高爐存在有上百年歷史，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著流體力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、燃燒學(xué)及物理化學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)高爐內(nèi)部流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)越加深刻。高爐的壽命和效率不斷得到提高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分發(fā)展的今天，從高爐的設(shè)計(jì)、選材、砌筑、烘爐及操作等方面更深層次問(wèn)題正在被不斷提出和討論，這些討論和研究對(duì)提高我國(guó)煉鐵設(shè)計(jì)及操作水平、提高我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、豐富煉鐵學(xué)科有重要意義。本文就目前高爐設(shè)計(jì)及操作過(guò)程中存在的一些問(wèn)題談?wù)劼?jiàn)，供有識(shí)之士批評(píng)指正。

（1）大高爐操作的核心之一就是保證整個(gè)爐缸的熱量充沛

爐缸的活躍性實(shí)質(zhì)上是指高爐整個(gè)爐缸熱量充沛、焦炭粒度及焦堆空隙度適度，該熱量及焦堆空隙度能夠保證渣水、鐵水及煤氣流動(dòng)順暢。如圖1所示為高爐內(nèi)部料層分布及回旋區(qū)局部圖。對(duì)于大型高爐，高爐爐缸邊緣布置幾十個(gè)風(fēng)口，高爐回旋區(qū)長(zhǎng)度約1米到2米之間，一般說(shuō)來(lái)爐缸邊緣的活躍性是沒(méi)有問(wèn)題的，離燃燒帶中心越遠(yuǎn)的地方溫度將會(huì)越低，因此，高爐爐缸中心溫度有可能是最低的。

高爐爐缸直徑分別為5米，10米，15米的爐缸，其風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度大約為1米，1.5米，2米。對(duì)于直徑15米的爐缸，高爐中心附近至少還有直徑11至13米的圓柱體中沒(méi)有直接燃燒著的高爐煤氣火焰，值得注意的是沒(méi)有高爐煤氣直接燃燒火焰的區(qū)域面積將會(huì)是94.99m²到132.67m²之間，這就需要爐缸中心附近這些沒(méi)有火焰的區(qū)域，通過(guò)良好的焦炭空隙度將高溫煤氣流引導(dǎo)到中心，這也是為何中心要加焦及中心要降低礦焦比，越大的高爐需要越好焦炭的緣故。燃燒帶上方的高爐區(qū)域是高爐爐料的快速移動(dòng)區(qū)，對(duì)提高高爐效率有利，總之，由此可見(jiàn)，增加回旋區(qū)長(zhǎng)度對(duì)提高整個(gè)爐缸活躍性有重要作用。

 圖1高爐內(nèi)部料層分布及回旋區(qū)局部圖

（2）大高爐操作的核心之二就是保證整個(gè)爐缸圓周工作均勻

直徑分別為5米，10米，15米的爐缸，其周長(zhǎng)分別為15.7米，31.4米，47.1米；其周長(zhǎng)隨直徑線(xiàn)性增加，保證高爐圓周工作均勻越來(lái)越困難。為了實(shí)現(xiàn)高爐爐缸圓周工作均勻，除了要保證原燃料透氣性在高爐圓周分布基本均勻（布料）外，還要保證風(fēng)口在高爐周向間距小、每個(gè)風(fēng)口面積及長(zhǎng)短均勻。

（3）斜風(fēng)口及長(zhǎng)風(fēng)口

決定高爐燃燒帶長(zhǎng)度除了原燃料因素外，主要是鼓風(fēng)的動(dòng)量，使用斜風(fēng)口導(dǎo)致高爐鼓風(fēng)的水平速度或動(dòng)量（表示為mvcosq，其中m-鼓風(fēng)的質(zhì)量流量，v-鼓風(fēng)速度，q-風(fēng)口傾斜角度；cos3°=0.9986，cos5°=0.9961，cos7°=0.9925，cos10°=0.9848）均有降低，分別使用斜3°、5°、7°、10°的風(fēng)口，水平方向的動(dòng)量分別降低0.14%，0.39%，0.65%及1.52%，而垂直方向的動(dòng)量分別增加5.2%，8.7%，12%，17%。由于鼓風(fēng)水平動(dòng)量的減少，增加鼓風(fēng)垂直方向動(dòng)量只能加強(qiáng)風(fēng)口回旋區(qū)的高度，縮短回旋區(qū)長(zhǎng)度，加強(qiáng)鼓風(fēng)與爐缸鐵水的熱量交換，提高爐缸邊緣鐵水溫度及環(huán)流速度，加速爐缸侵蝕，對(duì)提高爐缸中心附近溫度及活躍爐缸中心益處不大。斜風(fēng)口制造及安裝困難，風(fēng)口二套受力更加不均，縮短二套壽命。

在原有風(fēng)口長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加其長(zhǎng)度的是將原有回旋區(qū)向高爐中心平移，風(fēng)口長(zhǎng)度增加100mm，回旋區(qū)長(zhǎng)度大約也平移100mm左右，對(duì)活躍爐缸中心意義不大，因?yàn)闋t缸活躍的根本所在是將高溫煤氣流“引導(dǎo)”到爐缸中心，而不是過(guò)去常常說(shuō)的“吹透”中心，提高高爐中間及中心焦炭區(qū)域的空隙度是根本。增加風(fēng)口長(zhǎng)度對(duì)保護(hù)爐墻冷卻設(shè)備、穩(wěn)定邊緣煤氣流量及降低邊緣熱負(fù)荷有益。但是風(fēng)口過(guò)長(zhǎng)，邊緣煤氣流減少，由于料罐下料過(guò)程產(chǎn)生爐料偏析，邊緣區(qū)域原燃料粒度較小，焦炭負(fù)荷較重，導(dǎo)致邊緣礦石間接還原及余熱不佳，最終可能會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸邊緣變涼。因此，合適的風(fēng)口長(zhǎng)度需要保證爐墻各段水溫差及溫度穩(wěn)定在冷卻設(shè)備安全工作的臨界溫度以?xún)?nèi)，并且保持較高的溫度。

“十字”測(cè)溫設(shè)備通過(guò)溫度分布判斷高爐上部煤氣流分布，是調(diào)整高爐布料矩陣的重要依據(jù)之一。它對(duì)布料的影響是非常有限的，由于熱電偶是常規(guī)測(cè)溫設(shè)備，測(cè)量值準(zhǔn)確可靠。結(jié)合爐墻熱負(fù)荷或熱電偶，也可以判斷高爐上下部煤氣流分布是否一致，保障高爐布料設(shè)備安全可靠運(yùn)行，是大高爐必要的測(cè)溫設(shè)備。

高爐用純銅冷卻壁由于其高導(dǎo)熱性，在正常工作狀態(tài)，其熱面溫度低于150°C是不會(huì)燒毀的。由于邊緣煤氣流大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致冷卻壁熱面溫度波動(dòng)，促使純銅冷卻壁變形，拉斷冷卻水管，導(dǎo)致其漏水并使其熱面溫度進(jìn)一步升高，增大其變形，最終燒毀。抗變形銅鋼復(fù)合冷卻壁熱面使用純銅，背板使用高強(qiáng)度鋼。冷卻能力相當(dāng)于銅冷卻壁，抗變形相當(dāng)于鋼冷卻壁。

另外，冷卻壁渣皮的穩(wěn)定性決定于爐墻附近的邊緣煤氣流的溫度，冷卻壁的進(jìn)出水量及冷卻水溫度對(duì)其影響較少。

炭磚導(dǎo)熱系數(shù)是炭磚最重要的指標(biāo)之一，大量短命的高爐都是由于炭磚的導(dǎo)熱系數(shù)低造成的。在微孔或超微孔化與導(dǎo)熱系數(shù)的選擇方面，應(yīng)該首先選擇導(dǎo)熱系數(shù)。抗渣鐵水實(shí)驗(yàn)證實(shí)在高爐可選擇的耐火材料方面沒(méi)有渣鐵水侵蝕不壞的（無(wú)論是炭磚、陶瓷材料、炭與陶瓷結(jié)合的材料）。高爐要想長(zhǎng)壽，只有在其耐火材料表面凍結(jié)一層渣鐵殼。隔離渣鐵水與耐火材料的直接接觸，只要爐缸耐火材料熱面溫度低于1150°C，耐火材料熱面就會(huì)凝結(jié)渣鐵殼（基本的鐵碳相圖便可證實(shí)這一點(diǎn)）。

大塊炭磚和小塊炭磚各有優(yōu)缺點(diǎn)：在大塊炭磚砌筑時(shí)磚與磚較小塊炭磚之間間隙少，但大塊炭磚由于制造工藝?yán)щy，內(nèi)、外部質(zhì)量均勻性較小塊炭磚差，大塊炭磚難以頂砌高爐冷卻設(shè)備；而小塊炭磚容易頂砌高爐冷卻設(shè)備。最佳方式是靠近冷卻壁采用小塊炭磚，靠近爐缸中心采用大塊炭磚，即實(shí)現(xiàn)了頂砌冷卻壁，也減少了磚之間間隙。

寶鋼、鞍鋼、武鋼及京唐大高爐死鐵層深度均在3米左右。較深的死鐵層深度對(duì)實(shí)現(xiàn)死焦堆浮起，減少環(huán)流，保證爐缸活躍性及形成“蒜頭狀”侵蝕有重要作用。增加0.5米的死鐵層深度，增加壓力約0.035MPa。該壓力是壓不垮炭磚的。死鐵層也不易太深，太深導(dǎo)致?tīng)t底附近鐵水變涼，不利于爐缸活躍。

陶瓷杯和陶瓷墊是大高爐實(shí)現(xiàn)“揚(yáng)冷避熱保溫型”爐缸爐底的重要手段之一。無(wú)論是大塊陶瓷杯磚或墊還是小塊陶瓷杯或墊，只要其與流動(dòng)的液態(tài)渣鐵水直接接觸，在其前面不能夠凝結(jié)渣鐵殼，它們都會(huì)被侵蝕殆盡。

800°C到900°C不但是炭磚的堿金屬侵蝕脆化溫度范圍，而且也是陶瓷質(zhì)耐火材料的堿金屬侵蝕脆化溫度，因?yàn)樵摐囟葏^(qū)間是堿蒸汽析出液態(tài)堿金屬的范圍，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算可知，只有液態(tài)堿金屬才能夠與炭磚及陶瓷質(zhì)材料反應(yīng)，使其膨脹碎裂。將800-900°C推出爐缸爐底以外，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸爐底變涼并難以操作。要實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽就必須杜絕或嚴(yán)控堿金屬入爐量。

高爐使用600°C熱風(fēng)烘爐，為了烘干炭磚之間的炭糊，特別是冷卻壁附近的碳素?fù)v料，建議應(yīng)停止冷卻壁中的冷卻水進(jìn)行烘爐，在保證冷卻壁溫度不超過(guò)其臨界損壞溫度前提下，盡可能提高爐缸爐底耐火材料溫度。

當(dāng)爐料從布料溜槽進(jìn)入高爐空區(qū)，爐料不是以單顆粒進(jìn)入高爐空區(qū)落入料面，而是以爐料的顆粒集合，即以一定的料流寬度落入料面。布料過(guò)程檔位與檔位的角差對(duì)應(yīng)的便是料流寬度，布料應(yīng)該以料流寬度確定檔位并建立布料矩陣。高爐開(kāi)爐布料檢測(cè)應(yīng)包括料流寬度、料面形狀等主要參數(shù)的測(cè)定。研究發(fā)現(xiàn)大小顆粒的混合會(huì)減小散料層的空隙度。布料過(guò)程中由于原燃料粒度不均勻，不同粒級(jí)顆粒的混裝會(huì)減小料柱的透氣性。因此在布料過(guò)程中，可以根據(jù)原燃料顆粒的大小，采用分級(jí)入爐的布料方式，改善散料層的透氣性。

 氣溫及濕度直接影響高爐理論燃燒溫度及煤氣成分，在風(fēng)溫不變的情況下，將氣溫、濕度與噴煤量聯(lián)系起來(lái)，減少理論燃燒溫度的波動(dòng)，保證高爐穩(wěn)定順行。

高爐雖然已經(jīng)有上百年歷史，但我們對(duì)高爐的認(rèn)識(shí)仍感膚淺。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將深化我們對(duì)高爐的認(rèn)識(shí)，逐步理解高爐，完善高爐，掌握高爐。