高爐煉鐵長壽問題分析

喬朋程

摘 要： 隨著世界各國鋼鐵工業(yè)技術(shù)的進步，高爐長壽技術(shù)已經(jīng)取得了顯著成果，工業(yè)發(fā)達的國家的高爐壽命普遍能達到10～15年，有的甚至可以達到20年。相比較而言，我國高爐的長壽水平與國外先進水平還有一定的差距。以唐鋼煉鐵廠為例，自建設(shè)大高爐以來，沒有一座高爐的壽命超過10年。從降低生產(chǎn)成本以及推動煉鐵技術(shù)進步兩方面來講，如何采取有效手段，延長高爐使用壽命還需要我國煉鐵工作者不斷去探索和研究。

關(guān)鍵詞： 高爐;長壽;強化冶煉

【中圖分類號】TF57 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）05-0145-01

1 影響高爐長壽的主要因素

高爐的長壽不僅僅是高爐本體長壽，還包括生產(chǎn)主體和輔助系統(tǒng)的整體長壽，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)嚴重破損，都會影響高爐壽命。高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：高爐采用的長壽技術(shù)、良好的施工水平、穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)的原燃料條件以及有效的爐體維護技術(shù)。這四者缺一不可，但高爐采用的長壽技術(shù)是基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)不好，要想通過改善高爐操作和強化爐體維護等措施來獲得長壽是十分困難的，而且還要以投入巨大的維護資金和損失產(chǎn)量為代價。本文重點討論與高爐本體壽命相關(guān)的主要因素。

1.1 高爐爐型設(shè)計與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

通過總結(jié)高爐破損機理和高爐反應(yīng)機理，當今高爐都采用了優(yōu)化爐型的設(shè)計理念，兼顧高爐原料條件以及操作制度的差異，使設(shè)計爐型更接近于操作爐型，從而獲得較理想的冶煉效果。目前高爐發(fā)展的趨勢是矮胖型，實踐證明隨著Hu/D值的合理降低，更易獲得爐況的長期穩(wěn)定順行以及技術(shù)指標的改善。通過理論計算以及對多個大型高爐的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，認為2500～4000m3間的大型高爐Hu/D值在2.52～2.23之間較為合理。

1.2 冷卻技術(shù)裝備

上世紀90年代以前高爐爐體的冷卻設(shè)備普遍使用的是銅冷卻板和鑄鐵冷卻壁，由于銅冷卻板屬于點式冷卻，具有操作爐型不規(guī)則、爐殼開孔多、易漏煤氣等缺點，在爐腹、爐腰至爐身中下部高熱負荷區(qū)域逐漸被銅冷卻壁取代，鑄鐵冷卻壁在新建大型高爐上使用較少。銅冷卻壁的優(yōu)點是具有良好的導(dǎo)熱性、抗熱震性和耐高熱流沖擊性，能在其熱面形成穩(wěn)定的渣皮，即使高爐操作過程中發(fā)生渣皮脫落，也能在短時間內(nèi)形成新渣皮保護冷卻壁，這種特性是其他常規(guī)冷卻器所不能比擬的。實踐證明銅冷卻壁作為一種無過熱冷卻器，其使用壽命可以達到20～30年。通過不斷改進與完善，現(xiàn)在冷卻器的冷卻介質(zhì)以軟水為主，軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)已經(jīng)成為我國大型高爐冷卻系統(tǒng)的主流發(fā)展模式。為實現(xiàn)高爐各部位的同步長壽，我國近年來新建或大修后的高爐，都采用全爐體冷卻技術(shù)裝備，實現(xiàn)了高爐生產(chǎn)無冷卻盲區(qū)。

1.3 爐身部位長壽控制

實踐證明，強化冶煉條件下的爐身中上部塊狀區(qū)域的長壽維護關(guān)鍵措施不是冷卻而是高爐內(nèi)煤氣流的控制。而高爐內(nèi)煤氣流的合理分布是通過上下部的合理調(diào)劑來實現(xiàn)的，如精料方針、裝料制度、風(fēng)口的布置等。在生產(chǎn)過程中通過建立爐缸活性指數(shù)概念，可以改變送風(fēng)制度以外的操作條件來增加爐缸活躍程度，以延長爐身中上部壽命。爐腹、爐腰至爐身下部是高爐長壽薄弱環(huán)節(jié)，此區(qū)域為高爐工作條件最惡劣的區(qū)域之一，是軟熔帶和滴落帶交匯區(qū)域，是爐料、渣鐵和煤氣流多相運動最復(fù)雜的部位。任何耐火材料都不能完全起到保護層的作用，只有通過強化冷卻，形成穩(wěn)定均勻的渣皮才能保證爐身中下部的長壽。目前此部位的主流冷卻設(shè)備以銅冷卻壁為主，實踐證明，銅冷卻壁屬于無過熱冷卻器，完全可以實現(xiàn)自我造襯、自我保護，大大延長了爐腹爐腰以及爐身下部區(qū)域的使用壽命。

1.4 爐底、爐缸結(jié)構(gòu)

爐底爐缸的壽命決定高爐的一代爐役壽命，在高爐生產(chǎn)中如果全部內(nèi)襯保持在低溫狀態(tài)，就能夠減緩或防止侵蝕，延長爐缸爐底的使用壽命。所以爐缸爐底耐材質(zhì)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性非常重要。從最初的高鋁磚或粘土磚無冷卻爐缸爐底，到大塊焙燒炭磚和高鋁磚結(jié)合的有冷卻綜合爐底，爐缸爐底耐火材料的導(dǎo)熱性、耐氧化性及強度性能逐漸提高。目前國際上常用的爐缸設(shè)計體系以美國UCAR公司為代表的“導(dǎo)熱法”（熱壓碳磚法）和以法國SAVOIE公司為代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）為主，國內(nèi)的許多大型高爐都在使用。部分高爐將這兩種設(shè)計體系組合在了一起，即熱壓碳磚-陶瓷杯組合爐缸內(nèi)襯技術(shù)，有些高爐取得了較好的效果，如搬遷前的首鋼1#高爐（2563m3），也有一部分高爐使用效果一般，如唐山某煉鐵廠的1#高爐第三代爐役期，開爐僅四年，由于爐缸碳磚侵蝕較嚴重，不得不提前大修對爐缸部位進行重新砌筑，給企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟損失。所以這種碳磚-陶瓷杯組合爐襯是否完全適用當前的強冶煉條件需要繼續(xù)觀察。

1.5 鐵口布置方式

鐵口的布置方式影響高爐的渣鐵排放，而高爐能否及時排凈渣鐵又會影響高爐的穩(wěn)定順行和指標優(yōu)化，進而影響高爐壽命。隨著高爐容積擴大，渣口數(shù)量減少或取消渣口，鐵口數(shù)量在增多.大高爐一般有2～4個鐵口，有的高爐為節(jié)省投資，將多個鐵口布置在一個出鐵場或高爐的同一側(cè)。這類布置，雖然可以節(jié)約開支。但是對高爐冶煉及壽命均有不利影響。高爐不能完全出凈渣鐵，留在爐內(nèi)的爐渣，靠近鐵口的一側(cè)，渣面接近鐵口水平。而遠離鐵口的一側(cè)渣面較高。如果鐵口布置在同一側(cè)，爐內(nèi)的爐渣分布不均勻必然造成爐缸初始氣流分布不均勻。過分發(fā)展的煤氣流形成高爐“管道行程”，從而破壞爐襯的完整性，影響高爐壽命。

2 結(jié)語

2.1 我國大型高爐的長壽技術(shù)已取得長足進步，通過采用高爐綜合長壽技術(shù)，部分高爐壽命已經(jīng)達到10年以上，與國際先進水平的差距正在縮小。

2.2 如何開拓思路，在高強度冶煉條件下做好高爐長壽維護工作，實現(xiàn)高爐無中修一代壽命達到15年以上是我國煉鐵工作者需要攻克的重要課題。

2.3 國內(nèi)高爐使用的部分長壽技術(shù)源于對國外長壽技術(shù)的直接借鑒或消化吸收，我國自主研發(fā)的高爐長壽技術(shù)較少，需要我國的煉鐵工作者在創(chuàng)新性上有所突破。

參考文獻

[1] 朱仁良，王士彬.提高大型高爐爐缸壽命的探討[J].煉鐵，2011（04）：84.