（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

冶金高爐爐缸使用壽命是決定冶金成本的關(guān)鍵因素，因此，延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命、降低冶金成本是增加企業(yè)效益的必經(jīng)之路[1]。

由于冶金高爐自身大型化和復(fù)雜化的特點(diǎn)，冶金高爐爐缸整體結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，冶金高爐爐缸的使用壽命問(wèn)題成為冶金行業(yè)未來(lái)發(fā)展中備受關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。在我國(guó)，目前常見(jiàn)的冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)為：大塊炭磚、陶瓷杯以及熱壓小塊炭磚，傳統(tǒng)冶金高爐爐缸爐底結(jié)構(gòu)普遍存在分割化問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，容易出現(xiàn)氣隙現(xiàn)象，縮短冶金高爐爐缸使用壽命，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)今冶金行業(yè)的需要。而在影響冶金高爐爐缸使用壽命的眾多因素中，冶金高爐爐缸爐底的結(jié)構(gòu)形式是延長(zhǎng)高爐爐缸使用壽命主要因素之一。為了幫助國(guó)內(nèi)冶金企業(yè)有效延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命，提高我國(guó)高爐冶金企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，本文進(jìn)行了延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究。

1 冶金高爐爐缸使用壽命影響因素

影響冶金高爐爐缸使用壽命的因素主要包括：冷卻設(shè)備漏水、冷卻壁背部填料間隙、風(fēng)口損壞以及鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。因此，本文提出的延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命方法針對(duì)以上三點(diǎn)冶金高爐爐缸使用壽命影響主要因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容，如下文所述。

2 延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的方法

2.1 選擇最佳冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)

為延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命，必須選擇最佳的冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)。本文選擇的冶金高爐爐缸整體結(jié)構(gòu)具體示意圖，如圖1所示。

圖1 冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1所示，冶金高爐從上至下共分為：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸。本文冶金高爐爐缸整體采用優(yōu)質(zhì)碳磚加上陶瓷杯結(jié)構(gòu)，并在爐身、爐腰、爐腹3個(gè)部位部設(shè)銅冷卻壁。為防止冶金高爐爐缸在使用過(guò)程中出現(xiàn)冷卻設(shè)備漏水的情況，在冶金高爐1-10段采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，提高冷卻設(shè)備的緊密度[2]。在此基礎(chǔ)上，在冶金高爐爐底部分鋪滿炭磚，避免炭磚受到侵蝕，有效防止了冷卻設(shè)備漏水問(wèn)題。在爐缸部位鋪設(shè)微孔炭磚，提高炭磚的耐滲透力。在爐缸部位，加設(shè)陶瓷杯，極大限度上減小磚塊表面的溫度，防止出現(xiàn)裂縫，縮短冶金高爐爐缸的使用壽命。不僅如此，通過(guò)陶瓷杯自身良好的保溫性能，能夠?qū)⒁苯鸶郀t爐缸的熱損降至最低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，進(jìn)而延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命。在選擇最佳冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，還要綜合考慮到爐缸容積，小型冶金高爐爐缸可選擇陶瓷杯冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，中型或大型冶金高爐爐缸需要在陶瓷杯的基礎(chǔ)上，加設(shè)熱壓小塊炭磚，杜絕了高爐爐缸冷卻設(shè)備漏水的問(wèn)題，提升了冶金高爐生產(chǎn)自動(dòng)化水平和智能化水平，延長(zhǎng)了冶金高爐爐缸使用壽命。通過(guò)選擇冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，防止?fàn)t溫波動(dòng)，使冶金高爐爐缸內(nèi)的溫度適中保持在固定范圍內(nèi)，避免溫度過(guò)高或過(guò)低，造成冷卻設(shè)備漏水的現(xiàn)象。

2.2 冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚

為解決冷卻壁背部填料間隙導(dǎo)致冶金高爐爐缸使用壽命縮短的問(wèn)題，可以在冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚，通過(guò)微孔炭磚將出現(xiàn)冷卻壁背部填料間隙的可能性縮減幾乎為零，從根本上延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命。運(yùn)用高爐L3系統(tǒng)，避免在冶金高爐運(yùn)行過(guò)程中，爐缸死鐵層過(guò)淺導(dǎo)致冷卻壁背部填料間隙增大，直至無(wú)法滿足爐缸內(nèi)壁的熱流負(fù)荷，縮短冶金高爐爐缸使用壽命[3]。在加設(shè)微孔炭磚時(shí)，需要活躍爐缸，形成初始?xì)饬鞣植?，提高冶金高爐爐缸安全、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。通常情況下，利用冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚，能夠降低由于崩滑料出現(xiàn)異常爐況，導(dǎo)致冶金高爐爐缸使用壽命受到不利影響。結(jié)合冶金高爐爐缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，必須嚴(yán)格控制加設(shè)微孔炭磚的數(shù)量，使其與不同爐役階段下的冶金高爐爐缸產(chǎn)量保持平衡關(guān)系，避免一味地加設(shè)微孔炭磚導(dǎo)致冶金高爐爐缸自身無(wú)法承受，進(jìn)而直接造成冶金高爐爐缸停用。

2.3 定期進(jìn)行冶金高爐爐缸休風(fēng)

考慮到冶金高爐爐缸風(fēng)口的使用壽命能夠直接決定整個(gè)冶金高爐爐缸的使用壽命，而風(fēng)口的使用壽命作為冶金高爐爐缸中的短板問(wèn)題，存在壞損幾率大、隨機(jī)性高的特點(diǎn)。因此，要想延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命，必須對(duì)其給予足夠的重視。冶金高爐爐缸風(fēng)口長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)下，必須通過(guò)定期進(jìn)行休風(fēng)，避免由于疲勞過(guò)大直接癱瘓。在冶金高爐爐缸休風(fēng)的過(guò)程中，需要利用熱流儀檢查冶金高爐爐缸整體狀態(tài)，尤其是高爐爐襯厚度，一旦發(fā)現(xiàn)高爐爐襯過(guò)薄的現(xiàn)象必須第一時(shí)間進(jìn)行維護(hù)。在此過(guò)程中，必須明確的是在冶金高爐爐缸的鐵口正上方嚴(yán)禁進(jìn)行任何的修復(fù)行為，避免由于休風(fēng)導(dǎo)致冶金高爐爐缸爐內(nèi)堵塞，致使冶金高爐爐缸無(wú)法正常運(yùn)行，縮短其使用壽命。一般情況下，冶金高爐爐缸休風(fēng)的期限為半年一次即可。

2.4 添加含鈦物料保護(hù)冶金高爐爐缸

冶金高爐爐缸在運(yùn)行過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量的鋅，為防止鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，侵蝕冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，降低冶金高爐爐缸使用壽命，本文采用添加含鈦物料的方式保護(hù)冶金高爐爐缸，延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命。含鈦物料具有不粘渣鐵，不易侵蝕的特性，能夠沉積在冶金高爐爐缸爐底，形成一層保護(hù)膜，有效防止鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。因此，添加含鈦物料保護(hù)冶金高爐爐缸是延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的有效途徑。綜上所述，有必要加大含鈦物料在冶金高爐爐缸中的使用，為延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命提供了先決條件。至此，完成延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命方法的設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

以某冶金高爐爐缸作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其具體參數(shù)，如表1所示。

表1 某冶金高爐爐缸型號(hào)參數(shù)

根據(jù)表1所示，在基本參數(shù)一定的前提下，首先使用本文方法設(shè)計(jì)冶金高爐爐缸，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)冶金高爐爐缸，設(shè)為對(duì)照組。將兩種冶金高爐爐缸投入使用，測(cè)試兩種冶金高爐爐缸的使用壽命。為縮短測(cè)試所需時(shí)間，將兩冶金高爐爐缸帶入RewqPLC軟件進(jìn)行虛擬測(cè)試，RewqPLC軟件能夠根據(jù)冶金高爐爐缸的各項(xiàng)參數(shù)，綜合評(píng)估出其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的使用壽命。設(shè)置測(cè)試次數(shù)為7次，記錄測(cè)得的冶金高爐爐缸使用壽命。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種冶金高爐爐缸的使用壽命進(jìn)行對(duì)比。為更加直觀地表現(xiàn)出兩種冶金高爐爐缸使用壽命的差異，將RewqPLC軟件下得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理為對(duì)比表，如表2所示。

表2 冶金高爐爐缸使用壽命對(duì)比表

通過(guò)表2可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的冶金高爐爐缸使用壽命明顯高于對(duì)照組，證明設(shè)計(jì)方法可以延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命。通過(guò)驗(yàn)證結(jié)果，證明所設(shè)計(jì)的方法可以滿足設(shè)計(jì)要求，可以廣泛應(yīng)用于冶金方面。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的方法在延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命中的具體優(yōu)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)，有必在現(xiàn)實(shí)中廣泛投入使用。經(jīng)過(guò)延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究，希望能夠在延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的同時(shí)，提高冶金的效率。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)方法在延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命中的應(yīng)用。基于此次研究時(shí)間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對(duì)于該方法的研究還不足，今后還要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究，為延長(zhǎng)冶金高爐爐缸使用壽命的進(jìn)一步優(yōu)化提供參考依據(jù)。