高爐長壽技術(shù)系統(tǒng)分析(1)

1、高爐長壽技術(shù)系統(tǒng)分析王維興 中國金屬學(xué)會(huì)yejinbu2014年新修訂的高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：高爐一代爐役的工作年限應(yīng)達(dá)到15年以上。在高爐一代爐役期間，單位高爐容積的產(chǎn)鐵量應(yīng)達(dá)到或大于11.5萬t。目前，我國絕大多數(shù)高爐沒有達(dá)到上述目標(biāo)，特別是一些中小高爐壽命普遍處于低水平階段，個(gè)別中小高爐出現(xiàn)壽命在3年以下的現(xiàn)象。所以說，努力提高我國高爐壽命，是煉鐵界的一個(gè)十分重要的任務(wù)，也是提高高爐生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煉鐵系統(tǒng)節(jié)能減排的重要手段，應(yīng)當(dāng)引起鋼鐵企業(yè)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。1. 高爐長壽的重大意義高爐長壽是鋼鐵企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重大舉措。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)各

2、工序物流是一環(huán)扣一環(huán)。高爐大修停產(chǎn)，會(huì)使企業(yè)生產(chǎn)鏈斷開，造成煉鐵前后工序均要減產(chǎn)，給企業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)品產(chǎn)量下降，設(shè)備作業(yè)率下降，經(jīng)濟(jì)效益大幅度下滑；同時(shí)，還要為大修高爐支付巨額資金，一座大型高爐的一次大修費(fèi)用約在1億元左右。高爐大修前后，均要增加企業(yè)資源和能源的消耗，污染物排放也要增加，對生產(chǎn)環(huán)境造成較大的負(fù)面影響。高爐長壽的重大意義，不僅在煉鐵工序本身，而且也會(huì)給整個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)帶來巨大效應(yīng)，包括生產(chǎn)成本降低，能源消耗減少，污染物排放減少，實(shí)現(xiàn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的高效化生產(chǎn)、連續(xù)化和緊湊化生產(chǎn)得以延續(xù)進(jìn)行。延長高爐壽命不僅是可直接節(jié)約大修費(fèi)用，而且還可以減少因大修而引起的停產(chǎn)損失和經(jīng)濟(jì)效益

3、的提高。2. 高爐長壽的工作目標(biāo)依據(jù)現(xiàn)已掌握的高爐設(shè)計(jì)、材料和設(shè)備選擇及制造、施工、高爐操作和維護(hù)等方面的先進(jìn)煉鐵科學(xué)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，高爐壽命已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：·高爐一代爐齡（不進(jìn)行中修）在15年以上；·高爐日常能處于高效化、自動(dòng)化、連續(xù)化、長壽化，生產(chǎn)過程環(huán)境友好的穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，一代高爐單位爐容產(chǎn)鐵量可在1.2萬t/m3以上；·采取一切有效的技術(shù)措施（包括分段拆裝，爐缸預(yù)砌等），最大限度地縮短高爐大修工期（一般大型高爐大修要在2個(gè)月以內(nèi)），優(yōu)化停爐和開爐操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)停爐和快速達(dá)產(chǎn)，降低因高爐大修對聯(lián)合企業(yè)的不利影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國大多數(shù)高爐壽命低的主要

4、原因是爐缸碳磚破損、水溫差升高，成為高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)。3. 高爐長壽的理念高爐長壽是個(gè)系統(tǒng)工程：包括高爐設(shè)計(jì)，材料和設(shè)備的選擇、施工質(zhì)量的保證，高爐操作的科學(xué)和穩(wěn)定，爐料含有害雜質(zhì)的控制，爐體的維護(hù)和管理，應(yīng)急事故的科學(xué)處理等。上述各因素之間有著內(nèi)在相互關(guān)聯(lián)因素，相互影響，也有互補(bǔ)的作用。高爐長壽的核心技術(shù)是形成和維護(hù)好一代高爐的合理爐型，保護(hù)好永久性爐襯的完整。4. 認(rèn)真貫徹高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范2014年7月國家建設(shè)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合新了公布高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范，GB50427-2014。該規(guī)范共有21章，主要內(nèi)容有：總則、術(shù)語、基本規(guī)定、原料燃料和技術(shù)指標(biāo)（原料燃料、高爐生產(chǎn)技

5、術(shù)指標(biāo)、送風(fēng)條件）、總圖運(yùn)輸、礦槽焦槽及上料系統(tǒng)、爐頂、爐體、風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場、熱風(fēng)爐、渣鐵處理（爐渣處理、鑄鐵機(jī)及修罐設(shè)施）、煤粉制備及噴吹、高爐鼓風(fēng)（高爐鼓風(fēng)機(jī)站、富氧鼓風(fēng)）、高爐煤氣凈化及煤氣余壓利用（高爐煤氣凈化、高爐煤氣余壓利用）、電氣及自動(dòng)化（電氣、儀表、自動(dòng)化、電信）、給排水、采暖通風(fēng)、節(jié)能及介質(zhì)管線、建筑及結(jié)構(gòu)（一般規(guī)定、廠房、框架結(jié)構(gòu)）、檢化驗(yàn)、安全與環(huán)保（安全衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)）、消防。其中有不少內(nèi)容是與高爐實(shí)現(xiàn)長壽有關(guān)，是充分體現(xiàn)出注重整體的高爐長壽優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行全方位的改進(jìn)，實(shí)行綜合治理，高效冷卻設(shè)備與優(yōu)質(zhì)耐火爐襯的有效匹配，確保高爐各部位的同步長壽；使用質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)原燃

6、料，保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行；在降低煉鐵燃料比的前提下取得高產(chǎn)；采用有效的監(jiān)測和維護(hù)手段是實(shí)現(xiàn)高爐長壽的重要保證。設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，這是高爐長壽的前提 ：（1）注意設(shè)計(jì)合適的死鐵層深度。減少鐵水的縱向環(huán)流和圓周方向環(huán)流，盡量避免在鐵口兩側(cè)下方300-500mm區(qū)域交匯，形成渦流；又要考慮鐵水靜壓力對碳磚的影響。 （2）冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。冷卻能力大小以及能否充分發(fā)揮作用，是決定爐缸壽命的關(guān)鍵因素。工作狀態(tài)良好的冷卻系統(tǒng)能夠使?fàn)t缸砌筑的耐火材料不產(chǎn)生過熱，延長工作壽命；一些專家認(rèn)為，冷卻水量不足常常是爐缸燒穿的重要原因，因此，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要留有爐役后期強(qiáng)化冷卻所需要的水量。 高爐爐型設(shè)計(jì)的合理性，是實(shí)現(xiàn)

7、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽和環(huán)保的重要條件。合理的爐型的選擇原則是要求爐型能夠很好的適應(yīng)于爐料的順利下降和煤氣流均勻穩(wěn)定地上升運(yùn)動(dòng)。在高爐生產(chǎn)過程中爐型是在不斷變化。開爐時(shí)的爐型就是設(shè)計(jì)時(shí)的爐型。在高爐投產(chǎn)后，經(jīng)過一段時(shí)間，爐墻的不同部位會(huì)受到不同程度的爐料沖刷，化學(xué)腐蝕，特別是軟熔帶區(qū)域的爐墻會(huì)受到高溫、熱應(yīng)力、渣鐵的化學(xué)浸蝕。在一定生產(chǎn)條件下，變化后的爐型就會(huì)形成一個(gè)相對穩(wěn)定，適應(yīng)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力的工作爐型（或稱為操作爐型）。煉鐵工作者要通過各種措施，努力使工作爐型能夠維持長久，也就可以延長高爐長壽，實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)的高效化。如果不合理爐型出現(xiàn)，會(huì)使高爐指標(biāo)惡化，要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，恢復(fù)合理爐型，是必要的措

8、施，是經(jīng)濟(jì)的。目前，我國高爐設(shè)計(jì)傾向于設(shè)計(jì)“矮胖型”高爐，推薦采用薄壁高爐內(nèi)型尺寸，多風(fēng)口，深死鐵層，采用軟水密閉循環(huán)冷卻設(shè)備等特點(diǎn)。相關(guān)具體內(nèi)容將在以下部分中進(jìn)行分述。5. 提高精料水平，會(huì)促進(jìn)高爐長壽高爐煉鐵是以精料為基礎(chǔ)，精料水平對高爐生產(chǎn)指標(biāo)的影響率在70左右，對高爐長壽的影響也是十分重要的。入爐料含鐵品位高是精料技術(shù)的核心，高品位會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，特別是噸鐵渣量低于300kg/t以下時(shí)，不但有利于提高噴煤比，提高爐料的透氣性（特別是軟熔帶），使煤氣流分布均勻、穩(wěn)定，減少邊緣煤氣流對爐墻的沖刷，促進(jìn)高爐長壽。目前，我國紅礦選礦技術(shù)已過關(guān)。對于吃百家礦用低品位原料的企業(yè)，應(yīng)當(dāng)添加選礦

9、設(shè)備，將低品位礦進(jìn)行再選，會(huì)使高爐的效益倍增?？梢杂行У販p少渣量，降低煉鐵燃料比。當(dāng)前進(jìn)口鐵礦石價(jià)格降低，有利于采購高品位礦石。企業(yè)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)要轉(zhuǎn)變觀念，在努力提高提高高爐入爐鐵品位上達(dá)成共識(shí)，會(huì)給企業(yè)帶來節(jié)能減排，降成本的效果。高爐長壽要求所用爐料中含有害雜質(zhì)要少。有害雜質(zhì)主要指K、Na、Pb、Zn、F、S、As、Cl-等。在高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范中明確指出了對有害雜質(zhì)量控制值（kg/t）：K2O+Na2O3.0，Zn0.15，Pb0.15，As0.1，S4.0，Cl-0.6等。爐料帶入堿金屬以及氟化物對爐襯的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，它們形成的低熔點(diǎn)物質(zhì)會(huì)直接導(dǎo)致磚襯表面結(jié)瘤，惡化高爐生產(chǎn)順行。在處理結(jié)瘤

10、時(shí)又容易損壞爐墻。在爐身下部爐料中被還原出來的鉛、鋅等低沸點(diǎn)的金屬蒸汽會(huì)隨著煤氣流上升，到爐身中上部區(qū)域會(huì)沉積到磚縫之中，部分金屬又會(huì)得到氧化，生產(chǎn)的氧化物會(huì)體積膨脹，造成磚襯開裂、破損。近年來，我國煉鐵爐料中含有害雜質(zhì)有明顯的上升趨勢，這造成一批高爐風(fēng)口區(qū)磚上翹，爐身上部結(jié)瘤，嚴(yán)重影響了高爐正常生產(chǎn)和高爐的長壽。這方面，杭鋼和天鐵等企業(yè)高爐有著深刻的教訓(xùn)。要嚴(yán)格控制入爐料有害雜質(zhì)的含量，對于含有害雜質(zhì)高的塵泥（燒結(jié)機(jī)頭除塵灰和高爐布袋除塵灰）應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)處理再進(jìn)行綜合利用；或?qū)⑦@些灰添加石灰造球、干燥，再加入轉(zhuǎn)爐中（使用比例是爐料<5%，避免出現(xiàn)沸騰）切斷有害雜質(zhì)回到高爐的循環(huán)鏈。鞍鋼已

11、有成功的經(jīng)驗(yàn)。注意：K對爐襯和爐料的破壞作用要比Na大十倍以上.所以要嚴(yán)格控制K的含量(包括焦炭,煤粉,礦石)。6. 高爐用耐火材料的選擇高爐砌體的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件選用優(yōu)質(zhì)耐火材料。耐火材料質(zhì)量的選擇和砌筑質(zhì)量對高爐壽命有極大的影響。不同容積的高爐和高爐不同部位要選用不同的耐火材料。提高爐缸、爐底和爐身中、下部砌體質(zhì)量是延長高爐壽命的重要條件。在購買耐火材料時(shí)不但要有冷性能,還要有熱性能,以及使用壽命的保證.風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用優(yōu)質(zhì)炭磚砌筑。嚴(yán)把耐材質(zhì)量和施工質(zhì)量關(guān) （1）重視碳磚質(zhì)量：重視導(dǎo)熱率、透氣性、

12、抗氧化率、抗堿性、抗渣鐵溶蝕性等；從發(fā)生燒穿事故的高爐碳磚檢測來看，普遍存在微氣孔指標(biāo)差、抗渣鐵溶蝕性差等問題。 （2）爐缸碳磚的砌筑要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，要嚴(yán)格控制外形尺寸、充分焙燒，避免因?yàn)榍治g而常常形成氣隙熱阻，阻礙了爐缸熱量的導(dǎo)出，甚至為鐵水滲透提供了通道； （3）格外重視炭素?fù)v打料的低溫性能，尤其注意：搗打料工作溫度一般較低，用高溫下的導(dǎo)熱性來評(píng)價(jià)是不科學(xué)的。6.1 爐身上部爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。爐身上部磚襯要受到爐料下降的沖擊和磨損，還要受到煤氣流上升時(shí)的沖刷，同時(shí)還有堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕等。為此，該部位選擇高致密度的黏土磚或磷酸黏土磚或高鋁磚。爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。

13、該部位要用球墨鑄鐵冷卻壁代替支梁或水箱，可明顯改善這一區(qū)域的冷卻條件，可以較好地維護(hù)好該部分爐型，達(dá)到延長高爐長壽的目的。6.2 爐身中下部和爐腰本部位宜采用強(qiáng)化型鑄鐵鑲磚冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁組合的形式。這區(qū)域的爐襯主要是受堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕，初成渣侵蝕，爐料和爐墻熱震引起的剝落和高溫煤氣流的沖刷等。該部分宜采用超高氧化鋁耐火材料，如剛玉莫來石磚、鉻鋁硅酸鹽結(jié)合制成的耐火磚；半石墨化碳化硅磚、Si3N4-SiC磚、鋁碳磚或高鋁磚。1994年，武鋼與耐火廠研制成功微孔鋁碳磚，價(jià)低和性能好，在鞍鋼、包鋼等鋼鐵企業(yè)中得到推廣。碳化硅磚具有導(dǎo)熱系數(shù)高，抗熱

14、震性好的特點(diǎn)，適宜在爐體中下部使用。過去，爐身下部和爐腰采用高質(zhì)量耐火材料，來抵御高溫和化學(xué)侵蝕。近年來，該部位采用銅冷卻壁，對熱量進(jìn)行疏導(dǎo)，讓銅冷卻壁形成穩(wěn)定的渣皮來保護(hù)冷卻設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)高爐的長壽。在開爐時(shí)，在銅冷卻壁之外砌筑一層厚50cm的耐火磚或不定型耐火材料，就可以使該部分的使用壽命在1520年。銅冷卻壁的導(dǎo)熱性好，冷卻壁體溫度均勻，表面工作溫度很低，一旦渣皮脫落，也能快速形成穩(wěn)定的渣皮，淡化了高爐內(nèi)襯的作用，有利于采用薄壁結(jié)構(gòu)。所以，采用銅冷卻壁，對延長高爐壽命有著明顯的效果，已經(jīng)得到國內(nèi)外煉鐵界的普遍認(rèn)同。但銅冷卻壁價(jià)格高，在高冶煉強(qiáng)度下，一些高爐也出現(xiàn)過不同程度的問題。寶鋼湛江5

15、000m3級(jí)高爐不使用銅冷卻壁，可降低成本，也有實(shí)現(xiàn)高爐長壽的把握。爐腹宜采用鑄鐵冷卻壁或銅冷卻壁，也可采用密集式銅冷卻板或鑄鋼冷卻壁。爐腰和爐身中、下部的冷卻設(shè)備宜采用強(qiáng)化型鑲磚鑄鐵冷卻壁、鑄鋼冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁相組合的薄爐襯爐體結(jié)構(gòu)形式。高爐砌體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件合理選用耐火材料。風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用優(yōu)質(zhì)炭磚砌筑。6.3 爐缸、爐底高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范中提出：高爐爐底宜采用水冷，爐缸、爐底側(cè)壁應(yīng)設(shè)置有效冷卻設(shè)施，宜采用爐殼開孔少、界面少、容易施工、傳熱可靠的冷卻方式。

16、采用冷卻壁方式時(shí)應(yīng)注意冷卻壁間及冷卻壁與炭磚間的不定形材料的選擇和施工方法的選擇，防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)氣隙，影響爐缸的傳熱體系工作效應(yīng)。爐缸、爐底應(yīng)采用全碳磚或復(fù)合碳磚爐底結(jié)構(gòu)，并應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)碳磚砌筑。大型高爐采用碳磚、SiC磚對延長高爐壽命極為重要。在采用銅冷卻壁之后,高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉(zhuǎn)移到爐缸部位。所以加大對延長爐缸壽命已成為高爐長壽工作的重點(diǎn)工作。近年來，我國一批高爐出現(xiàn)爐缸水溫差升高的現(xiàn)象，甚至燒穿。應(yīng)當(dāng)采取綜合措施，解決這方面問題。風(fēng)口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)，一般使用剛玉莫來石磚，或棕剛玉磚，也可用熱壓碳磚NMA或NMD磚。高爐爐缸侵蝕的原因有：化學(xué)侵蝕、水蒸汽的

17、氧化、鋅和堿金屬、熱應(yīng)力的破壞。采用高導(dǎo)熱性的微孔碳磚，并對爐缸冷卻壁實(shí)行強(qiáng)化冷卻，使渣鐵形成凝固的1150溫度殘存于碳磚之中，并要使之遠(yuǎn)離冷卻壁。目前國內(nèi)外高爐爐缸、爐底結(jié)構(gòu)是有3種基本類型：一為大塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷墊；二是熱壓小塊碳磚，爐底設(shè)陶瓷墊；三是大塊或小塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷杯。上述3種結(jié)構(gòu)形式均有高爐長壽的實(shí)踐實(shí)例。國內(nèi)外高爐均已采用高導(dǎo)熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊結(jié)構(gòu)。高噴煤比的高爐，在操作上強(qiáng)調(diào)要活躍爐缸中心，又要求爐底中心要保持適當(dāng)?shù)臏囟?。因此，人們逐漸重視陶瓷墊的阻熱作用，也重視陶瓷墊壽命的提高，希望能獲得爐底中心溫度的適中。強(qiáng)化冷卻形成凝固層理論：在爐缸側(cè)壁采用有高導(dǎo)熱

18、的耐火材料600，18.4W/（m·K），20，6080W/（m·K）。進(jìn)行強(qiáng)化冷卻之后，高導(dǎo)熱耐材、低孔隙度就能阻止渣鐵的滲透，并具有高抗堿性能，可吸收部分熱應(yīng)力，配有高效的水冷卻系統(tǒng)條件下，就能將爐缸的熱量迅速地傳遞給冷卻水，將熱量帶出爐外，可有效地降低爐缸壁的溫度梯度，從而在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層（即鐵水凝固1150以下的等溫線，使?fàn)t底形成穩(wěn)定的“鐵殼”保護(hù)層），抵抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳”侵蝕，進(jìn)而獲得爐缸長壽，其關(guān)鍵是爐缸側(cè)壁的導(dǎo)熱能力。這部分選擇耐材的重點(diǎn)是導(dǎo)熱性、防滲透性和防止發(fā)生環(huán)形裂紋的優(yōu)質(zhì)耐材。對爐缸的維護(hù)，是強(qiáng)調(diào)發(fā)揮冷卻的效果，及時(shí)對

19、爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)常對容易形成空隙的部位進(jìn)行灌漿。帶爐底冷卻的綜合爐底是比較合理的結(jié)構(gòu)。在冷卻管上有碳搗層，其上面砌上23層碳磚。對于不同部位要使用不同性能的碳磚。鐵口以下是容易受到嚴(yán)重侵蝕的地方，要用抗?jié)B透性高的微孔碳磚；爐底的最底層要用具有高導(dǎo)熱性的碳化硅磚；其他部位是采用普通碳磚或微孔碳磚。對于鐵口以下的爐底周邊碳磚的長度要增大，以提高其抵抗鐵和堿金屬對此處的強(qiáng)烈滲透和侵蝕能力；磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細(xì)縫（<0.5mm）進(jìn)行砌筑。對于有“陶瓷杯”的綜合爐底結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)上有爭議。一些人認(rèn)為“陶瓷杯”的作用大,應(yīng)予加強(qiáng)；另一些人認(rèn)為，“陶瓷杯”在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)消失

20、掉，碳磚是起主導(dǎo)作用的，在爐缸側(cè)壁也使用高抗鐵水滲透和高導(dǎo)熱性、高密度的壓小碳磚。總體上評(píng)述，兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，均可實(shí)現(xiàn)高爐長壽，經(jīng)濟(jì)代價(jià)有所差異。高質(zhì)量的微孔、超微孔碳磚（高密度的碳化硅磚是在大于1400,8小時(shí)以上條件下的焙燒）和壓小塊碳磚得到推廣之后，我國高爐壽命得到顯著提高。美聯(lián)碳生產(chǎn)的小塊微空碳磚，熱壓成型，未經(jīng)高溫焙燒，就其本質(zhì)來說是類似于我國自燒炭磚，它適用于全碳結(jié)構(gòu)，不適用于陶瓷杯結(jié)構(gòu)；如將其用于陶瓷杯結(jié)構(gòu)，碳磚就沒有焙燒的機(jī)會(huì)，一旦陶瓷杯損壞，鐵水接觸碳磚就易造成溶蝕而出現(xiàn)漏鐵或燒穿事故；如用在全碳結(jié)構(gòu)，碳磚可得到自焙燒，磚質(zhì)量好，砌筑規(guī)范，可以獲得長壽，寶鋼3號(hào)4350m

21、3高爐用它，爐齡達(dá)到19年，我國自產(chǎn)的這種熱壓微孔小塊碳磚，質(zhì)量是好的，并不比美聯(lián)碳的差，但部分高爐的壽命短，其原因在于砌筑質(zhì)量差，也就是筑爐管理缺失或不到位，砌筑用漿不當(dāng)，磚縫過大造成投產(chǎn)后出現(xiàn)氣隙，甚至鐵水沿磚縫滲透。學(xué)術(shù)上，對使用小塊熱壓微空碳磚，有不同看法。認(rèn)為在800焙燒溫度下，碳磚不能得到炭化，砌筑縫隙大，又使用陶瓷杯，爐缸碳磚沒有形成最佳狀態(tài)，會(huì)影響高爐爐缸壽命。國內(nèi)大中型高爐基本上是否定了采用炭料搗打爐底，自焙燒制碳磚的工藝技術(shù)。7. 爐襯砌筑高爐爐襯砌筑是有冶金行業(yè)規(guī)定，各施工隊(duì)伍也均有與鋼鐵企業(yè)共識(shí)的高爐筑爐手冊，本文就不再分述。對于所使用的標(biāo)準(zhǔn)磚型、非標(biāo)準(zhǔn)磚型，也有相關(guān)的

22、砌筑標(biāo)準(zhǔn)。只是在具體砌筑中執(zhí)行的程度要及時(shí)進(jìn)行檢查和監(jiān)督。目前，影響高爐內(nèi)襯砌筑質(zhì)量的主要問題是，各部位砌體的磚縫實(shí)際控制值，特別是爐缸、爐底磚砌筑質(zhì)量的高低，對高爐長壽的影響較大。表1為高爐各部位砌體磚縫厚度。表1 高爐各部位砌體磚縫厚度砌磚部位轉(zhuǎn)縫厚度砌磚部位轉(zhuǎn)縫厚度黏土磚或高鋁磚砌體爐底0.5爐底耐熱混凝土周圍環(huán)狀砌體3.0爐缸（包括鐵口、渣口、風(fēng)口通道）0.5風(fēng)口平臺(tái)出鐵廠附近柱子的保護(hù)磚5.0爐腹和薄壁爐腰1.0碳磚砌體爐底薄縫2.5厚壁爐腰1.0爐身：上部冷卻箱以下1.5頂端斜接縫1.5 下部冷卻箱以上2.0爐缸薄縫2.0爐喉鋼磚區(qū)域3.0其他部位薄縫2.5爐頂砌磚2.0黏土磚保護(hù)

23、層砌體3.08. 高爐爐體冷卻系統(tǒng)高爐爐體、爐底宜采用軟水密閉循環(huán)冷卻。在水源充足、水質(zhì)好的地區(qū)也可采用工業(yè)水開路循環(huán)冷卻。對高爐爐襯必須要進(jìn)行冷卻。冷卻的作用：一是降低耐材的溫度，使其保持一定的強(qiáng)度，可以維持合理操作的爐型，實(shí)現(xiàn)延長高爐壽命和安全生產(chǎn)；二是促使?fàn)t襯形成保護(hù)性渣皮、鐵殼和石墨層，保護(hù)爐襯并代替爐襯工作；三是保護(hù)爐殼及金屬構(gòu)件，免受高溫的影響及減少破損；四是一些冷卻設(shè)備起到支撐部分爐襯。8.1 冷卻介質(zhì)種類冷卻介質(zhì)有水、風(fēng)、蒸汽3種。普遍采用的是水，它的熱容大、傳熱系數(shù)大、便于輸送、成本低，是較理想的冷卻介質(zhì)。天然水要經(jīng)過沉淀及過濾處理后，要去除水中的懸浮物雜質(zhì)，而溶解的雜質(zhì)未發(fā)

24、生變化，稱為普通工業(yè)凈化水。在我國南方，水中pH值低，其硬度<3.57mmol/L，低于40，懸浮物<200mg/t，可用。高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：以江河水、湖水等地表水為原水，經(jīng)常規(guī)處理產(chǎn)生低硬度的水時(shí)，高爐可采用開路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在水質(zhì)硬度高或較高的地區(qū)，應(yīng)對生產(chǎn)新水進(jìn)行軟化，并應(yīng)采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在氣象條件允許的地區(qū)，宜采用空氣冷卻器冷卻循環(huán)水。軟化水：將鈉離子經(jīng)過離子交換劑與水中鈣、鎂離子進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即軟化處理，去掉鈣、鎂離子，降低水的硬度，獲得軟化水。高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：一為冷卻可靠性高，冷卻效率高；二為水量消耗少；三為動(dòng)力消耗低；四為水處理

25、費(fèi)用低；五為冷卻水流管道中以及冷卻元件內(nèi)無腐蝕、結(jié)垢、氧化現(xiàn)象，也不會(huì)產(chǎn)生生物污垢；六為運(yùn)用了高靈敏度的檢測檢漏系統(tǒng)，可對每個(gè)冷卻回路都進(jìn)行水流量、流速、工作壓力以及壓力下降情況的精確分析。8.2 冷卻方式高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：高爐爐體、爐底應(yīng)采用軟水密閉循環(huán)冷卻。在水源充足，水質(zhì)好的地區(qū)可采用工業(yè)水開路循環(huán)冷卻。鑄鐵冷卻壁要求水質(zhì)的含氧量低。高爐應(yīng)根據(jù)不同用水水質(zhì)和壓力要求，分別設(shè)置供水系統(tǒng)，并應(yīng)根據(jù)不同水質(zhì)和水溫的要求串級(jí)使用。爐底的冷卻被整合進(jìn)行有回路的回形管中，要有一個(gè)膨脹罐。在流量控制及泄漏檢測中，應(yīng)使其波動(dòng)達(dá)±0.3的程度。實(shí)行分段供水：大高爐采取爐底冷卻、鐵口區(qū)冷

26、卻、軟熔帶冷卻，爐身的冷卻分開進(jìn)行。8.3 熱流強(qiáng)度和冷卻水量熱流強(qiáng)度是指冷卻介質(zhì)從每1m2冷卻面積所帶出的熱量。高爐的冷卻面積應(yīng)以爐殼內(nèi)的表面積為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。用冷卻壁的內(nèi)表面積作為冷卻面積進(jìn)行計(jì)算。高爐熱流強(qiáng)度最大的區(qū)域在爐身下部。爐身下部的熱流強(qiáng)度是隨著磚襯侵蝕程度而有很大的變化。在磚襯被完全侵蝕掉，或因操作條件變化造成渣皮脫落時(shí)，該部分的熱流強(qiáng)度會(huì)劇烈上升。這時(shí)表現(xiàn)出的數(shù)值為最大熱流強(qiáng)度值。開爐初期冷卻設(shè)備所承受的是最小熱流強(qiáng)度值。在整個(gè)爐役期內(nèi)熱流強(qiáng)度的算術(shù)平均值平均熱流強(qiáng)度值。熱流強(qiáng)度的參考值見表2。表2熱流溫度參考值部位最大值，w/m2峰值, w/m2爐身上部15000-2000

27、0爐身中部30000-40000爐腰和爐身下部50000-55000鑄鐵：80000， 銅：300000風(fēng)口帶，爐腹20000-35000風(fēng)口小套10000-1200023×106爐缸5000-6000上世紀(jì)70年代爐底安全操作的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：爐底熱流強(qiáng)度<16.7MJ/m2h為正常值，達(dá)到29.3 MJ/m2h為報(bào)警值，達(dá)到33.6 MJ/m2h為警戒值，達(dá)到50.23MJ/m2h為事故狀態(tài)。熱負(fù)荷達(dá)到12000kcal/m2h就是危急狀態(tài)。系統(tǒng)的最大負(fù)荷是各區(qū)段熱流強(qiáng)度的最大值與他們的面積乘積的總和。它是確定冷卻系統(tǒng)能力的主要參數(shù)之一。銅冷卻壁使用工業(yè)水冷卻時(shí)，其水速必須大于2

28、m/s，水的硬度必須小于8，避免產(chǎn)生硬質(zhì)垢，并需定期進(jìn)行殺菌無藻。在采用軟水或純水冷卻時(shí)，則要求水速大于1.5m/s。爐體：冷卻水壓力要比爐內(nèi)壓力高0.1MPa為宜。為防止水中懸浮物沉積，最低水速應(yīng)大于0.8m/s。高爐風(fēng)口冷卻水速>7.2m/s，2000m3以上容積的高爐風(fēng)口冷卻水速>9m/s。高爐爐體冷卻用水量是用每立方米有效容積每小時(shí)消耗水量來表示。高爐有效容積越大，單位容積小時(shí)耗水量會(huì)相對減少，其參考數(shù)據(jù)見表3。表3 高爐爐體冷卻水耗量高爐容積， m3300620100015004063耗水量，m3/m3.h2.01.61.411.31.68.4 安全供水高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)

29、范提出：高爐必須設(shè)置安全供水系統(tǒng)。列為強(qiáng)制性條款，嚴(yán)格要求。安全供水泵的定量為定額循環(huán)量的50，揚(yáng)程與電動(dòng)循環(huán)泵相同。要求柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間1530s。冷卻水的壓力取決于冷卻器的水阻損和爐內(nèi)壓力。立式冷卻壁的總阻損每米管子可考慮為0.270.78kPa；高爐平臺(tái)回水槽水箅處最低水壓要必須保持比風(fēng)壓高50。高爐容積和冷卻水壓參考值見表4。建議風(fēng)口區(qū)采用單獨(dú)供水，壓力為1.01.6MPa為宜。表4 冷卻水最低壓值爐容，m33006201000主管及風(fēng)口區(qū)，MPa0.25-0.300.3-0.340.34-0.4爐體中部， MPa0.15-0.200.20-0.250.25-0.30爐體上部，MPa0.

30、10-0.140.14-0.160.16-0.208.5 水溫和水溫差高爐各部位的熱流強(qiáng)度與水速、水溫、進(jìn)出口水溫差有著直接關(guān)系。進(jìn)水溫度是與大氣溫度和回水狀態(tài)有關(guān)，一般企業(yè)是：夏季天為3035，冬天為2325。表5為冷卻設(shè)備進(jìn)出水溫差參考值。表5 冷卻水溫控制值 爐容 m33006001000爐身上部10-1410-1410-14下部10-1410-148-12爐腰8-128-127-12爐腹10-148-127-10風(fēng)口周圍4-63-53-5爐缸<4<4<4風(fēng)渣口大套3-53-55-6風(fēng)渣口二套3-53-57-88.6 水冷爐底水冷爐底較風(fēng)冷爐底冷卻強(qiáng)度大，能耗低。目前，

31、國內(nèi)外大型高爐普遍采用水冷爐底形式；其供水方式可有兩種，一種由爐缸排水供給，另一種為由爐體給水總管供水。9. 高爐爐體維護(hù)對爐體各部位爐襯進(jìn)行監(jiān)測，控制爐內(nèi)煤氣流的邊緣發(fā)展，進(jìn)行噴補(bǔ)爐襯和科學(xué)維護(hù)等手段均可有延長高爐壽命的效果。9.1 建立完善的監(jiān)控設(shè)施對冷卻水溫差進(jìn)行監(jiān)測十分重要，尤其在高爐薄弱部位加強(qiáng)監(jiān)測。目前大部分高爐是用人工監(jiān)測。水溫差是直接反映出相應(yīng)部位冷卻壁承受熱負(fù)荷的狀態(tài)，可判斷爐襯破損的情況。因此，要求每個(gè)班均要對冷卻壁水溫差情況變化進(jìn)行觀察記錄，及時(shí)進(jìn)行分析。對超過允許范圍水溫差變化部位要及時(shí)采取相應(yīng)措施。尤其是爐缸部位的水溫差升高要及時(shí)進(jìn)行科學(xué)判斷，可采取清洗冷卻壁，提高供

32、水壓力，增加供水量，減少冷卻壁供水串聯(lián)數(shù)量等措施。對冷卻壁水溫差值超過規(guī)定值時(shí)，可堵相應(yīng)部位風(fēng)口，布料適當(dāng)加重邊緣礦石，改用新水強(qiáng)化冷卻；以至于提高爐溫，進(jìn)行釩鈦礦護(hù)爐等措施。工作良好的監(jiān)測系統(tǒng)可以及時(shí)預(yù)警爐缸工作狀態(tài)，從而采取有效措施，降低爐缸燒穿風(fēng)險(xiǎn)。多座高爐爐缸燒穿是在沒有征兆的前提下發(fā)生的。高爐建設(shè)時(shí)應(yīng)在爐底、爐缸、爐腹、爐腰、爐身內(nèi)襯均應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的測溫裝置，可直接掌握相應(yīng)部位內(nèi)襯的溫度、侵蝕情況，其靈敏度和可靠性均高于冷卻水水溫差。目前存在的主要問題：一是監(jiān)測點(diǎn)過少，二是監(jiān)測設(shè)備失靈。 9.2 冷卻設(shè)備破損監(jiān)測和處理冷卻設(shè)備破損漏水要及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行處理。冷卻設(shè)備破損后漏水會(huì)直

33、接影響到爐缸碳磚的壽命。碳和石墨在氧化氣氛中可氧化成氣態(tài)，400就能被氧化，500和水發(fā)生氣化作用，700時(shí)開始和CO2發(fā)生反應(yīng)，均生成CO氣體，而使碳磚破損。碳化硅在高溫條件下也會(huì)緩慢發(fā)生氧化作用。爐缸中漏水，是氧的主要來源。不少大修后發(fā)現(xiàn)爐缸碳磚破損嚴(yán)重的部位，大多數(shù)是在生產(chǎn)過程中曾有過大量漏水的記錄。所以，對于冷卻設(shè)備漏水，一定要及時(shí)進(jìn)行處理。特別是風(fēng)口壞，不允許等湊對再去換掉。冷卻壁損壞嚴(yán)重時(shí)，可在相應(yīng)部位插入冷卻棒（柱形鑄銅冷卻器），壓入硬質(zhì)耐火泥，可維持高爐正常生產(chǎn)。冷卻壁大面積破損，可在中修時(shí)進(jìn)行更換。新冷卻壁背后要灌漿，表面要噴涂一層耐火材料，要防止出現(xiàn)板間的間隙。對已壞冷卻壁

34、的再生法：用直徑小于進(jìn)水管的波文管（耐壓、不銹鋼）穿入冷卻壁內(nèi)管之中。兩管之間用導(dǎo)熱性好的耐火材料填充。9.3 爐襯噴涂修補(bǔ)在高爐生產(chǎn)的后期，爐襯破損較嚴(yán)重，難以維持合理操作爐型，冷卻設(shè)備也容易暴露出來，易損壞。為此，有必要停爐，控料線，進(jìn)行散狀耐火材料噴補(bǔ)（有普通噴補(bǔ)、長槍噴補(bǔ)和遙控噴補(bǔ)3種方法），在殘存磚或冷卻器表面附著一定厚度的耐材，可替代重新砌筑的耐火磚襯，恢復(fù)爐型。為使噴補(bǔ)料粘附力強(qiáng)，可在泵底板上安裝一些鉚釘或鐵網(wǎng)。濕法噴補(bǔ)要少用水，或不用水，可提高其強(qiáng)度。噴補(bǔ)維持的效果可在6個(gè)月至1年以上，聯(lián)合榮大有較好的技術(shù)業(yè)績。噴補(bǔ)爐襯后，高爐有合理爐型，對實(shí)現(xiàn)好的生產(chǎn)指標(biāo)有重大作用。寶鋼、首

35、鋼等企業(yè)均有成功的經(jīng)驗(yàn)。9.4 灌漿修補(bǔ)法對爐皮發(fā)紅，煤氣串通嚴(yán)重的部位，爐缸冷卻壁水溫差高的部位可以進(jìn)行灌漿。利用特殊壓入設(shè)備，在一定壓力下，通過管道把特定的耐火材料從爐子外部輸送到需要維護(hù)的部位，達(dá)到充填空隙和修補(bǔ)爐襯的作用。這是可以在不停爐情況下對爐襯進(jìn)行維修。只限于局部位置，量也比較小。灌漿壓入維修有充填式維修和造襯式維修兩種，聯(lián)合榮大可提供專業(yè)服務(wù)。9.5.爐缸澆注風(fēng)口大套以下,鐵口中心線以上的爐墻進(jìn)行整體澆注,使用一種高強(qiáng)度,高導(dǎo)熱,耐渣鐵侵蝕的新型爐缸內(nèi)襯材料,在炭磚破壞較嚴(yán)重的情況下,可形成一個(gè)新的爐襯.其厚度可在200-400mm.施工前要先清理好,一些疏松的物質(zhì)也要清理掉.

36、 支好模具后進(jìn)行澆注, 澆注后要進(jìn)行烘烤.選用聯(lián)合榮大可實(shí)現(xiàn)數(shù)年的正常生產(chǎn).10. 高爐操作維護(hù)高爐長壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要貫穿于高爐生產(chǎn)的全過程之中，在生產(chǎn)過程中要對爐體進(jìn)行精心維護(hù)和操作，對開爐初期、生產(chǎn)中期和爐役后期的3個(gè)階段要采取不同的維護(hù)手段，來促進(jìn)高爐長壽。10.1 保證冷卻設(shè)備的高質(zhì)量安裝冷卻設(shè)備到廠后要進(jìn)行檢驗(yàn)，包括外觀和內(nèi)在的質(zhì)量。外觀要平整，無裂紋，進(jìn)出水管接頭要牢固，絲扣好。對冷卻設(shè)備先進(jìn)行清掃，再進(jìn)行通球?qū)嶒?yàn)，再進(jìn)行通水打壓數(shù)小時(shí)，觀察是否有泄漏等。要按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)對各類冷卻設(shè)備進(jìn)行安裝，并要有施工監(jiān)理。對安裝好的冷卻設(shè)備要用高壓水進(jìn)行管道清掃，清除管內(nèi)雜物，并要進(jìn)行數(shù)小

37、時(shí)的試壓階段。用工業(yè)凈化水沖洗之后要進(jìn)行化學(xué)清洗除銹斑。清洗后的管道要進(jìn)行鈍化預(yù)膜處理。10.2 合理開爐操作開爐時(shí)使用鐵品位低、渣量大的爐料，以生產(chǎn)大量爐渣，很快形成渣皮，保護(hù)爐襯，防止煤氣流的沖刷。開爐時(shí)要有一定時(shí)間的高爐溫階段，使?fàn)t缸內(nèi)形成穩(wěn)定的渣鐵沉積，以利于保護(hù)爐缸、爐底；也有利于爐襯內(nèi)的水份得以充分地蒸發(fā)、溢出。目前，我國有些高爐開爐實(shí)行快速達(dá)產(chǎn)，是不利于爐襯水從蒸發(fā)，磚襯逐漸膨脹定位，是不利于高爐長壽。10.3 改善爐料質(zhì)量，為優(yōu)化高爐操作創(chuàng)造好條件爐料轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度高，粒度均勻，含有害雜質(zhì)少，冶金性能好，可使高爐實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)。爐料質(zhì)量高，就會(huì)使?fàn)t料和軟熔帶透氣性好，煤氣流分布均勻，

38、煤氣壓力損失少，有利于高爐進(jìn)行強(qiáng)化冶煉。高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范提出了對爐料質(zhì)量的具體要求。10.4 進(jìn)行科學(xué)布料，控制邊緣煤氣流發(fā)展使用無料鐘爐頂設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)大礦批、正分裝，中心加焦，定點(diǎn)布料等方式上料。工長操作完全可以控制爐內(nèi)邊緣煤氣流的過分發(fā)展，降低煤氣對爐墻的沖刷，是有利于高爐長壽。高爐爐役后期，爐型不規(guī)則，邊緣煤氣流不易控制，渣皮不穩(wěn)定，局部區(qū)域爐皮發(fā)紅，冷卻設(shè)備易破損，高爐生產(chǎn)不好操作。這時(shí)，工長們就要充分利用好上下部調(diào)劑相結(jié)合的手段，使用可以促進(jìn)延長高爐壽命的操作手段進(jìn)行工作。例如，在布料矩陣變化不大的前提下，逐步擴(kuò)大布礦區(qū)域，力求料面趨于平坦，適度發(fā)展中心氣流，抑制邊緣煤氣流；在冷

39、卻壁、風(fēng)口易壞的部位換上長風(fēng)口，縮小風(fēng)口徑，提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，改善爐缸工作狀況等。一些中小高爐采用大風(fēng)量、高冶煉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，會(huì)過分發(fā)展邊緣煤氣流，破壞爐墻，使高爐壽命降低?，F(xiàn)在，要轉(zhuǎn)變高爐煉鐵經(jīng)營理念，不能再追求高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)中等冶煉強(qiáng)度操作，要追求低燃料比，低成本，高爐長壽。10.5 進(jìn)行釩鈦礦護(hù)爐在爐缸冷卻壁水溫差超過規(guī)定范圍時(shí)，要進(jìn)行綜合技術(shù)分析：水溫差升高的冷卻壁進(jìn)出水量是否正常？周邊的冷卻壁水溫差是否也隨之有變化？水溫差升高的速度和發(fā)展趨勢如何？要查看水溫差變化的歷史記錄，并要用表面溫度計(jì)對相應(yīng)部位的爐皮溫度進(jìn)行測量等現(xiàn)象進(jìn)行綜合判斷。如確認(rèn)，該冷卻壁水溫差升高能夠真實(shí)地反映出該部位爐襯侵蝕嚴(yán)重后，要及時(shí)采取一切有效措施，盡快將水溫差值降下來。包括對該地區(qū)冷卻壁進(jìn)行清掃，加大通水壓力和水量，甚至可用清潔冷水專門進(jìn)行冷卻；對該部分爐內(nèi)施實(shí)灌漿；堵相應(yīng)部位風(fēng)口，改煉高標(biāo)號(hào)生鐵等。使用釩鈦礦進(jìn)行護(hù)爐是對爐缸、爐底爐襯進(jìn)行保護(hù)的有效方法。釩鈦礦護(hù)爐的機(jī)理：TiO