高爐高效、長壽綜合技術(shù)發(fā)展

高爐高效、長壽綜合技術(shù)發(fā)展高爐長壽一直是高爐工作者不斷追求的目標(biāo)。長期致力于高爐長壽技術(shù)研究和應(yīng)用，老一輩“鋼設(shè)總院”煉鐵專家為我國高爐長壽技術(shù)進(jìn)步做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。上世紀(jì)80年代開始，引進(jìn)消化國外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)高爐長壽系列技術(shù)，“九五”期間，參加國家“長壽高效高爐技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目并承擔(dān)了包括“軟水密閉循環(huán)的檢漏及分區(qū)冷卻技術(shù)”、“軟水密閉循環(huán)的檢漏技術(shù)及應(yīng)用”、“按熱負(fù)荷區(qū)域的分區(qū)冷卻技術(shù)研究及應(yīng)用”、“軟水密閉循環(huán)冷卻檢漏技術(shù)在高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用”、“長壽高效高爐設(shè)計(jì)規(guī)范的研究”、“長壽高效高爐設(shè)計(jì)”、“長壽高效高爐設(shè)計(jì)規(guī)范編制”在內(nèi)的多個(gè)科技開發(fā)課題。該期間經(jīng)過行業(yè)煉鐵工作者的不斷努力，國內(nèi)高爐設(shè)計(jì)壽命從8年提高到了12年，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著高爐冷卻技術(shù)及優(yōu)質(zhì)耐火材料的發(fā)展，高爐壽命得到了很大提高。近年來，中冶京誠高爐長壽系列技術(shù)在新型爐體冷卻結(jié)構(gòu)、完全導(dǎo)熱型爐底爐缸設(shè)計(jì)體系、軟水密閉循環(huán)冷卻等方面不斷突破，獲得了多項(xiàng)國家專利，得到了用戶肯定，持續(xù)推動(dòng)我國高爐長壽技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化冶煉的效果，為眾多企業(yè)贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)上世紀(jì)80年代以前，我國高爐冷卻系統(tǒng)以工業(yè)水作為介質(zhì)。由于工業(yè)水中碳酸鹽的沉積，在冷卻設(shè)備的通道壁上容易結(jié)垢。水垢的形成是造成冷卻設(shè)備過熱直至燒毀的重要原因，在水硬度高的我國北方地區(qū)尤為嚴(yán)重。1984年4月，中冶京誠在國內(nèi)率先提出“關(guān)于高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的意見”。1985年，在消化吸收德國軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)的基礎(chǔ)上，中冶京誠對(duì)國內(nèi)各大設(shè)計(jì)院煉鐵專業(yè)的設(shè)計(jì)同行就高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了培訓(xùn)，推動(dòng)了軟水密閉循環(huán)技術(shù)的推廣應(yīng)用。1986年，中冶京誠完成了太鋼3號(hào)高爐局部采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的工業(yè)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)工作，并于1987年7月在太鋼3號(hào)高爐投入運(yùn)行。配合氮化硅結(jié)合的碳化硅磚高爐內(nèi)襯，明顯地提高了高爐冷卻效果，延長了高爐的壽命。高爐用水消耗大量降低，能耗減少，爐體工作穩(wěn)定，水管不結(jié)垢，冷卻設(shè)備壽命長，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。1989年通過技術(shù)鑒定，并獲得冶金部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該技術(shù)的成功，為我國高爐冷卻技術(shù)填補(bǔ)了一項(xiàng)空白。與此同時(shí)，中冶京誠又從西德GHH引進(jìn)了軟水密閉循環(huán)冷卻及球墨鑄鐵冷卻壁制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備國內(nèi)制造，完成了高爐本體及熱風(fēng)閥的軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。投產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果表明，冷卻可靠性好，水量消耗少，電力消耗低。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)有效延長高爐壽命，從而顯著減少了高爐大、中修費(fèi)用和停產(chǎn)引起的經(jīng)濟(jì)損失。該技術(shù)使我國的高爐設(shè)計(jì)壽命提高至12年以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平，至今仍被廣泛應(yīng)用。爐體冷卻設(shè)備高爐侵蝕是一種非常復(fù)雜的過程，存在各種侵蝕，同時(shí)，又同高爐的操作密切相關(guān)，但是，總體來講，決定高爐壽命的關(guān)鍵在爐缸和爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域。解決爐缸壽命關(guān)鍵在于優(yōu)質(zhì)的耐材和適宜的冷卻；爐腹、爐腰、爐身下部情況更為復(fù)雜，它與爐體冷卻結(jié)構(gòu)、冷卻設(shè)備本身結(jié)構(gòu)及材質(zhì)、高爐操作制度等密切相關(guān)。從設(shè)計(jì)出發(fā)，解決爐腹、爐腰、爐身下部壽命關(guān)鍵是冷卻結(jié)構(gòu)，此部位最好的耐材是安全、穩(wěn)定的渣皮，因此，采用什么冷卻結(jié)構(gòu)，保證渣皮穩(wěn)定是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。高爐冷卻設(shè)備技術(shù)的發(fā)展就是強(qiáng)化冷卻的發(fā)展過程。冷卻壁最早起源于蘇聯(lián)，在日本得到了充分發(fā)展，后來德國發(fā)明了銅冷卻壁，使冷卻強(qiáng)化做到了極致。同樣，冷卻板的發(fā)展與冷卻壁類似，材質(zhì)從鑄鐵到銅，結(jié)構(gòu)從單通道到4通道、6通道、8通道，也都是強(qiáng)化冷卻的過程。中冶京誠一直不斷追求冷卻設(shè)備技術(shù)進(jìn)步。1988年，和武漢機(jī)械研究所合作最先研制了一種能適應(yīng)高爐嚴(yán)酷工況條件的高韌性鐵素體基球墨鑄鐵冷卻壁。它的綜合性能優(yōu)良，延伸率、耐熱疲勞性能都遠(yuǎn)高于低鉻鑄鐵和普通鑄鐵，達(dá)到和超過日本、德國所使用的同類材質(zhì)，為延長冷卻壁的壽命創(chuàng)造了極為有利的條件，獲得了武漢市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。為了再進(jìn)一步提高冷卻壁的使用壽命和冷卻效果,“九五”期間中冶京誠進(jìn)行了高爐銅冷卻壁設(shè)計(jì)研制，與華新冶金設(shè)備廠合作，成功研制出國產(chǎn)第一塊銅冷卻壁。在此基礎(chǔ)上，“十五”期間中冶京誠參加了國家創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃“高爐銅冷卻壁的制造與應(yīng)用”，自主設(shè)計(jì)了國內(nèi)首套銅冷卻壁，2005年8月獲得鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)和金屬學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，2006年2月獲得北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，2007年2月獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。國家創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃“高爐銅冷卻壁的制造與應(yīng)用”的成功開發(fā)，使得銅冷卻壁在我國高爐上得到廣泛應(yīng)用，高爐設(shè)計(jì)壽命提高到15年以上，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。冷卻板技術(shù)也在同期取得了長足進(jìn)步。1997年，中冶京誠針對(duì)寶鋼1號(hào)高爐大修，強(qiáng)化冷卻爐體關(guān)鍵部位，將日本4通道冷卻板改進(jìn)為6通道銅冷卻板的強(qiáng)化冷卻結(jié)構(gòu)。隨后，針對(duì)板壁結(jié)合高爐，開發(fā)了爐腰冷卻板，焊接鋼冷卻板，6通道、8通道銅冷卻板，銅鋼一體冷卻板，插入式球墨鑄鐵冷卻板；針對(duì)薄壁高爐，開發(fā)了嵌入式銅冷卻板（條）等。自上世紀(jì)80年代開始，中冶京誠研發(fā)的板壁結(jié)合高爐冷卻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，并取得了良好的長壽效果。南昌方大特鋼1300m3高爐，采用銅冷卻板加球墨鑄鐵冷卻壁結(jié)構(gòu)，2006年1月投產(chǎn)至2018年大修，一代爐役13年；本鋼1070m3高爐采用球墨鑄鐵冷卻壁加插入式球墨鑄鐵冷卻板，一代爐役13.2年；梅山3號(hào)1250m3高爐，采用球墨鑄鐵冷卻壁加焊鋼冷卻板，一代爐役達(dá)13.6年。在多年板壁結(jié)合高爐設(shè)計(jì)和研究的基礎(chǔ)上，2012年，中冶京誠吸取薄壁高爐結(jié)構(gòu)理念，開發(fā)了國際獨(dú)創(chuàng)的新型爐體冷卻結(jié)構(gòu)（圖1），至今獲得國家專利14項(xiàng)，并在奧地利維也納國際鋼鐵大會(huì)上進(jìn)行主題宣講，博得了廣泛好評(píng)。新型爐體冷卻結(jié)構(gòu)繼承了板壁結(jié)合和薄壁的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮了銅的冷卻效果好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了板壁結(jié)合結(jié)構(gòu)開孔面積大、施工難度大，以及銅冷卻壁過度冷卻帶來的渣皮頻繁脫落的缺點(diǎn)，降低了板壁結(jié)合高爐的投資。日前，已在20余座大、中型高爐成功應(yīng)用。圖1高爐新型爐體冷卻結(jié)構(gòu)長壽高爐爐型結(jié)構(gòu)風(fēng)口帶與爐腹的過渡區(qū)域受回旋區(qū)的影響，導(dǎo)致過渡區(qū)域的冷卻設(shè)備損壞嚴(yán)重。針對(duì)該問題，中冶京誠首創(chuàng)開發(fā)了薄壁風(fēng)口帶爐腹區(qū)的過渡銜接技術(shù)（a法則），如圖2所示，爐腹區(qū)冷卻壁熱面頂點(diǎn)與風(fēng)口中套上沿連線與冷卻壁熱面要

保證合適的角度a從而保證爐腹冷卻壁能夠穩(wěn)定掛渣，并形成支撐，同時(shí)遠(yuǎn)離風(fēng)口回旋區(qū)，使得爐腹角具有一定的自然調(diào)整范圍，延長冷卻設(shè)備壽命。tt■tt■圖2過渡銜接技術(shù)針對(duì)矮胖型高爐爐身角較小的問題，中冶京誠首創(chuàng)開發(fā)了變錐度爐身結(jié)構(gòu)。矮胖型高爐的應(yīng)用越來越廣泛，但其較小的爐身角導(dǎo)致冷卻壁渣皮不穩(wěn)定，冷卻壁壽命短。如圖3所示，開發(fā)變錐度爐身結(jié)構(gòu)，爐身上部爐殼的爐身角為B，爐身下部爐殼的爐身角為e（e>p），這樣既能保證爐身的矮胖型結(jié)構(gòu)，同時(shí)加大了爐身下部的爐身角，有利于冷卻壁渣皮的穩(wěn)定性，而且這種結(jié)構(gòu)有利于減小鐵礦石和燒結(jié)礦（球團(tuán)礦）發(fā)生低溫粉化和低溫膨脹后對(duì)于爐料透氣性的影響，改善透氣性為強(qiáng)化高爐冶煉創(chuàng)造有利條件。

/〔卜、/〔卜、夕圖3變錐度爐身結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱型復(fù)合爐底爐缸結(jié)構(gòu)國內(nèi)外高爐傳統(tǒng)的爐底爐缸結(jié)構(gòu)可歸納為兩種：隔熱型復(fù)合結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱型全炭磚結(jié)構(gòu)。針對(duì)傳統(tǒng)爐底爐缸結(jié)構(gòu)存在的問題，中冶京誠提出了一種新型的爐缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，首創(chuàng)研發(fā)了導(dǎo)熱型復(fù)合爐底爐缸結(jié)構(gòu)（圖4），利用“超微孔炭磚+陶瓷復(fù)合材料（導(dǎo)熱型）”，綜合炭磚的高導(dǎo)熱性能及陶瓷復(fù)合材料抗渣鐵侵蝕性能；通過合理的溫度梯度設(shè)計(jì)，使傳熱體系穩(wěn)定有效，避免炭磚脆化；陶瓷復(fù)合材料中的陶瓷相與渣鐵凝滯層的粘結(jié)性好，渣鐵凝滯層不易脫落，有效保護(hù)爐底爐缸耐材實(shí)現(xiàn)長壽。BOOX5OOXBOOX5OOX圖4導(dǎo)熱型復(fù)合結(jié)構(gòu)黨的十九大提出了“提高全要素生產(chǎn)率”的要求。延長高爐壽命可以有效提高高爐生產(chǎn)效率，大幅度降低大修投資和減產(chǎn)損失，提高經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行、高效低耗的重要保障。同時(shí)，延長高爐壽命也是高爐大型化的重要技術(shù)支撐和現(xiàn)代高爐技