胡鳳喜  王聰淵  段新民  李明

（河鋼樂亭鋼鐵有限公司）

摘  要  近年來，隨著高爐大型化發展步伐的加快和裝備水平的提高，高爐的目標壽命越來越長。在追求高爐大化與高效化的同時，高爐的壽命也得到了較大的提高。本文從高爐的設計和建設、高爐操作管理、爐體維護技術等方面對高爐長壽進行了探討。

關鍵詞  高爐  長壽  設計  維護

1  引言

高爐長壽是現代高爐所追求的目標，高爐長壽就意味著經濟效益的提高[1]。

國外先進高爐長壽水平較高，一代爐役（無中修）壽命可達15年以上，部分高爐達20年以上，最近，經過大修的部分高爐已將長壽目標定為30年[2-3]。相比而言，我國高爐的長壽水平則較低，總體水平與國外先進水平相差較大。一般一代爐役(無中修）壽命低于10年，僅有少數高爐可實現10至15年的長壽目標。

高爐能否長壽主要取決于三個因素的綜合效果：一是高爐大修設計或新建時采用的長壽技術，如合理的爐型、優良的設備制造質量、高效的冷卻系統、優質的耐火材料和良好的施工質量等；二是穩定的高爐操作工藝管理和優質、穩定的原燃料條件；三是有效的爐體維護技術。這三者缺一不可。

2  如何實現高爐長壽

2.1  關于高爐長壽的觀點

2.1.1  經濟合理的長壽觀

高爐長壽不是越長越好，應按爐容大小、實際條件和技術發展趨勢確定一個經濟合理的壽命，即以一代高爐壽命發揮最大效益為限度[4]。如一座小立級的高爐為刻意的追求長壽，必須采用高檔、優質的耐材和冷卻設備及最先進的技術，勢必導致基建投資過大，而高爐的綜合經濟效益則會降低。

2.1.2  高質量的長壽觀

高爐長壽要強調長壽質量問題，即要發揮一代爐役的高效強化冶煉和良好的技術經濟指標，而不是靠慢風作業、護爐措施來拖延壽命。

2.1.3  系統整體長壽觀

高爐長壽不僅是指高爐本體長壽，而應包括高爐生產主體和輔助系統整體長壽。若主體的某一部位或者系統的某一環節出現問題，均會影響其壽命。因此，在設計時就要統籌全局，做到系統內各個部位同步長壽。甚至有的專家提出熱風爐壽命應是高爐本體壽命的兩倍左右。任何片面強調爐缸、爐底或者其它局部長壽都是不符合高爐系統整體長壽觀的，這也是在長期的實踐中大家逐步認識和形成的理念。

2.1.4  永久性爐襯長壽觀

有專家研究后提出：只要設計、制造無過熱冷卻器，使高爐渣、鐵凝聚附著，而生成永久性的爐襯，包括爐內塊狀帶的爐料保護襯，維持高爐長期作業，達到長壽的目的。因此，認為對于高熱流強度的爐身中下部第一需要的并不是高級耐材，而是無過熱（燒不壞）的冷卻器，這好似設計長壽高爐的關鍵。也就是說冷卻器熱面最高溫度不超過其材料強度允許的范圍，那么冷卻器將不會燒壞，永久性爐襯將會形成，則高爐就能長壽。這一觀點的關鍵是要有優良的冷卻水質和理想的冷卻設備作為先決條件，因此，做好水質處理和設計制造冷卻器的技術訣竅更為重要。

2.2  提高高爐的設計和建設水平

合理的設計是高爐能否實現長壽的基礎和根本，是高爐長壽的“先天因素”[5-7]。如果這種“先天因素”不好，要想通過改善高爐操作和爐體維護等后天措施來獲得長壽，將變得異常困難，而且還要以投入巨大的維護資金和損失產量為代價。因此，提高高爐的設計和建設水平，是高爐實現長壽的根本。

2.2.1  提高高爐整體壽命優化設計

(1)爐型

根據產量、場地等要求，結合歷史資料及國內外同等立級的優秀高爐的設計經驗選擇合理的爐型，要求設計爐型盡可能的接近工作爐型。

(2)設備制造質量好

選擇質量優秀的冶金設備制造廠家產品，并根據自身設計特點，定制合適的設備。

(3)耐火材料的選擇[8-9]

根據高爐各段的侵蝕、破壞機理不同，各部位選擇不同的耐火材料，實際生產中在高爐內易形成穩定的渣皮，保護高爐，提高壽命。

高爐爐缸的長壽已成為大型高爐長壽化的“瓶頸”環節。因此選擇先進的爐缸、爐底技術成為爐卸長壽的關鍵。

(4)冷卻設備的選擇要選擇合適的高效冷卻設備與優質耐材達到最有效的匹配[10],確保高爐各部位同步長壽。從爐底至爐喉全部采用冷卻器，無冷卻盲區，并針對高爐不同部位的不同特點，選用不同材質、不同類型的冷卻系統：

(a)采用新型冷卻壁。爐缸以上部位采用鑲磚冷卻壁，防止爐襯脫落；

(b)選擇合適尺寸的冷卻壁；

(c)選擇合適的冷卻材質，不同部位選擇不同的冷卻材質；

(d)冷卻水的合理選擇和控制[11]。選擇合適的冷卻水水質、水壓、水溫差以及合理的清洗措施。

(5)死鐵層設計

增加爐缸死鐵層的設計深度（達到高爐爐缸直徑的20%左右）,減少爐缸內鐵水環流對爐缸側壁的侵蝕。

(6)監測技術選擇

采用先進有效的技術監測、維護爐體。尤其是爐缸、爐底多增加測點，根據測點溫度建立模型，模擬爐缸內溫度分布，計算模擬出爐缸磚襯侵蝕畫面，及時反饋爐缸侵蝕狀況，提醒工作人員及早作出護爐措施。

(7)配套設備的精細設計熱風爐、除塵系統、上料系統、噴吹系統等配套設備必須嚴格根據高爐本體要求精細設計，以達到最佳的匹配。高爐長壽是個綜合課題，就好比“木桶效應”，不能因為附屬、配套設施的壽命影響到整體的壽命。

2.2.2  精心施工

先進、合理的設計是實現高爐長壽的前提，而高爐的施工質量是連接理論設計和實際生產的重要橋梁，只有嚴格、精細化的施工才能保證高爐投產后達到設計的長壽、指標等目標。

嚴格按照設計說明施工，保證設備安裝、焊接、耐火材料砌筑等質量，尤其是爐缸、爐底的砌筑，要求爐底和其它部位的碳磚縫隙不大于0.5mm,且磚縫必須填滿、填實。

2.3  高爐操作管理

2.3.1  選擇合理的制度，包括送風制度、裝料制度、造渣制度、冷卻制度、熱制度等

根據高爐不同時段選擇、探索最優的操作制度，比如開爐階段、爐役初期、爐役中期、爐役末期，根據高爐本體狀況、設備狀況、原燃料條件等制定合理制度。

2.3.2  穩定爐內操作

高爐操作穩定壓倒一切，穩定順行的爐況是提高產量、降低消耗、改善指標的前提。

2.3.3  穩定、優良的原燃料條件

優質、穩定的原燃料是高爐穩定順行的前提，是高爐做改善指標調整的先決條件。與送風制度、裝料制度匹配，高爐能獲得理想的料柱骨架、軟熔帶形狀及高度、厚度，進而形成合理的煤氣流分布，改善煤氣利用率，降低消耗，提高產量。

因此在生產中就要加強對原燃料質量的管理：

(1)嚴把進料關，選擇質量好的、性價比高的原燃料，對所有原料成分、粒度、物理特性、冶金性能等做綜合全面分析，進行評估，選擇出最優原料；

(2)嚴格控制入爐原料中的有害元素負荷；

(3)嚴格控制燒結礦質量，避免大的波動，尤其是堿度的變化；

(4)加強原燃料的篩分管理，減少粉末入爐。

2.3.4  有害元素對高爐長壽的影響[12]

(1)堿金屬和鋅的危害

在堿金屬和鋅隨煤氣流上升的過程中，與爐襯發生反應，侵蝕爐襯，使爐襯剝落，也會在爐墻處與爐料形成粘結，造成高爐爐型變化，影響順行；堵塞焦炭氣孔、催化焦炭氣化熔損反應，惡化料柱透氣性；

會使含鐵原料的冶金強度性能變差，致使含鐵礦的粉化率增加，熔點降低，熔滴性能變差等，從而使料柱透氣性惡化，軟熔帶位置提高、厚度增加等，均對高爐生產不利。

(2)鉛的危害

被還原的液態鉛因其比重大，很容易沉入爐底，鉆入碳磚縫隙，長期累積致使碳磚上浮，嚴重影響到高爐爐缸壽命。

(3)氯的危害

隨煤氣上升過程會對爐襯造成侵蝕破壞、對爐頂設備造成腐蝕、對后續除塵設備和TRT靜葉等造成腐蝕，影響其使用壽命。

2.3.5  避免無計劃休風和慢風操作

無計劃休風、慢風操作等均會對爐況造成一定的影響，致使爐內氣流發生變化，甚至出現異常，有可能造成風口燒壞等其它不良后果，打斷高爐正常生產。

2.3.6  爐役后期爐內操作

(1)制定合適的操作方針、制度，避免高強度冶煉；

(2)加強冷卻；

(3)加強對入爐原料的管理；

(4)加強出鐵組織；

(5)采用護爐技術。

2.3.7  新形式下的爐內操作

隨著環保形式的日益嚴峻，尤其是進入秋冬供暖季節，國家環保的壓力勢必會對部分地區燒結、高爐生產帶來巨大的壓力，在這種狀況下，爐內更要做好應對措施以保證高爐順行和長壽。

根據原燃料條件，比如落地燒結礦的狀況等，制定合適的操作方針、制度，保證高爐的穩定順行。

2.4  爐體維護

2.4.1  形成永久型爐襯

在爐底、爐缸形成永久型碳磚爐襯，其概念是指碳磚爐襯的內表面溫度降低到800~1000℃以下，在碳磚爐襯的內表面，凝結一定厚度的渣殼，形成永久型渣保護層，這樣碳磚就不會被侵蝕。

2.4.2  饑鈦礦護爐

在爐役末期，有的高爐甚至在開爐時即采用饑鈦礦護爐。在爐缸側壁溫度出現危險值報警時，及時選擇合適的入爐鈦負荷，進行護爐，利用鈦化物、鈦氮化物的特點對已侵蝕部位進行補位保護。

添加的方式主要有：鈦礦塊直接入爐、燒結添加含鈦物料、風口噴吹含鈦粉料、風口喂線、炮泥中添加含鈦物料等。

由于饑鈦渣的一些特性，以及含鈦燒結礦的性能變化等均對高爐生產帶來很多不利，因此在使用饑鈦礦護爐期間一定要針對其特點制定適宜的操作制度。

2.4.3  WO3護爐

國內外專家針對WO3護爐做了很多可行性研究，研究表明：隨恒溫時間的延長亦有粘度升高現象，渣中的鈞以WC和W2C形態存在，并以顆粒狀沉積在堆塌壁上，形成保護層。渣一石墨潤濕良好，能緊密地鑲嵌在一起。因此含鈞渣具有比含鈦渣更優越的護爐性能，而且對高爐冶煉不會帶來困難。

2.4.4  改造破損冷卻器

在爐役后期或者在冷卻器出現漏水、破損情況下，對其進行改造，切斷漏水水管，加強其它水管的冷卻效果，采取其它措施對破損、損壞部位進行冷卻補償等。另外針對破損比較嚴重的冷卻器，通過在其部位加冷卻筒或冷卻水箱來替代其達到冷卻效果。再者，通過爐殼外部打水也能起到一定作用。

2.4.5  加強監測

針對不同時段制定嚴格的監測制度，尤其是在爐役末期要增加監測的頻率，增加監測的手段。

3  結語

高爐長壽技術是綜合技術與系統工程，高爐能否長壽主要取決于三個因素的綜合效果：

(1)大修或新建設計時，選擇合理的爐型、合適的耐火材料、冷卻系統、先進的爐缸、爐底技術、優質的設備質量以及與本體最優匹配的附屬設備。在施工階段，必須嚴格按照設計精細施工。

(2)開爐后高爐操作要穩定，嚴格控制好原燃料質量，根據不同時段高爐狀況探索制定出最適宜的操作方針、制度，針對入爐的有害元素要作出相應的措施解決緩解，避免人為或者設備狀況造成的無計劃休風或者長期的慢風作業。

(3)采用有效的爐體維護技術，包括對附屬設備的維護。加強監測，加強冷卻，對損壞部位及時作出改造處理，采用護爐技術等。

4  參考文獻

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