高爐長壽技術(shù)的應(yīng)用與研究

楊飛

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

1 緒論

高爐長壽項(xiàng)目是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，需要在設(shè)計(jì)、選材、建造、生產(chǎn)以及維護(hù)等各方面都進(jìn)行妥善的處理，才能達(dá)到良好的效果。要想完成這一過程，需要使用新技術(shù)、新設(shè)備，并結(jié)合一系列的生產(chǎn)管理措施，來使高爐達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗以及長壽的目的。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對選擇的爐型、耐火磚、噴涂料等方面分別進(jìn)行優(yōu)化，以便達(dá)到最好的綜合效果，使高爐的壽命達(dá)到最大。隨著與高爐長壽相關(guān)研究的不斷深入，所涉及的因素也越來越多，因此高爐的壽命也在不斷延伸，這就使高爐的經(jīng)濟(jì)效益變得更好。

高爐長壽對于生產(chǎn)來說至關(guān)重要，高爐壽命的延長自然會減少生產(chǎn)成本，增加生產(chǎn)效益。根據(jù)國內(nèi)外的研究結(jié)果，高爐長壽的決定性因素包括：設(shè)計(jì)情況、設(shè)備質(zhì)量、耐火材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、燃料情況，以及生產(chǎn)過程中的操作和維護(hù)等。

在國內(nèi)，隨著設(shè)計(jì)和制造水平的提升，我國高爐壽命有了極大的改善。然而與國外相比，我國高爐壽命在整體上仍有較大的差距。本文針對高爐長壽的不同影響因素進(jìn)行分別論述，包括對長壽高爐設(shè)計(jì)理念的研究、高爐操作規(guī)范的論述和對高爐長壽相關(guān)發(fā)展趨勢的研究。

2 影響高爐壽命的因素

2.1 高爐爐型設(shè)計(jì)

高爐的爐型一般是在同類高爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和改進(jìn)，從而得到發(fā)展。隨著設(shè)計(jì)方案的不斷演進(jìn)，高爐的爐型主要向著矮胖型發(fā)展。通過高爐設(shè)計(jì)實(shí)踐可以得出：加深死鐵層的深度，可以減少鐵水對內(nèi)襯的沖蝕作用；而加大爐缸的高度和直徑，則有助于高爐大噴煤的操作，對生產(chǎn)效率有較好的提升作用；爐腹角與爐身角、高徑比的調(diào)整，對爐腹煤氣的上升有幫助，能夠使料柱的透氣性有所改善，從而保證爐料和煤氣的平穩(wěn)運(yùn)行，并減少煤氣流對爐腹和爐身的熱沖擊，從而減少內(nèi)襯與冷卻器的機(jī)械磨損，這樣就保證了高爐的平穩(wěn)運(yùn)行，從而達(dá)到長壽的目的。

2.2 爐襯耐火材料

高爐內(nèi)的工作情況比較復(fù)雜，因此要想保證爐襯的長壽，需要根據(jù)爐襯受侵蝕的狀況，找出侵蝕的原因，從而有針對性地構(gòu)建爐襯的結(jié)構(gòu)，選擇合適的材料，以保證高爐長壽。

根據(jù)“永久爐襯”的設(shè)計(jì)理念，為了使?fàn)t襯的熱面能夠在強(qiáng)化冷卻下建立起較為穩(wěn)定的凝結(jié)渣鐵保護(hù)層，爐襯材料應(yīng)選擇熱導(dǎo)率較高的超微孔炭磚。此時(shí)為了防止炭磚受渣鐵侵蝕而導(dǎo)致的磨損，需要在炭磚的熱面加上厚度為200～300mm的微孔剛玉磚。在爐底則需要在炭磚上面鋪設(shè)2層莫來石磚，最下層則設(shè)計(jì)為400mm的石墨磚并布設(shè)爐底水冷管。內(nèi)襯的炭磚以及半石墨炭磚在鐵水侵蝕后的情況表征見圖1。

圖1 炭磚受鐵水侵蝕后的情況

2.3 高爐冷卻設(shè)備及其冷卻

影響高爐壽命的主要因素，在于高爐冷卻系統(tǒng)的冷卻效率，要想提高冷卻效率就需要爐墻熱面的溫度能夠在克服鐵水侵蝕和機(jī)械磨損后冷卻，得到穩(wěn)定的渣壁。軟熔帶的高熱負(fù)荷區(qū)和爐缸鐵口侵蝕區(qū)，是冷卻的關(guān)鍵部位，對于高爐壽命有著決定性的影響。

高爐冷卻設(shè)備種類繁多，主要包括冷卻板、冷卻壁、板壁復(fù)合、冷卻壁+支梁水箱等形式。而冷卻壁逐漸從傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)化為澆筑型。澆筑型是將耐火材料澆筑進(jìn)鐵基鑄件當(dāng)中，使耐火磚鑲進(jìn)有錐度的肋條之間，從而保證磚材的牢固，防止其脫落。當(dāng)前冷卻水管的設(shè)計(jì)也改為排布在冷卻壁的邊角部分，并且采用復(fù)合孔型。

相比冷卻板的設(shè)計(jì)形式，冷卻壁具有明顯的優(yōu)勢。包括：能夠?qū)t殼進(jìn)行均勻的冷卻，并縮減冷卻壁的厚度，保證高爐有著較大的內(nèi)容積。而其缺點(diǎn)則主要體現(xiàn)在修理和更換的困難上?？傮w來看，立式冷卻壁在高爐的運(yùn)行中有著較好的表現(xiàn)，因而得到了廣泛的運(yùn)用。在冷卻方面，除了冷卻設(shè)備的選取，也要注意冷卻的強(qiáng)度是否足夠，并注意冷卻水量的調(diào)節(jié)，以便實(shí)際運(yùn)行時(shí)保證高爐冷卻的較好效果。

3 高爐長壽技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.1 高爐長壽項(xiàng)目概述

本文以攀鋼的1350m3高爐長壽項(xiàng)目實(shí)踐為例，分析高爐長壽技術(shù)的應(yīng)用情況。為延長高爐的使用壽命，保證高爐的透氣性，弱化崩料和懸料的影響，減少爐缸堆積，爐型的設(shè)計(jì)采用了深爐缸矮胖型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。具體的爐型設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

為保證高爐中部死料柱的懸浮，死鐵層的設(shè)計(jì)深度由800mm加深至1500mm，以便打開料柱下部的通道。在高爐的出鐵過程中，料柱的懸浮使鐵水可以從下部流向鐵口，就避免了鐵水環(huán)流對爐缸下部的蒜頭狀侵蝕，也就延長了爐缸的壽命。設(shè)計(jì)爐缸高度3500mm，同時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大了風(fēng)口的回旋區(qū)，使得高爐強(qiáng)化的同時(shí)，保證了爐缸內(nèi)充足的熱量，并可消除爐缸內(nèi)的堆積，加快了達(dá)產(chǎn)。減小爐腹角至79°16′32″，以便煤氣流的均勻分布，減少對爐腹渣皮的沖蝕，保證爐腹冷卻壁渣皮的順利生成，這樣就能夠讓爐腹的壽命得到增長。

3.2 高爐冷卻設(shè)備及其冷卻設(shè)計(jì)

攀鋼高爐自下而上設(shè)置14段冷卻壁，覆蓋從爐底到爐身上部的各個位置。冷卻設(shè)備選用全冷卻壁，風(fēng)口及下部設(shè)4段，使用耐熱鑄鐵搭建；爐腹第5段至爐身上部第11段使用全覆蓋鑲磚冷卻壁，其中5～7段選擇鑄鋼全覆蓋鑲磚冷卻壁，8～11段選擇球墨鑄鐵全覆蓋式鑲磚冷卻壁，爐身段冷卻壁結(jié)構(gòu)為板壁結(jié)合的形式；上部12～14段使用倒C型冷卻壁，結(jié)合使用軟水密封循環(huán)冷卻，能夠防止結(jié)垢，保證冷卻強(qiáng)度和冷卻的效果，并減少水的使用。冷卻系統(tǒng)選擇軟水密閉循環(huán)與工業(yè)水開路冷卻2種冷卻系統(tǒng)相結(jié)合。在全冷卻壁的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同的冷卻系統(tǒng)和方案，以保證高爐爐壁的冷卻效果，提升爐墻的掛渣能力，從而保證高爐的長壽。

3.3 高爐爐襯結(jié)構(gòu)及耐火材料

3.3.1 高爐爐缸結(jié)構(gòu)及材質(zhì)

在充分對比、論證采用國產(chǎn)熱壓小炭塊與剛玉莫來石共同組成陶瓷杯結(jié)構(gòu)和釩鈦高爐復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)后，仍然采用改進(jìn)型的釩鈦高爐復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。爐底采用復(fù)合莫來石磚、超致密粘土磚及半石墨碳磚相結(jié)合的復(fù)合爐底。復(fù)合爐底結(jié)構(gòu)由9層耐火磚組成，厚度約3600mm，從下往上依次為：2層半石墨碳磚（2×400mm）、2層超致密粘土磚（2×400mm）、3層復(fù)合莫來石磚（2×400mm）、2層超致密粘土磚（3×400mm）；爐缸全部采用復(fù)合莫來石磚；保護(hù)磚采用粘土磚并砌至爐腹，完成長壽高爐的爐底爐缸設(shè)計(jì)。在這一結(jié)構(gòu)下，鐵水直接接觸陶瓷磚，其侵蝕要弱于炭磚所受的侵蝕，同時(shí)炭磚可以繼續(xù)發(fā)揮其導(dǎo)熱性，利用1150℃的鐵水凝固溫度線，將鐵水控制在復(fù)合莫來石磚包圍圈的內(nèi)部。因此，炭磚不需要接觸鐵水，所受侵蝕較小，因而可以長久平穩(wěn)運(yùn)行，有效增加了高爐的使用壽命，并從一定程度上提高鐵水溫度。風(fēng)、渣、鐵口均使用剛玉泥漿和搗打料，并采用微孔剛玉組合磚來砌筑。

3.3.2 爐腰及爐身內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和材質(zhì)

高爐生產(chǎn)中，往往憑借渣皮維持高爐運(yùn)行。根據(jù)高爐的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得知，爐襯的厚薄對高爐長壽的影響不大，而主要依靠高爐渣皮的“生成-維持-脫落-迅速再生成”的動態(tài)平衡，來增加高爐壽命。因此設(shè)計(jì)中使用薄爐襯。高爐爐腹、爐腰以及爐身中下部分的內(nèi)襯，選用的是Si3N4/SiC磚，能夠減少爐渣的侵蝕，并具有很好的導(dǎo)熱能力和抗熱震能力。爐身中上部則使用微孔鋁炭磚，以保證內(nèi)襯材料的抗堿金屬性和耐磨性，并提供強(qiáng)大的導(dǎo)熱能力。

爐身最上部使用的是磷酸鹽浸漬粘土磚，同樣具有抗堿金屬侵蝕和耐磨的特性，在內(nèi)襯與冷卻壁之間壓入無水壓入泥漿，冷卻壁槽內(nèi)則噴涂FN-140耐火涂料。

攀鋼1350m3高爐于2004年5月投產(chǎn)，其采用的高爐長壽技術(shù)較為合理，因而生產(chǎn)效果較好，達(dá)到攀鋼高爐的歷史較高水平。其利用系數(shù)為2.5t/m3d，使用4座頂燃式旋流噴射熱風(fēng)爐，風(fēng)溫達(dá)1230℃，高爐中煤氣能夠充分燃燒，從而提升了燃燒的溫度，運(yùn)行效果較好。

4 結(jié)語

高爐長壽是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，其影響因素眾多，涉及高爐設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、耐材選擇、冷卻方案以及運(yùn)行時(shí)的維護(hù)和管理等。因此，要想實(shí)現(xiàn)高爐長壽，需要首先設(shè)計(jì)好順行，保證煤氣流的合理分布，防止邊緣煤氣流的侵蝕；其次，爐體和冷卻的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)管理也有著較大的影響；最后，在運(yùn)行時(shí)的爐襯修補(bǔ)和設(shè)備更換等也是影響高爐壽命的重要因素。要想使高爐長期高效地運(yùn)行，需要對高爐的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考量，以多方面的手段為高爐延長壽命。

參考文獻(xiàn)：

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