高爐高風溫及長壽技術調研項目建議書

1、高爐高風溫及長壽技術調研項目建議書中國金屬學會煉鐵分會2012年5月目 錄1高爐高風溫技術現狀及發(fā)展趨勢11.1高爐高風溫技術主要內容11.1.1高風溫操作對高爐冶煉的影響11.1.2高風溫和降低焦比的關系21.1.3高風溫和噴吹燃料的關系21.1.4高風溫對爐況順行的影響31.1.5高爐接受風溫的條件31.2高爐高風溫技術的現狀及主要問題41.2.1國內外高爐高風溫現狀41.2.2影響高爐高風溫的主要問題51.3高爐高風溫技術的發(fā)展趨勢71.4小結82高爐長壽技術現狀及發(fā)展趨勢92.1高爐長壽主要內容92.2高爐長壽的現狀及主要問題102.2.1國內外高爐壽命現狀102.2.2影響高爐壽命的

2、主要問題112.3高爐長壽的發(fā)展趨勢142.4發(fā)展高爐長壽技術的基本手段162.4.1對長壽高爐進行調研162.4.2對事故多發(fā)高爐進行調查反思172.4.3對高爐長壽技術的不同觀點進行交流172.5小結183 調研方式及進度安排193.1 調研方式193.2 調研進度安排193.3 重點調研對象194關于高風溫技術的調研問卷205關于高爐長壽技術的調研問卷266調查組人員組成327調研經費預算321高爐高風溫技術現狀及發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)是高能耗、高排放產業(yè)，其能耗占中國能源消費的17左右，是國家節(jié)能減排的重點。煉鐵工序能耗占鋼鐵能耗的70%左右，是鋼鐵節(jié)能減排的重點。中國的鋼鐵工業(yè)是支撐我國國

3、民經濟發(fā)展的基礎產業(yè)，粗鋼產量已連續(xù)十年來居世界首位，盡管噸鋼綜合能耗下降一半，但是與國家“十一五規(guī)劃”提出降低20的節(jié)能目標尚有一定差距。高爐高風溫具有降低焦比、降低燃料比和降低生產成本等作用，是煉鐵節(jié)能的關鍵技術，據統(tǒng)計每提高風溫100，可降低焦比37。國外先進高爐風溫在1250以上，2007年國內高爐的平均風溫1125，與國際先進比較，尚有較大風溫差距。該技術因國家及企業(yè)節(jié)能減排、產業(yè)示范等需要曾列為2007年國家重大產業(yè)技術開發(fā)專項。高風溫技術應作為實現鋼鐵行業(yè)“十二五”單位工業(yè)增加值能耗和co2降低18%目標的重點技術予以研究和推廣。高爐高風溫技術是一項綜合技術，首先需要熱風爐能夠獲

4、得高溫的熱風，然后需要將高熱風安全的輸送到高爐，最后高爐需要能夠接收應用高風溫，三個環(huán)節(jié)缺一不可。針對高風溫的獲得、輸送和使用的問題，主要對應研發(fā)內容為熱風爐高風溫技術、熱風管道高風溫輸送技術和高爐高風溫操作技術三項，該技術在國內某大型鋼鐵企業(yè)大型高爐開展1280高風溫試驗攻關，并已將高爐高風溫技術研究開發(fā)成果應用于其它大型高爐上。1.1高爐高風溫技術主要內容高爐高風溫技術主要研發(fā)內容包括：1) 熱風爐高風溫技術：重點研發(fā)了低熱值煤氣高效利用、熱風爐系統(tǒng)仿真、智能控制和防止拱頂爐殼晶間應力腐蝕四項關鍵技術；2) 熱風管道輸送高風溫技術：重點研發(fā)了高風溫管道配套設備并建立管道監(jiān)控系統(tǒng)；3) 高爐

5、高風溫操作技術：重點研發(fā)了理論燃燒溫度控制、風口監(jiān)測、精料、煤粉混吹和煤氣流分布控制技術。1.1.1高風溫操作對高爐冶煉的影響1) 風溫提高，熱風帶入爐熱量增加，風口前燃燒碳量能得到減少；2) 高爐高度上溫度發(fā)生再分布。風溫提高，熱風帶入爐缸熱量增加、同時燃燒碳量減少使煤氣發(fā)生量減少，煤氣往上攜帶的熱量減少，結果，爐缸溫度提高、爐身和爐頂溫度降低；3) 風溫提高使燃燒碳量減少，使煤氣中co量減少，同時爐身溫度降低使間接還原減少，從而使直接還原度提高；4) 風溫提高時，爐內煤氣壓差增加，使爐料下降條件變壞，不利于爐料順行；5) 風溫提高，熱風帶入爐熱量增加，風口前燃燒碳量能得到減少，使焦比能得到

6、降低。1.1.2高風溫和降低焦比的關系提高風溫后降低焦比是多種因素共同作用的結果，其原因主要有下列幾方面：1) 鼓風帶入的物理熱增加了爐內非焦炭的熱量收入，代替了一部分由焦炭燃燒所產生的熱量，因而可使焦比降低；2) 由于風溫提高后焦比降低，一方面是單位生鐵生成的煤氣量減少，爐頂煤氣溫度下降，煤氣帶走的熱損失減少，另一方面使造渣量減少，爐渣帶走的熱損失也減少因而可進一步降低焦比；3) 由于風溫提高后焦比降低，使高爐產量相應增加，單位生鐵熱損失減少，因而有促進了焦比降低；4) 風溫提高后，爐內高溫區(qū)下移，中溫區(qū)擴大，有利于間接還原的發(fā)展，利于焦比降低；5) 風溫提高后，鼓風動能增大，有利于吹透中心

7、，活躍爐缸，改善煤氣能量利用，從而能降低焦比。這對大型高爐而言尤為重要。1.1.3高風溫和噴吹燃料的關系高風溫與噴吹燃料之間是互為條件的關系。高風溫依賴于噴吹，因為噴吹能降低因使用高風溫而引起的風口前理論燃燒溫度的提高，從而減少煤氣量，利于順行，噴出量越大，越利于更高風溫的使用；噴吹燃料需要高風溫，因為高風溫能為噴吹燃料后風口前理論燃燒溫度的降低提供熱補償，風溫越高，補償熱越多，越有利于噴吹量的增大和噴吹效果的發(fā)揮，從而有利于焦比的降低。高風溫和噴吹燃料的合力所產生的節(jié)焦、順行作用更顯著。噴吹燃料和提高風溫后，使焦比降低，負荷加重，使煤氣和礦石有更多的時間接觸，改善煤氣的利用，提高產量。1.1

8、.4高風溫對爐況順行的影響在一定冶煉條件下，當風溫超過某一限度后，高爐順行被破壞，其原因如下：1) 風溫過度提高后，爐缸煤氣體積因風口前理論燃燒溫度的提高，爐缸溫度難以提高而膨脹，煤氣流速增大，從而導致爐內下部壓差升高，不利順行；2) 爐缸sio揮發(fā)使料柱透氣性惡化。理論研究表明，當風口前燃燒溫度超過1970時，焦炭灰分中的sio2將大量還原為sio，它隨煤氣上升，在爐腹以上溫度較低部位重新凝結為細小顆粒的sio2和sio，并沉積于爐料的空隙之間，致使料柱透氣性嚴重惡化，高爐不順，易發(fā)生崩料或懸料。1.1.5高爐接受風溫的條件如上所述，在一定冶煉條件下，當風溫過高時，不僅所產生的節(jié)焦效果將減弱

9、，還將對爐況順行產生不利影響。因而客觀地講，在一定的冶煉條件下，存在著一個界限風溫。界限風溫取決于兩方面因素：其一，風溫提高后能否帶來焦比降低，其二，風溫提高后能否破壞順行。值得指出的是，此界限風溫隨冶煉條件變化而不同。據此，凡是能降低爐缸溫度以及改善料柱透氣性的措施，都將有利于高爐接受高風溫，進而更大程度地降低焦比。具體措施如下：1） 搞好精料精料水平越高，爐內料柱透氣性越好，爐況越順，高爐越易接受高風溫；2） 噴吹燃料噴吹量的提高，有利于高爐使用高風溫；3） 加濕鼓風加濕鼓風能因鼓風中水分分解吸熱而降低爐缸燃燒溫度，利于高風溫的使用。通常，加濕鼓風是作為暫時沒有噴吹或噴吹量太少的高爐為控制

10、風口前理論燃燒溫度的一種手段而使用的。我們不提倡此法；4） 精心操作首先要找準高爐的基本操作制度，特別是要搞好上下部調劑，保持合理煤氣分布，以保證爐況順行。其次，操作中要精心調節(jié)，早動、少動，以減少爐況波動，并應盡可能采用固定風溫（固定在最高水平）調節(jié)噴吹量或鼓風濕度的操作方法。1.2高爐高風溫技術的現狀及主要問題1.2.1國內外高爐高風溫現狀2002年中國金屬學會煉鐵分會對133座不同容積高爐的441座熱風爐的狀況進行了調查。調查表明我國熱風爐的型式以內燃式為主，但傳統(tǒng)的內燃式熱風爐已不能適應高風溫的需要，近幾年新建的高爐已很少采用，大部分采用各種頂燃式、外燃式和改良型內燃式熱風爐。如寶鋼高

11、爐配備的是日本新日鐵外燃式熱風爐，武鋼等高爐配備內燃式內燃式熱風爐，京唐5500m3高爐引進俄羅斯的卡盧金頂燃式熱風爐。這些熱風爐風溫能夠達到1200以上。從表1-1，1-2和1-3的調查數據可以發(fā)現，有50.76的熱風爐廢氣溫度已超過了傳統(tǒng)的控制值（350），并且有22.73熱風爐廢氣溫度大于410。由此可見，采用廢氣來預熱熱風爐燃氣，可成為提高熱風爐熱效率的一種途徑；另一方面，應嚴格控制熱風爐煙氣溫度，保護熱風爐使用壽命。針對我國80以上高爐熱風爐使用全高爐煤氣，而高爐煤氣熱值隨燃料比的降低而日趨貧化，其熱值不足將成為限制風溫提高的主要因素之一。此外，被調查的高爐僅30的熱風爐實現了雙預熱

12、，在缺少高熱值煤氣的條件下，通過助燃空氣和煤氣預熱方式提高物理熱量，彌補化學燃燒熱量的不足，這將是提高風溫度的實施措施方法。在2005年全國重點企業(yè)218座高爐統(tǒng)計結果中，只有44座高爐風溫超過1100，僅有6座高爐風溫超過1200，還有58座高爐的熱風溫度不足1000。而在德國、日本、韓國等國家，熱風爐使用的平均風溫達到1250，并且荷蘭的hoogovens公司提出的1350風溫在國外已有實踐。表 1-1 廢氣溫度狀況廢氣溫度/350350-400410-480高爐數653730比例/%492822表 1-2 燃燒熱風爐用煤氣狀況煤氣種類高爐煤氣高爐煤氣焦爐煤氣高爐煤氣轉爐煤氣高爐數1122

13、01比例/%84150.75表 1-3 預熱狀況預熱狀況雙預熱單預熱空氣單預熱煤氣無預熱高爐數3531562比例/%26233.847表 1-4 我國重點企業(yè)平均風溫年份200120022003200420052006200720082009熱風溫度/108110661082107410841100112511271158如表1-4，近幾年來提高風溫已成為我國鋼鐵企業(yè)煉鐵技術發(fā)展的方向之一。雖然，2009年全國重點企業(yè)的平均風溫已達1150，但與國外先進企業(yè)相比風溫仍相差100150?，F代熱風爐的發(fā)展方向是：高風溫，熱風溫度125050。高熱效率，總熱效率85。長壽命，一代壽命25年。目前國外

14、不少高爐長期使用的風溫已超過1250，而且俄羅斯rpa鋼鐵廠采用吸附法將煤氣轉化成為富含co的高熱值煤氣；而北美和歐洲的一些鋼鐵廠正在研制采用等離子技術來進一步提高風溫。近年來，國外也廣泛地利用于余熱回收，達到提高風溫，降低能耗的目的。熱風爐廢氣溫度雖然只有350左右，但廢氣量大，帶走熱量仍相當多，利用熱風爐廢氣的熱量來預熱熱風爐的煤氣或助燃空氣是有效地節(jié)約煉鐵能耗、提高風溫的措施之一。目前，發(fā)達國家的高爐熱風爐自動控制都包括完善的基礎自動化和過程自動化，其中過程自動化主要是監(jiān)控和設有熱量和換爐等優(yōu)化的數學模型，對提高熱效率、節(jié)約能源、提高風溫以及保護設備和延長爐子壽命有重要作用。1.2.2影

15、響高爐高風溫的主要問題1） 燃燒溫度對熱風爐壽命的影響國外曾經有少數高爐的風溫達1350，但在該風溫要求下，拱頂溫度應達到1500，燃燒室的火焰溫度在15501600左右，燃燒產生的no等大幅度升高，引起熱風爐爐殼晶間腐蝕嚴重，因此風溫又退回1250。根據熱風爐耐火材料的限制，將熱風爐燃燒室拱頂溫度控制在1420以下，達到風溫1280的水平是提高風溫面臨解決的問題之一。2） 燃燒全高爐煤氣達到拱頂溫度13501400隨著高爐操作水平的提高，部分企業(yè)的燃料比已經降到450480kg/t，因而高爐煤氣熱值不足3000kj/m3，采用全高爐低熱值煤氣燃燒，火焰溫度只有1200，不能提供1280的風溫

16、。利用前置換熱器或小熱風爐加熱助燃空氣；高爐熱風爐自身預熱助燃空氣；利用煙道廢氣、高爐煤氣和助燃空氣的雙預熱等新工藝都可提高燃燒溫度。例如：煙道廢氣溫度若達到450，采用熱管或熱媒換熱器，可將高爐煤氣和助燃空氣雙預熱到250，依靠附加物理熱量可以使燃燒室火焰溫度達到14001450，從而保證熱風爐拱頂溫度13501400，送風溫度可穩(wěn)定在12001250。但是若達到1280的風溫，則需要確定合適高爐煤氣和助燃空氣的預熱溫度，并且對拱頂溫度的控制更為嚴格。3） 熱風爐操作制度縮小熱風溫度與拱頂之間的溫度差，限制拱頂溫度1400左右條件下，盡可能提高風溫。通?？s小溫度差的技術主要依靠縮短送風周期，

17、例如：由70min縮短為5060min。但是這種方法局限性較高，提高風溫更需要綜合性方法，才能有效縮小熱風溫度與拱頂之間的溫度差，并維持高風溫的穩(wěn)定性。4） 熱風爐結構和管路系統(tǒng)現有的熱風爐結構都可提供1200風溫，但從長壽高效角度分析，外燃式或頂燃式更容易實現。俄羅斯卡魯金式頂燃熱風爐和寶鋼外燃式熱風爐穩(wěn)定地提供1200以上風溫達20年以上。高風溫熱風爐的管路系統(tǒng)中，要重視關鍵部位的材料使用和結構設計，可基本保證1200以上高風溫時管道送風安全。但當風溫超過1250以后，現有的熱風爐結構和管道系統(tǒng)已經達到極限，需要進一步深入研究熱風爐的溫度分布以及各部分耐火材料的適應性。5） 蓄熱式格子磚提

18、高蓄熱式格子磚的蓄熱性能是實現縮小熱風溫度和拱頂溫度差的一個關鍵技術措施，通過加強熱風爐內格子磚與氣流之間的熱交換，充分滿足高風溫熱量需求后，與熱風爐操作制度相輔相成，綜合利用，才能夠有效縮小熱風溫度和拱頂溫度差，達到提高風溫的目的。提高熱風爐鼓風溫度將帶來良好的經濟效益。它不僅可以降低高爐冶煉的消耗，而且有利于增加噴煤量。因此，它對于降低高爐生產的能耗和成本都是有著深遠的意義。國內某大型鋼鐵企業(yè)1號高爐在1958年5月平均風溫就達到了大約1027，但直到2005年，我國重點企業(yè)平均的高爐風溫還在10001080的水平上徘徊。熱風爐燃料化學熱不足，高溫熱源供應短缺是造成我國熱風溫度長期徘徊的主

19、要原因之一?，F代高爐冶煉技術的進步，給熱風爐提高風溫帶來了高溫熱源短缺的困難。它主要體現在兩方面：一方面是由于入爐焦比的降低，每噸鐵產出的焦爐煤氣量減少了，鋼鐵企業(yè)后工序焦爐煤氣用戶的用量增大，使得許多企業(yè)嚴重短缺高熱值煤氣，熱風爐燃料只能依賴高爐煤氣；另一方面是高爐煤氣隨著燃料比的降低日趨貧化?，F在，操作良好的高爐，燒爐煤氣的發(fā)熱值還不足3000kj/m3。1.3高爐高風溫技術的發(fā)展趨勢國內外實現高風溫技術主要有摻燒高熱值煤氣技術、換熱器預熱煤氣和助燃空氣技術、熱風爐自身預熱技術、高溫空氣燃燒預熱技術等。我國首鋼等大型鋼鐵企業(yè)也正在積極開展高風溫技術的研究。經過實踐和探索，首鋼認為，實現高風

20、溫可以采取的主要措施有：1) 焦炭質量、燒結礦品位和煤粉質量等原燃料條件的改善，是實現高風溫的重要保障。2) 改進高爐裝料制度、送風制度等操作，可以改善透氣性指數和煤氣初始分布，提高高爐使用高風溫能力。3) 強化安全。對膨脹節(jié)位移和高爐、熱風爐系統(tǒng)各部位的溫度進行實時在線監(jiān)測。4) 適當提高熱風爐頂溫。利用自動燒爐加大煤氣燃燒量，將原來的控制頂溫從1390提至1420，可提高風溫1530。5) 減少混風閥的開度。減少10%的冷風混入量，約提高風溫15。6) 提高空氣預熱溫度?？諝忸A熱溫度從550提高至600，約提高風溫1520。7) 熱風爐操作制度的優(yōu)化。通過縮短熱風爐燃燒期、送風期和換爐時間

21、以及增加換爐次數等措施，實現高風溫操作。同時，首鋼的研究也表明，高爐風溫的提高是需要條件的。高風溫使用不當，不僅不利于高爐降低焦比提高噴煤，而且有可能導致高爐不順和熱風爐系統(tǒng)壽命的縮短。主要應該考慮以下幾方面問題：1) 必須具備實施高風溫的熱風爐工藝流程。為實現高風溫，一般可以采取富化煤氣、煤氣和助燃空氣預熱技術等；但還需考慮高熱值煤氣的成本和腐蝕問題。2) 熱風爐、管道和吹管等設備及材料必須滿足高風溫要求。高風溫是一個系統(tǒng)工程，任何一個環(huán)節(jié)出現問題，均會導致高風溫技術的失敗，如在風溫提高后，出現送風總管位移過度膨脹，熱風直吹管、鵝頸管發(fā)紅，拱頂出現晶間應力腐蝕等問題。3) 高爐接受高風溫的能

22、力問題。由于受原燃料質量的影響，爐況經常出現不順或波動等問題，即使熱風爐能提高再高的風溫，也會由于高爐自身的因素而使高風溫的使用受到限制。4) 采用高風溫會降低煤氣熱值和增加燃燒負荷，所以必須與高爐原燃料、大噴煤、高富氧等技術的結合，才能發(fā)揮高風溫以煤代焦的節(jié)能作用。1.4小結高風溫是廉價的能源，使用高爐煤氣燒爐，又實現了煤氣綜合利用，減輕了對環(huán)境污染的負荷。風溫提高后，高爐可增大噴煤量、降低生鐵能耗和成本，可以帶動煉鐵技術的全面提高，不僅可以代替昂貴的焦炭，節(jié)約寶貴的煉焦煤資源，降低煉焦所產生的環(huán)境污染，同時還可以促進高爐穩(wěn)定順行，強化高爐冶煉。因此，應當重視努力提高風溫的工作。但高風溫是一

23、項綜合技術，提高風溫水平時，要注意高爐接受風溫的能力、熱風爐供應風溫的能力與加熱熱風爐的熱源之間的綜合配套。2高爐長壽技術現狀及發(fā)展趨勢剛剛過去的20世紀是世界鋼鐵工業(yè)大發(fā)展的世紀，鋼鐵產量由1900年的2850萬噸，增長到2011年的15億噸，漲幅超過50倍。世界鋼產量的飛速增長，給地球的資源及環(huán)境帶來了極大的壓力，節(jié)約資源和能源，減輕地球環(huán)境負荷已成為各種模式的鋼廠必須履行的基本準則，實現鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展將是冶金工作者21世紀的奮斗目標。在目前仍然占據主要地位的“高爐-轉爐”煉鋼生產流程中，煉鐵工序的能耗占整個鋼鐵制造流程總能耗的70%，這就決定了只有穩(wěn)定均衡生產，高爐煉鐵才能取得較好的

24、效果，高爐長壽逐漸成為現代化高爐追求的目標。一方面，現代高爐正朝著爐容大型化、生產高效化的方向不斷發(fā)展，高爐長壽的重要性日益顯現，高爐能否長壽對于鋼鐵企業(yè)的正常生產秩序和企業(yè)總體經濟效益影響巨大，高爐長壽就意味著經濟效益的提高；另一方面，高爐長壽是鋼鐵工業(yè)減少資源和能源消耗、減輕地球環(huán)境負荷，走向可持續(xù)發(fā)展的一項重要措施。2011年，我國生鐵產量已達6.3億噸，如此之大的規(guī)模決定了減少高爐座數，實現高爐大型化，延長高爐一代爐齡在我國具有更加重要的意義。我國高爐的大型化和高爐長壽技術應用和推廣已是我國鋼鐵工業(yè)走向新型化工業(yè)道路的必然選擇。2.1高爐長壽主要內容高爐長壽應包含以下目標：1) 高爐一

25、代壽命（不中修）在20年以上；2) 高爐的一代爐齡是在高效率生產的狀態(tài)下度過的，一代壽命內平均容積利用系數在2.0t/m3以上，一代壽命單位爐容產鐵量在15000以上；3) 高爐大修的工期縮短到鋼鐵聯合企業(yè)可以承受的范圍之內，例如兩個月之內，大修后在短期內生產達到正常水平，例如710天，使鋼鐵廠成為高效的鋼鐵企業(yè)。高爐長壽技術的核心是高爐一代構建一個合理操作爐型的永久性爐襯，使高爐一代壽命達到上述目標。如能達到上述目標，高爐座數可以最少，能源消耗可能最低，運行效率可能最高。在長期的煉鐵工作實踐中，煉鐵工作者逐漸認識到，沒有哪一項獨立技術能夠確保實現高爐長壽，高爐長壽應該是一項綜合的系統(tǒng)工程，只

26、有高水平的高爐設計、施工、操作、配料、檢測和控制管理等的高度協調、統(tǒng)一，才能達到長壽目的。因此，高爐長壽的必要條件包括：1) 合理的爐體結構，包括冷卻形式、合理的爐型等，屬于設計問題；2) 耐火材料質量、結構和冷卻設備質量；3) 建設時施工質量；4) 高爐操作對爐體的維護狀況。如前所述，任何一項獨立的技術都不可能解決高爐長壽問題，必須將許多高爐長壽技術集成在一座高爐上，才能形成完整的高爐長壽技術。要實現高爐長壽，必須在以下幾個關鍵方面取得實質性進展：1) 爐缸結構合理化。首先是冷卻結構的合理化，采用合理的冷卻結構使高爐在一代手命中操作爐型保持穩(wěn)定。高爐操作爐型是高爐一代壽命中保持高產、優(yōu)質、低

27、耗和長壽的基礎。2) 采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)取代工業(yè)水冷卻系統(tǒng)。實踐已經證明，工業(yè)水冷卻系統(tǒng)不能保證高爐長壽，而必須采用強制軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，并且在循環(huán)系統(tǒng)中必須防止起泡的產生。3) 提升高爐耐火材料的質量。高爐不同部位的工作條件不同，爐襯侵蝕機理不同，因此對耐火材料質量的要求也不同。提升耐火材料質量的目的是盡量在整個爐役中使耐火材料的侵蝕減少到最低限度。4) 提升高爐操作的靈活性。高爐操作直接影響高爐一代爐役壽命，其中主要的影響因素是高爐內煤氣流調節(jié)、爐溫控制以及造渣制度控制。于此同時，還需要完善高爐監(jiān)測系統(tǒng)，使整個高爐爐體的侵蝕處于受控狀態(tài)。2.2高爐長壽的現狀及主要問題2.2.1國內外高爐

28、壽命現狀世界各國為了盡量延長高爐壽命，從設計、施工、操作和維護等方面開發(fā)了許多新技術和新工藝，取得了顯著的效果。國外先進高爐一代爐役（無中修）壽命可達十五年以上，日本川崎公司千葉6高爐（4500m3）和水島2、4高爐都取得了20年以上的實績。我國的高爐長壽水平與主流的高爐長壽目標差距還很大，一般一代爐役（無中修）壽命低于10 年，僅少數高爐可實現1015 年的長壽目標。國際上煉鐵高爐壽命也尚未達到上述目標。國內及國外部分大高爐壽命指標分別見表1和表2。表1 國內部分2000m3以上高爐壽命指標廠名及爐號爐容/m3爐役服役/年一代產鐵總量/萬噸單位爐容產鐵/tm-3一代利用系數/tm-3d-1武

29、鋼5號32001991.10.192007.05.3015.633550.92110971.95寶鋼1號40631985.09.151996.04.0210.553229.779492.06寶鋼2號40631991.06.292006.09.0115.174718116122.10寶鋼3號43501994.09.20至今14.2統(tǒng)計至2008年底鞍鋼10號25801995.02.12至今13.8統(tǒng)計至2008年底首鋼1號25361994.08.09至今14.3統(tǒng)計至2008年底首鋼3號25361993.06.02至今15.5統(tǒng)計至2008年底表2 國外部分大型高爐壽命指標廠名及爐號爐容/m3爐

30、役服役/年一代產鐵總量/萬噸單位爐容產鐵/tm-3一代利用系數/tm-3d-1大分2號52451988.12.122004.02.2615.226202.82118262.13千葉6號45001977.07.171998.03.2720.756023133851.77倉敷2號28571979.03.202003.08.2924.424457156001.75光陽1號38001987.042002.03.05154300113162.07光陽2號38001988.072005.03.1416.675151135552.23霍戈文6號267819862002163400126962.17霍戈文7號

31、44501991200615.144910110342.0漢博恩9號213219882006183200150002.28迪林根5號26311985.12.171997.05.1611.4204077541.86從表1和表2可知，在世界范圍內，高爐長壽的目標尚未完全實現，高爐的穩(wěn)定、順行及安全生產仍舊是冶金工作者努力的重要方向。2.2.2影響高爐壽命的主要問題高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：1) 高爐大修設計或新建時采用的長壽技術，如合理的爐型、優(yōu)良的設備制造質量、高效的冷卻系統(tǒng)、優(yōu)質的耐火材料；2) 良好的施工水平；3) 穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質的原燃料條件；4) 有效的爐體維

32、護技術。這四者缺一不可，但1)是高爐能否實現長壽的基礎和根本，是高爐長壽的“先天因素”。如果這種“先天因素”不好，要想通過改善高爐操作和爐體維護技術等措施來獲得長壽，將變得十分困難，而且還要以投入巨大的維護資金和損失產量為代價。因此，提高高爐的設計和建設水平，是實現高爐長壽的根本所在。現代高爐采用先進的設計及優(yōu)質耐火材料后，高爐的壽命得到了大幅度的提升。但是，在實際生產中，由于原燃料性能和質量的變化、設備出現故障、操作人員失誤等，使得高爐事故及爐況失常時有發(fā)生，高爐事故與爐況失常是實現高爐長壽的重大障礙之一。主要的高爐失常類型有：1) 爐缸凍結；2) 爐缸堆積；3) 爐缸爐底燒穿；4) 爐墻結

33、厚與結瘤；5) 爐前事故；6) 惡性管道與頑固懸料；7) 高爐煤氣事故；8) 高爐爆炸事故。大量事實表明，影響現代高爐一代爐役壽命的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在兩個區(qū)域：1) 爐腹、爐腰至爐身中下部；2) 爐缸、爐底區(qū)域（鐵口、渣口又是爐缸的薄弱之處）?，F代煉鐵生產采用精料、高壓、高風溫和噴吹燃料等強化冶煉措施，生鐵產量得到提高，煉鐵焦比得到降低，與此同時，高爐設備和爐身、爐缸爐底的工作負荷進一步加重。由于高爐設計和砌筑的不足及缺乏有效的監(jiān)控措施，高爐的爐襯和冷卻設備損壞加快，尤其是爐缸破損情況加劇，爐缸燒穿事故時有發(fā)生，高爐大中修頻繁，這嚴重影響到高爐的長壽和經濟效益的提高。表3和表4分別列舉了200

34、0年以后國內外部分爐缸爐底燒穿事故。表3 2000年以來國內部分高爐爐缸、爐底燒穿事故廠名/爐號爐容/m3開爐時間燒穿時間燒穿部位處理方法by3號35019952000.06.16爐底燒穿，5根風冷管流鐵扒爐大修x鋼7號6001993.09.282002.02.26低渣口下，1250mmx550mm孔休風7天x鋼6號6001997.02.042003.03.03爐缸冷卻壁燒穿搶修1596minm鋼4號3002000.082003-11-05鐵口下0.5m，750x550mm孔休風24天t鋼2號3142004.04.03渣口大套下沿休風1470minsgb81994.07.282006.07.3

35、1爐缸冷卻壁燒穿休風1596minl鋼1號3802005.092007.07.08爐缸冷卻壁燒穿休風4天n鋼3802005.092007.07.08爐缸熱電偶孔流鐵80ta鋼3號32002005.12.282008.08.23鐵口下2.2m，550mmx2000mm孔，渣鐵爐料超過2000t挖補，休風12天t鋼1號20002005.03.282008.12.01爐缸熱電偶孔，滲鐵超過70tfn128020082008開爐4個月滲鐵20txf4502005.102009.2鐵口下s鋼7號52020042009.06爐缸大修j鋼7號5002007.052009.07爐底燒穿大修xb4502009.

36、082009.08鐵口左500mmd冶2號4002009.042010.03鐵口區(qū)燒穿重新澆鑄y春1號12502009.12.252010.08.071-2號冷卻壁溫度高，滲鐵70t挖補c鋼12602001.022010.08.181-2號冷卻壁界面永久停爐s鋼1號25002004.03.162010.08.201-2號冷卻壁界面，500mmx700mm孔，大火挖補，停爐11天fn45020052010.09爐缸燒穿sh鋼108020092011.11爐缸燒穿t鋼58020072010.12dl7號600200720111爐缸滲渣超過100t大修表4 近年國外部分高爐爐缸、爐底燒穿事故廠名爐號

37、爐缸直徑/m燒穿時間mittalvanderbijlparkc10.02004.02arcerlia-gijon, spaina12.52004.08carsidmarcinelle, belgiume10.02006.07hkm-germanya10.32006.07azovztal, ukraine39.42006.08tks schwelgen113.62006.11corus port talbot411.52006.11sadauhacorex2007.02arcelor mittal-sicatsa19.02007.06us steel gary1412.02009.04salzg

38、itterb11.2dillingen512.0由表3和表4可以看出，僅2000年以來，國內外就已經發(fā)生多起爐缸、爐底燒穿事故，高爐爐缸爐底燒穿事故已經成為影響高爐壽命的最重要的因素，一代爐役的壽命也取決于高爐爐缸爐底爐襯的破損程度。由于高爐是一個高溫反應容器，爐缸、爐底燒穿事故一旦發(fā)生，將造成重大的生命、財產損失，因此在未來的一段時間內，爐缸爐底長壽的研究仍將是高爐長壽研究的最重要的組成部分。2.3高爐長壽的發(fā)展趨勢現代設計的高爐注重提高整體優(yōu)化設計；強調高效冷卻設備和優(yōu)質耐材爐襯的有效匹配，無冷卻盲區(qū)，并針對高爐不同部位的不同特點，選用不同材質的冷卻系統(tǒng)和耐材，其目的是確保高爐各部位同步長

39、壽。國內外高爐長壽技術發(fā)展特點及趨勢如下：1） 采用全爐體冷卻從爐底至爐喉全部采用冷卻器。例如日本君津3號高爐爐缸采用了6段灰鑄鐵光面冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身中下部采用了9段高韌性鐵素體球墨鑄鐵冷卻壁，爐身上部s5冷卻壁至水冷爐喉鋼磚之間采用了3段球墨鑄鐵冷卻壁。2） 采用無料鐘爐頂設備采用無料鐘爐頂設備，通過控制煤氣流分布來控制爐身熱負荷，使高爐煤氣流分布穩(wěn)定合理，從而實現高爐長壽。3） 采用銅冷卻壁爐腹、爐腰至爐身下部區(qū)域是整個高爐工況條件最惡劣的區(qū)域之一，爐料磨損沖刷、爐渣化學侵蝕、軟融帶根部反復上下移動產生的熱震等破壞機制同時存在。在爐腹、爐腰至爐身下部高熱負荷區(qū)域安裝銅冷卻壁是實現長

40、壽的最佳選擇，在高利用系數的操作條件下可確保此區(qū)域的壽命達1520年，而且無需使用價格昂貴的耐材，高爐爐體的維護工作大大減少。國外高爐在此區(qū)域大多選擇了銅冷卻壁系統(tǒng)，我國部分新建的高爐（特別是大型高爐）也在此區(qū)域安裝了銅冷卻壁。4） 爐身中部冷卻系統(tǒng)與耐材結構軟熔帶以上的爐身中部，爐料溫度大，隨著噴煤量提高，邊緣氣流發(fā)展，該區(qū)域的熱負荷急劇升高，但此區(qū)域沒有形成渣皮的條件，是爐襯磨損最嚴重的區(qū)域，是現代高爐長壽的難點之一。目前主要采用的冷卻系統(tǒng)與耐材結構如下：a) 新日鐵第四代冷卻壁結構。磚壁合一，取消凸臺，可以保證光滑的爐型b) 板壁結合結構。水島4號高爐將可更換的銅冷卻板與外置灰鑄鐵冷卻壁

41、的銅冷卻壁結合使用取得了20年的實績。c) 一些中、小型高爐爐身中部采用不易開裂、耐磨的耐熱鑄鋼，試驗取得了良好效果。5） 爐缸長壽保護層技術爐底及爐缸磚襯的侵蝕情況將決定高爐一代爐役的壽命，但其殘余厚度又無法直接觀測和修復。目前獲得爐缸長壽保護層主要有兩種方法：a) 強化冷卻理論近些年爐缸側壁耐材使用具有高導熱系數的熱壓小塊碳磚或超微孔碳磚，其低孔隙度能阻止鐵水和渣的滲透，具有高抗堿性能，可吸收部分熱應力，配以高效的水冷系統(tǒng)，能將爐缸的熱流迅速傳遞給冷卻系統(tǒng)帶出爐外，從而在爐缸側壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結保護層，抵抗爐缸側壁的“象腳型”侵蝕。b) 陶瓷杯結構在爐缸碳磚熱面外砌筑優(yōu)質耐

42、材保護層，一般采用在爐缸碳磚熱面附加一層抗鐵水侵蝕能力強、低導熱的的優(yōu)質莫來石或剛玉等耐火材料陶瓷杯，它既可在幾年內保護碳磚免遭渣鐵的直接侵蝕，又降低了碳磚的工作溫度，將800等溫線控制在陶瓷杯以內，避免碳磚過早發(fā)生脆化侵蝕，起到了延長爐底、爐缸壽命的作用。6） 高爐冷卻設備的水質控制冷卻水水質及穩(wěn)定性對冷卻設備的傳熱效果及高爐長壽起著重要的作用。鑄鐵冷卻壁要求水質的含氧量低，一般采用軟水或純水密閉循環(huán)冷卻技術。鑄鐵冷卻壁在使用過程中要求冷卻水管內不能形成任何形式的結垢，否則其熱阻會明顯升高，引起冷卻壁破損。銅冷卻壁使用工業(yè)水冷卻時，其水速必須大于2m/s，水的硬度須小于8，避免產生硬質垢，并

43、需定期進行殺菌滅藻。采用軟水或純水冷卻時則要求水速大于1.5m/s。7） 發(fā)展爐缸爐底侵蝕在線監(jiān)測技術通常在爐缸、爐底兩個區(qū)域的每一層冷卻器或耐火材料熱面下碳磚中都預埋了若干支在線監(jiān)測熱電偶，監(jiān)測碳磚溫度，將測定的溫度信息用數學模型解析，轉換成爐墻耐火材料殘余厚度畫面在爐底及爐缸側壁柱面上，每隔2m之內就應設置監(jiān)測電偶，并對關注度高的出鐵口等重點部位密集配置監(jiān)測電偶，確保爐缸侵蝕狀況在線監(jiān)測模型能準確預報，才能在高爐生產的中后期有效避免爐底及爐缸燒穿漏鐵水或爆炸等惡性事故發(fā)生。2.4發(fā)展高爐長壽技術的基本手段目前國內部分高爐一代爐齡達到15年以上，國外部分高爐一代爐齡甚至已經達到2025年，而

44、同時，爐齡短、事故多發(fā)的高爐也大量存在。因此，對現有長壽高爐的成功經驗進行分析總結，并對出現事故的高爐進行調查和反思，形成經驗知識，進而豐富高爐長壽理論，是目前冶金工作者們比較實際，同時也是比較迫切需要完成的工作。2.4.1對長壽高爐進行調研目前在國內壽命較長的高爐主要集中在寶鋼、首鋼、武鋼及鞍鋼，這些企業(yè)高爐壽命大部分在10年以上，寶鋼2號、寶鋼5號及首鋼3號等高爐壽命達到15年以上；國外長壽高爐主要集中在日本、韓國、德國及荷蘭，千葉6號、倉敷2號等高爐壽命達到20年以上。對這些成功的案例進行調研，總結其經驗并推廣，將對高爐長壽技術產生巨大的促進作用。主要的調研內容包含以下幾個方面：1） 該

45、企業(yè)自身對長壽技術的總結及應用目前的長壽高爐體現出集中分布的趨勢，即某些企業(yè)的高爐普遍壽命水平較高。這說明這些企業(yè)對高爐長壽技術有一定的積累，在延長爐齡方面有著大量的經驗，將這些經驗總結并推廣，會極大地促進高爐長壽技術的發(fā)展。2） 對長壽高爐的參數進行分析總結不同的企業(yè)高爐的生產參數不同，通過對爐容，爐型，高爐基本結構等參數的調研分析，可以提升對高爐生產參數選擇的認識。3） 對長壽高爐的失常及事故處理方法進行分析總結采取正確的手段處理高爐失常及事故，將失常及事故對高爐的破壞降低到最小，是延長高爐壽命的重要手段之一。通過對成功案例的分析和總結，可以有效的預防甚至避免高爐失常及事故的發(fā)生。4） 對

46、長壽高爐的監(jiān)測手段進行分析總結高爐狀態(tài)監(jiān)測將是高爐長壽技術發(fā)展的重要方向之一，對長壽高爐的采用的檢測手段進行統(tǒng)計，分析其在爐襯厚度、渣皮厚度等重要方面的監(jiān)測手段并推廣，在生產中保證及時了解爐襯侵蝕狀況，使殘余爐襯在安全可控范圍內確保安全生產，是延長高爐壽命的重要手段。2.4.2對事故多發(fā)高爐進行調查反思進入2000年以來，國內許多高爐出現了爐缸爐底燒穿、高爐爆炸等嚴重的安全事故，對這些事故進行調查，總結經驗教訓，避免類似事故的發(fā)生，可以從側面促進高爐長壽技術的發(fā)展。調查的主要內容包括以下幾點：1） 事故基本情況調查事故發(fā)生后，對事故的類型、嚴重程度、對生產的影響程度及損失等均需要如實進行記錄和

47、分析。2） 事故原因調查對于已經發(fā)生的事故，需要從原料、設計、生產操作等多個方面對事故的原因進行分析，盡量確定事故發(fā)生的原因。3） 總結經驗教訓通過對事故的調查，總結經驗，擴展高爐長壽技術。2.4.3對高爐長壽技術的不同觀點進行交流目前國內外對于高爐長壽技術的觀點尚不統(tǒng)一，不同的企業(yè)在許多具體的技術細節(jié)上存在較大的差異。因此，根據實際的生產經驗，對這些觀點進行實踐分析是非常有必要的。需要得到重視的幾個方面列舉如下：1) 薄壁高爐的爐型的具體形式，特別是爐腹角、爐身角、爐缸直徑d、爐缸高度h、死鐵層深度h0等參數的合理選擇。2) 高爐的冷卻器的選擇。在銅質扁水箱、球墨鑄鐵冷卻壁、軋鍛銅板制冷卻壁

48、、鑄銅冷卻壁等多種冷卻器中，選擇合適的冷卻器，是保證高爐壽命的重要手段。近年來中國數座高爐銅冷卻壁損壞嚴重，冷卻器的選擇顯得尤為重要。3) 高爐冷卻制度（冷卻水量）選擇。4) 爐缸爐底結構選擇。目前高爐爐缸爐底設計存在小塊微孔全炭結構、大塊微孔全炭結構、微孔整體陶瓷杯結構等諸多設計方式，而何種結構最利于高爐長壽尚無定論，因此爐缸爐底結構的選擇尚需經實踐證明。5) 炭磚選用原則的確定：對碳磚導熱率，抵抗抗渣、有害元素侵蝕、鐵水溶蝕等的能力以及碳磚種類（半墨化碳磚、石墨磚、微孔碳磚、超微孔碳磚、焙燒碳磚等）等的選擇仍需進一步研究。6) 爐墻中間隙處理（爐殼與冷卻壁之間，兩塊炭磚之間，大塊炭磚之間，

49、陶瓷杯壁與炭磚之間等）技術，合理的間隙技術可以防止生產中產生阻礙導熱的氣隙，保證長壽。7) 爐前操作技術的選擇。例如出鐵口合理深度選擇、出鐵次數選擇及出鐵速度選擇等。8) 高爐操作技術選擇，如控制邊緣氣流、維持渣況穩(wěn)定、活躍爐缸防止堆積技術等。9) 護爐技術。如鈦渣護爐技術延長爐缸壽命效果分析、使鈦渣護爐發(fā)揮作用的方法（加入方式）及爐缸爐底形成穩(wěn)定保護層等。2.5小結我國高爐的大型化和高爐長壽技術應用和推廣已是我國鋼鐵工業(yè)走向新型化工業(yè)道路的必然選擇。經過多年的實踐，大型高爐的長壽技術在我國從理論到實踐上已經形成。我國已能夠依靠自己的技術力量，使大型高爐實現一代(不中修) 爐齡達到20年以上。但高爐長壽技術仍存在較大發(fā)展空間，需要廣大冶金工作者進一步的努力。對于幅員遼闊、人口眾多、經濟環(huán)境差別大的我國，高爐全部實現大型化是困難的。這就要求鋼鐵工業(yè)實現結構重組，使鋼廠的數量減少，同時把大型高爐的長壽技術在中型高爐上推廣應用?？傊?，對高爐長壽技術，必須從鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的高度予以重視。3 調研方式及進度安排3.1 調研方式1) 通信調研 由中國金屬學會煉鐵分會組織，將調研問卷印發(fā)到各煉鐵廠（包括重點、民營、地方企業(yè)）。請各廠認真負責地反映實際情況，待情況反饋后，組織人員整理、分析、寫出報告，報金屬學會。2) 成立調研組到對口的煉鐵廠重點