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1、1 提高高炉寿命的方法与措施摘 要：近几年，随着高炉冶炼的不断强化，延长高炉炉体寿命已成为炼铁生产中急待解决的突出问题。根据高炉炉身、炉腰、炉腹的侵蚀机理，探讨高炉寿命问题。指出，高炉炉身、炉腰、 炉腹的结构以及冷却设备及冷却方式选择恰当，高炉才能长寿；炉役后期定期对炉衬进行局部修补，是延长高炉寿命的有效措施。 关键词：高炉寿命炉衬冷却设备 前言：新建一座大型高炉或对一座进行改造性大修，耗资巨大，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，高炉长寿也就顺理成章成为现代化高炉追求的目标。 随着世界各国钢铁工业技术的进步，尤其像日本这样工业发达的国家，高炉长寿技术已经取得了显著成果；
2、有资料显示日本川崎千叶钢厂的6 号高炉，一代炉龄（无中修）为20 年零 9 个月，创造了世界高炉长寿记录。国外大型高炉寿命在不中修订情况下可以达到11 12 年之间；我国高炉寿命要低于国外高炉一般水平，一般一代炉役无中修寿命低于10 年，仅有少数高炉可以实现10 15 年的长寿目标。影响高炉长寿的主要因素分别为高炉建设和投产后的维护两个方面。在高炉建设投产之后，高炉则是依赖高炉冶炼技术的进步和内衬维修技术的发展来延长使用寿命。一、高炉建设时的设计及高炉质量1、高炉设计对高炉寿命的影响一座长寿的高炉必定是精心设计、建造和仔细操作与维护的结果。高炉炉龄主要由炉衬寿命决定，而炉衬寿命取决于设计和建造
3、质量的最优化。在高炉设计中均明确了高炉的设计寿命，按照设计寿命来选择设备、材料、 结构以及施工工艺。不同高炉的设计寿命是不相同的。例如一般中小高炉的设计寿命仅58 年，而大高炉的设计寿命则长达16 年甚至 20 年。 当然不同设计寿命形成的设计方案导致的实际投资也是相差极大的。2、高炉建造材料对高炉寿命的影响炉衬材质，冷却设备以及冷却水质1980 年以前， 255 级的高炉炉缸、炉底均使用高铝质耐火砖， 该砖的热稳定性及强度均高于粘土砖，但其抗碱性能较差。实验表明， 在 9201200的还原气氛及有碱金属物质存在时，高铝砖和粘土砖的物相均发生变化，生成强度较低的钾霞石或钾霞石类化合物，使其体积
4、膨胀，破裂。空腔式风口，由于其冷却工艺不尽合理，加上碱、铅等有害元素的影响，使风口的使用周期较短，频繁的休风严重地影响了高炉顺行，也就影响了高炉寿命。高炉建造各部耐火材料的选择在高炉建设投产之后，高炉则是依赖高炉冶炼技术的进步和内衬维修技术的发展延长使用寿命。因而，选用适宜的优质耐火材料对炉役中后期高炉损毁严重的部位进行维修以延长高炉使用寿命是耐火材料工作者研究的课题。炉身上部该部位内衬破损的主要原因是：炉料在下降过程中对内衬的冲击和磨损；煤气流在上升过程中的冲刷；碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀等。炉身上部应该选择抗磨性、抗冲刷以及抗碱金属蒸汽侵蚀的耐火材料。该部位是碳沉积适合的400700的范
5、围。可选择高致密度的粘土砖或浸磷酸粘土砖或高铝转。炉身中下部及炉腰2 该部位内衬破损的主要原因是：碱金属、锌蒸汽和沉积的侵蚀；初成渣的侵蚀；热震引起的剥落；高温煤气流的冲刷等。选择耐火材料，既要考虑抗渣性、防热震，又要防高温煤气流的冲刷。这一部位正好是碳对 CO2、O2、 H2O 等的反应温度区范围，所以不宜使用碳砖（包钢含F 炉料冶炼时例 外） 。在条件允许时，这一部位建议采用半石墨化碳碳化硅砖，这种砖抗碱侵蚀能力强、稳定性高，气孔率低、导热性能好。也可选用氮结合的碳化硅砖或烧成铝碳砖。炉腹该部位内衬破损的主要原因是：渣铁水的冲刷；高温煤气流的冲刷等。炉腹主要靠渣皮工作， 选择耐火材料应考虑
6、耐冲刷和容易挂渣皮的耐火砖。这一部位建议采用刚玉莫来石砖、铝碳砖或高铝转。这些砖耐火度、荷软温度高、体积密度大且致密。炉缸风口带该部位内衬破损主要原因是：渣铁水的侵蚀；碱金属的侵蚀；高温煤气流的冲刷等。该部位采用刚玉莫来石砖或棕刚玉砖，或者采用热压碳砖NMA 或 NMD 砖。铁口以上炉缸该部位内衬破损的主要原因是：碱金属的侵蚀； 热应力的破坏； CO2、O2、H2O 的氧化；渣铁水的溶蚀和流动冲刷等。这一部位内衬破损是多种因素综合作用的结果，既有化学的、热力的， 也有机械的作用。在渣铁水接触的热面建议选用陶瓷耐火材料即刚玉莫来石砖或棕刚玉砖，在冷面选用致密碳砖或石墨化、半石墨化碳砖。也可选用小
7、块微孔碳砖。铁口以下的炉缸及炉底这一部位内衬破损的主要作用是铁水的冲刷、渗透侵蚀等。选择耐火材料时，应重点考虑防止铁水的溶蚀和渗透侵蚀。建议在铁口以下的炉缸部位选用刚玉莫来石砖或棕刚玉砖；炉底上层应该用铝碳砖保护；在炉底致密碳砖，接近炉底冷却层，铺一层石墨化碳砖。二、生产过程中的操作管理技术高炉长寿是降低成本，提高生产率的关键。高炉的炉体、炉缸和炉底破损，影响了高炉使用寿命和冶炼强化程度。尤其是炉役后期，炉墙变薄、漏水、漏气现象增多，应采用必要的检测手段，即使预报高炉各部位的冷却水温差和热流强度的变化情况并及时采取相应措施，对稳定高炉生产，保证高炉安全生产，延长高炉使用寿命具有实际意义。高炉冷
8、却水进出水温的变化， 能够间接反映出高炉炉内的物料和冶炼状况，也是计算高炉炉壁热负荷能力的重要参数。 通过在线实时监测水温差的变化，可检测到高炉冷却壁的使用状态，及时对冷却壁进行维护， 可提高高炉的使用寿命、减少高炉炉缸是个的发生。通过对温度曲线、热流强度趋势的分析，为高炉冶炼顺行提供知道，最终提高炼铁高炉利用系数，降低能耗， 提高产量，提高高炉使用寿命。三、高炉炉料精料，高炉操作3.1、高炉炉料精料高炉炼铁的操作方针是以精料为基础。精料技术水平对高炉炼铁生产的影响率在70%左右，设备的影响率在10%左右，高炉操作技术的影响率在10%左右，综合管理水平影响率约 5%，外界因素影响率月5%。虽然
9、对设备的影响率只有10%左右，但是对高炉的寿命影响还是很大的。高炉精料技术包括： “高、熟、净、小、均、稳、少、好”八字方针。“高”3 是入炉矿石含铁品味要高；烧结，球团，交谈的转鼓强度要高；烧结矿的碱度要高（一般在 1.82.0） 。入炉矿品味要高时精料技术的核心。入炉矿品味每提高1%，高炉燃料比会下降 1.5%，高炉产量提高2.5%，吨铁渣量减少30kg，允许高炉增加喷吹煤粉15kg。“熟”是高炉入炉原料中熟料比要高。熟料是指烧结矿、球团矿。 随着高炉炼铁生产技术的不断进步，现在已经不十分强点熟料比要很高。有些企业已有20%左右的高品味天然块矿入炉。“净”是指入炉原燃料中1.5 1.25
10、1.42.0 50mm 58.0 64.5 1.7 0.10.3 0.10.3 0.030.05 2000 焦炭质量变化对炼铁生产指标的影响率在35%，也就是说占精料技术水平影响率的一半。焦炭在高炉内是起到炉料骨架的作用，同时夜市冶炼过程的还原剂，主要高炉炼铁热量收入的来源（约占60%80%） ，以及生铁含炭的供应者。特别是在高喷煤比条件下，焦比的显著降低， 使焦炭对炉料的骨架作用就更加明显。这时焦炭质量好， 对提高高炉料的透气性，渣铁的渗透性都起到十分关键的作用。大型高炉， 采用大矿批装料制度，是焦炭层在炉内加厚（可达 300500mm） ，形成好的焦窗透气性，对高炉生产顺行起到良好的作用。
11、由于大型高炉的料柱高，炉料的压缩率高，对焦炭质量的评价，已不能之满足对M40、M10、灰分、硫分等指标的要求，应当增加对焦炭的热反应性能指标的要求，如反应后强度（CSR）,反应性指数 (CRI) 等指标的要求。工业发达国家大型高炉所用的焦炭质量普遍优于我国，这是国外高炉指标行进的重要原因之一。国外大型高炉所用焦炭的M40 一般大于85%，M10 小于 6.5%，灰分在 5kg/t 时， Ls 为 3050。对高炉砖衬侵蚀能力较弱。在炉温和炉渣碱度正常条件下，应能炼出优质生铁。热制度热制度直接反映了炉缸工作的热状态。冶炼过程中控制充足而稳定的炉温，是保证高炉稳定顺行的基本前提，过低或过高的炉温都
12、会导致炉况不顺。影响炉温变化的因素很多，变化幅度小时可通过风温、风量、煤量等进行调整，变化幅度较大时必须调整焦炭负荷，以此来控制炉况从而使高炉正常生产，提高高炉使用寿命。冷却制度冷却制度的管理内容主要是：控制合理的冷却强度和适宜的温差，确保操作炉型稳定，冷却设备的使用寿命长，达到高炉长寿的目标。对于高炉的冷却设备结构的基本要求是：有足够的冷却强度，能够保护炉壳和内衬；炉身中上部能起支撑内衬的作用，并易于形成工作内型；炉腹、 炉腰、炉身下部易于形成渣皮以保护内衬和炉壳；不影响炉壳的气密性和强度。冷却设备的作用高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分，对炉体寿命可起到如下作用：（1）保护炉壳。在正
13、常生产时，高炉炉壳只能在低于80的温度下长期工作，炉内传出的高温热量由冷却设备带走85%以上，只有约15%的热量通过炉壳散失。（2）对耐火材料的冷却和支撑。在高炉内耐火材料的表面工作温度高达1500左右，如果没有冷却设备，在很短的时间内耐火材料就会被侵蚀或磨损。通过冷却设备的冷却可提高耐火材料的抗侵蚀和抗磨损能力。冷却设备还可以对高炉内衬起支撑作用，增加砌体的稳定性。（3）维持合理的操作炉型。使耐火材料的侵蚀内型线接近操作炉型，对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。（4）当耐火材料大部分或全部被侵蚀后，能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。冷却介质根据高炉不同部位的工作条件及冷却
14、的要求，所用的冷却介质也不同，一般常用的冷却介质有：水、空气和汽水混合物，即水冷、风坑和汽化冷却。对冷却介质的要求是：有较大的热容量及导热能力；来源广、容易获得、价格低廉； 介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。高炉冷却用冷却介质主要是水，很少使用空气。因为水热容量大、热导率大、便于输送、成本低廉。水汽冷却汽化潜热大、用量少、可以节水节电，适于缺水干旱地区。空气热容小，导热性不好，热负荷大时不宜采用，而且排风机消耗动力大，冷却费用高。以前曾采用风冷炉底，现在也被水冷炉底所代替。工业用水的来源是江河湖泊水也称地表水，也有井水称地下水，以上又总称天然水。天然水中都溶解一定量的钙盐和镁盐。以每 1m
15、3水中钙、 镁离子的摩尔数表示水的硬度。根6 据硬度不同， 水可分为软水 （小于 3mol/m3） ，极硬水 （大于 9mol/m3） 。我国地表水多为24 mol/m3 ，地下水因地而异，有的很低，有的高达25 mol/m3。高炉冷却用水如果硬度过高，则在坑却设备中容易结垢，水垢的热导率极低，1mm 厚水垢可产生50100的温差，从而降低冷却设备效率，甚至烧坏冷却设备，水的软化处理，就是将水中钙、 镁离子除去， 通常采用的方法是以不形成水垢的钠离子置换，置换过程经过一中间介质，即离子交换剂来实现。高炉冷却结构形式由于高炉各部位热负荷不同，采用的冷却形式也不同，现代高炉冷却方式有外部冷却和内部
16、冷却两种，内部冷却结构又分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及炉底冷却。外部喷水冷却在炉身和炉腰部位装设有环形冷却水管，水管直径50150mm，距炉壳约100mm，水管上朝炉壳的斜上方钻有若干 58mm 小孔，小孔间距100mm，冷却水经小孔喷射到炉壳上进行冷却。为了防止喷溅，在炉壳上装有防溅板，防溅板与炉壳间留有810mm 缝隙，冷却水沿炉壳流下至集水槽再返回水池。外部喷水冷却装置结构简单，检修方便， 造假低廉。喷水冷却装置适用于小型高炉，对于大型高炉，只有在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用，作为一种辅助性的冷却手段，防止炉壳变形和烧穿。冷却壁冷却壁设置于炉壳与炉衬之间，有光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。A 光面冷却壁在铸铁板内铸有无缝钢管。铸入的无缝钢管为34mm3 5mm 或 44.5mm3 6mm，中心距为100200mm 的蛇形管，管外壁距冷却壁外表面为30mm 左右，所以光面冷却壁厚80120mm，水管进出部分需设保护套焊在炉壳上，以防开炉后冷却壁上涨，将水管切断。光面冷却壁用于风口以下炉缸和炉底部位。风
