種概念的指導下，新鋼2500m3高爐通過定修期間有計劃地更換鐵口保護板和鐵口壓漿，消除鐵口區域煤氣泄漏，避免氣隙的擴大，提高了爐缸的有效傳熱。對高爐長壽起到過一定的作用。

4 結語

高爐長壽是一項系統工程，初始于高爐設計、關鍵部位耐材設備質量和施工質量，重在合理的日常操作和穩定的爐況以及長壽管理制度的具體落實。新鋼煉鐵人基于前期優良的設計，在吸取2500m3和國內外大型高爐長壽管理經驗的基礎上，不斷創新、實踐和完善，逐步形成具有自身特色的大型高爐長壽技術高爐在冷卻系統設計和耐材選取上具備了很多優點，并對實際生產中冷卻系統存在的問題進行了一系列優化改造，以提高冷卻強度，延長高爐壽命，積淀不少操作和長壽管理經驗，取得高爐長壽歷史性突破。