延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究

（中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

冶金高爐爐缸使用壽命是決定冶金成本的關(guān)鍵因素，因此，延長冶金高爐爐缸使用壽命、降低冶金成本是增加企業(yè)效益的必經(jīng)之路[1]。

由于冶金高爐自身大型化和復(fù)雜化的特點，冶金高爐爐缸整體結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，冶金高爐爐缸的使用壽命問題成為冶金行業(yè)未來發(fā)展中備受關(guān)注的焦點問題。在我國，目前常見的冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)為：大塊炭磚、陶瓷杯以及熱壓小塊炭磚，傳統(tǒng)冶金高爐爐缸爐底結(jié)構(gòu)普遍存在分割化問題，在實際應(yīng)用過程中，容易出現(xiàn)氣隙現(xiàn)象，縮短冶金高爐爐缸使用壽命，已經(jīng)無法滿足當今冶金行業(yè)的需要。而在影響冶金高爐爐缸使用壽命的眾多因素中，冶金高爐爐缸爐底的結(jié)構(gòu)形式是延長高爐爐缸使用壽命主要因素之一。為了幫助國內(nèi)冶金企業(yè)有效延長冶金高爐爐缸使用壽命，提高我國高爐冶金企業(yè)的競爭力，本文進行了延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究。

1 冶金高爐爐缸使用壽命影響因素

影響冶金高爐爐缸使用壽命的因素主要包括：冷卻設(shè)備漏水、冷卻壁背部填料間隙、風(fēng)口損壞以及鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。因此，本文提出的延長冶金高爐爐缸使用壽命方法針對以上三點冶金高爐爐缸使用壽命影響主要因素進行設(shè)計。具體內(nèi)容，如下文所述。

2 延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法

2.1 選擇最佳冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)

為延長冶金高爐爐缸使用壽命，必須選擇最佳的冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)。本文選擇的冶金高爐爐缸整體結(jié)構(gòu)具體示意圖，如圖1所示。

圖1 冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1所示，冶金高爐從上至下共分為：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸。本文冶金高爐爐缸整體采用優(yōu)質(zhì)碳磚加上陶瓷杯結(jié)構(gòu)，并在爐身、爐腰、爐腹3個部位部設(shè)銅冷卻壁。為防止冶金高爐爐缸在使用過程中出現(xiàn)冷卻設(shè)備漏水的情況，在冶金高爐1-10段采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，提高冷卻設(shè)備的緊密度[2]。在此基礎(chǔ)上，在冶金高爐爐底部分鋪滿炭磚，避免炭磚受到侵蝕，有效防止了冷卻設(shè)備漏水問題。在爐缸部位鋪設(shè)微孔炭磚，提高炭磚的耐滲透力。在爐缸部位，加設(shè)陶瓷杯，極大限度上減小磚塊表面的溫度，防止出現(xiàn)裂縫，縮短冶金高爐爐缸的使用壽命。不僅如此，通過陶瓷杯自身良好的保溫性能，能夠?qū)⒁苯鸶郀t爐缸的熱損降至最低，實現(xiàn)節(jié)能降耗，進而延長冶金高爐爐缸使用壽命。在選擇最佳冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)的過程中，還要綜合考慮到爐缸容積，小型冶金高爐爐缸可選擇陶瓷杯冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，中型或大型冶金高爐爐缸需要在陶瓷杯的基礎(chǔ)上，加設(shè)熱壓小塊炭磚，杜絕了高爐爐缸冷卻設(shè)備漏水的問題，提升了冶金高爐生產(chǎn)自動化水平和智能化水平，延長了冶金高爐爐缸使用壽命。通過選擇冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，防止爐溫波動，使冶金高爐爐缸內(nèi)的溫度適中保持在固定范圍內(nèi)，避免溫度過高或過低，造成冷卻設(shè)備漏水的現(xiàn)象。

2.2 冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚

為解決冷卻壁背部填料間隙導(dǎo)致冶金高爐爐缸使用壽命縮短的問題，可以在冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚，通過微孔炭磚將出現(xiàn)冷卻壁背部填料間隙的可能性縮減幾乎為零，從根本上延長冶金高爐爐缸使用壽命。運用高爐L3系統(tǒng)，避免在冶金高爐運行過程中，爐缸死鐵層過淺導(dǎo)致冷卻壁背部填料間隙增大，直至無法滿足爐缸內(nèi)壁的熱流負荷，縮短冶金高爐爐缸使用壽命[3]。在加設(shè)微孔炭磚時，需要活躍爐缸，形成初始氣流分布，提高冶金高爐爐缸安全、穩(wěn)定的運行環(huán)境。通常情況下，利用冶金高爐爐缸爐底加設(shè)微孔炭磚，能夠降低由于崩滑料出現(xiàn)異常爐況，導(dǎo)致冶金高爐爐缸使用壽命受到不利影響。結(jié)合冶金高爐爐缸的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，必須嚴格控制加設(shè)微孔炭磚的數(shù)量，使其與不同爐役階段下的冶金高爐爐缸產(chǎn)量保持平衡關(guān)系，避免一味地加設(shè)微孔炭磚導(dǎo)致冶金高爐爐缸自身無法承受，進而直接造成冶金高爐爐缸停用。

2.3 定期進行冶金高爐爐缸休風(fēng)

考慮到冶金高爐爐缸風(fēng)口的使用壽命能夠直接決定整個冶金高爐爐缸的使用壽命，而風(fēng)口的使用壽命作為冶金高爐爐缸中的短板問題，存在壞損幾率大、隨機性高的特點。因此，要想延長冶金高爐爐缸使用壽命，必須對其給予足夠的重視。冶金高爐爐缸風(fēng)口長時間處于工作狀態(tài)下，必須通過定期進行休風(fēng)，避免由于疲勞過大直接癱瘓。在冶金高爐爐缸休風(fēng)的過程中，需要利用熱流儀檢查冶金高爐爐缸整體狀態(tài)，尤其是高爐爐襯厚度，一旦發(fā)現(xiàn)高爐爐襯過薄的現(xiàn)象必須第一時間進行維護。在此過程中，必須明確的是在冶金高爐爐缸的鐵口正上方嚴禁進行任何的修復(fù)行為，避免由于休風(fēng)導(dǎo)致冶金高爐爐缸爐內(nèi)堵塞，致使冶金高爐爐缸無法正常運行，縮短其使用壽命。一般情況下，冶金高爐爐缸休風(fēng)的期限為半年一次即可。

2.4 添加含鈦物料保護冶金高爐爐缸

冶金高爐爐缸在運行過程中，不可避免的會產(chǎn)生大量的鋅，為防止鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，侵蝕冶金高爐爐缸結(jié)構(gòu)，降低冶金高爐爐缸使用壽命，本文采用添加含鈦物料的方式保護冶金高爐爐缸，延長冶金高爐爐缸使用壽命。含鈦物料具有不粘渣鐵，不易侵蝕的特性，能夠沉積在冶金高爐爐缸爐底，形成一層保護膜，有效防止鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。因此，添加含鈦物料保護冶金高爐爐缸是延長冶金高爐爐缸使用壽命的有效途徑。綜上所述，有必要加大含鈦物料在冶金高爐爐缸中的使用，為延長冶金高爐爐缸使用壽命提供了先決條件。至此，完成延長冶金高爐爐缸使用壽命方法的設(shè)計。

3 實驗

3.1 實驗準備

以某冶金高爐爐缸作為實驗對象，其具體參數(shù)，如表1所示。

表1 某冶金高爐爐缸型號參數(shù)

根據(jù)表1所示，在基本參數(shù)一定的前提下，首先使用本文方法設(shè)計冶金高爐爐缸，設(shè)為實驗組；再使用傳統(tǒng)方法設(shè)計冶金高爐爐缸，設(shè)為對照組。將兩種冶金高爐爐缸投入使用，測試兩種冶金高爐爐缸的使用壽命。為縮短測試所需時間，將兩冶金高爐爐缸帶入RewqPLC軟件進行虛擬測試，RewqPLC軟件能夠根據(jù)冶金高爐爐缸的各項參數(shù)，綜合評估出其在實際應(yīng)用過程中的使用壽命。設(shè)置測試次數(shù)為7次，記錄測得的冶金高爐爐缸使用壽命。

3.2 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟，采集實驗數(shù)據(jù)，將兩種冶金高爐爐缸的使用壽命進行對比。為更加直觀地表現(xiàn)出兩種冶金高爐爐缸使用壽命的差異，將RewqPLC軟件下得出的實驗結(jié)果整理為對比表，如表2所示。

表2 冶金高爐爐缸使用壽命對比表

通過表2可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計的冶金高爐爐缸使用壽命明顯高于對照組，證明設(shè)計方法可以延長冶金高爐爐缸使用壽命。通過驗證結(jié)果，證明所設(shè)計的方法可以滿足設(shè)計要求，可以廣泛應(yīng)用于冶金方面。

4 結(jié)語

通過實驗分析結(jié)果表明，本文設(shè)計的方法在延長冶金高爐爐缸使用壽命中的具體優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)出來，有必在現(xiàn)實中廣泛投入使用。經(jīng)過延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究，希望能夠在延長冶金高爐爐缸使用壽命的同時，提高冶金的效率。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計方法在延長冶金高爐爐缸使用壽命中的應(yīng)用。基于此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對于該方法的研究還不足，今后還要對其進行進一步研究，為延長冶金高爐爐缸使用壽命的進一步優(yōu)化提供參考依據(jù)。