胡凤喜  王聪渊  段新民  李明

（河钢乐亭钢铁有限公司）

摘  要  近年来，随着高炉大型化发展步伐的加快和装备水平的提高，高炉的目标寿命越来越长。在追求高炉大化与高效化的同时，高炉的寿命也得到了较大的提高。本文从高炉的设计和建设、高炉操作管理、炉体维护技术等方面对高炉长寿进行了探讨。

关键词  高炉  长寿  设计  维护

1  引言

高炉长寿是现代高炉所追求的目标，高炉长寿就意味着经济效益的提高[1]。

国外先进高炉长寿水平较高，一代炉役（无中修）寿命可达15年以上，部分高炉达20年以上，最近，经过大修的部分高炉已将长寿目标定为30年[2-3]。相比而言，我国高炉的长寿水平则较低，总体水平与国外先进水平相差较大。一般一代炉役(无中修）寿命低于10年，仅有少数高炉可实现10至15年的长寿目标。

高炉能否长寿主要取决于三个因素的综合效果：一是高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐火材料和良好的施工质量等；二是稳定的高炉操作工艺管理和优质、稳定的原燃料条件；三是有效的炉体维护技术。这三者缺一不可。

2  如何实现高炉长寿

2.1  关于高炉长寿的观点

2.1.1  经济合理的长寿观

高炉长寿不是越长越好，应按炉容大小、实际条件和技术发展趋势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[4]。如一座小立级的高炉为刻意的追求长寿，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，而高炉的综合经济效益则会降低。

2.1.2  高质量的长寿观

高炉长寿要强调长寿质量问题，即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、护炉措施来拖延寿命。

2.1.3  系统整体长寿观

高炉长寿不仅是指高炉本体长寿，而应包括高炉生产主体和辅助系统整体长寿。若主体的某一部位或者系统的某一环节出现问题，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寿命的两倍左右。任何片面强调炉缸、炉底或者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大家逐步认识和形成的理念。

2.1.4  永久性炉衬长寿观

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护衬，维持高炉长期作业，达到长寿的目的。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材，而是无过热（烧不坏）的冷却器，这好似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诀窍更为重要。

2.2  提高高炉的设计和建设水平

合理的设计是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的“先天因素”[5-7]。如果这种“先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护等后天措施来获得长寿，将变得异常困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。因此，提高高炉的设计和建设水平，是高炉实现长寿的根本。

2.2.1  提高高炉整体寿命优化设计

(1)炉型

根据产量、场地等要求，结合历史资料及国内外同等立级的优秀高炉的设计经验选择合理的炉型，要求设计炉型尽可能的接近工作炉型。

(2)设备制造质量好

选择质量优秀的冶金设备制造厂家产品，并根据自身设计特点，定制合适的设备。

(3)耐火材料的选择[8-9]

根据高炉各段的侵蚀、破坏机理不同，各部位选择不同的耐火材料，实际生产中在高炉内易形成稳定的渣皮，保护高炉，提高寿命。

高炉炉缸的长寿已成为大型高炉长寿化的“瓶颈”环节。因此选择先进的炉缸、炉底技术成为炉卸长寿的关键。

(4)冷却设备的选择要选择合适的高效冷却设备与优质耐材达到最有效的匹配[10],确保高炉各部位同步长寿。从炉底至炉喉全部采用冷却器，无冷却盲区，并针对高炉不同部位的不同特点，选用不同材质、不同类型的冷却系统：

(a)采用新型冷却壁。炉缸以上部位采用镶砖冷却壁，防止炉衬脱落；

(b)选择合适尺寸的冷却壁；

(c)选择合适的冷却材质，不同部位选择不同的冷却材质；

(d)冷却水的合理选择和控制[11]。选择合适的冷却水水质、水压、水温差以及合理的清洗措施。

(5)死铁层设计

增加炉缸死铁层的设计深度（达到高炉炉缸直径的20%左右）,减少炉缸内铁水环流对炉缸侧壁的侵蚀。

(6)监测技术选择

采用先进有效的技术监测、维护炉体。尤其是炉缸、炉底多增加测点，根据测点温度建立模型，模拟炉缸内温度分布，计算模拟出炉缸砖衬侵蚀画面，及时反馈炉缸侵蚀状况，提醒工作人员及早作出护炉措施。

(7)配套设备的精细设计热风炉、除尘系统、上料系统、喷吹系统等配套设备必须严格根据高炉本体要求精细设计，以达到最佳的匹配。高炉长寿是个综合课题，就好比“木桶效应”，不能因为附属、配套设施的寿命影响到整体的寿命。

2.2.2  精心施工

先进、合理的设计是实现高炉长寿的前提，而高炉的施工质量是连接理论设计和实际生产的重要桥梁，只有严格、精细化的施工才能保证高炉投产后达到设计的长寿、指标等目标。

严格按照设计说明施工，保证设备安装、焊接、耐火材料砌筑等质量，尤其是炉缸、炉底的砌筑，要求炉底和其它部位的碳砖缝隙不大于0.5mm,且砖缝必须填满、填实。

2.3  高炉操作管理

2.3.1  选择合理的制度，包括送风制度、装料制度、造渣制度、冷却制度、热制度等

根据高炉不同时段选择、探索最优的操作制度，比如开炉阶段、炉役初期、炉役中期、炉役末期，根据高炉本体状况、设备状况、原燃料条件等制定合理制度。

2.3.2  稳定炉内操作

高炉操作稳定压倒一切，稳定顺行的炉况是提高产量、降低消耗、改善指标的前提。

2.3.3  稳定、优良的原燃料条件

优质、稳定的原燃料是高炉稳定顺行的前提，是高炉做改善指标调整的先决条件。与送风制度、装料制度匹配，高炉能获得理想的料柱骨架、软熔带形状及高度、厚度，进而形成合理的煤气流分布，改善煤气利用率，降低消耗，提高产量。

因此在生产中就要加强对原燃料质量的管理：

(1)严把进料关，选择质量好的、性价比高的原燃料，对所有原料成分、粒度、物理特性、冶金性能等做综合全面分析，进行评估，选择出最优原料；

(2)严格控制入炉原料中的有害元素负荷；

(3)严格控制烧结矿质量，避免大的波动，尤其是碱度的变化；

(4)加强原燃料的筛分管理，减少粉末入炉。

2.3.4  有害元素对高炉长寿的影响[12]

(1)碱金属和锌的危害

在碱金属和锌随煤气流上升的过程中，与炉衬发生反应，侵蚀炉衬，使炉衬剥落，也会在炉墙处与炉料形成粘结，造成高炉炉型变化，影响顺行；堵塞焦炭气孔、催化焦炭气化熔损反应，恶化料柱透气性；

会使含铁原料的冶金强度性能变差，致使含铁矿的粉化率增加，熔点降低，熔滴性能变差等，从而使料柱透气性恶化，软熔带位置提高、厚度增加等，均对高炉生产不利。

(2)铅的危害

被还原的液态铅因其比重大，很容易沉入炉底，钻入碳砖缝隙，长期累积致使碳砖上浮，严重影响到高炉炉缸寿命。

(3)氯的危害

随煤气上升过程会对炉衬造成侵蚀破坏、对炉顶设备造成腐蚀、对后续除尘设备和TRT静叶等造成腐蚀，影响其使用寿命。

2.3.5  避免无计划休风和慢风操作

无计划休风、慢风操作等均会对炉况造成一定的影响，致使炉内气流发生变化，甚至出现异常，有可能造成风口烧坏等其它不良后果，打断高炉正常生产。

2.3.6  炉役后期炉内操作

(1)制定合适的操作方针、制度，避免高强度冶炼；

(2)加强冷却；

(3)加强对入炉原料的管理；

(4)加强出铁组织；

(5)采用护炉技术。

2.3.7  新形式下的炉内操作

随着环保形式的日益严峻，尤其是进入秋冬供暖季节，国家环保的压力势必会对部分地区烧结、高炉生产带来巨大的压力，在这种状况下，炉内更要做好应对措施以保证高炉顺行和长寿。

根据原燃料条件，比如落地烧结矿的状况等，制定合适的操作方针、制度，保证高炉的稳定顺行。

2.4  炉体维护

2.4.1  形成永久型炉衬

在炉底、炉缸形成永久型碳砖炉衬，其概念是指碳砖炉衬的内表面温度降低到800~1000℃以下，在碳砖炉衬的内表面，凝结一定厚度的渣壳，形成永久型渣保护层，这样碳砖就不会被侵蚀。

2.4.2  饥钛矿护炉

在炉役末期，有的高炉甚至在开炉时即采用饥钛矿护炉。在炉缸侧壁温度出现危险值报警时，及时选择合适的入炉钛负荷，进行护炉，利用钛化物、钛氮化物的特点对已侵蚀部位进行补位保护。

添加的方式主要有：钛矿块直接入炉、烧结添加含钛物料、风口喷吹含钛粉料、风口喂线、炮泥中添加含钛物料等。

由于饥钛渣的一些特性，以及含钛烧结矿的性能变化等均对高炉生产带来很多不利，因此在使用饥钛矿护炉期间一定要针对其特点制定适宜的操作制度。

2.4.3  WO3护炉

国内外专家针对WO3护炉做了很多可行性研究，研究表明：随恒温时间的延长亦有粘度升高现象，渣中的钧以WC和W2C形态存在，并以颗粒状沉积在堆塌壁上，形成保护层。渣一石墨润湿良好，能紧密地镶嵌在一起。因此含钧渣具有比含钛渣更优越的护炉性能，而且对高炉冶炼不会带来困难。

2.4.4  改造破损冷却器

在炉役后期或者在冷却器出现漏水、破损情况下，对其进行改造，切断漏水水管，加强其它水管的冷却效果，采取其它措施对破损、损坏部位进行冷却补偿等。另外针对破损比较严重的冷却器，通过在其部位加冷却筒或冷却水箱来替代其达到冷却效果。再者，通过炉壳外部打水也能起到一定作用。

2.4.5  加强监测

针对不同时段制定严格的监测制度，尤其是在炉役末期要增加监测的频率，增加监测的手段。

3  结语

高炉长寿技术是综合技术与系统工程，高炉能否长寿主要取决于三个因素的综合效果：

(1)大修或新建设计时，选择合理的炉型、合适的耐火材料、冷却系统、先进的炉缸、炉底技术、优质的设备质量以及与本体最优匹配的附属设备。在施工阶段，必须严格按照设计精细施工。

(2)开炉后高炉操作要稳定，严格控制好原燃料质量，根据不同时段高炉状况探索制定出最适宜的操作方针、制度，针对入炉的有害元素要作出相应的措施解决缓解，避免人为或者设备状况造成的无计划休风或者长期的慢风作业。

(3)采用有效的炉体维护技术，包括对附属设备的维护。加强监测，加强冷却，对损坏部位及时作出改造处理，采用护炉技术等。

4  参考文献

[1]杜洪绪.高炉长寿综合技术分析[J].上海金属，2004,26(2):54-57.

[2]邓炳场.高炉长寿技术的进步[J].国外钢铁，1996(2):20-23.

[3]项钟庸.国外高炉炉缸长寿技术述评[J].炼铁，2013,32(5):53-59.

[4]宁向军.高炉长寿技术浅析[J].黑龙江冶金，2013(1):36-39.

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[6]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2002.

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[10]吕萌.对高炉冷却壁材质特性的探究[J].设计技术，2011(2):1-3.

[11]白煜磊，牟雅丽，彭晓敏.高炉软水密闭循环冷却水处理技术研究//2010年全国水处理技术研讨会论文集[C].天津，2010:221-225.

[12]邢华清，王斌，王聪渊.高炉有害元素控制技术[J].河北冶金，2011(8):46-48.