浅析当今炼铁高炉长寿问题

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　　摘 要：高炉长寿一直是钢铁企业追求的目标，随着冶炼技术的不断进步，国外高炉一代炉役寿命不断提高，我国的长寿技术与工业发达国家还有一定差距。本文重点从高炉炉型设计、冷却设备、炉体及炉缸长寿控制、铁口布置方式等方面介绍了我国高炉长寿技术的现状，探讨了可以借鉴的经验。
　　关键词：高炉 长寿 强化冶炼
　　
　　1、前言
　　新建一座大型高炉或对一座大型高炉进行改造性大修，耗资多达上亿元。因而高炉使用寿命直接关系到钢铁工业的经济效益。随着世界各国钢铁工业技术的进步，高炉长寿技术已经取得了显著成果，工业发达的国家的高炉寿命普遍能达到10-15年，有的甚至可以达到20年。相比较而言，我国高炉的长寿水平与国外先进水平还有一定的差距。以唐钢炼铁厂为例，自建设大高炉以来，没有一座高炉的寿命超过10年。从降低生产成本以及推动炼铁技术进步两方面来讲，如何采取有效手段，延长高炉使用寿命还需要我国炼铁工作者不断去探索和研究。
　　
　　2、影响高炉长寿的主要因素
　　高炉的长寿不仅仅是高炉本体长寿，还包括生产主体和辅助系统的整体长寿，任何一个环节出现严重破损，都会影响高炉寿命。高炉能否长寿主要取决于以下因素的综合效果：高炉采用的长寿技术、良好的施工水平、稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件以及有效的炉体维护技术。这四者缺一不可，但高炉采用的长寿技术是基础，如果基础不好，要想通过改善高炉操作和强化炉体维护等措施来获得长寿是十分困难的，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。本文重点讨论与高炉本体寿命相关的主要因素。
　　2.1 高炉炉型设计与内衬结构
　　通过总结高炉破损机理和高炉反应机理，当今高炉都采用了优化炉型的设计理念，兼顾高炉原料条件以及操作制度的差异，使设计炉型更接近于操作炉型，从而获得较理想的冶炼效果。目前高炉发展的趋势是矮胖型，实践证明随着Hu/D值的合理降低，更易获得炉况的长期稳定顺行以及技术指标的改善。通过理论计算以及对多个大型高炉的数据统计，认为2500-4000m3间的大型高炉Hu/D值在2.52-2.23之间较为合理。
　　鉴于高炉生产特点，耐火砖不仅要承受高温热裂作用和煤气、炉料的冲刷磨损，还要受到碱金属的腐蚀以及炉腹下部渣铁水的冲刷腐蚀，因此在选择耐火砖衬时，要充分考虑高炉各部位的工作条件和耐火砖侵蚀机理。炉身中上部可选用耐磨和致密性好的耐火材料，炉身中下部的寿命主要依靠冷却壁的长期稳定工作来维持，一些采用铜冷却壁的高炉，甚至采用了无内衬的结构。
　　2.2 冷却技术装备
　　上世纪90年代以前高炉炉体的冷却设备普遍使用的是铜冷却板和铸铁冷却壁，由于铜冷却板属于点式冷却，具有操作炉型不规则、炉壳开孔多、易漏煤气等缺点，在炉腹、炉腰至炉身中下部高热负荷区域逐渐被铜冷却壁取代，铸铁冷却壁在新建大型高炉上使用较少。铜冷却壁的优点是具有良好的导热性、抗热震性和耐高热流冲击性，能在其热面形成稳定的渣皮, 即使高炉操作过程中发生渣皮脱落, 也能在短时间内形成新渣皮保护冷却壁，这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。实践证明铜冷却壁作为一种无过热冷却器, 其使用寿命可以达到20-30 年。通过不断改进与完善，现在冷却器的冷却介质以软水为主，软水密闭循环冷却技术已经成为我国大型高炉冷却系统的主流发展模式。为实现高炉各部位的同步长寿，我国近年来新建或大修后的高炉，都采用全炉体冷却技术装备，实现了高炉生产无冷却盲区。
　　2.3 炉身部位长寿控制
　　实践证明，强化冶炼条件下的炉身中上部块状区域的长寿维护关键措施不是冷却而是高炉内煤气流的控制。而高炉内煤气流的合理分布是通过上下部的合理调剂来实现的，如精料方针、装料制度、风口的布置等。在生产过程中通过建立炉缸活性指数概念，可以改变送风制度以外的操作条件来增加炉缸活跃程度，以延长炉身中上部寿命。
　　炉腹、炉腰至炉身下部是高炉长寿薄弱环节，此区域为高炉工作条件最恶劣的区域之一，是软熔带和滴落带交汇区域，是炉料、渣铁和煤气流多相运动最复杂的部位。任何耐火材料都不能完全起到保护层的作用，只有通过强化冷却，形成稳定均匀的渣皮才能保证炉身中下部的长寿。目前此部位的主流冷却设备以铜冷却壁为主，实践证明，铜冷却壁属于无过热冷却器，完全可以实现自我造衬、自我保护，大大延长了炉腹炉腰以及炉身下部区域的使用寿命。
　　2.4 炉底、炉缸结构
　　炉底炉缸的寿命决定高炉的一代炉役寿命，在高炉生产中如果全部内衬保持在低温状态，就能够减缓或防止侵蚀，延长炉缸炉底的使用寿命。所以炉缸炉底耐材质量和结构设计的合理性非常重要。从最初的高铝砖或粘土砖无冷却炉缸炉底，到大块焙烧炭砖和高铝砖结合的有冷却综合炉底，炉缸炉底耐火材料的导热性、耐氧化性及强度性能逐渐提高。目前国际上常用的炉缸设计体系以美国UCAR公司为代表的“导热法”（热压碳砖法）和以法国SAVOIE公司为代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）为主，国内的许多大型高炉都在使用。部分高炉将这两种设计体系组合在了一起，即热压碳砖-陶瓷杯组合炉缸内衬技术，有些高炉取得了较好的效果，如搬迁前的首钢1#高炉（2563m3），也有一部分高炉使用效果一般，如唐山某炼铁厂的1#高炉第三代炉役期，开炉仅四年，由于炉缸碳砖侵蚀较严重，不得不提前大修对炉缸部位进行重新砌筑，给企业造成了较大的经济损失。所以这种碳砖-陶瓷杯组合炉衬是否完全适用当前的强冶炼条件需要继续观察。
　　受条件限制，炉缸炉底的砖衬侵蚀后其残余厚度无法监测和修复，出现侵蚀后传统的做法是内部钛矿护炉和外部灌浆修补，现在不少高炉建立了炉缸炉底温度在线监测，可以把监测数据通过数学模型解析转换成炉墙耐火材料残余厚度画面，直观地展示了炉衬残余厚度和1150℃等温线（面），使炉缸炉底侵蚀程度处于受控状态，在线监测技术的应用避免了炉役后期炉缸炉底烧穿等重大事故地发生。
　　2.5 铁口布置方式
　　铁口的布置方式影响高炉的渣铁排放，而高炉能否及时排净渣铁又会影响高炉的稳定顺行和指标优化，进而影响高炉寿命。随着高炉容积扩大，渣口数量减少或取消渣口，铁口数量在增多．大高炉一般有2～4个铁口，有的高炉为节省投资，将多个铁口布置在一个出铁场或高炉的同一侧，即在180°范围内布置2～3个出铁口。这类布置，虽然可以节约开支。但是对高炉冶炼及寿命均有不利影响。高炉不能完全出净渣铁，留在炉内的炉渣，靠近铁口的一侧，渣面接近铁口水平。而远离铁口的一侧渣面较高。如果铁口布置在同一侧，炉内的炉渣分布必然不均匀。当炉况不太正常，特别是炉温低时，由于炉渣粘稠，从滴落带下降的铁滴，穿过渣层的速度不同必然影响到炉料均匀下降及煤气流均匀分布，由此导致局部方向煤气流发展。过分发展的煤气流形成高炉“管道行程”，从而破坏炉衬的完整性，影响高炉寿命。
　　
　　3、结语
　　（1）我国大型高炉的长寿技术已取得长足进步，通过采用高炉综合长寿技术，部分高炉寿命已经达到10年以上，与国际先进水平的差距正在缩小。
　　（2）如何开拓思路，在高强度冶炼条件下做好高炉长寿维护工作，实现高炉无中修一代寿命达到15 年以上是我国炼铁工作者需要攻克的重要课题。
　　（3）国内高炉使用的部分长寿技术源于对国外长寿技术的直接借鉴或消化吸收，我国自主研发的高炉长寿技术较少，需要我国的炼铁工作者在创新性上有所突破。
　　
　　参考文献
　　[1] 张寿荣.武钢高炉长寿技术.北京：冶金工业出版社，2009.
　　[2] 金觉生.宝钢高炉长寿技术的开发应用，炼铁，2005，（1）.

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