高炉长寿技术的探讨 毕业论文
学科代码：080201
学号：082302010072 贵州师范大学（本科）
毕业论文
题目: 高炉长寿技术的探讨
学院：材料与建筑工程学院
专业：冶金工程
年级：2008级
姓名：
指导教师：
完成时间：2013年5月14日
目录
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高炉长寿技术的探讨
郑茂骁
中文摘要：
通过分析当今国内国外对延长高炉寿命的研究所取得的成果，得出提高高炉寿命是一个系统的工程，涉及高炉精料、煤气流分布的调节、提高耐火材料的性能、加强炉体的冷却、选择合理的操作制度及日常维护等，只有将许多延长高炉寿命的技术和设备有机地结合起来，才能实现高炉长寿。
关键词：高炉长寿；有害元素；煤气流分布；耐火材料；高炉冷却
Abstract:
through the analysis of the current domestic to extend the service life of the foreign blast furnace, the results, improve the service life that blast furnace is a system project, which involves the blast furnace gas flow distribution of boars, adjusting and improving the performance of the refractory materials, strengthening the furnace cooling, selection of rational operation system and daily maintenance etc, only will extend the service life of the many blast furnace technology and equipment organically, to achieve the blast furnace longevity.
Key words:the blast furnace long; The harmful elements; The gas flow distribution; Refractory materials; Furnace cooling
引言
钢铁作为工业的骨架，在国民经济中扮演着重要的角色，而高炉的寿命的长短直接关系着钢铁企业效益的好坏，为了提高我国钢铁企业在国际市场的竞争力，努力提高我国的高炉寿命已是一个十分重要的任务。
我国2008年公布的《高炉炼铁工艺设计规范》中明确指出：高炉炼铁一代炉役的工作年限应在15年以上，在一代炉役期间，单位高炉容积产量应达到或高于1万吨[1]。在现阶段，我国大多数高炉并没有达到上述目标。而在国外，许多高炉通过改进高炉炉体冷却装置和炉底耐火材料质量等措施，已出现了炉役超过20年的高炉。日本川崎公司千叶6号高炉（4500m3）和水岛2号、4号高炉都取得了20年以上的长寿实绩[2]，虽然我国近年来在高炉长寿方面取得了较大的进步，但相比较而言，但我国大多数高炉装备的长寿水平则较低，管理技术相对滞后，在高炉强化冶炼时高炉寿命得不到保障，造成大量的经济损失。所以，延长我国高炉寿命已是摆在各位专家及学者面前一重要的课题。
1.绪论
1.1. 延长高炉寿命的意义
随着经济全球化的发展，行业竞争的加剧，先进的冶金技术及高效的管理手段在高炉上得到应用，高炉生产不断强化，实现高炉高产，优质高效，低耗长寿的目标。以最低的投入获得最高的效益，加大企业在行业中的竞争能力，走可持续发展战略已是当代冶金行业的主题。
在高炉生产中，新建一座大型高炉投资需要数十亿元，而一座高炉的大修也需要数亿元，而高炉的大修，导致高炉停炉而无法正常生产，产量下降，不仅带来经济上的损失，而且也造成资源的消耗和能源的浪费。由此可见，延长高炉寿命能够减少经济投入，降低生产成本，也是实现可继续发展的重大举措。
1.2.延长高炉寿命的目标
依据现有的高炉设备、操作和维护技术，可以实现下列目标：
(1)一代炉龄（不进行中修）在20年以上。
(2)高炉日常能处于高效化、自动化、连续化、长寿化，生产过程环境友好的稳定生产状态，一代高炉单位炉容产铁量在1.5万t/m3以上；
(3)采取一切有效的技术措施，最大限度地缩短高炉大修工期（大型高炉要在2个月以内），优化停炉和开炉操作技术，实现科学停炉和快速投产，减少因高炉大修对企业的不利影响[3]。
1.3.影响高炉寿命的因素
延长高炉寿命是一个系统的工程，包括高炉的优化设计、高炉原料中有害元素的处理、耐火材料的性能、良好的冷却方式、高炉操作的科学性和稳定性、炉体的维护和管理，应急事故的科学处理等。上述各因素之间有着内在关联因素，相互影响，也有互补的作用。
2.有害元素对高炉的影响及去除
2.1.有害元素的来源
在高炉冶炼中，有害元素来源主要由铁矿石、焦炭等原料带入，有害有素在矿石中常以复杂硅酸盐和硫化物存在，而常规烧结中很难除去。
2.2.有害元素对高炉的危害
有害元素侵蚀砖衬及炉体，造成炉皮开裂，冷却板损坏。由于有害元素在炉内富集，在炉身中下部软融带附近，有害元素吸附或渗透进入砖缝，造成砖衬被侵蚀和异常膨胀，使冷却板暴露在高温气流中易受冲击而损坏。如果原燃料质量下降，有害元素入炉量增加，在炉内大量富集，对砖衬的破坏力度加大。有害元素的危害主要表现在以下几个方面。
2.2.1.锌的危害
锌在常以硫化锌状态存在，在大于1000℃的高温区被还原成锌，沸点（907℃）很低，被还原后气化进入煤气，部分随锌随煤气逸出炉外，部分在管道和炉体上部聚集，大部分锌又被氧化成氧化锌被炉料吸收再度下降还原，形成循环。
Zn在随煤气排除时，部分锌蒸汽沉积在高炉上部砖衬缝隙中，氧化后体积膨胀，破坏炉衬，是冷却壁水管非正常损坏的原因之一；尤其是当锌在高炉内有大量存在时，大量的锌主要随煤气排除，在管道中凝集，造成管路堵塞，给高炉运行来带不变，同时引起炉顶煤气压力异常波动，煤气流偏行[4]。
2.2.2.碱金属的危害
碱金属的危害主要表现在以下几个方面：
（1）碱金属的吸附首先从焦炭的气孔开始，而后逐步向焦炭内部扩散，随着焦炭在碱金属蒸汽内暴露的时间延长，碱金属的吸附量逐渐增多，焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏原有的结构，使焦炭产生较大的体积膨胀，导致焦炭破碎，焦炭反应性增加，反应后强度降低[5]。
（2）碱金属主要是以硅酸盐的形态存在，由原燃料带人高炉，当炉料下达高温区或炉缸时，碱金属被还原，消耗大量的热量，使燃耗增加。碱金属粘附于炉衬上，既导致高炉结瘤，影响高炉布料，破坏煤气流分布，易塌料、悬料，也使炉壳热流强度降低，又破坏砖衬[6]。碱金属不断循环富集，最终导致炉内碱金属不断增加，对高炉的危害越来越严重。
2.2.
3.铅的危害
铅主要由矿石带人，在矿石中常以硫化物存在（如方铅矿），烧结过程中很难排除，铅在高炉中几乎全部被还原，密度高达11.34t∕m3，比铁的密度(7.9 t∕m3)大,熔点很低(327℃)，沸点为1540℃，在高温区部分气化进入煤气，上升到低温时被氧化为氧化铅随炉料下降，在炉中形成循环富集，沉于死铁层之下，容易引起炉底砖上浮，破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿[7]。
2.3.降低高炉内有害元素的措施
为延长高炉寿命，必须尽可能的降低碱金属在原燃料中的含量，降低碱金属在高炉内的影响，可采取以下措施。
（1）减少有害元素的入炉量。制定严恪的原燃料采购标准，尽可能采用含有害元素较低的原料。
（2）原料碱金属含量较高时，对原料进行脱碱，减少焦沫及矿沫的入炉，烧结矿和球团矿中的碱金属可以用氯化焙烧的方法将其分离出来，氯化钙加入烧结矿和球团矿中，能够将其中的碱金属变成相应的氯化物（如氯化钠和氯化钾），生成物的熔点很低（分别是800℃和770℃），沸点也低（1465℃和1437℃）[8]，对烧结矿和球团矿的脱碱是有利的，脱碱产物会沉积在废气流经的各种设备上，要注意对这些设备进行定期整理，防止管道结瘤和腐蚀管道。
（3）高炉排出碱金属的主要渠道是炉渣，控制好炉渣碱度。通过降低炉渣碱度到1．O5～1．15之间，炉渣流动性良好，对排碱有利。提高渣中MgO（12％－15％）含量，能够降低渣中K2O、Na2O的活度，从而提高排碱率，渣中MgO含量增加1％，渣中碱金属氧化物含量增加0.21％，有利于碱金属从炉渣中排出，渣中适当增加MgO含量，既利于改善渣的流动性又有利于排碱；
（4）控制煤气流分布，在高炉冶炼中，煤气量大，温度高的地方炉料的含碱量也高。限于旧的操作观念，为了防止炉墙粘结和保证风量，采取开放两道气流的装料制度，边缘轻负荷，中心加焦，矿石大量分布在中间环带，边缘气流较大，炉衬的侵蚀较为严重，为了压制边缘，应打开中心气流，增加富氧和适当提高鼓风动能，提高风温，装料制度逐步向重边缘放中心的方向转变，使高炉气流得到很好的控制，有效地保证了中心气流强劲，边缘稳定。这样可减少边缘气流分布，减少碱金属对炉衬的侵蚀。
（5）适当降低炉顶压力，锌随煤气排出高炉是高炉排锌的主要途径。炉顶压力较高，不利于排锌。所以适当降低炉顶压力，提高煤气流速，提高排zn率。但在高炉强化冶炼时要求具有一定的炉顶压力，如果炉顶压力较低，会给高炉的产量带来一定的影响。故此方法在高炉实际生产中不常用。
（6）原料中含铅量较大时，由于大部分铅被还原沉积于炉底，可在炉底增加排铅口，定期排铅。
（7）生产管理：建立严格的监控制度，定期检测化验炉料、炉渣、炉尘或煤气中有害元素含量，并及时跟踪其在高炉内的收支平衡情况。对于负荷高出炼铁操作要求的，应建立定期排碱措施。
3.选择性能优良的耐火材料
耐火材料的性能，很大程度上影响了高炉的寿命。耐火材料除了具有高的抗炉料的机械磨损外，抗碱金属、锌和炉渣的侵蚀以及抗炉内附着物脱落的热震是炉身竞争耐材必须具备的基本品质。高炉的不同部位，对耐火材料的要求也不相同。
3.1.炉底、炉缸的耐火材料的选择
3.1.1.炉底、炉缸的侵蚀机理
炉缸是盛装铁水和熔渣的地方，是高炉内衬破损严重的主要区域之一，高炉一代炉役的寿命也主要取决于高炉炉底、炉缸内衬的破损程度。炉缸内衬除受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗入侵蚀为主。在铁水侵入的同时，碱和锌也侵入，可引起耐火砖脆化，从而使高炉炉底耐火材料发生严重破坏。大致可概括为：
（1）铁水对碳砖的渗透侵蚀。铁水渗透到碳砖的气孔中，生成Fe
x
C一类的脆性物质，造成碳砖热面脆化，物理性能下降[9]。
（2）铁水环流的机械冲刷。尤其是高炉出铁时铁水流动会对炉缸、炉底炭砖产生流动冲刷侵蚀。
（3）热应力对碳砖的侵蚀。高炉破损时，铁水对炭砖进行渗透和溶蚀，其破坏作用是很大的。在炭砖内渗入铁水的情况下，温度升降时铁水熔化，温度降低时凝固。铁水凝固时体积收缩，熔化时体积膨胀，膨胀-收缩反复发生就会在炭砖内产生热疲劳应力。
（4）熔渣对碳砖的冲刷和化学侵蚀。碱金属和锌的化学侵蚀是主要的影响因素。
（5）K，Na，Zn等有害元素的侵蚀以及铁水对碳砖的侵蚀，其中铁水对碳砖的侵蚀最为严重。
3.1.2.炉缸、炉底对耐火材料的要求
由于炉缸、炉底具有上述化学的、热力的、机械的作用。所以，炉缸用耐火材料的性能应满足如下要求：
(1)耐高温性，铁水温度1500℃左右，炉渣温度更高；
(2)耐侵蚀性，如高温炉渣的侵蚀，特别是渣中碱金属及氧化物时侵蚀性
更强，其次是铁水的侵蚀，还有CO、CO
2、H
2
O的侵蚀；
(3)耐冲刷、耐磨性；
(4)抗渗透性；
(5)高导热性。
3.1.3.炉缸、炉底所用耐火材料
碳质材料是炉缸的常用材料，为了减少铁水对碳砖的渗透侵蚀，可加入耐铁水浸蚀的高铝微粉；为防止外来成分和铁水浸入，将砖的气孔微细化。添加剂对炭砖透气度和导热系数的影响是高度显著的，在烧成过程中，加入的添加剂在基质中进行扩散，来填充颗粒间的孔隙，使气孔变小或充满气孔，炭砖中添加的AI2O3和SiO2，在颗粒交界处生成3AI2O3·2SiO2晶体，并与周围的颗粒结合在一起，一方面，使颗粒之间的结合得更紧密，增强了耐火砖的强度，从而曾强碳砖应对铁水的热应力，另一方面，也起堵塞气孔的作用。曾强碳砖应对铁水和碱金属的侵蚀[10]，在铁水和砖的界面上增加提高铁水粘性的元素，使铁水停滞流动，抑制损耗。如果在碳砖中预先加入使铁水粘性高，流动性低的Ti系化合物，会有效地提高碳砖的耐铁水浸蚀性。降低铁水与砖的界面温度，促进砖的表面上形成保护层，制耐火材料损耗。3.2.炉身中下部耐火材料的选择
3.2.1.炉身中下部侵蚀机理
炉腹、炉腰和炉身中下部的炉衬工作条件相近，该部位主要侵蚀原因为炉渣侵蚀，碱金属侵蚀，炉料和渣铁的冲刷磨损，既受下降炉料和上升高温高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，其中碱金属和锌蒸气造成的碳素沉积和化学反应，能使耐火砖组织脆化，失去强度，对炉身的破坏较为严重。
3.2.2.炉身中下部对耐火材料的要求
根据炉身下部特定的工作条件，对耐火材料的性能有如下要求：
(1)抗渣侵蚀性好
(2)抗碱金属侵蚀性好
(3)导热性好
(4)气孔率低
(5)热震稳定性好
3.2.3.炉身中下部所用耐火材料
要求砖衬应有良好的抗气流冲剧、抗炉科的机械磨损、抗碱金属和渣铁的化学侵蚀性厦抗热庄力破坏的性能。新近研制出的Si3 N4结舍的碳化硅砖，具有高导热性、高抗碱性、高抗氧化性、高耐磨性及高抗热震性的特点，是炉身下部较为理想的耐火材料[11]。
3.3.炉身上部耐火材料
3.3.1.炉身上部的破损机理
炉身上部主要受到炉料下降的冲击和磨损，无炉渣保护，受到煤气流上升时的冲刷和热应力，同时还有碱金属、锌蒸汽流和沉积的碳的侵蚀。其中热应力的破坏程度最大。热应力主要来自不均匀的局部边缘煤气流，因为无论是怎样的冷却方式和多大的冷却强度，遇到强大的瞬间局部煤气流冲击时，因来不及交换热量而显得无能为力，炉墙砖衬温度场必然要发生大幅波动，产生的热应力极易导致砖衬破裂。
3.3.2.调节煤气流对炉身上部的保护及耐火材料的选用
应通过合理的装料制度和下部调剂手段使煤气流分步更加合理，有些高炉为了应对炉料恶化，将焦炭布到炉喉边缘及中心，中间加矿石；或将炉料堆尖放到炉喉半径的中间环带，靠炉料向边缘、中心溜动完成炉料分布。两者均形成边缘、中心过分发展的煤气流分布。由于边缘发展，严重冲刷炉衬，炉衬寿命较短。所以适当发展中心气流，限制边缘气流可以减少上升气流对炉身的保护，通过合理的装料制度，如装料适当向中心转移，采用富氧鼓风，可减少气流对炉身的冲击。
该部位要求耐火材料透气系数小，热震稳定性好，抗碱金属的侵蚀好，在该处可选用高致密度的黏土砖，磷酸黏土砖或者高铝砖可以抵制气流的侵蚀。
4.冷却技术
4.1冷却技术在高炉中的作用
对于高炉炉衬，必须进行冷却，第一，冷却可降低耐火材料的温度，时耐火材料保持一定的强度，维持合理的炉型，第二，促使炉渣形成保护渣皮，保护炉衬，并代替炉衬工作，第三，保护炉壳免受高温影响。
炉腹、炉腰至炉身下部区域是整个高炉工况条件最恶劣的区域之一，炉料磨损冲刷、炉渣化学侵蚀、软融带根部反复上下移动产生的热震等破坏机制同时存在，特别是热震作用使任何耐材在此区域都难以长期维持存在，最终只
能靠形成渣皮来保护冷却设备实现长寿最有效。因此，能否快速形成稳定渣皮是此区域选择冷却设备的关键条件。在此部位，我国近年新建和大修的高炉主要采用铜冷却壁。铜冷却壁导热性好、冷却强度大，在冷却水量足够并稳定的条件下，工作时冷却壁体温度均匀，表面工作温度一般在40℃以下，并且能在其热面形成非常稳定的渣皮。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，在此区域应用铜冷却壁能满足快速形成稳定渣皮的要求。
炉身中上部温度达较高。特别是随着喷煤量的提高，该区域的热负荷急剧升高，但此区域属干区，没有形成渣皮的条件，是炉衬磨损最严重的区域，是现代高炉长寿的难点之一。目前，这一区域主要采用第四代镶砖冷却壁结构，使砖壁合一。
4.2.高炉冷却的方式
目前国内高炉采用的冷却方式有四种：
(1)工业水开路循环冷却系统，
(2)汽化冷却系统，
(3)软水密闭循环冷却系统
(4)外部喷淋。
4.3.冷却原理
4.3.1.自然循环汽化冷却工作原理
利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的压头，克服整个循环过程中的阻力，从而产生连续循环，汽化吸热而达到冷却目的。
4.3.2.软水密闭循环冷却工作原理
它是一个完全封闭的系统，用软水（采用低压锅炉软水即可）作为冷却介质，其工作温度50～60℃（实践经验40～45℃）由循环泵带动循环，以冷却设备中带出来的热量经过热交换器散发于大气。系统中设有膨胀罐，目的在于吸收水在密闭系统中由于温度升高而引起的膨胀。系统工作压力由膨胀罐内的 N2压力控制，使得冷却介质具有较大的热度而控制水在冷却设备中的汽化。
4.3.3.工业水开路循环冷却工作原理
由动力泵站将凉水池中的水输送到冷却设备后，自然流回凉水池或冷却
塔，把从冷却设备中带出的热量散发于大气。系统压力由水泵供水能力大小控制。
4.3.4.外部喷淋的工作原理
用于高炉外部喷淋式降温。
4.4.冷却方式的比较及选择
(1)汽化冷却分为两种循环方式：自然循环和强制循环。汽化冷却的优点为冷却介质为软水，可防止结垢。自然循环不需要动力，在停电情况下仍能继续运行。汽化冷却的缺点：①冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。②汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。铸铁在760 ℃时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。
(2)工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。
(3)喷水冷却，结构轻便简单易行。我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。目前国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。
(4)在高炉运行中，采用软水密闭循环冷却系统最佳，也是目前高炉普遍采用的冷却方式，具有如下优点：
①软水密闭循环系统的冷却可靠性好。冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以长寿。
②水量消耗少。软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的1‰补水量，故水量消耗是极少的。
③动力消耗低。闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内N2压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。
? ④管路腐蚀小。因为它是闭路，空气进不去。因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。
4.5.冷却水质的要求
在冷却过程中，对水质的要求非常严格，如果水中杂质过多，尤其是钙、镁等容易生成水垢的盐类物质，容易结垢而降低冷却强度，使水的循环量大，能耗大，严重时导致烧坏冷却设备。高炉冷却对水质的要求为：?不含有机
械杂质、悬浮物不超过200毫克／升，对水系统要求新水暂时硬度≯15°H （德国°H简称度，即在10000份水中含有1份氧化钙或氧化镁为一度。也就是1升水中含有10毫克的氧化钙或氧化镁为一度），循环水≯8°H的软化水（人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用Na离子交换器置备软水）[12]。
4.6.高炉冷却壁
4.6.1.高炉冷却壁的作用
高炉冷却壁是高炉内衬的重要水冷件，安装在高炉的炉身、炉腰、炉腹、炉缸等部位，不但承受高温，还承受炉料的磨损、熔渣的侵蚀和煤气流的冲刷，必须具备良好的热强度、耐热冲击、抗急冷急热性等综合性能。冷却壁能有效地防止炉壳受热和烧红，高炉内衬砖被烧蚀后主要靠渣皮保护冷却壁本身，并维持高炉的安全生产。因此，冷却壁的材质及性能好坏决定其工作寿命乃至高炉炉身的寿命。
4.6.2.高炉冷却壁的种类及特点
根据制造材质，高炉冷却壁有铸铁冷却壁、钢冷却壁和铜冷却壁3大类。
4.6.3.铸铁冷却壁
20世纪50年代初，我国高炉采用的是原苏联设计的冷却壁，冷却壁本体是一般铸铁，现代高炉基本不再使用铸铁冷却壁，主要是因为铸铁冷却壁因其材质导热性差，其内外温差较大，而且温差波动也很大，必然产生很大的应力，导致它容易破损，也降低了它的冷却能力[13]。
4.6.4.钢冷却壁
钢冷却壁材质为低合金钢，分为钻孔型钢冷却壁和铸造型钢冷却壁，曾在我国鞍钢、济钢、南钢、首钢等企业的高炉上应用，并取得了一定效果。它与铸铁冷却壁相比有着本质上的性能提升，其导热性能得到较好的改善。而且钢熔点高，延伸率高，抗拉强度高，抗热冲击性能好，更适应高炉炉内的工况,其性能明显优于铸铁冷却壁，但与铜冷却壁相比还有较大差距[14]。
4.6.
5.铜冷却壁
铜冷却壁是现代大型高炉采用较多，在国外已普遍推广，性能优良的一种冷却设备，其导热性好，冷却能力强，不易破损，与以上冷却设备相比，铜冷却壁冷却强度大，能满足高炉最大热负荷的需要，保证了冷却的町靠性。以上述两种冷却壁相比较而言，具有如下特点：
(1)铜冷却壁导热性好、冷却强度大。铜的导热系数几乎为铸铁的10倍。冷却壁工作时内外温差小，其最大温差不足1000C，不会产生很大的热应力，且是在90 0C以下的低温状态工作，因此不会产生裂纹[15]。铜冷却壁冷却强
度大，生成的炉渣立即在冷却壁表面形成渣皮，起到保护铜冷却壁自身的作用。
(2)铜冷却壁冷却均匀，在炉内易形成光滑的炉型，可减轻煤气流和炉料的冲刷磨损。而且能在其表面形成稳定的渣皮，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。铜冷却壁作为一种无过热冷却器，其使用寿命可以达20-30 年。是建立长寿高炉的理想材料。
5.高炉炉型的设计
通过总结高炉破损机理和高炉内化学反应机理，设计中对高炉炉型进行了优化，加深了死铁层深度，以减轻铁水环流对炉缸内衬的冲刷侵蚀；适当加大了炉缸高度和炉缸直径，以满足高炉大喷煤操作和高效化生产的要求；降低了炉腹角、炉身角和高径比，使炉腹煤气顺畅上升，改善料柱的透气性，稳定炉料和煤气流的合理分布，抑制高温煤气流对炉腹至炉身外部的热冲击，减轻炉料对内衬和冷却器的机械磨损。有利于高炉的顺行，稳定及长寿。
5.1.加深死铁层深度
实践证实，高炉炉缸炉底“象脚状”的异常侵蚀，主要是由于铁水渗透到炭砖中，使炭砖脆化变质，再加之炉缸内铁水环流的冲刷作用而形成的。加深死铁层深度，是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。死铁层加深以后，避免了死料柱直接沉降在炉底上，加大了死料柱与炉底之间的铁流通道，提高厂炉缸透液性，减轻了铁水环流，延长厂炉缸炉底寿命。理论研究和实践表明，死铁层深度一般为炉缸直径的15％～20％。
5.2.适当加高炉缸高度
高炉在大喷煤操作条件下，炉缸风口回旋区结构将发生变化。适当加高炉缸高度，不仅有利于煤粉在风口前的燃烧，而且还可以增加炉缸容积，以满足高效化生产条件下的渣铁存储，减少在强化冶炼条件下出现的炉缸“憋风"的可能性。近年我国已建成或在建的大型高炉都有炉缸高度增加的趋势，高炉炉缸容积为有效容积的16％～18％。
5.3.加深铁口深度
铁口是高炉渣铁排放的通道，铁口区的维护十分重要。研究表明，适当加深铁口深度，对于抑制铁口区周围炉缸内衬的侵蚀具有显著作用，铁口深度一般为炉缸半径的45％左右。这样可以减轻出铁时在铁口区附近形成的铁水涡流，延长铁口区炉缸内衬的寿命。
5.4.降低炉腹角
降低炉腹角有利于炉腹煤气的顺畅排升，从而减小炉腹热流冲击，而且还有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮，保护冷却器长期工作。现代大型高炉的炉腹角一般在80°以内，本钢；号高炉(2 600m3)炉腹角已降低到75.37°。
6.高炉操作制度
选择合理的操作制度是高炉操作者的基本任务。操作制度是根据高炉具体条件，如炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种要求制定的高炉操作准则。合理操作制度能保证煤气流的合理分布和良好的炉缸工作状态，促使高炉稳定顺行，从而获得长寿的冶炼效果。
高炉基本操作制度包括：炉缸热制度、送风制度、造渣制度和装料制度。高炉操作者应根据高炉强化程度、冶炼的生铁品种、原燃料质量、高炉炉型及设备状况来选择合理的操作制度，并灵活运用上下部调节与负荷调节手段，促使高炉稳定顺行。
6.1.炉缸热制度
炉缸热制度是指高炉炉缸所具有的热量和温度，它反映了高炉炉缸内热量收入与支出的平衡状态。炉缸热制度直接反映炉缸的工作状态，稳定均匀而充沛的热制度是高炉稳定顺行的基础，为高炉长寿提供了保障。炉温一般指高炉炉渣和铁水的温度，炉渣和铁水的温度随冶炼品种、炉渣碱度、高炉容积大小的不同而不同，炉缸温度可用铁水温度来表示，一般为
1350-1500℃，又称为物理热；也可以用生铁含硅量来表示，这称为化学热。在平衡状态下，还原1kg硅所耗的热量是还原铁耗热的8倍。一般情况下，当炉渣碱度变化不大时，二者基本是一致的，即化学热愈高，物理热愈高，炉温也愈高。炉渣温度一般比铁水温度高50-100℃[16]。
6.1.1.影响热制度的主要因素
高炉生产中影响热制度波动的因素很多。任何影响炉内热量收支平衡的因素都会引起热制度波动，产生较大的热应力，从而影响耐火材料及炉体的寿命，使高炉寿命降低。影响因素主要有以下几个方面：
(1)原燃料性质变化：主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石品位、还原性、粒度、含粉率、熟料率、熔剂量等的变化。
矿石品位、粒度、还原性等的波动对炉况影响较大，一般矿石品位提高1％，焦比约降低2％，产量提高3％。烧结矿中FeO含量增加l％，焦比升高l．5％。矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。上述因素都会带来热制度的变化。
一般情况下，焦炭带入炉内的硫量约为硫负荷的70％～80％。生产统计表明，焦炭含硫增加0．1％，焦比升高l．2％～2．0％；灰分增加l％，焦比上升2％左右。因此，焦炭含硫量及灰分的波动，对高炉热制度都有很大的影响。随着高炉煤比的提高，在考虑焦炭含硫量和灰分对热制度影响的同时，还应充分考虑煤粉发热量、含硫量和灰分含量的波动对热制度的影响。
(2)冶炼参数的变动：主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压
含量等的变化。
力、炉顶煤气CO
2
鼓风带入的物理热是高炉生产主要热量来源之一，调节风温可以很快改变炉缸热制度。喷吹燃料也是高炉热量和还原剂的来源，喷吹燃料会改变炉缸煤气流分布。风量的增减使料速发生变化，风量增加，煤气停留时问缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉；装料制度如批重和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响。
(3)设备故障及其他方面的变化：下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等都能使炉缸热制度发生变化。高炉炉顶设备故障，悬料、崩料和低料线时，炉料与煤气流分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，炉温向凉甚至大凉。同样冷却设备漏水，导致炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，造成炉冷直至炉缸冻结。因此，为了保证炉缸温度充足，当遇到异常炉况时，必须及时而准确地调节焦炭负荷
6.1.2.热制度的选择
热制度的选择主要根据高炉的具体特点、冶炼品种和高炉使用原燃料条件来决定。选择合理的热制度应结合以下几方面来考虑：
(1) 根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济合理的水平。冶炼炼钢生铁时，[Si]含量一般控制在0．3％～0．6％之间。冶炼铸造生铁时，按用户要求选择[Si]含量。为稳定炉温，上、下两炉[Si]含量波动应小于0．1％，并努力降低[Si]含量的标准偏差。
(2)根据原料条件选择生铁含硅量。冶炼含钒钛铁矿石时，允许较低的生铁含硅量。对高炉炉温的要求不但要选择铁水中的[Si]，还应与铁水中的[Ti]综合考虑，可以用铁水的[Si]+[Ti]来表示炉温。
(3)结合高炉设备情况选择热制度，如炉缸严重侵蚀时，以冶炼铸造铁为好，因为提高生铁含硅量，可促进石墨碳的析出，对炉缸有一定的维护作用。
(4)结合技术操作水平与管理水平选择热制度，原燃料强度差、粉末多、含硫高、稳定性较差时，应维持较高的炉温；反之在原燃料管理稳定、强度好、粉末少、含硫低的条件下，可维持较低的生铁含硅量。
6.2.送风制度
送风制度是指在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态，达到初始煤气流的合理分布，使炉缸工作均匀活跃，炉况稳定顺行。归根结底是确定合理的鼓风动能和风口前的理论燃烧温度。通过选择合适的风口面积、风量、风温、湿分、喷吹量、富氧量等参数，并根据炉况变化对这些参数进行调节，达到炉况稳定顺行和煤气利用改善的目的。这些调节通常称为下部调节。因此，送风制度的稳定是煤气流稳定的前提，是炉温稳定和顺行的必要条件。
6.2.1.风量调节
风量的调节作用主要有控制料速、实现计划的冶炼强度，以保持料速不变；稳定气流，在炉况不顺的初期，减少风量是降低压差、消除管道、防止难行、崩料和悬料的有效手段；炉凉减风控制下料速度，可以迅速稳定炉温，当炉热而料速减慢时，可酌情加风.
在炉况顺行情况下，为获得高产应使用高炉顺行允许的最大风量，即全风作业保持稳定。高炉生产实践证明，使用风量过小时，由于燃烧的焦炭量和产生的煤气量过少，这对提高炉温是不利的。风量必须与料柱透气性相适应，所以改善料柱透气性是增加风量的基础。风量变化直接影响炉缸煤气体积，因此正常生产时加风一次不能过猛，否则将破坏顺行。一般中型高炉每次加风控制在30-50m3/min，间隔时间20-30min。在非特殊情况下，应保持全风操作，不要轻易减风。必须减风时，一次可减到需要水平。在未出渣铁前，减风应密切注意风口状况，避免灌渣。
6.2.2.风温调节
提高风温可大幅度地降低焦比，是强化高炉冶炼的主要措施。提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。因此，在高炉生产中，要采用高风温操作，充分发挥热风炉的能力及高风温对炉况的有利作用；风温水平不同，提高风温的节焦效果亦不同，风温愈低，提高风温时降低焦比的效果愈显著。反之，风温逐渐提高，降低焦比的效果逐步减小。风温在1000℃左右时，增减风温100℃，影响焦比为17kg/t
在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，用煤粉来调节炉温。这样可最大限度发挥高风温的作用，维持合理
的风口前理论燃烧温度。若当炉温向热需要撤风温时，幅度要大些，一次可撤到高炉需要的水平；炉温向凉时，提风温幅度要小，可分几次将风温提高到需要的水平，以防造成煤气体积迅速膨胀而破坏顺行。
6.2.3.富氧鼓风
富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。由于煤气含氮量减少，单位生铁煤气生成量减少，可以提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降；增加鼓风含氧量，有利于改善喷吹燃料含量减少，炉腹CO浓度相对增加，有利于间接反应进行；的燃烧；煤气中N
2
同时炉顶煤气热值提高，有利于热风炉的燃烧，为提高风温创造条件。
富氧鼓风只有在炉况顺行的情况下才能进行，在炉况顺行不好(如发生悬料、塌料等情况及炉内压差高，不接受风量时)不宜使用富氧。在大喷吹情况下，高炉停止喷煤或大幅度减少煤量时，应及时减氧或停氧。
6.2.4.鼓风湿分
鼓风中湿分增加lg／m3，相当于风温降低9℃，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3℃风温的热量。加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。因此，喷吹燃料的高炉，基本上不采用加湿鼓风。有些大气温度变化较大地区的高炉，采用脱湿鼓风技术，取得炉况稳定、焦比降低的良好效果。
6.2.5.喷吹燃料
喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。但是，不同燃料在不同情况下，代替焦炭的数量是不一样的。通常把单位燃料能替换焦炭的数量称为置换比。
随着喷吹量的增加，置换比逐渐降低。这是由于喷吹的燃料在风口回旋区加热、分解和气化时要消耗一定的热量，导致炉缸温度降低。喷吹燃料越多，炉缸温度降低也越多。而炉缸温度的降低，燃料的燃烧率也降低。因此，在喷吹量不断增加的同时，应充分考虑由于置换比降低对高炉冶炼带来的不利影响，并采取措施提高置换比。这些措施包括提高风温给予热补偿、提高燃烧率，改善原料条件以及选用合适的操作制度。
喷吹燃料进入风口后，其组分分解需要吸收热量，其燃烧反应、分解反应的产物参加对矿石的加热和还原后才放出热量，因此炉温的变化要经过一段时间才能反映出来，这种炉温变化滞后于喷吹量变化的特性称为“热滞后性”。热滞后时间大约为冶炼周期的70％，热滞后性随炉容、冶炼强度、喷吹量等不同而不同。
6.2.6.风压
风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况，它的波动是冶炼过程的综合反映。目前高炉普遍装备有透气性指数仪表，对炉况变化反应灵敏，有利于操作者判断炉况。
6.3.装料制度
装料制度指炉料装入炉内的方式方法的有关规定。装料制度通过变更装料方法，调节矿石和焦炭在炉喉边缘和中心的分布，来保证高炉稳定顺行和改善煤气利用，减少炉料和煤气流对炉壁的冲刷及侵蚀。内容包括料线、料批质量和装料次序。对无钟炉顶还有溜槽角度和转速。装料制度和送风制度是互相适应，互为补充的，只有上下部制度相适应，高炉才能获得良好的长寿实绩。
6.3.1.料线
在高炉操作中，料线应选择在碰点以上，此时提高料线，将使矿石堆尖向高炉中心延伸而使中心负荷加重。并且因矿石粉末较多的堆尖远离炉墙而改善边缘的透气性，发展边缘气流，对炉身的侵蚀较为严重，对高炉的长寿带来不利的影响，反之则相反。一般情况下，料线不应选择碰点以下。这会因粉状炉料反弹力小而集中于炉墙附近，并且浪费高炉有效容积。
6.3.2.料批质量
在操作中，多用焦炭批重表示料批质量。选择矿石批重的依据为：
(1)批重决定于炉容大小，关键是每批矿石在炉喉的平均厚度。
(2)矿批质量与风量大小(冶炼强度)有相因关系。冶炼强度高、风量大时，炉缸整体特别是中活跃，循环区的深度和广度都有所增加，为使用大矿批创造了条件。
(3)高炉料速(每小时下料批数)是矿石批重的制约因素。为了保持炉内煤气流稳定，高炉需要经常加料以对煤气分布进行微调。因此，两批料的间隔不宜太长。一般以每小时加料6～8批为合适。
(4)矿批大小还受其他因素影响
①原燃料强度高，粒度均匀、粉末少、冶金性能好，宜扩大矿批；
②品位高、渣量少，宜扩大矿批；
⑧喷煤量多时，中心气流趋于发展，有利于扩大矿批；
④球团矿滚动性强、炉内堆角小，易加重中心。用量多时宜缩小矿批；
⑤不论何种原因，使顺行变差，宜缩小矿批以处理炉况；
6.4.造渣制度
6.4.1.造渣制度选择原则
选择造渣制度主要取决于原料条件和冶炼铁种。
高炉长寿技术的探讨 毕业论文
学科代码：080201 学号：082302010072 贵州师范大学（本科） 毕业论文 题目: 高炉长寿技术的探讨 学院：材料与建筑工程学院 专业：冶金工程 年级：2008级 姓名： 指导教师： 完成时间：2013年5月14日
目录 4 4 5 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 13 14 14 14 14
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高炉长寿技术的探讨 郑茂骁 中文摘要： 通过分析当今国内国外对延长高炉寿命的研究所取得的成果，得出提高高炉寿命是一个系统的工程，涉及高炉精料、煤气流分布的调节、提高耐火材料的性能、加强炉体的冷却、选择合理的操作制度及日常维护等，只有将许多延长高炉寿命的技术和设备有机地结合起来，才能实现高炉长寿。 关键词：高炉长寿；有害元素；煤气流分布；耐火材料；高炉冷却 Abstract: through the analysis of the current domestic to extend the service life of the foreign blast furnace, the results, improve the service life that blast furnace is a system project, which involves the blast furnace gas flow distribution of boars, adjusting and improving the performance of the refractory materials, strengthening the furnace cooling, selection of rational operation system and daily maintenance etc, only will extend the service life of the many blast furnace technology and equipment organically, to achieve the blast furnace longevity. Key words:the blast furnace long; The harmful elements; The gas flow distribution; Refractory materials; Furnace cooling
提高高炉寿命的方法与措施
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；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5~8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400~700℃的范围。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。
安徽工业大学科技成果——高炉长寿综合技术研究与应用
安徽工业大学科技成果——高炉长寿综合技术研究与应用成果简介 随着现代高炉向炉容大型化、生产高效化方向的不断发展，高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大。各国炼铁工作者为了尽量延长高炉寿命，从设计、施工、操作和维护等方面开发了许多新技术和新工艺，取得了显著的效果，高炉寿命不断提高。 安徽工业大学炼铁工艺研究所开发的高炉长寿综合技术特点是：（1）利用高炉烘炉过程来实现既烘炉又消除冷却壁铸造内应力的技术思路。 （2）抑制高炉冷却壁内水管结垢。 （3）利用数值模拟计算法计算高炉炉缸炉底1150℃等温线分布，对高炉炉缸炉底的工作状况进行在线监测；对炉缸炉底耐火材料侵蚀状况和侵蚀速度进行诊断，对异常侵蚀进行报警。 （4）开发炉顶综合煤气连续分析系统，及时分析煤气中CO、CO2、H2含量，掌握冷却器漏水与煤气中H2含量变化关系，实现在线快速判定冷却器漏水。只有早发现漏水，早控制漏水，才能避免对采取漏水冷却器100%断水闷死的处理方式。 （5）开发圆柱型小冷却器对中晚期高炉破损壁补充冷却的技术，开发新型冷却壁和改善冷却壁铸造质量。 成熟程度和所需建设条件 （1）利用高炉烘炉过程来实现既烘炉又消除冷却壁铸造内应力。
课题组研究开发的“利用高炉烘炉消除冷却壁铸造内应力的新工艺”在马钢350m3和2500m3高炉上已有过极其成功的工业应用。 （2）炉缸炉底耐火材料侵蚀在线监视模型。炉缸炉底耐火材料侵蚀在线监视模型不仅能定量描绘出炉缸炉底耐火材料侵蚀状况，而且能够定量描绘出炉缸堆积与结厚情况。该模型在马钢1#2500高炉、新余2#2500高炉、南钢2#2500高炉、济钢2#1750高炉等6座高炉成功应用。 （3）应用炉顶综合煤气分析仪在线分析煤气中H2含量，快速预报高炉冷却器破损漏水。该炉顶综合煤气成分在线分析系统已在马钢4座高炉成功应用。 （4）采用圆柱型小冷却器对中晚期高炉破损壁补充冷却。该冷却器在现场经过两年的生产考验，水温差2-4℃，器壁温度200-300℃，形成渣皮范围可达直径的2-4倍，从而保护炉壳免受渣皮及煤气流的经常冲刷，形成了相对稳定的操作炉型。 （5）揭示了铁基材质冷却壁内水管结垢及垢瘤生成的机理。给出了抗结垢材质冷却水管的选择方向，也为冷却水处理剂与冷却水管冲洗剂提出了新的配方。 技术指标 该系统应用后，在基本不增加成本情况下，大型高炉高炉寿命可延长3-4年；基本消除因冷却器漏水而造成的炉凉、炉缸冻结事故和炉缸炉底烧穿事故；高炉操作稳定性变好。同时高炉吨铁焦比降低3kg，风温提高5℃。
高炉长寿的现状与意义
高炉长寿的现状与意义 【太阳说】随着工艺技术和认知水平的进步，尤其在钢铁经营形势举步维艰的态势下，高炉长寿越来越受到炼铁业相关人士的重视。但是，在实际生产过程中，高炉长寿操作理念基础并不牢靠，眼前经济效应、重生产轻维护、砌筑安装施工队伍断档因素等等，影响着一代高炉寿命。最终，虽然装备水平、炼铁技术水平提高了，但也达不到高炉长寿的目标。。。。。。 开篇 《高炉炼铁工艺设计规范》GB50427-2008明确要求，高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上。在高炉一代炉役期间，单位炉容产铁量达到或大于10000t。 高炉长寿是一项系统工程，涉及到设计、设备和耐火材料选型、制造与安装、设备维护、生产操作和长寿维护等一系列的环节。 一般用两个指标来衡量高炉高效长寿：1）寿命：一代炉役寿命；2）效率：一代炉役单位炉容产铁量；即：从上一次大修后开炉出铁到本次停炉最后一次产铁的累计生铁产量除以高炉容积。 越来越多的炼铁业界同仁意识到了高炉高效长寿的长远经济效益和现实意义，尤其高炉大型化、国家宏观调控去产能的今天，实现高效、优质、低耗、长寿、环保、安全已成为大家共同追求的目标。在钢铁经营形势持续“严冬”模式下，高炉大修仅更换耐材和冷却设备费用就高达几千万费用（参考30万元/m3估算），左右着经营决策者。 新装备、新材料、新工艺的应用，一部分高炉达到了世界一流水平，但却事与愿违，高炉过早停炉大修，是设计上的问题？还是生产问题？还是装备制造和安装质量？困惑着业界的朋友。。。。。。为此，笔者（微信号：高炉长寿太阳说）结合自己现场生产、维护经验，在高炉长寿技术和装备技术研究的基础上，为大家剖析生产过程中高炉长寿技术系列问题，系列文章分为：耐材篇、冷却设备篇、冷却系统篇、高炉生产监控篇、高炉长寿生产技术篇、炉体长寿维护篇、高炉出铁技术篇、工程技术服务篇、以及先进技术与设备篇等等。。。。。 [注：太阳所写高炉长寿技术相关文章，是在前辈的基础上，结合生产实践所提炼出来，在此感谢炼铁前辈的辛勤汗水。鉴于自身认知水平的不足，工艺技术的不断进步，文章不对或欠妥之处，欢迎批评、讨论。欢迎转载、收藏、点赞，但须署名太阳并注明来自微信公众号“高炉长寿太阳说”。同时，我们也提供技术咨询和工程技术服务。] 如果你觉得文章对有所帮助，请关注我们，你的支持和鼓励，是我们最大的动力。
高炉炉缸长寿的智能化控制
高炉炉缸长寿的智能化控制 王刚邹忠平许俊李爱锋 近十来年,高炉炉缸烧穿的事故频发。据不完全统计,在2000年以后,国内外有数十座高炉炉缸被烧穿。而另有大量高炉出现炉缸侧壁温度升高,事故安全隐患给生产单位带来减产甚至停产的巨大经济损失,给生产管理人员和技术人员带来身心上的无尽折磨。如果有一套在线系统,能够对炉缸长寿状况进行准确全面的监控、对凝铁层减薄原因进行智能诊断、针对长寿状况恶化给出准确的建议措施,从而避免炉缸的异常侵蚀,对提高高炉长寿管理的准确性、及时性和便捷性将大有帮助。在此背景下,本研究将高炉炉缸工艺设计、传热学理论与高炉操作工艺相结合,开发了一套炉缸长寿智能管理系统,在炉缸长寿管理方面取得了良好的效果。 1炉缸长寿机制研究 经过多座1000m3级、2000m3级、3000m3级和4000m3级高炉的炉缸解剖调查发现,炉缸炭砖热面存在一层凝铁层,它阻断了炭砖与铁水的直接接触。炭砖的铁水熔蚀指数也表明,如果炭砖直接暴露在高温的铁水中,40min内炭砖被侵蚀掉15%-30%。因此,炭砖热面形成稳定的凝铁层,是炉缸长寿的关键所在。经过试验研究,凝铁层的主要成分是Fe和C的化合物,通常C能达到10%-30%甚至更高,过饱和的C析出来,以石墨碳的形式存在,另有少量的CaO、SiO2等熔渣凝结物。凝铁层的导热系数在2-10w/(m?K)左右,一般低于炭砖导热系数,这为降低炭砖的温度,防止温度过高而失效发挥了重要作用。 凝铁层稳定形成的条件是炉缸建立稳定有效的传热体系。只要传热体系有效,炭砖受到冷却壁的冷却保护,其热面就会形成凝铁层。有凝铁层的炉缸传热体系如图1所示。 凝铁层的厚度可以通过傅里叶一维传热公式进行计算,通过铁水与1150℃凝固线之间的热流强度与插入炭砖的两支热电偶之间的热流强度相等建立方程。 2炉缸长寿智能管理系统的工艺架构 炉缸长寿智能管理系统由炭砖残厚和凝铁层在线监控模块、炉缸气隙判断模块、炉缸长寿状况判断模块、凝铁层减薄原因诊断模块、长寿状况恶化的智能建议模块组成,5个模块呈递进关系,如图2所示。 3炭砖残厚和凝铁层在线监控 在本系统开发之前,已成功开发基于二维有限元算法的炉缸侵蚀模型,凝铁层的计算是在炉缸侵蚀模型中一并进行计算的。侵蚀模型通过推定炭砖侵蚀线和1150℃等温线,两条线之间区域为凝铁层。 由于侵蚀模型通过对炉缸仪表传回的数据进行在线计算,本系统可对炉缸各个标高和方位的炭砖残厚和凝铁层厚度进行在线动态跟踪,极大地方便了高炉操作者及时了解炉缸的残厚及凝铁层状况。 4炉缸气隙判断 炉缸气隙往往产生于冷却壁与碳素捣打料之间,气隙是破坏炉缸传热体系的重要因素。气隙的导热系数为0.0285w/(m?K),仅约相当于炭砖的1/500,铸铁冷却壁的1/1200,一旦形成气隙,整个传热体系的热阻大大增加,热流密度下降,热量导出减少,大量热量在炭砖积聚,引起炭砖温度升高,凝铁层减薄甚至脱落,最终炭砖遭到侵蚀。因此,判断炉缸是否存在气隙非常重要。气隙一般是由于碳素捣打料捣打不密实、烘炉不彻底等建设期的因素造成的,因此很难彻底治理,一般应结合炭砖
高炉长寿技术的应用与研究
高炉长寿技术的应用与研究 发表时间：2019-08-05T16:29:40.030Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：黄伟航邓志成黄树生[导读] 摘要：本文就是结合高炉长寿研究方面的新技术并结合具体的高炉项目从而探讨了高炉的长寿技术设计，并且在结合实际时间经验的基础上探究了如何做好炉型设计、炉体冷却、耐火砖、喷涂料的选用等方面，进而论述了高炉长寿技术的验证结果，希望本文的这些研究可以为延长我国高炉的实际使用寿命提供一些有意义的参考。 广西柳州钢铁（集团）公司炼铁厂广西柳州 545002摘要：本文就是结合高炉长寿研究方面的新技术并结合具体的高炉项目从而探讨了高炉的长寿技术设计，并且在结合实际时间经验的基础上探究了如何做好炉型设计、炉体冷却、耐火砖、喷涂料的选用等方面，进而论述了高炉长寿技术的验证结果，希望本文的这些研究可以为延长我国高炉的实际使用寿命提供一些有意义的参考。 关键词：高炉；长寿技术；炉型；耐火材料前言 高炉的长寿技术是一项系统性很强的技术，其需要将高炉的设计、选材、建造、及维护技术等进行多方面的技术融合，才可达到延长高炉寿命的效果。我们想完成这一目标，就要结合最新的技术、设备、完善生产管理方案，这样我们才可以达到我们所想要的高产、低耗、长寿的目的[1]。这就要求我们在设计时，像炉型、耐火砖、喷涂料等都要精心挑选，系统的优化，这样高炉的寿命才能保证。本文就总结出影响高炉寿命的几种主要因素，像高炉的设计、设备质量、耐火材料、燃料操作、维护等方面都是其影响因素，而且随着我们深入的探究其更多的影响因素正在被探究出来。同时随着我国设计技术的提升，我们所使用的高炉寿命也有了很大的提升，但是与国际最高水平尚还有一定的差距。所以本文就针对对这一问题进行了论述，以期为我国高炉后续的完善提供一定的参考。 一、影响高炉寿命的因素 （一）炉型设计我国的高炉其炉型设计基本上都是参考同类产品而改进完善而来的。同时随着其设计研究的深入，其炉型正向着矮胖型的方向发展。但是这样的设计是优缺点同样突出的，总的来说就是我们可以通过加深死铁层深度，加大高炉的直径，从而有效提高高炉的生产效率；同时矮胖的炉身也使炉内腹的煤气上升更顺畅，减少热冲击，进而降低炉内机械的磨损，这样高炉也就增寿了[2]。 （二）炉衬耐火材料高炉内的下作情况一般情况下是最复杂的，所以我们想要保证其炉衬的使用寿命，就要根据其侵蚀状况，找出原因，这样才可以有针对性地用最合适的材料去修补或构建。我们为了达到使炉衬的热面可以在强化冷却的情况下建立相对稳定的凝结渣铁保护层的目的，我们所选用的炉衬材料必须是超微孔炭砖。同时我们也为了防渣铁侵蚀磨损耐火材料，我们可在炭砖的热面加微孔刚玉砖，而炉底则需铺设2层莫来石砖即可，当然了如果有条件的还可在最下层铺设石墨砖和布设炉底水冷管。 （三）高炉冷却设备及其冷却高炉冷却系统的冷却效率是高炉使用寿命的决定性因素之一，而我们想要提高其冷却效率就要使炉墙热面能克服侵蚀和磨损。同时在高炉中的软熔带的高热负荷区以及炉缸铁口侵蚀区是我们提升高炉寿命必须注意的关键之处。 现如今，高炉的冷却设备种类繁多，技术相对成熟的技术设备也有很多，像冷却壁、板壁复合、支梁水箱等都是成熟的冷却设备。同时，传统型的冷却壁也在逐步的转变为浇筑型冷却壁。其基本技术就是将耐火材料铸进铁基中，使耐火砖锥度契合在炉内肋条间，这样我们即可使砖材牢固，又可防其脱落。而且当前高炉内的冷却水管也改为复合孔型设计了[3]。相比于传统的冷却板设计，起冷却壁即可使炉壳均匀冷却，又可缩减其厚度，从而提高了高炉的内容积。当然其也不是完美的，其在修理、更换时就比传统型的要困难的多。总而言之，立式冷却壁其在高炉的实际运行中效果还是很让人满意的。 二、高炉长寿技术的应用实例 （一）项目概述我们为了延长高炉的使用寿命，就对其应用了高炉长寿的新技术，以期可以延长起使用寿命。这我们首先就要提高其透气性，降低崩料、悬料问题，所以其炉型的设计是深炉矮胖型。其改进的参数特点如下：我们将高炉磁铁层的深度加深了700毫米，这样料柱下部的通道其开关就更加的方便了。其出铁时，我们将铁水设计的由高炉下部流向铁口，这样我们就降低了铁水环流对高炉的侵蚀。而且我们设计的炉缸高度是3500毫米，这样就可加大风口回旋区，这样我们就即能强化高炉，又可保证炉内热充足，从而达到我们增产增寿的目的。同时我们还要将炉腹角降低至79o 11' 32"，这样高炉内的煤气流其分布就会更加的均匀了，炉腹的冲蚀也就降低了，这样炉腹的寿命也就得到了保证。 （二）高炉冷却设备及其冷却设计高炉共有14段冷却壁，基本上可以覆盖高炉的各部位。其设备是全冷却壁型，有耐热铸铁所搭建而成；而在这其中炉腹的第5到11段是全覆盖式冷却壁，在这些冷却壁中其高炉下部多铸钢结构，上部多球墨铸铁结构。而高炉的上部多使用倒C型冷却壁，同时又利用软水密封循环冷却，这样其冷却的强度和效果都是可以保证的，而且还节水。高炉其冷却系统就是软水密闭循环和下业水开路冷却复合式应用的[4]。这样即保证了高炉的冷却效果，又得以保证高炉的使用寿命。 （三）高炉炉衬结构及耐火材料 1. 高炉炉缸结构及材质 我们在经过充分的论证研究后，我们决定用国产的热压小炭块和刚玉莫来石来共组高炉的陶瓷杯复合炉衬结构，当然了我们也结合了高炉的实际情况，仍决定采用其钒钦高炉复合炉衬结构。同时其高炉的炉底也还是采用常见的莫来石砖、粘土砖、半石墨碳砖的复合炉底。同时我们也可以将其的复合炉底结构采用y层耐火砖来砌成，其厚度在3600毫米即可，其砌砖的顺序可为：半石墨碳砖、粘土砖、莫来石砖、粘土砖四层均匀铺设即可。同时我们为了保证炉缸的使用寿命，其都采用莫来石砖结构来构建；粘土砖还要砌至炉腹。这样铁水冲击的就是莫来石砖了，炭砖的侵蚀就降低了。当然我们这样设计的目的就是使炭砖不直接接触铁水，这样其侵蚀就会低很多，从而有效的增加其高炉的使用寿命。当然了还有像磨损最为厉害的风、渣、铁口，这些地方我们是要特别注意的，我们就设计使用了微孔刚玉组合砖来砌筑。
高炉长寿技术概况
高炉长寿技术概况 高炉长寿是现代高炉所追求的目标，高炉长寿就意味着经济效益的提高。近几年，我国高炉的设计水平得到了较大的提高，高炉的寿命也得到了较大的提高。但与国外高炉寿命相比，我国只有少数高炉能够达到国，外高炉寿命的水平。本文主要介绍现代长寿高炉设备的设计思想和最新发展趋势，希望能对我国钢铁企业的高炉大修或新建高炉项目有所帮助。 国外先进高炉长寿水平较高，一代炉役(无中修)寿命可达15年以上，部分高炉达20年以上。日本川崎公司千叶6号高炉(4500m3)和水岛2号、4号高炉都取得了20年以上的长寿实绩。日本矢作制铁公司的361m3高炉、岩手制铁公司的150m3高炉一代炉役寿命在上世纪90年代就达到了20年以上的水平。最近，经过大修的部分高炉已将长寿目标定为30年。 相比而言，我国高炉设备的长寿水平则较低，一般一代炉役无中修寿命低于10年，仅少数高炉可实现10至15年的长寿目标，其长寿总体水平与国外先进水平相差较大。 影响高炉长寿的主要因素 高炉能否长寿主要取决于三个因素的综合效果：一是高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐材和良好的施工水平。二是稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件。三是有效的炉体维护技术。这三者缺一不可，但其中第一项是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的“先天因素”。如果这种“先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护技术等后天措施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。因此，提高高炉的设计和建设水平，是高炉实现长寿的根本。 现代长寿高炉的新思想 国内外专家认为，现代高炉的长寿设计思想有6个方面：一是注重提高高炉整体寿命优化设计，大修精心施工，确保高炉各部位同步长寿。二是强调高效冷却设备和优质耐材炉衬的有效匹配，从炉底至炉喉全部采用冷却器，无冷却盲区，并针对高炉不同部位的不同特点，选用不同材质的冷却系统和耐材。在炉腹、炉腰和炉身下部区域使用自我造衬、自我保护的无过热冷却设备――铜冷却壁技术，在此区域淡化耐材炉衬的作用，依靠形成稳定渣皮来保护铜冷却壁。在开炉前，炉腹、炉腰和炉身下部区域仅喷涂一层普通喷涂料来防止开炉时的炉料磨损；在高炉炉缸侧壁区域使用热压小块碳砖、优质微孔碳砖配合冷却壁或陶瓷杯来延长使用寿命。三是增加炉缸死铁层设计深度(达炉缸直径的20％左右)，减少炉缸内铁水环流对炉缸侧壁的侵蚀。四是在高利用系数(炉役平均有效容积利用系数大于2.0)、高煤比(炉役平均喷煤量达150kg／t以上)、低维护费用的基础上，炉役寿命(20年以上)和单位炉容产铁量(1.0万―1.5万t／m3炉役)应作为高炉长寿同时追求的目标。五是采用有效技术监测、维护炉体是实现高炉长寿的重要保证。六是注重高炉稳定顺行的工艺操作管理和使用成分稳定的优质原燃料对高炉长寿的作用。 关于高炉长寿的几种观点
高炉炉缸侵蚀监控系统的应用研究
1080m3高炉炉缸侵蚀状况的分析 摘要：为了延长某钢厂高炉（有效容积1080m3）炉缸的工作寿命，开发了计算炉缸侵蚀状况的数学模型。利用该模型 计算了高炉从2011年9月至2013年4月十九个月的侵蚀状况，发现该高炉的炉缸受到了较大的侵蚀，炉底已经侵蚀到 第一层陶瓷垫的底部，形成了锅底状的侵蚀。 关键词：高炉；炉缸；侵蚀状况；数学模型 Analysis of erosion situation of hearth in 1080m3Blast Furnace Abstract: For prolonging the campaign of hearth in a 1080 m3 Blast Furnace, a mathematical model is developed to compute the erosion situation of the hearth. With the model, the position of erosion line is calculated from Sep. 2011 to Apr. 2013. It is found that the hearth of the Blast Furnace is seriously eroded, at the bottom the 1150 erosion line touched the bottom of the first layer of ceramic pad. Key words: Blast Furnace; Hearth; erosion situation; mathematical model 1前言 高炉生产实现高效与长寿的统一，一直是炼铁工作者关注的课题。提高高炉生产效率，可以降低 生铁成本[1]；延长高炉寿命可以节约大修费用，以及减少大修期间产量损失[2]。实际上，高炉寿命受 诸多因素影响，如炉型设计、耐火材料质量等因素，但所有这些因素在投产前已经定型。投产后，炉 缸炉底的是影响高炉寿命的重要因素，原因是在高炉冶炼过程中，高炉炉缸炉底的工作条件尤其恶劣，侵蚀、破坏的速度十分迅速，且不能象高炉其他部位那样，在生产过程中修补，可以说炉龄长短主要 取决于炉缸、炉底耐材的侵蚀状况。而炉缸、炉底的破坏是化学、流体动力学及热变形共同作用的结 果[3]。 炉缸、炉底侵蚀破坏的机理和原因，冶金工作者们做了大量探讨和研究，但由于客观条件的限制，只能局限在停炉、拆炉后才能确定最终的侵蚀状态[4,5,6]。 近二、三十年中，高炉生产被迫停炉的主要原因已经不再是炉体问题，而是炉缸砖衬受到严重侵蚀，这种现象越来越突出[7,8]。因此，对炉缸炉底的监测仅停留在散点跟踪己不能满足需要，开展高炉 炉缸炉底侵蚀数学模型研制，并利用该模型监视炉缸、炉底等温线、热流强度变化具有重要的意义。 本文介绍了炉缸侵蚀数学模型的计算原理，以及运用该模型计算某厂高炉炉缸状况的结果，并进 行了分析。 2计算原理 针对某厂高炉的侵蚀情况，开发了一个计算炉缸侵蚀状况的数学模型，其中，将高炉炉缸、炉底 按传热的特点进行分区计算：采用将炉底中心、炉缸及炉底拐角部分别计算的方法，在传热情况相对 单一的炉底中心区和炉缸区采用一维稳态传热计算，计算中考虑耐火材料导热系数随温度的变化；在 传热情况复杂的炉底拐角区采用定节点、定形状、变步长且耐火材料导热系数随温度变化的稳态有限 差分的方法进行计算。
高炉高效、长寿综合技术发展
高炉高效、长寿综合技术发展 高炉长寿一直是高炉工作者不断追求的目标。长期致力于高炉长寿技术研究和应用，老一辈“钢设总院”炼铁专家为我国高炉长寿技术进步做出了不可磨灭的贡献。上世纪80年代开始，引进消化国外先进技术，开发高炉长寿系列技术，“九五”期间，参加国家“长寿高效高炉技术开发”项目并承担了包括“软水密闭循环的检漏及分区冷却技术”、“软水密闭循环的检漏技术及应用”、“按热负荷区域的分区冷却技术研究及应用”、“软水密闭循环冷却检漏技术在高炉软水密闭循环冷却系统的应用”、“长寿高效高炉设计规范的研究”、“长寿高效高炉设计”、“长寿高效高炉设计规范编制”在内的多个科技开发课题。该期间经过行业炼铁工作者的不断努力，国内高炉设计寿命从8年提高到了12年，达到了国际先进水平。进入21世纪以来，随着高炉冷却技术及优质耐火材料的发展，高炉寿命得到了很大提高。近年来，中冶京诚高炉长寿系列技术在新型炉体冷却结构、完全导热型炉底炉缸设计体系、软水密闭循环冷却等方面不断突破，获得了多项国家专利，得到了用户肯定，持续推动我国高炉长寿技术进步，实现了强化冶炼的效果，为众多企业赢得了良好的经济效益。 软水密闭循环冷却技术 上世纪80年代以前，我国高炉冷却系统以工业水作为介质。由于工业水中碳酸盐的沉积，在冷却设备的通道壁上容易结垢。水垢的形成是造成冷却设备过热直至烧毁的重要原因，在水硬度高的我国北方地区尤为严重。1984年4月，中冶京诚在国内率先提出“关于高炉采用软水密闭循环冷却系统的意见”。1985年，在消化吸收德国软水密闭循环冷却技术的基础上，中冶京诚对国内各大设计院炼铁专业的设计同行就高炉采用软水密闭循环冷却系统技术进行了培训，推动了软水密闭循环技术的推广应用。1986年，中冶京诚完成了太钢3号高炉局部采用软水密闭循环冷却系统的工业试验装置的设计工作，并于1987年7月在太钢3号高炉投入运行。配合氮化硅结合的碳化硅砖高炉内衬，明显地提高了高炉冷却效果，延长了高炉的寿命。高炉用水消耗大量降低，能耗减少，炉体工作稳定，水管不结垢，冷却设备寿命长，取得了良好的经济效益。1989年通过技术鉴定，并获得冶金部科技进步二等奖。该技术的成功，为我国高炉冷却技术填补了一项空白。 与此同时，中冶京诚又从西德GHH引进了软水密闭循环冷却及球墨铸铁冷却壁制造技术，实现了关键设备国内制造，完成了高炉本体及热风阀的软水密闭循环冷却系统的设计。投产运行结果表明，冷却可靠性好，水量消耗少，电力消耗低。 软水密闭循环冷却系统有效延长高炉寿命，从而显著减少了高炉大、中修费用和停产引起的经济损失。该技术使我国的高炉设计寿命提高至12年以上，达到国际先进水平，至今仍被广泛应用。 炉体冷却设备 高炉侵蚀是一种非常复杂的过程，存在各种侵蚀，同时，又同高炉的操作密切相关，但是，总体来讲，决定高炉寿命的关键在炉缸和炉腹、炉腰、炉身下部区域。解决炉缸寿命关键在于优质的耐材和适宜的冷却；炉腹、炉腰、炉身下部情况更为复杂，它与炉体冷却结构、冷却设备本身结构及材质、高炉操作制度等密切相关。从设计出发，解决炉腹、炉腰、炉身下部寿命关键是冷却结构，此部