熊野琴

（江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)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(diǎn)火開爐，開爐以來一直秉承“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)保”理念，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提升技術(shù)指標(biāo)。到2020 年8 月為止：9#高爐共生產(chǎn)11 年零6 個月，10#高爐共生產(chǎn)10 年零9 個月，接近一代爐役的設(shè)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(diǎn)。高爐長壽存在很大的不均衡性和不穩(wěn)定性，通常以平均壽命及一代爐齡產(chǎn)鐵量來表示高爐是否進(jìn)入晚期操作，然而現(xiàn)在國際上并不以平均壽命及一代爐齡產(chǎn)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(jìn)入晚期[1]。

（2）國內(nèi)高爐長壽的特點(diǎn)。通過總結(jié)國內(nèi)外大高爐長壽（15年以上）生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，高爐長壽是結(jié)合設(shè)計、建設(shè)、精料水平、操作、維護(hù)和監(jiān)測為一體的系統(tǒng)工程；大型高爐爐齡基本能達(dá)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(chǎn)量，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 影響高爐壽命的因素

2.1 高爐的合理設(shè)計

（1）合理爐型的設(shè)計。高爐內(nèi)型的設(shè)計大都是根據(jù)同類型高爐的生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行分析和比較確定的。目前，高爐內(nèi)型的設(shè)計發(fā)展的總趨勢是由細(xì)高型向矮胖型高爐轉(zhuǎn)化，使得爐型逐漸合理，并與現(xiàn)代高爐爐料性能相適應(yīng)。實(shí)踐證明：設(shè)計中對高爐爐型進(jìn)行了優(yōu)化，降低了爐腹角、爐身角和高徑比，使?fàn)t腹煤氣順暢上升，改善料柱的透氣性，穩(wěn)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(nèi)襯和冷卻器的機(jī)械磨損。同時加深了死鐵層深度，以減輕鐵水環(huán)流對爐缸內(nèi)襯的沖刷侵蝕；適當(dāng)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(chǎn)的要求；有利于高爐的順行，穩(wěn)定及長壽。

（2）爐襯的耐火材料。高爐內(nèi)爐況比較復(fù)雜，各部位內(nèi)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(jù)高爐各部位的工作條件和耐火磚侵蝕機(jī)理，選擇與確定磚襯材質(zhì)是高爐長壽的重要因素。

（3）高爐冷卻設(shè)備及其冷卻。高爐冷卻設(shè)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(shè)計是把爐墻耐火材料澆鑄在具有延展性的鐵基鑄件內(nèi)，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(chǎn)過程中不致脫落。目前，對冷卻水管的排列又改進(jìn)到冷卻壁的邊角區(qū)域。與冷卻板相比較，立式冷卻壁的主要優(yōu)點(diǎn)是：在整個爐殼上能達(dá)到較均衡的冷卻，而且這種冷卻壁尺寸較薄，從而導(dǎo)致在相同爐殼設(shè)計上增加了高爐內(nèi)容積。其主要缺點(diǎn)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(shí)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(shè)備外，還必須保證有足夠的冷卻強(qiáng)度，而且，冷卻水量可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 高爐操作管理

（1）高爐精料。精料是高爐穩(wěn)定順行、強(qiáng)化冶煉、獲得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和高爐長壽的基礎(chǔ)，原燃料的質(zhì)量的波動必然會導(dǎo)致爐況不穩(wěn)，采用優(yōu)質(zhì)原料，則爐況順行，高爐工況穩(wěn)定，對設(shè)備及爐內(nèi)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(xiàn)在：a 高爐煤氣流控制。如采用以中心氣流為主、適當(dāng)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(yè)，則對長壽有利。c 冷卻制度。冷卻設(shè)備水溫差控制、水質(zhì)控制、熱流強(qiáng)度監(jiān)控。防止冷卻設(shè)備燒損。

表1 國外某些大型高爐壽命指標(biāo)

表2 國內(nèi)部分2000m3 以上高爐壽命指標(biāo)

3 新鋼2500m3高爐長壽技術(shù)

3.1 高爐合理的設(shè)計

（1）優(yōu)化爐型設(shè)計。對于2500m3高爐爐型設(shè)計，結(jié)合新鋼的原燃料條件，對爐型進(jìn)行合理優(yōu)化，確定采用適宜強(qiáng)化冶煉的矮胖操作爐型，設(shè)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(shè)計之初已經(jīng)確定，但是可以通過調(diào)整，加強(qiáng)對風(fēng)口風(fēng)口長度、直徑以及爐身冷卻強(qiáng)度等對氣流進(jìn)行調(diào)整。新鋼高爐采用長風(fēng)口方式進(jìn)行快速調(diào)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(huán)流侵蝕爐寸，提高爐缸、爐底壽命。

（2）高爐冷卻設(shè)備及其冷卻設(shè)計。冷卻設(shè)備設(shè)計是關(guān)鍵，是決定高爐壽命的最關(guān)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(shù)，高熱負(fù)荷區(qū)域采用銅冷卻壁，取消凸臺，爐底至爐喉共設(shè)置15 段冷卻壁。按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁，各區(qū)域冷卻設(shè)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(jié)構(gòu)及材質(zhì)。根據(jù)近年來爐缸爐底熱電偶監(jiān)測溫度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運(yùn)用穩(wěn)態(tài)傅立葉熱傳導(dǎo)方程（一維傳熱模型）進(jìn)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(biāo)高12.495m 處電偶編號為TE304A/B 區(qū)域、10#爐在標(biāo)高12.495m 處電偶編號為TE302A/B區(qū)域和標(biāo)高13.495m 電偶編號為TE312A/B 區(qū)域，經(jīng)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(diǎn)關(guān)注。對竄氣造成冷卻壁冷面溫度高的，應(yīng)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(fā)現(xiàn)，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(nèi)層熱電偶為準(zhǔn)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(guān)鍵，操作與設(shè)計相適應(yīng)統(tǒng)一，揚(yáng)長弊短，高爐才能長壽。

（1）做好入爐原燃料管理。原燃料質(zhì)量是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。新鋼2500m3高爐一貫堅持精料方針，并追求原燃料的穩(wěn)定。嚴(yán)格控制焦炭質(zhì)量，要求焦炭具有較高的冷熱強(qiáng)度、較低的反應(yīng)性，較大的粒度。對高爐含鐵爐料也做了嚴(yán)格的要求，燒結(jié)礦必須具有足夠的冷熱強(qiáng)度和良好的還原性能，在現(xiàn)有的配礦資源和物流的條件下，優(yōu)化入爐爐料結(jié)構(gòu)，通過加強(qiáng)篩網(wǎng)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(yán)格控制堿金屬的粉塵入爐循環(huán)等技術(shù)措施，穩(wěn)定了高爐順行，有利于延長高爐使用壽命。

（2）調(diào)節(jié)煤氣流分布，實(shí)現(xiàn)爐身中上部長壽。新鋼2500m3高爐在多年操作實(shí)踐中，始終堅持以爐況長期穩(wěn)定順行為主線，不片面追求高冶煉強(qiáng)度和高壓差操作；因?yàn)楦咭睆?qiáng)、高壓差邊緣易發(fā)展，且出現(xiàn)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(fēng)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(dāng)抑制邊緣氣流，維持高爐長期穩(wěn)定順行，這樣才有利于高爐長壽。據(jù)統(tǒng)計，自2014年以來，在正常生產(chǎn)情況下，兩座高爐未出現(xiàn)過一次懸料或爐況長期失?，F(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)高爐長壽目標(biāo)提供了有利條件。

（3）加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的檢查與維護(hù)。新鋼2500m3高爐投產(chǎn)后，堅持每個工作日檢查水質(zhì)數(shù)據(jù)，每一周開一次水質(zhì)溝通協(xié)調(diào)會，出現(xiàn)問題及時解決。對于新建投產(chǎn)的高爐，隨著產(chǎn)能提高，耐火材料和冷卻設(shè)備會發(fā)生一定量的熱膨脹變化，由于材質(zhì)不同，耐火材料和冷卻設(shè)備之間產(chǎn)生一定的氣隙，會極大影響冷卻效果。新鋼根據(jù)爐體維護(hù)計劃及對爐體狀態(tài)的實(shí)時跟蹤，利用高爐定修實(shí)施有針對性的壓降作業(yè)，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(cè)壁磚襯侵蝕問題，普遍認(rèn)為是一個與過去爐底“蘑菇狀”侵蝕有關(guān)的問題，而這種形式的侵蝕是由爐缸鐵水環(huán)流引起的，所以一般地表現(xiàn)為鐵口區(qū)域附近的爐缸側(cè)壁溫度容易升高和難以控制，這是因?yàn)樵摬课坏沫h(huán)流較爐缸其他部位要強(qiáng)烈得多所造成的。在這種概念的指導(dǎo)下，新鋼2500m3高爐通過定修期間有計劃地更換鐵口保護(hù)板和鐵口壓漿，消除鐵口區(qū)域煤氣泄漏，避免氣隙的擴(kuò)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(jié)語

高爐長壽是一項系統(tǒng)工程，初始于高爐設(shè)計、關(guān)鍵部位耐材設(shè)備質(zhì)量和施工質(zhì)量，重在合理的日常操作和穩(wěn)定的爐況以及長壽管理制度的具體落實(shí)。新鋼煉鐵人基于前期優(yōu)良的設(shè)計，在吸取2500m3和國內(nèi)外大型高爐長壽管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新、實(shí)踐和完善，逐步形成具有自身特色的大型高爐長壽技術(shù)高爐在冷卻系統(tǒng)設(shè)計和耐材選取上具備了很多優(yōu)點(diǎn)，并對實(shí)際生產(chǎn)中冷卻系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了一系列優(yōu)化改造，以提高冷卻強(qiáng)度，延長高爐壽命，積淀不少操作和長壽管理經(jīng)驗(yàn)，取得高爐長壽歷史性突破。