高炉长寿.doc

高炉长寿经济合理,高质量,系统整体,永久性炉衬长寿 延长高炉寿命的基本对策思路湘钢3号高炉中修破损调查分析鞍钢新1号高炉炉衬结构鞍钢11号高炉炉缸与炉底结构特点本钢4号高炉长寿实践杭钢1号高炉炉体破损解剖河南济钢高炉冷却壁破损分析经济合理的长寿 高炉长寿不是越长越好，应按炉容大小确定一个经济合理的寿命。即以一代高炉寿命发挥最大效益为限度。如一座300m3级高炉寿命达1520年是否合理？要达到这么长的寿命，必须采用高档优质的耐材和冷却设备及最先进的技术，势必导致基建投资过大；再说1520年以后，新材料、新设备、新技术将发展到何等水平，难以预料，由此看来300m3级高炉寿命810年应属长寿。而1000m3以上或 2000m3以上高炉寿命可搞到几年以上，甚至更长。但亦应根据实际条件和技术发展趋势作经济效益分析，确定其经济合理的长寿高炉。 高质量的长寿 高炉长寿要强调长寿质量问题，就是说要发挥一代炉役的高效强化冶炼和良好的技术经济指标，而不是靠慢风作业、炉炉措施来拖延寿命。如一个人的寿命，活着要健康无病，身强力壮，精力充沛，而不是躺在病床上靠打针吃药延长寿命。故提倡高质量的长寿，才是炼铁工作者研究的目的 系统整体长寿 高炉长寿不仅是指高炉本体长寿，而应包括高炉生产的主体和辅助系统整体长寿。若主体的某一部位或系统的某一环节出现问题（严重损坏），均会影响其寿命，因此，在设计时就要统筹全局，做到系统内各个部位同步长寿。甚至有的专家提出热风炉寿命应是高炉本体的两倍左右。任何片面强调炉缸、炉底或其它局部长寿都是不符合高炉系统整体长寿观的。这也是在长期的实践中逐步认识和形成的长寿观念。 永久性炉衬长寿 有专家研究后提出：只要设计、制造无过热冷却器，使高炉渣、铁凝聚附着，而生成永久性的炉衬，包括炉内块状带的炉料保炉衬，维持高炉长期作业，达到长寿之目的。因此，认为对于高热流强度的炉身中下部第一需要的并不是高级耐火材料，而是无过热（烧不坏）的冷却器，这是设计长寿高炉的关键。也就是说冷却器热面最高温度不超过其材料强度允许的范围，那么冷却器将不会烧坏，永久性炉衬将会形成，则高炉就能长寿。这一观点的关键是要有优良的冷却水质和理想的冷却设备作为先决条件。因此，做好水质处理和设计制造冷却器的技术决窍更为重要。 延长高炉寿命 优化设计、合理的内型及其结构 选用新型冷却设备、优质耐火材料，提高冷却水质量，改进冷却系统 加强监测手段和维护管理制度，提高操作技术水平 改善高炉布料和稳定炉况 以及采用护炉、喷补修炉等综合技术 高炉炉龄取决于某个薄弱环节 由于高炉是一个密闭的高温反应器，当炉身的炉壳强度失效(通常是炉壳热面已直接裸露在高温煤气流中)、皲裂而不能支撑炉型，这时就决定了炉役的终结；炉缸在高温铁水的长期冲刷、侵蚀下，砖衬减薄，最后当铁水随时会破炉缸而出时，这也决定了炉役的终结。而近几十年来决定炉龄的因素随着长寿技术的进步也在发生着转变 炉身炉缸间的转变 1炉身炉缸间的转变 80年代前高炉多因炉身的毁坏而停炉。为了延长高炉寿命，采用中修的措施，更换炉缸以上的砖衬及冷却设备。这样的中修停炉时间长，影响产量，维修费用也高。冷却设备可以更换，如铜冷却板冷却方式，以及炉身中下部可采用硬质材料压入，炉身上部喷补等技术均使炉身部分状态有了明显的改观。这样，炉缸的寿命就明显突出。在炉缸部分，由于长期处在渣铁的浸泡、冲刷作用下，炉缸工作恶化或炉缸工作不均匀均导致炉缸砖衬的异常侵蚀。在炉缸某处残余砖衬减薄到危险值(一般为500mm，也有300mm)，则很难处于正常生产状态，维持正常的产量。炉缸侧壁、炉底间的转变 近十多年来炉缸的破损成为停炉的根本原因。而炉缸问题又分炉缸侧壁及炉缸底面两类。在炉缸使用高铝质材料时期，高热阻迫使砖衬热面一直面对着高温熔融铁水而难以长久。风冷炉底虽运行成本低，但冷却效果不佳。这种情况下，炉底面常常被严重侵蚀，有炉底烧穿的恶性事故发生。碳质炉底使用以来，由于碳质材料的导热性好，炉缸的寿命得到一个质的飞跃。加强冷却把铁水凝固线(1150)推至炭砖热面外一定距离，使炭砖如同带上了一层盔甲。炭砖炉底加纯水密闭循环冷却，使炉底面的状态得到彻底改观。炉底面的问题解决后，炉缸侧壁就成了关注的焦点。炉缸侧壁、炉底间的转变 炉缸侧壁就成了关注的焦点。铁口处在炉缸铁水流动的作用下，工作条件呈周期性变化。使该处的砖衬侵蚀一直处于领先位置。抑制侧壁的侵蚀，可以采用微孔质炭砖、加设陶瓷壁及将炉皮洒水改为光面冷却壁等措施。已投入使用的高炉在操作上通过调节鼓风动能可得到改善。 炉身冷却系统的寿命 炉身冷却型式主要分为两大类： 一类为冷却壁， 一类为冷却板。 冷却壁在冷却型式上表现为面冷却。它将冷却器沿炉型布置。当冷却壁工作正常时，由于均匀的面冷却能很好地将炉内热流带出炉外，达到冷却的效果。然而使用较多的铸铁冷却壁面对高炉的热负荷频繁波动产生内裂纹。这种裂纹的扩大，造成铸入管的破损。 最后冷却壁在没有水冷的情况下而损坏。冷却壁的不可更换特性成了其致命弱点。炉身冷却系统的寿命 为了克服铸铁材质导热性及结构上的不足，铜冷却壁应运而生。铜冷却壁冷却强度大，能在其热面上产生附着的粘结物而保护冷却壁自身。铜冷却壁造价高，在欧洲已大量被用于炉腰炉腹，并有向炉身下部延伸的趋势。 铜冷却板在冷却形式上表现为点冷却。在冷却板之间的耐材由于得不到很好的冷却保护，开炉初期侵蚀速度是快的。然而过了快速侵蚀期后，侵蚀就得到有效的抑制。这是因为铜冷却板密集的点式冷却，冷却强度大，炉墙粘结物较稳定。即使有少量的冷却板破损也可以得到及时的更换，以维持良好的炉型。这一点是冷却壁难以做到的。炉身寿命的主要影响因素 1耐火材料砖衬 优良的耐火材料是长寿的基础。除了具有良好的抗炉料机械磨损性能外，抗碱金属、和炉渣的侵蚀以及抗热震性是炉身耐材必须具备的基本条件。 2生产操作控制 高炉生产运行的稳定状况肯定是对长寿至关重要的。顺行是首先必须强调的。平稳的炉料下降，均匀的气流分布是最重要的。要最大限度地减少高炉的休减风。在稳定顺行的前提下，控制适度的边缘气流是减轻炉体热负荷的重要措施。而热负荷适度应以不发生周期性炉墙附着物生成脱落为限度。当常有附着物脱落引起热负荷有大波动，或引起炉热状态变化，则认为边缘不适当(过重或过轻)。炉身寿命的主要影响因素 3炉料结构及条件 一般认为不同的炉料结构煤气流分布特征不同，高球团比生产的边缘气流难以抑制，长期高热负荷运行对砖衬不利。 炉料的冶金性能也是高炉长寿的一个重要组成部分。炉料给高炉带入有害元素。碱金属使砖衬渣化而蚀损；金属锌在炉内蒸发后再与CO作用，被氧化而脆化砖衬。宝钢严格控制碱金属氧化物2.0kg/t铁，入炉锌负荷66，CRI26。对大高炉是不可降低要求的。 (10)必须保证良好的炉前作业。稳定而有一定深度的铁口，改善侧壁工作状态。选择炮泥性能及与之配合的操作方法，既有满意的铁口深度，又可得到操作上的便利及成本上的降低，一次开口法已成功地实现这一点。铁口深度一般维持在3.43.6m的水平。 (11)安装微型冷却器。炉体部分侵蚀严重时，局部炉皮发红。安装微型冷却器是有效的方法。2号高炉安装微型冷却器后，局部状态显著改善，生产第9年仍有月均2.2t/m3d的利用系数。湘钢3号高炉中修破损调查分析 湘钢3号高炉容积1000m3，双钟式炉顶，1993年7月投产，该炉是从西德引进的二手设备，投产后设备问题较多。到1997年6月，因炉身上部炉壳严重变形、大钟严重磨损、炉身上部砖衬脱落而被迫进行为期12天的恢复性检修。更换了大钟和炉身上部二代炉壳及对应的钢冷却板，对炉身中、上部进行了喷补造衬。但因设计顶压为0.05MPa，限制了高炉冶炼强度的提高。因此，1999年10月8日停炉，进行了为期40天的改造性中修。对该炉的炉体侵蚀情况及冷却壁破损情况进行了调查。 炉身上部为粘土砖， 炉腹至炉身中部内环为高铝砖，外环为烧成铝碳砖， 炉缸采用硅线石砖。 共产生铁219万吨3号高炉内型尺寸和冷却结构 3号炉中修实测炉衬厚度情况，mm3号炉中修前冷却壁（板）破损情况分析与讨论 （1）因炉身下部7段冷却板为铜质，其导热系数在300Wmk以上，使冷却板的热面温度保持在较低的范围内。3号高炉在生产6年零3个月，钢冷却板严重破损高达35的情况下，炉身下部铜质冷却板却无烧损。另外，由于铜冷却板的高导热性，这个部位的耐火砖热面温度也维持在较低的水平，使砌筑在这个部位的铝炭砖在停炉时厚度仍有 200250mm。 分析与讨论 2）安装在炉腰和炉身下部的5、6段炭捣冷却壁，尽管部分勾头已烧损，水管露出，但未烧坏一块。一般炉身下部的冷却壁勾头首先烧坏。l号炉在生产2.5年后，这个部位的冷却壁勾头就开始烧损。3号高炉6段冷却壁勾头没有烧坏，除冶炼强度较低外，一个重要因素就是勾头部位添加了一个SiC捣料槽。勾头热面的热量能迅速传给冷却壁，由勾头冷却水带走，使勾头热面温度维持在球墨铸铁允许的范围之内。 分析与讨论 （3）炉腹4段冷却壁因燕尾槽内采用导热性较好的SiC捣打料，使这一部位的渣皮能保持在一定的厚度之内并维持其动态平衡，起到保护冷却壁的作用。（4）炉缸风口部分砖衬侵蚀较少，主要是风口冷却的缘故。 （5）停炉后，发现砌筑铁口的硅线石砖基本侵蚀完毕，除铁口中心线以下520mm处还存在二层硅线石砖外，其余全部侵蚀完毕，这是因为硅线石砖抗渣性能较差。因此，硅线石砖不适合于砌筑铁口。分析与讨论 （6）铁口中心线以上820mm的炭砖除棱角被侵蚀外，端面保持较为完整。在炭砖热面还保持着100200mm的渣焦层，炭砖加捣料层均在900mm以上，而炭砖上面砌筑的硅线石砖却侵蚀严重，仅剩400500mm。这主要是硅线石砖导热性和抗渣碱性能较差，说明砌筑在炉缸这个部位的耐火砖，特别是紧靠冷却壁外环砖衬，必须采用导热性好的材质。这样就可将耐火砖热面的热量迅速传给冷却壁，以降低热面温度，使其维持在1150以下，防止侵蚀继续发展。分析与讨论 值得一提的是，在炉缸最上层炭砖表面距冷却壁400600mm的范围内存在一个生铁浸透的环形区。这是因为炭砖在800左右碱金属的化学反应造成这个温度断面的体积膨胀，组织疏松，并产生膨胀应力，形成脆性断面。在热应力和自身膨胀应力的相互作用下，造成炭砖环裂。根据这个机理可以推论3号高炉因护缸炭砖内环无陶瓷砌体，保护砖被侵蚀后，铁水直接与炭砖接触，使800的等温面移至炭砖中部。另外，炉缸冷却壁水管连接采用双联形式，冷却水流速较低，冷却强度不够，不能迅速将热量传给冷却壁，也使800的等温面移至炭砖中部，造成这个区域炭砖的环裂。由于硅线石砖侵蚀后，厚度减薄至炭砖中部，导致铁水通过环裂侵入炭砖，使炭砖线膨胀率增大。在1150以上渗入铁水与碳进行渗碳反应，使炭砖侵蚀体积越来越大，以至形成宽度不等的环形渗铁区。 破损调查得出结论 （1）铜质冷却设备因其高导热性而使壁体热面温度维持在较低的水平，具有独特的冷却效果，应大力推广。 （2）冷却壁勾头设计上用于托砖，但也是冷却壁的薄弱部位，极易烧损。在勾头上增设捣料槽，用高导热性材料充填，加上勾头合理的冷却水管结构和冷却水流速，可缓解这一问题，对延长冷却壁勾头寿命起到一定作用。 （3）炉缸砌体应采用陶瓷杯形式，硅线石砖不宜作为炉缸用砖。 （4）炉身采用全冷却板结构，虽然更换较为方便，但因开孔太多，易导致炉壳变形和煤气泄漏，所以采用板壁结合的结构为宜。鞍钢新1号高炉炉衬结构宝钢4063m3、4350m3高炉，武钢3200m3 ，鞍钢新1号3200m3。设计利用系数为2.5t/(m3d)。高炉采用半岛式布置，有东西两个矩形出铁场，4个铁口，32个风口。配置3座高温长寿型内燃式热风炉(DANIELI CORUS EUROPE BV公司设计)。 高炉设计采用的主要新技术 1) 烧结矿分级入炉技术；2) 串罐偏心卸料式无钟炉顶；3) 炉顶煤气上升管球节点技术；4) 炉体长寿综合技术：板、壁复合式冷却设备，双室八通道铜冷却板，软水密闭循环冷却系统，水冷炉喉钢砖，炉内料面监测技术等；5) 新型钢框架出铁场结构及公路上出铁场、风口平台，独特的铁口区上方活动风口平台结构，出铁场平坦化，炉前机械化、自动化；6) 高风温内燃式热风炉及其长寿技术；眼睛形燃烧室配矩形陶瓷燃烧器、悬链线形硅砖拱顶，稳定长寿型板块墙体结构设计，高效分离型双预热热管换热器等；7) 英巴法渣处理技术；8) 串并联合，烟煤浓相喷吹技术；9) 比肖夫煤气冲洗技术；10) 全DCS三电一体化自动控制技术；11) 小块焦回收、烟气余热回收，煤气余压发电节能降成本技术综合长寿技术 新1号高炉炉体全方位应用当今有效的综合长寿技术：板壁复合式冷却设备、双室八通道铜冷却板、软水密闭循环冷却系统、水冷钢砖、炉内料面监测技术；炉衬优质耐火材料，诸如石墨炭砖、半石墨炭砖、日本微孔炭砖、法国陶瓷杯、氮化硅结合的碳化硅砖等长寿炉衬材料。就炉衬而言，新型炉衬结构为高炉实现高产、长寿、优质、低耗创造条件，提供了前提和基础。可望实现一代炉龄15年不中修，为我国由钢铁大国向钢铁强国迈进做贡献。 1号高炉内型尺寸 炉体冷却方式 高炉内衬的冷却，按冷却介质的不同分为风冷、水冷和汽化冷却。 水冷是高炉内衬冷却的主要方式 风冷一般只用在冷却炉底 汽化冷却可节省大量冷却用水炉底、炉缸及风口带冷却设备配置 高炉炉底底部冷却采用埋管水冷方式，即在炉底密封板以下埋设水冷管的方式。水冷管上半园用导热性能好，耐压强度高的炭素料THCS10捣实，然后用具有一定耐热性、高导热性、高耐压强度，流动性好、填充性好，且常温下固化，稳定性和密封性好的炭素功能性材料炭胶TBR-2灌入炉底板，以提高炉底的冷却强度。 炉底、炉缸及风口带采用冷却壁形式，其中风口带以下炉底、炉缸设置5段光面冷却壁，壁厚160mm；风口区为一段异型光面冷却壁，壁厚250mm，材质均为低铬铸铁。冷却壁纵向和横向接缝间隙填捣与冷却壁等厚的SN-13P碳化硅捣打料，使冷却壁成为一个相对的整体，冷却壁与炉壳间，灌入SC-8YK无水压入泥浆。 炉腹、炉腰及炉身中下部冷却设备配置 炉腹、炉腰至炉身中下部采用双室八通道铜冷却板（含铜99.5以上）冷却，共43层，每层间距为300mm。其中122层，每层44块；第2343层，每层42块，共1850块。冷却高度为12600 mm；冷却板长度：127层为750mm；2835层为710mm；3643层为670 mm。冷却板为的铜铸件。 炉身中上部及炉喉冷却设备配置 炉身中上部采用5段镶砌氮化硅结合碳化硅砖的镶砖冷却壁，中部两段冷却壁S-1、S-2壁厚340mm；上部三段冷却壁R-1、R-2、R-3壁厚270mm，材质均为铁素体球墨铸铁。钢砖严重烧损的主要原因是炉喉区温度的升高，为防止钢砖各部件材质发生变化，出现龟裂、断裂，新1号高炉炉喉采用水冷钢砖及长条形钢砖。炉喉钢砖分为两段，下段为水冷炉喉钢砖铸钢件，箱体厚度480mm，高度930mm；上段为长条形钢砖普通铸钢件，箱体厚度410mm，高度1340 mm。冷却系统 炉体冷却系统分成高压工业水冷却系统和软水密闭循环冷却系统。高压工业水冷却系统包括风口小套、十字测温装置、炉内料面监测仪和炉顶洒水装置等软水密闭循环冷却系统分为系统和系统 系统冷却范围包括炉底水冷管、风口中套和热风阀系统 系统冷却范围包括炉体冷却壁和铜冷却板 采用软水密闭循环冷却系统，可从根本上克服普通工业水使管壁结垢，降低设备冷却强度，引起冷却设备烧坏等问题；同时系统设有充N2装置，氮气压力可以控制，以使系统完全密闭、补充水量少，冷却水静压头可以充分利用，所以动力消耗低。因此使用软水密闭循环冷却系统具有可靠、灵活、安全、节能等优点，能适应高炉长寿的要求。 高炉内衬 设计高炉内衬时，针对高炉各部位工作条件，侵蚀机理和不同形式的冷却设备而选择与之相适应的内衬结构和材质。耐火材料及其砌筑方式，是高炉长寿的必要条件，也至关重要。 长期以来，往往用加厚内衬的办法来延长高炉寿命，但由于生产过程中炉型变得很不合理，技术经济指标变坏，高炉寿命不长。实际上，高炉寿命主要与内衬耐火材料材质，冷却形式，砌筑方式和质量以及生产操作、维护等因素有关。近年来，随着内衬冷却的强化和各类高品牌炭素耐火材料、含炭耐材和莫来石刚玉质材料的采用，高炉的寿命正在不断延长，炉衬逐渐减薄。 大中型高炉炉底厚度由45m降低到34m。炉身厚度由8051150mm减薄到345575mm。这不但节省了大量耐火材料，而且扩大了炉容，使操作炉型更加合理，生产指标也得到改善。炉底炉缸内衬 1号高炉采用全密封全炭砖炉底，刚玉莫来石陶瓷杯-炭砖的炉底炉缸结构型式。炉底厚度2800mm(未计炭捣垫层)，其中依次从冷面至热面，炉底第1层采用石墨炭砖，第24层半石墨炭砖，第5层及以上为引进日本微孔炭砖BC-7S。在炉缸内侧接触铁水的部位和第5层炉底满铺炭砖上面，采用2层(2400mm)第2代刚玉莫来石砖MS4R。炉缸外侧靠冷却壁周边12层环形炭砖采用高导热微孔炭砖，即第6层14层(炭砖自下而上顺序层次编号)环形炭砖牌号为BC7S；第1517层环形炭砖牌号为BC5M1。4个铁口区炭砖牌号为BC-8SR。整个炉底、炉缸形成陶瓷杯结构。在炉缸高度6108mm陶瓷杯杯壁采用低导热、高荷软、耐侵蚀、抗冲刷的莫来石棕刚玉陶瓷炉衬，约45层异形大块砖TK01-TK18。4个铁口采用莫来石棕刚玉组合大块砖SP01；32个风口采用复合棕刚玉大块组合砖CT1-CT4。炉底炉缸内衬 陶瓷杯炉衬(CERAMIC CUP BLOCKS)由法国SAVOIE公司设计、供货及监理，中方施工。采用国产石墨炭砖、半石墨炭砖TJ-1炭素胶泥(炭糊)；引进微孔炭砖采用CC3B炭糊薄缝砌筑，国产碳砖砖缝1mm，引进微孔碳砖砖缝0.5mm。陶瓷杯杯壁采用336胶泥砌筑，陶瓷杯垫莫来石MSR4砖采用CRU4胶泥砌筑，砖缝21mm。环形炭砖与冷却壁周边填捣TP-9BM炭素料，环形炭砖与陶瓷杯壁间隙填捣TP-2B炭素料。陶瓷杯底垫珊瑚单晶质中心大砖与周边MSR4莫来石环砖2C-40间用低水泥浇注料(珊瑚单晶质浇注料)浇灌，并振捣密实。 炉腹、炉腰及炉身中下部内衬 炉腹、炉腰及炉身下部温度波动较大，化学侵蚀严重，热应力破损作用较大，工作条件恶劣。炉衬破损与冷却形式关系很大，对高炉寿命影响亦较大。近年，炉腹、炉腰及炉身内衬已成为高炉炉衬的薄弱环节。因此，结合该区域采用双室八通道铜冷却板，具有较高的冷却强度这一特点，最适宜的材质是高导热石墨砖和半石墨砖。但受国内耐材供应的限制，选用了具有较强的抗碱金属，抗氧化性和腐蚀性，同时导热性较高的氮化硅结合的碳化硅砖。共188层，炉墙厚度690-805mm(变值)。碳化硅砖与炉壳喷涂层间用BFC-APX碳化硅捣打料捣实；铜冷却板与碳化硅砖间填充TW-80防水耐火泥料；碳化硅砖与炉中部镶砖冷却壁间填充FHCN-SiC功能性材料-缓冲耐火泥浆。以满足高炉炉墙耐火砌体的纵向膨胀，缓解热应力作用。 炉身中部及上部内衬 炉身中部及上部工作条件虽不及炉腹、炉腰及炉身下部那么恶劣，但由于采用富氧大喷吹煤粉后，其工作条件有恶化趋势，这一区域的冷却壁镶砖材质亦采用耐磨性优越的氮化硅结合的碳化硅砖。冷却壁安装完后，冷面灌入SCT2自流浇注料。并用抗CO高强抗冲刷BFS喷涂料，在镶砖冷却壁的热面喷涂60mm喷涂层。采用镶砖冷却壁且依靠形成渣壁的“再生炉墙”，使高炉炉型与设计炉型大致相符，高炉得以长期维持正常生产，是目前炉身主要的结构形式。 高炉炉缸,炉底的最新研究 1996.6 金属日文铁水环流 根据二十世纪七十年代解剖调查的结果，高炉炉缸底部为焦炭的充填区域，炉渣和铁水充满了焦炭的缝隙。由于铁水的浮力，在炉缸角部形成了没有焦炭充填的隙层，在这个隙层内，因铁水透液阻力较小，形成了铁流，也称铁水环流。 低浸透层 通过对高炉炉底温度的详细分析，提出了低浸透层的新概念。为了验证这种说法，探讨低浸层对炉底砖损耗的影响。由水岛4号高炉炉底部的温度计和炉底砖温度计测量的5年来温度变化情况表明，炉底砖温度一面持续在高温期和低温期之间上下波动，一面持续缓慢上升。炉缸内从低温状态到高温状态的变化是急剧进行的。 这样大幅度的温度变化用焦炭缝隙层的生成和消失还不能说明。用低浸透层稳定地在炉缸整个断面上形成，铁水不能流到炉缸底部。而在高温期，因一部分低浸透层被破坏，形成了流到炉缸底部的铁流，导致整个炉底温度上升。形成稳定的凝固层 炉底砖表面温度在1300以上不存在稳定的凝固层，炉底砖的侵蚀将缓慢地进行。如果有长期休风，炉底铁水流动就会停止，炉底温度暂时降低，但一送风，温度就会急剧上升。 在炉底砖表面形成稳定的凝固层（保护层）对防止砖的侵蚀，延长炉底寿命是非常重要的技术。炉底保护层的生成和消失大体上可简单地由低浸透层的生成和消失来说明。形成稳定的凝固层 低浸透层是由焦粉、石墨和焦炭灰分组成，进入和排出炉缸的焦粉量对低浸透层的生成和消失影响较大，一般说来，装到炉喉中心部位的焦炭强度越高，比例越多，进入炉缸的焦粉越少。随矿焦层厚比增加，因焦炭比例降低，进入炉缸的焦粉量增加，导致低浸透层的形成。 千叶6号高炉一代炉龄达20年零9个月，1979年点火开炉的67年间炉底侵蚀急剧进行，此后因炉底砖表面形成了凝固层，保护了炉底砖，侵蚀停止了。二十世纪八十年代后半期，提出了低浸透层的观点，并根据这个观点进行了炉料控制，形成了稳定的炉底砖保护层。鞍钢11号高炉炉缸与炉底结构特点 鞍钢11号高炉通过本次改造性大修，可以实现一代炉役15年的长寿目标，原因是：（1） 采用了性能优良的法国SAVOIE陶瓷杯和日本NDK微孔炭砖；（2） 加深了炉缸死铁层；（3） 加强了炉缸、炉底的监测，便于高炉操作和维护。 第四代炉役大修采用多项新技术、新工艺 鞍钢11号高炉于2001年8月15日停产进行第四代炉役大修，本次大修采用了多项新技术、新工艺，如烧结矿分级入炉、砖壁合一薄炉衬技术、轮法渣处理工艺、霍戈文内燃式热风炉技术、软水闭路循环板式换热器及高炉煤气余压发电技术等，炉缸耐火材料采用了日本NDK微孔炭砖与法国SAVOIE陶瓷杯相结合的复合结构，于2001年12月16日开炉，设计炉龄15年以上。 第三代炉役炉缸与炉底破损 炉缸、炉底破损状况的调查结果表明: 炉缸、炉底破损形式与普通焙烧炭砖加高铝砖的综合炉缸炉底确有较大不同，炉缸环炭的断裂与夹杂明显减轻, “蒜头状”侵蚀现象虽然也存在,但只有局部表现较严重。破损的主要特征是炭砖与陶瓷砌体之间形成全方位的渣铁夹杂和炭砖本身的脆化变质及砖缝渗铁。 与鞍钢其它高炉的情况相比，11号高炉炉缸、炉底的破损程度确实比较严重, 尤其是炉底部位已侵蚀到炉底砌砖第4层。死铁层过浅，渣铁冲刷和侵蚀严重 高炉炉缸内侧的莫来石刚玉砖直接接触高温渣铁, 因此它的破损原因主要是渣铁冲刷和熔蚀。尤其是铁口周围及其以下部位，要长期承受铁水的静压力和环流冲刷, 侵蚀速度更快。国际上大高炉的死铁层深度设计一般为炉缸直径的20%左右，而炉缸直径为11.05m的鞍钢11号高炉死铁层深度仅为1.6m，死铁层过浅是造成炉底严重侵蚀的直接原因。当局部莫来石刚玉砖被侵蚀掉以后, 铁水就会向自焙环炭与莫来石刚玉砌体之间的缝隙大量充填（缝隙的形成可能与捣料的收缩和环炭的焙烧收缩有关）。此外,由于莫来石刚玉砌体开炉初期保持完整, 自焙炭砖得不到有效的焙烧, 导热能力低, 造成莫来石刚玉砖温度升高, 侵蚀加剧。 耐火材料选择不匹配 自焙炭砖是我国独创的一种新型炭质耐火材料，而且在国内许多中小型高炉上取得了良好的应用效果，但在大型高炉上还有待于进一步考察。普通焙烧炭砖砌筑的炉缸普遍存在环裂现象，大多认为直接原因是热应力造成的。而自焙炭砖要在高炉烘炉和生产中经历焙烧，逐渐缓慢地出现由“硬”变为“准可塑”再变为“硬”的特殊过程, 因此它能够有效地缓解热应力, 避免由热应力引起的砖体断裂，这一点在调查中虽然得到了一些验证，但砖体断裂现象并未完全避免，由此可见，自焙炭砖缓解热应力的作用也是有一定限度的。 在开炉初期, 由于刚玉莫来石砌体保持完整, 自焙炭砖达不到焙烧温度, 挥发份分解以后得不到及时的焙烧, 长期处于高气孔率、低强度的状态, 一旦有渣、铁、碱金属和水等渗入时, 就会被侵蚀, 造成疏松和粉化。当刚玉莫来石砌体侵蚀到一定程度, 达到焙烧温度时, 疏松变质的自焙炭砖也达不到原有的焙烧效果。当刚玉莫来石砌体全部侵蚀掉以后, 疏松和粉化的自焙炭砖已失去了抵抗能力, 侵蚀速度就会明显加快。 炉底渗铁 从取样化验结果来看，自焙炭砖中的挥发份已经大部分分解，热端的固定碳都有所降低,铁口以下部位铁含量明显增加，表明铁水已渗入砖体内部。尤为严重的是炭砖中的碱金属含量急剧升高。炉底满铺炭砖的砖缝与裂缝中均发现了大范围的渗铁，这表明砖缝与裂缝在生产中就已经存在了，而非扒炉施工所致。导致砖体出现断裂的主要原因是热应力，而导致出现砖缝的原因则是自焙炭砖的焙烧收缩，这是自焙炭砖在大型高炉应用中发现的一个致命弱点。此外，炭砖的外型尺寸和施工质量也是影响因素之一。 第四代炉役的炉缸与炉底耐火材料 目前，大型高炉普遍采用45层高导热炭砖加12层高铝砖或粘土砖的炉缸结构，这种炉缸结构有两种形式： 一种以美国UCAR炭砖（热压高导热石墨砖）为代表的炉缸结构，这种炉缸结构不用砌筑陶瓷质耐火材料，只是高炉开炉时砌筑一层粘土保护砖，正常操作时形成渣壳保护层，该炉缸结构需要足够的冷却强度，当然对冷却水质要求也高； 另一种是以法国陶瓷杯加德国或日本微孔炭砖为代表的复合炉缸结构，这种炉缸结构使炉缸活跃，相对降低焦比，同样能够实现15年高炉长寿目标。第四代炉役的炉缸与炉底耐火材料 鞍钢11号高炉采用了法国SAVOIE的陶瓷杯和日本NDK的微孔炭砖。两层陶瓷杯底为抗铁水侵蚀性能优良的刚玉莫来石砖MS-4R，中心大块为棕刚玉质预制件，陶瓷杯杯壁为抗渣铁侵蚀性能优良的棕刚玉质大型预制件组合砖，其背部采用碗形锁砖结构。日本大块炭砖砌筑砖缝要求小于0.5mm，以减小热阻，保证炭砖热面温度低于800（炭砖两端温差大于800易发生断裂）。大块炭砖与MS-4R采用顶砌，不留膨胀缝，陶瓷杯底MS-4R采用无水胶泥CRU4由边缘到中心压迫式环形砌筑，以防漂浮，MS-4R与中心大块之间80mm膨胀缝采用刚玉质浇注料现场浇注联接。加深死铁层 从炉缸炉底的侵蚀机理可知，炉缸死铁层深度对其寿命的影响至关重要。死铁层深度增加不仅可以改善炉缸的热状态，还可以减轻或避免铁水环流对炉缸炉底的冲刷。但死铁层过深，会增大炉底铁水静压，加剧铁水的渗透。因此，在选择死铁层深度时要兼顾铁水环流和铁水渗透两个因素。按炉缸直径的20%计算，11号高炉炉缸死铁层深度由原来的1.6m加深至2.0m。 炉缸与炉底水冷工艺 炉缸15段冷却壁采用工业水冷却，水压为0.6MPa，循环水量为1500m3/h，而炉底则利用了炉缸冷却壁回水的落差进行冷却，从炉缸冷却壁回水槽到炉底水管的高度差约5m左右，也就是说在不需要加压的情况下，炉底水管可以得到0.5MPa的水压，省去了中间加压泵这一环节。同时吸取过去高炉炉缸水管易锈损，到炉役后期水管外漏严重及不易修复的教训，本次大修外部管件为不锈钢管材。 炉缸与炉底的监测 高炉炉缸与炉底在冶炼过程中长期承受渣铁冲刷和化学侵蚀，炉缸、炉底工作的稳定运行是高炉长寿的关键，因此，对该部位的监测也愈显重要，11号高炉炉缸和炉底共计埋设76个热电偶，可根据热电偶所测温度，随时计算炉衬侵蚀深度和炉缸、炉底工作状况，为高炉操作带来方便。 热电偶分布：炉缸环砌炭砖设三层测温面，每一层在两个不同半径上各分布4个测温点计24点，每个铁口有8个测温点计24点；炉底砌砖设四层测温面，其中炉底水冷管1点，第1层炭砖和第2层炭砖之间1点，第2层炭砖和第3层炭砖之间9点，第4层炭砖与陶瓷杯之间17点。本钢高炉长寿实践 本钢4号高炉是一座有近60年历史的料罐上料式双钟炉顶的大型高炉。1942年10月25日第一代开炉生产，原设计炉容758m3。后在第二代和第五代两次扩容为1070m3。 1992年11月3日第八代大修开炉生产，原设计的长寿目标是，实现一代炉龄8年无中修，单位炉容产量5000吨。本钢高炉长寿实践 本钢4号高炉是一座有近60年历史的料罐上料式双钟炉顶的大型高炉。1942年10月25日第一代开炉生产，原设计炉容758m3。后在第二代和第五代两次扩容为1070m3。 1992年11月3日第八代大修开炉生产，原设计的长寿目标是，实现一代炉龄8年无中修，单位炉容产量5000吨。 本钢4号高炉的破损部位主要表现在炉底和炉缸交接处，侵蚀成“靴子头形”。在炉腹和炉身下部，由于强化操作，发展边缘气流，渣皮不能长期保持，造成该部位的冷却壁过早损坏，炉壳开裂等。 随着科学技术的飞速发展，国内外广大冶炼工作者围绕着高炉长寿不断研制开发出许多新材料、新技术，为高炉长寿奠定了基础。 水质不佳、水量不足、水温偏高 水质是本钢人所共知的大难题。过去，本钢高炉采用敞开式工业水冷却，即循环和直流式供水。而循环水和新水不经过任何处理，细菌繁殖过多，污染严重，且沉淀池清理次数少。水质特点表现为冷却水中固体物质和悬浮物多，有机质油类含量高，结垢严重。在正常供水期，水中悬浮物量和含油量都相当高。 水质不佳、水量不足、水温偏高 通过现场调查，5高炉工作不到两年半，冷却壁水管上结垢物厚达35mm，环管面积堵塞约2/5。冷却壁水管上水垢的存在，大大降低了冷却效果。水垢导热系数为0.310kJ/m h度，仅为金属的1/80，特别是在高炉后期，耐火衬里不复存在，热负荷提高23倍，水垢产生地更快。投产仅一年多的时间，水量减少了400多吨，无法满足后期冷却的需要。特别是每年12月的枯水季节，水质更严重恶化，风口、大套、二套断水情况时有发生，83年冬季曾发生大套八处、二套五处断水事故。 水质不佳、水量不足、水温偏高 大钟局部磨损 钢砖下部不同程度的磨损冲刷 裸露凸台冷却水管的冷却壁 冷却壁前挂渣现象 炉缸采用美联碳小块炭砖 4号高炉炉底结构为综合炉底，中心部位采用具有较高导热率、耐铁水渗透和炉渣侵蚀的炭砖砌筑。炉底周边和炉缸采用美国联合碳化物公司生产的NMA(NMD)热压小块炭砖砌筑。 美联碳小块炭砖导热系数高，设计尺寸小，减少了每块砖本身的温差。C3胶泥砌筑可缓解热应力，紧靠冷却壁砌筑，炉墙整体导热性好；吸水性能极弱；抗铁水渗透性好和耐碱侵蚀性能好。这些特点消除了炭砖的断裂和“靴子头形”侵蚀。 采用第三代冷却壁和复合冷却壁 高炉冷却壁在极其恶劣的条件下工作，特别是炉腹、炉身下部砖衬被侵蚀以后，该部位长期依靠冷却壁及其表面形成的渣皮工作。渣皮的形成和脱落，造成热流强度极大的波动。4号高炉这代大修从炉腹到炉身中下部采用了第三代冷却壁。 该冷却壁是双排水管冷却，靠炉内侧为4根706mm的垂直水管，靠炉壳侧为单排506mm蛇形管。冷却壁凸台采用卧“8”字形布置的直径为506mm的水管冷却。冷却壁的材质为QT400-18铁素体基球墨铸铁。镶砖的冷却壁肋筋横向布置，镶砖厚度为75mm，并且设置了冷却壁本体测温 采用第三代冷却壁和复合冷却壁 为了保证冷却壁的制造质量，在冷却壁水管铸造前，进行了防渗碳处理，铸造的冷却壁水管进行了过球检验、酸洗、钝化处理，并用内窥镜进行检查。在制造过程中，对冷却壁进行随机剖切检查。 为加强炉腰、炉身下部的冷却强度，在该部位两段冷却壁上采用了板壁结合的复合冷却壁，即在第三代冷却壁内侧增加两层冷却板。以增加该部位的冷却和挂渣能力。 铜冷却壁的结构图（弯段） 铜冷却壁的结构图（直段 ） 采用软水密闭循环冷却系统 高炉采用软水密闭循环冷却系统已经成为国内外高炉冷却系统技术发展的趋势。它不仅可以避免冷却设备结垢，而且由于冷却介质的工作压力增高，增大了冷却介质的欠热度，提高了冷却的可靠性，水量损失小。正常情况下，新补水量不超过循环水量的0.02%，远远低于目前敞开工业水环路的45%，由于水量损失小，而且密闭，稳定水质的药剂消耗较少，水质稳定。 采用了热喷补技术 1996年11月6日至21日，4号高炉运行4年后，在冷却壁没有损坏的情况下，进行了第一次热喷补。喷补的范围是炉腹、炉腰、炉身和炉喉部位。此次热喷补没有赶上高炉换大小钟机会，所以在炉喉钢砖下炉壳上开一个方孔，安装喷补设备。高炉料线降到风口以下，控料线后发现炉身上部方水箱以上衬砖全部脱落；三层方水箱部位的衬砖虽然没有大面积脱落，但磨损严重；炉身上部11段冷却壁南渣口上方仅有4m左右的衬砖没有脱落；11段冷却壁以下到风口大块组合砖以上的炉腹、炉腰、炉身中下部的衬砖全部脱落。 炉身下部冷却板前端的水管已经露出。热喷补由人工控制电动操作，喷补的厚度为600800mm左右。喷补后，烘炉48小时，然后装料开炉生产。 从1996年以后，每年进行一次热喷补。 合理的操作与维护 高炉合理的操作与维护则是高炉长寿的重要保障。随着高炉冶炼过程的不断进行，炉体和设备不断侵蚀、磨损、损坏也是一个必然的过程。特别是在高炉采用一些新技术新材料以后，生产操作要理解消化这些新技术的特点，选择适宜的操作制度、保持炉况的稳定顺行，同时采用适宜的冷却制度，注重炉体的维护管理，也可减轻其损坏程度，从而使高炉长寿。4号高炉大修投产后，根据采用的长寿技术特点，制定了合理的操作制度，及时进行上下部调剂，坚持分装大批重，压制边缘气流的发展。坚持合理的送风制度，使炉缸工作活跃；坚持合理的冷却制度，加强冷却水系统的管理与维护。在8年的生产实践中，实现了稳产顺行。实现长寿目标后的反思 高炉软水密闭循环冷却系统效果是显著的，但是一旦软水密闭循环系统出现漏水时，快捷方便的查漏技术还有待解决。高炉炉体、冷却系统等采用了一些长寿技术，但是一些与高炉直接相关的设备寿命明显不配套。如高炉荒煤气管道、热风炉热风短管、炉基测温等，这些是有待于以后注意的问题。 杭钢1号高炉炉体破损解剖杭钢1号高炉有效容积342m3，1995年12月检修投产以来，共产生铁150.10万t，单位炉容产铁4389t，于2000年4月4日454安全停炉大修，服役4年10个月零10天。自焙炭砖在炉内的内在不足 从低气孔率自焙炭砖的自身特性来看，其性能并不那么优越。我们从扒炉过程中发现炉缸炉底自焙炭砖不但没有焙烧成坚固无缝的整体，反而有渗铁的垂直裂缝，宽达2mm多，深达12块砖，且有网状金属薄片分布；径向断面可见有明显的分段现象，即受热面为焙烧段（已受高温烧结），冷面为原自焙炭砖段（未经焙烧），中间为过渡段（受水气作用），呈疏松状。由此暴露了自焙炭砖在炉内的内在不足，故在今后应用中尤待进一步研究。 炉役后期炉底温度偏高的原因 从停炉前（炉役后期）炉底温度偏高来看，调研获悉上代炉役炉底底板未换，找平层仅作局部修正，其实仍不平整，有空隙，则增加气阻，降低了导热系数，再加炉底冷却水管也未更新，损坏严重，难以强化冷却。另发现，炉底热电偶外套钢管已腐烂，造成煤气泄漏，循环流动，促使炉底、炉缸温度升高，威胁高炉安全生产。这一教训应该吸取，下次大修须作彻底改造，以免遗留隐患。此外，从另一角度分析，本结构炉底适当放宽允许温度范围是可行的。本人认为在目前的条件下，炉底温度600不会有大的危险。 冷却设备损坏率高直接影响高炉寿命 从本代炉役分析，四层以上冷却设备损坏严重，即四层损坏12块，五层21块，钩头21块，六层17块，七层23块，共计94块，损坏率高达70.83% ，直接影响高炉寿命，这与冷却壁、箱本身材质制造以及安装施工质量等因素有关，同时，亦说明杭钢高炉强化冶炼状态下，现有的冷却设备无法满足要求。因此，今后大修时，应按强化冶炼选用高效节能型长寿冷却设备，这是长寿高炉不可缺少的必备条件。 炉壳开裂、腐蚀严重成为本代高炉寿终的重要原因之一 因上代高炉炉壳钢板未作更新，仅为局部修补加固，本次调研发现炉壳开裂、腐蚀严重。东渣口上方，47风口上炉皮向外鼓出，大面积变形，范围约4m2，向外鼓出300600mm； 1 2 风口上方，三层支梁水箱处有1.6m长炉皮开裂；炉身下部（三层支梁水箱上1.5m处）开裂，裂缝宽7cm左右；9 12 风口上方炉壳焊两圈宽为100mm左右钢带；炉体目测可见明显向东倾斜，这已成为本代高炉寿终的重要原因之一，因此，笔者建议对炉壳钢板的选材、设计、制作、质检、验收等环节应如长寿高炉对待耐材、冷却设备那样重视。 攀钢四高炉高效长寿冶炼技术攀钢4号高炉于1989年9月24日投产，有效容积1350m3 ，