高炉高效、长寿综合技术发展

高炉高效、长寿综合技术发展高炉长寿一直是高炉工作者不断追求的目标。长期致力于高炉长寿技术研究和应用，老一辈“钢设总院”炼铁专家为我国高炉长寿技术进步做出了不可磨灭的贡献。上世纪80年代开始，引进消化国外先进技术，开发高炉长寿系列技术，“九五”期间，参加国家“长寿高效高炉技术开发”项目并承担了包括“软水密闭循环的检漏及分区冷却技术”、“软水密闭循环的检漏技术及应用”、“按热负荷区域的分区冷却技术研究及应用”、“软水密闭循环冷却检漏技术在高炉软水密闭循环冷却系统的应用”、“长寿高效高炉设计规范的研究”、“长寿高效高炉设计”、“长寿高效高炉设计规范编制”在内的多个科技开发课题。该期间经过行业炼铁工作者的不断努力，国内高炉设计寿命从8年提高到了12年，达到了国际先进水平。进入21世纪以来，随着高炉冷却技术及优质耐火材料的发展，高炉寿命得到了很大提高。近年来，中冶京诚高炉长寿系列技术在新型炉体冷却结构、完全导热型炉底炉缸设计体系、软水密闭循环冷却等方面不断突破，获得了多项国家专利，得到了用户肯定，持续推动我国高炉长寿技术进步，实现了强化冶炼的效果，为众多企业赢得了良好的经济效益。软水密闭循环冷却技术上世纪80年代以前，我国高炉冷却系统以工业水作为介质。由于工业水中碳酸盐的沉积，在冷却设备的通道壁上容易结垢。水垢的形成是造成冷却设备过热直至烧毁的重要原因，在水硬度高的我国北方地区尤为严重。1984年4月，中冶京诚在国内率先提出“关于高炉采用软水密闭循环冷却系统的意见”。1985年，在消化吸收德国软水密闭循环冷却技术的基础上，中冶京诚对国内各大设计院炼铁专业的设计同行就高炉采用软水密闭循环冷却系统技术进行了培训，推动了软水密闭循环技术的推广应用。1986年，中冶京诚完成了太钢3号高炉局部采用软水密闭循环冷却系统的工业试验装置的设计工作，并于1987年7月在太钢3号高炉投入运行。配合氮化硅结合的碳化硅砖高炉内衬，明显地提高了高炉冷却效果，延长了高炉的寿命。高炉用水消耗大量降低，能耗减少，炉体工作稳定，水管不结垢，冷却设备寿命长，取得了良好的经济效益。1989年通过技术鉴定，并获得冶金部科技进步二等奖。该技术的成功，为我国高炉冷却技术填补了一项空白。与此同时，中冶京诚又从西德GHH引进了软水密闭循环冷却及球墨铸铁冷却壁制造技术，实现了关键设备国内制造，完成了高炉本体及热风阀的软水密闭循环冷却系统的设计。投产运行结果表明，冷却可靠性好，水量消耗少，电力消耗低。软水密闭循环冷却系统有效延长高炉寿命，从而显著减少了高炉大、中修费用和停产引起的经济损失。该技术使我国的高炉设计寿命提高至12年以上，达到国际先进水平，至今仍被广泛应用。炉体冷却设备高炉侵蚀是一种非常复杂的过程，存在各种侵蚀，同时，又同高炉的操作密切相关，但是，总体来讲，决定高炉寿命的关键在炉缸和炉腹、炉腰、炉身下部区域。解决炉缸寿命关键在于优质的耐材和适宜的冷却；炉腹、炉腰、炉身下部情况更为复杂，它与炉体冷却结构、冷却设备本身结构及材质、高炉操作制度等密切相关。从设计出发，解决炉腹、炉腰、炉身下部寿命关键是冷却结构，此部位最好的耐材是安全、稳定的渣皮，因此，采用什么冷却结构，保证渣皮稳定是设计的关键。高炉冷却设备技术的发展就是强化冷却的发展过程。冷却壁最早起源于苏联，在日本得到了充分发展，后来德国发明了铜冷却壁，使冷却强化做到了极致。同样，冷却板的发展与冷却壁类似，材质从铸铁到铜，结构从单通道到4通道、6通道、8通道，也都是强化冷却的过程。中冶京诚一直不断追求冷却设备技术进步。1988年，和武汉机械研究所合作最先研制了一种能适应高炉严酷工况条件的高韧性铁素体基球墨铸铁冷却壁。它的综合性能优良，延伸率、耐热疲劳性能都远高于低铬铸铁和普通铸铁，达到和超过日本、德国所使用的同类材质，为延长冷却壁的寿命创造了极为有利的条件，获得了武汉市科学技术一等奖。为了再进一步提高冷却壁的使用寿命和冷却效果,“九五”期间中冶京诚进行了高炉铜冷却壁设计研制，与华新冶金设备厂合作，成功研制出国产第一块铜冷却壁。在此基础上，“十五”期间中冶京诚参加了国家创新项目计划“高炉铜冷却壁的制造与应用”，自主设计了国内首套铜冷却壁，2005年8月获得钢铁工业协会和金属学会科学技术一等奖，2006年2月获得北京市科学技术一等奖，2007年2月获得国家科学技术进步二等奖。国家创新项目计划“高炉铜冷却壁的制造与应用”的成功开发，使得铜冷却壁在我国高炉上得到广泛应用，高炉设计寿命提高到15年以上，达到世界领先水平。冷却板技术也在同期取得了长足进步。1997年，中冶京诚针对宝钢1号高炉大修，强化冷却炉体关键部位，将日本4通道冷却板改进为6通道铜冷却板的强化冷却结构。随后，针对板壁结合高炉，开发了炉腰冷却板，焊接钢冷却板，6通道、8通道铜冷却板，铜钢一体冷却板，插入式球墨铸铁冷却板；针对薄壁高炉，开发了嵌入式铜冷却板（条）等。自上世纪80年代开始，中冶京诚研发的板壁结合高炉冷却结构被广泛应用，并取得了良好的长寿效果。南昌方大特钢1300m3高炉，采用铜冷却板加球墨铸铁冷却壁结构，2006年1月投产至2018年大修，一代炉役13年；本钢1070m3高炉采用球墨铸铁冷却壁加插入式球墨铸铁冷却板，一代炉役13.2年；梅山3号1250m3高炉，采用球墨铸铁冷却壁加焊钢冷却板，一代炉役达13.6年。在多年板壁结合高炉设计和研究的基础上，2012年，中冶京诚吸取薄壁高炉结构理念，开发了国际独创的新型炉体冷却结构（图1），至今获得国家专利14项，并在奥地利维也纳国际钢铁大会上进行主题宣讲，博得了广泛好评。新型炉体冷却结构继承了板壁结合和薄壁的优点，发挥了铜的冷却效果好的优点，同时克服了板壁结合结构开孔面积大、施工难度大，以及铜冷却壁过度冷却带来的渣皮频繁脱落的缺点，降低了板壁结合高炉的投资。日前，已在20余座大、中型高炉成功应用。图1高炉新型炉体冷却结构长寿高炉炉型结构风口带与炉腹的过渡区域受回旋区的影响，导致过渡区域的冷却设备损坏严重。针对该问题，中冶京诚首创开发了薄壁风口带炉腹区的过渡衔接技术（a法则），如图2所示，炉腹区冷却壁热面顶点与风口中套上沿连线与冷却壁热面要

保证合适的角度a从而保证炉腹冷却壁能够稳定挂渣，并形成支撑，同时远离风口回旋区，使得炉腹角具有一定的自然调整范围，延长冷却设备寿命。tt■tt■图2过渡衔接技术针对矮胖型高炉炉身角较小的问题，中冶京诚首创开发了变锥度炉身结构。矮胖型高炉的应用越来越广泛，但其较小的炉身角导致冷却壁渣皮不稳定，冷却壁寿命短。如图3所示，开发变锥度炉身结构，炉身上部炉壳的炉身角为B，炉身下部炉壳的炉身角为e（e>p），这样既能保证炉身的矮胖型结构，同时加大了炉身下部的炉身角，有利于冷却壁渣皮的稳定性，而且这种结构有利于减小铁矿石和烧结矿（球团矿）发生低温粉化和低温膨胀后对于炉料透气性的影响，改善透气性为强化高炉冶炼创造有利条件。

/〔卜、/〔卜、夕图3变锥度炉身结构导热型复合炉底炉缸结构国内外高炉传统的炉底炉缸结构可归纳为两种：隔热型复合结构和导热型全炭砖结构。针对传统炉底炉缸结构存在的问题，中冶京诚提出了一种新型的炉缸结构设计理念，首创研发了导热型复合炉底炉缸结构（图4），利用“超微孔炭砖+陶瓷复合材料（导热型）”，综合炭砖的高导热性能及陶瓷复合材料抗渣铁侵蚀性能；通过合理的温度梯度设计，使传热体系稳定有效，避免炭砖脆化；陶瓷复合材料中的陶瓷相与渣铁凝滞层的粘结性好，渣铁凝滞层不易脱落，有效保护炉底炉缸耐材实现长寿。BOOX5OOXBOOX5OOX图4导热型复合结构党的十九大提出了“提高全要素生产率”的要求。延长高炉寿命可以有效提高高炉生产效率，大幅度降低大修投资和减产损失，提高经济效益，是实现高炉稳定顺行、高效低耗的重要保障。同时，延长高炉寿命也是高炉大型化的重要技术支撑和现代高炉技