高爐長壽是現(xiàn)代高爐所追求的目標(biāo)，高爐長壽就意味著經(jīng)濟(jì)效益的提高。近幾年，我國高爐的設(shè)計水平得到了較大的提高，高爐的壽命也得到了較人的提高。但與國外高爐壽命相比，我國只有少數(shù)高爐能夠達(dá)到國外高爐壽命的水平，本文主要介紹現(xiàn)代長壽高爐設(shè)備的設(shè)計思想和最新發(fā)展趨勢，希望能對我國鋼佚企業(yè)的高爐大修或新建高爐項目有所幫助。

　　國外先進(jìn)高爐長壽水平較高，一代爐役(無中修)壽命可達(dá)15年以上，部分高爐達(dá)20年以上。日本川崎公司千葉6號高爐(4500m?)和水島2號、4號高爐都取得了20年以上的長壽實績。日本矢作制鐵公司的361m?高爐、巖手制鐵公司的150m?高爐一代爐役壽命在上世紀(jì)90年代就達(dá)到了 20年以上的水平。最近，經(jīng)過大修的部分高爐已將長壽目標(biāo)定為30年。相比而言，我國高爐設(shè)備的長壽水平則較低，一般一代爐役無中修壽命低于10年，僅少數(shù)高爐可實現(xiàn)10至15年的長壽目標(biāo)，其長壽總體水平與國外先進(jìn)水平相差較大。

　　二|影響高爐長壽的主要因素

　　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(shè)計或新建時采用的長壽技術(shù)，如合理的爐型、優(yōu)良的設(shè)備制造質(zhì)量、高效的冷卻系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的耐材和良好的施工水平。二是穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)的原燃料條件。三是有效的爐體維護(hù)技術(shù)。這三者缺一不可，但其中第一項是高爐能否實現(xiàn)長壽的基礎(chǔ)和根本，是高爐長壽的“先天因素”。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(hù)技術(shù)等后天措施來獲得長壽，將變得十分困難，而且還要以投入巨大的維護(hù)資金和損失產(chǎn)量為代價。因此，提高高爐的設(shè)計和建設(shè)水平，是高爐實現(xiàn)長壽的根本。

　　三|現(xiàn)代長壽高爐的新思想

　　國內(nèi)外專家認(rèn)為，現(xiàn)代高爐的長壽設(shè)計思想有6個方面：一是注重提高高爐整體壽命優(yōu)化設(shè)計，大修精心施工，確保高爐各部位同步長壽。二是強(qiáng)調(diào)高效冷卻設(shè)備和優(yōu)質(zhì)耐材爐襯的有效匹配，從爐底至爐喉全部采用冷卻器，無冷卻盲區(qū)，并針對高爐不同部位的不同特點，選用不同材質(zhì)的冷卻系統(tǒng)和耐材。在爐腹、爐腰和爐身下部區(qū)域使用自我造襯、自我保護(hù)的無過熱冷卻設(shè)備一銅冷卻壁技術(shù)，在此區(qū)域淡化耐材爐襯的作用，依靠形成穩(wěn)定渣皮來保護(hù)銅冷卻壁。在開爐前，爐腹、爐腰和爐身下部區(qū)域僅噴涂一層普通噴涂料來防止開爐時的爐料磨損；在高爐爐缸側(cè)壁區(qū)域使用熱壓小塊碳磚、優(yōu)質(zhì)微孔碳磚配合冷卻壁或陶瓷杯來延長使用壽命。三是增加爐缸死鐵層設(shè)計深度（達(dá)爐缸直徑的20%左右），減少爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流對爐缸側(cè)壁的侵蝕。四是在高利用系數(shù)（爐役平均有效容積利用系數(shù)大于2.0）、高煤比（爐役平均噴煤量達(dá)150kg / t以上）、低維護(hù)費用的基礎(chǔ)上，爐役壽命（20年以上）和單位爐容產(chǎn)鐵量（1.0萬一1.5萬t/m?爐役）應(yīng)作為高爐長壽同時追求的目標(biāo)。五是采用有效技術(shù)監(jiān)測、維護(hù)爐體是實現(xiàn)高爐長壽的重要保證。六是注重高爐穩(wěn)定順行的工藝操作管理和使用成分穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)原燃料對高爐長壽的作用。

　　四|關(guān)于高爐長壽的幾種觀點

　　1、經(jīng)濟(jì)合理的長壽觀

　　高爐長壽不是越長越好，應(yīng)按爐容大小確定一個經(jīng)濟(jì)合理的壽命。即以一代高爐壽命發(fā)揮最大效益為限度。如一座300m?級高爐壽命達(dá)15?20年，是否合理？要達(dá)到這么長的壽命，必須采用高檔優(yōu)質(zhì)的耐材和冷卻設(shè)備及最先進(jìn)的技術(shù)，勢必導(dǎo)致基建投資過大；再說15?20年以后，新材料、新設(shè)備、新技術(shù)將發(fā)展到何等水平，難以預(yù)料，由此看來300m3級高爐壽命8?10年應(yīng)屬長壽。而1000m3以上或2000m3以上高爐壽命可搞到幾年以上，甚至更長。但亦應(yīng)根據(jù)實際條件和技術(shù)發(fā)展趨勢作經(jīng)濟(jì)效益分析,確定其經(jīng)濟(jì)合理的長壽高爐。

　　2、高質(zhì)量的長壽觀

　　高爐長壽要強(qiáng)調(diào)長壽質(zhì)量問題，就是說要發(fā)揮一代爐役的高效強(qiáng)化冶煉和良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而不是靠慢風(fēng)作業(yè)、護(hù)爐措施來拖延壽命。如一個人的壽命，活著要健康無病，身強(qiáng)力壯，精力充沛，而不是躺在病床上靠打針吃藥延長壽命。故提倡高質(zhì)量的長壽，才是煉鐵工作者研究的目的。

　　3、 系統(tǒng)整體長壽觀

　　高爐長壽不僅是指高爐本體長壽，而應(yīng)包括高爐生產(chǎn)的主體和輔助系統(tǒng)整體長壽。若主體的某一部位或系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題（嚴(yán)重?fù)p壞），均會影響其壽命，因此，在設(shè)計時就要統(tǒng)籌全局，做到系統(tǒng)內(nèi)各個部位同步長壽。甚至有的專家提出熱風(fēng)爐壽命應(yīng)是高爐本體的兩倍左右。任何片面強(qiáng)調(diào)爐缸、爐底或其它局部長壽都是不符合高爐系統(tǒng)整體長壽觀的。這也是在長期的實踐中逐步認(rèn)識和形成的長壽觀念。

　　4、永久性爐襯長壽觀

　　有專家研究后提出：只要設(shè)計、制造無過熱冷卻器，使高爐渣、鐵凝聚附著，而生成永久性的爐村，包括爐內(nèi)塊狀帶的爐料保護(hù)村，維持高爐長期作業(yè)，達(dá)到長壽之目的。因此，認(rèn)為對于高熱流強(qiáng)度的爐身中下部需要形成永久性的安全爐襯，這是設(shè)計長壽高爐的關(guān)鍵。也就是說冷卻器熱面最高溫度不超過其材料強(qiáng)度允許的范圍，那么冷卻器將不會燒壞，永久性爐村將會形成，則高爐就能長壽。這一觀點的關(guān)鍵是要有優(yōu)良的耐火材料內(nèi)襯和理想的冷卻設(shè)備作為先決條件。因此，做好優(yōu)良耐火材料內(nèi)襯的設(shè)計和冷卻器的技術(shù)方案更為重要。

　　五|關(guān)于高爐長壽的幾種觀點

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，我國高爐容積大于1000m3的大型高爐有50余座，2000m3以上的大型高爐有25座，這些大型高爐的生產(chǎn)能力約占全國煉鐵生產(chǎn)能力的50%以上。20世紀(jì)90年代，一批新建或大修技術(shù)改造的高爐釆用了鐵素體球墨鑄鐵冷卻壁、銅冷卻板、軟水密閉循環(huán)冷卻、陶瓷杯等現(xiàn)代高爐長壽技術(shù)，壽命已達(dá)到8?10年以上。其中我國自行設(shè)計建設(shè)的特大型高爐一寶鋼2號高爐4063m3壽命已達(dá)到12年，武鋼5號高爐3200m3、首鋼4號高爐2100m3的壽命也相繼達(dá)到12年。這些高爐至今未進(jìn)行中修，仍在正常工作，預(yù)計高爐壽命將達(dá)到15年以上。

　　我國新建或大修改造的大型高爐，遵循高效、長壽并舉的原則，高爐一代爐役設(shè)計壽命15?20年，一代爐役平均利用系數(shù)大于2. 0t/m3 ? d。 一代爐役單位有效容積產(chǎn)鐵量達(dá)到10000?15000t/m3。

　　六|我國高爐長壽技術(shù)情況

　　1、優(yōu)化高爐爐型

　　我國煉鐵工作者歷來重視高爐爐型設(shè)計，通過研究總結(jié)高爐破損機(jī)理和高爐反應(yīng)機(jī)理,優(yōu)化高爐爐型設(shè)計的基本理念已經(jīng)形成。

　　（1） 加深死鐵層深度實踐證實，高爐爐缸爐底“象腳狀”的異常侵蝕，主要是由于鐵水滲透到炭磚中，使炭磚脆化變質(zhì)，再加之爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流的沖刷作用而形成的。加深死鐵層深度，是抑制爐缸“象腳狀”異常侵蝕的有效措施。死鐵層加深以后，避免了死料柱直接沉降在爐底上，加大了死料柱與爐底之間的鐵流通道，提高廠爐缸透液性，減輕了鐵水環(huán)流，延長廠爐缸爐底壽命。理論研究和實踐表明，死鐵層深度一般為爐缸直徑的15%?20%。

　　武鋼5號高爐“象腳狀”侵蝕示意圖

　　（2） 適當(dāng)加高爐缸高度高爐在大噴煤操作條件下，爐缸風(fēng)口回旋區(qū)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。適當(dāng)加高爐缸高度，不僅有利于煤粉在風(fēng)口前的燃燒，而且還可以增加爐缸容積，以滿足高效化生產(chǎn)條件下的渣鐵存儲，減少在強(qiáng)化冶煉條件下出現(xiàn)的爐缸“憋風(fēng)”的可能性。近年，我國已建成或在建的大型高爐都有爐缸高度增加的趨勢，高爐爐缸容積為有效容積的16%?18%。

　　(3) 加深鐵口深度鐵口是高爐渣鐵排放的通道，鐵口區(qū)的維護(hù)十分重要。研究表明，適當(dāng)加深鐵口深度，對于抑制鐵口區(qū)周圍爐缸內(nèi)襯的侵蝕具有顯著作用，鐵口深度一般為爐缸半徑的45%左右。這樣可以減輕出鐵時在鐵口區(qū)附近形成的鐵水渦流，延長鐵口區(qū)爐缸內(nèi)襯的壽命。

　　(4) 降低爐腹角 降低爐腹角有利于爐腹煤氣的順暢排升，從而減小爐腹熱流沖擊，而且還有助于在爐腹區(qū)域形成比較穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮，保護(hù)冷卻器長期工作?，F(xiàn)代大型高爐的爐腹角一般在80°以內(nèi)，本鋼2600m3爐腹角已降低到75. 37°2、爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

　　長壽爐缸爐底的關(guān)鍵是必須采用高質(zhì)量的炭磚并輔之合理的冷卻。通過技術(shù)引進(jìn)和消化吸收，我國大型高爐爐缸爐底內(nèi)襯設(shè)計結(jié)構(gòu)和耐火材料應(yīng)用已達(dá)到國際先進(jìn)水平。以美國UCAR公司為代表的“導(dǎo)熱法”（熱壓炭磚法）爐缸設(shè)計體系已在本鋼、首鋼、寶鋼、包鋼湘鋼等企業(yè)的大型高爐上得到成功應(yīng)用；以法國SAVOIE公司為代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）爐缸設(shè)計體系在首鋼、梅山、寶鋼、鞍鋼等企業(yè)的大型高爐上也得到了推廣應(yīng)用。日本大塊炭磚——綜合爐底技術(shù)在寶鋼、武鋼等企業(yè)的大型高爐上也取得廠長壽實績?！皩?dǎo)熱法”和''耐火材料法”這兩種看來似乎截然不同的設(shè)計體系，其技術(shù)原理的實質(zhì)卻是一致的。即通過控制1150 °C等溫線在爐缸爐底的分布，使炭磚盡量避開800?1100 °C脆變溫度區(qū)間。導(dǎo)熱法采用高導(dǎo)熱、抗鐵水滲透性能優(yōu)異的熱壓小塊炭磚，通過合理的冷卻，使炭磚熱面能夠形成一層保護(hù)性渣皮或鐵殼，并將1150℃等溫線阻滯在其中，使炭磚得到有效的保護(hù)，免受鐵水滲透、沖刷等破壞陶瓷杯法則是在大塊炭磚的熱面采用低導(dǎo)熱的陶瓷質(zhì)材料，形成一個杯狀的陶瓷內(nèi)襯，即所謂“陶瓷杯”，其目的是將1150℃等溫線控制在陶瓷層中。這兩種技術(shù)體系都必須采用具有高導(dǎo)熱性且抗鐵水滲透性能優(yōu)異的炭磚。將兩種設(shè)計體系組合在一起也不失為一種合理的選擇，首鋼1號高爐2536m3采用熱壓炭磚+陶瓷杯組合爐缸內(nèi)襯技術(shù)，至今已安全運行10年，預(yù)計高爐爐缸爐底壽命可以達(dá)到15年。隨著微孔炭磚、超微孔炭磚的相繼問世，大塊炭磚綜合爐底技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，但采用此種結(jié)構(gòu)的爐缸爐底須長期進(jìn)行護(hù)爐操作。另一種值得關(guān)注的現(xiàn)象是高爐爐底和爐缸壁厚度都呈減薄趨勢，個別大型高爐的爐底厚度已經(jīng)減薄到2400mm，首鋼首秦公司1號高爐1200m3爐缸采用熱壓炭磚，其爐缸壁厚度僅為800mm。

　　3、冷卻壁技術(shù)

　　20世紀(jì)70年代末期，德國GHH公司和蒂森公司合作率先在高爐上應(yīng)用了銅冷卻壁，取得廠令人滿意的效果。高爐銅冷卻壁具有高導(dǎo)熱、抗熱震、耐高熱流沖擊和長壽命等優(yōu)越性能，越來越多地應(yīng)用于國內(nèi)外大型高爐的關(guān)鍵部位，為高爐高效長壽起到了重要的作用。我國對銅冷卻壁的研究始于20世紀(jì)90年代中期。廣東汕頭華興治金備件有限公司和首鋼合作，于2000年1月設(shè)計研制出2塊銅冷卻壁，并安裝在首鋼2號高爐1726m3上試用，取得了顯著的應(yīng)用效果。2002年3月首鋼2號高爐技術(shù)改造中，應(yīng)用了該公司提供的120塊銅冷卻壁，這是我國高爐正式使用國產(chǎn)銅冷卻壁，標(biāo)志著銅冷卻壁技術(shù)已經(jīng)完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已有20余座大型高爐采用了國產(chǎn)銅冷卻壁。采用銅冷卻壁的技術(shù)原理是依靠銅冷卻壁優(yōu)異的導(dǎo)熱性、抗熱震性和耐高熱流沖擊性，在其熱面能夠形成比較穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮。即使渣皮瞬間脫落，也能在其熱面迅速地形成新的渣皮保護(hù)冷卻壁，這種特性是其他常規(guī)冷卻器所不能比擬的。實踐證實，銅冷卻壁是一種無過熱冷卻器，使用壽命可以達(dá)到20～30年。銅冷卻壁在首鋼、武鋼本鋼、馬鋼、攀鋼、湘鋼等企業(yè)的大型高爐上已經(jīng)得到了應(yīng)用。目前，我國已經(jīng)研制出多種不同形式的銅冷卻壁，有軋制銅板鉆孔銅冷卻壁、銅管鑄造銅冷卻壁、Ni－Cu合金管鑄造銅冷卻壁、鑄造坯鍛壓鈷孔銅冷卻壁和連鑄銅冷卻壁等。軋制銅板鉆孔銅冷卻壁由于結(jié)構(gòu)致密、組織缺陷少、冷卻效率高，其應(yīng)用范圍最為廣泛。銅冷卻壁是高爐長壽的關(guān)鍵技術(shù)之一，銅冷卻壁的應(yīng)用使高爐在不中修的條件下，壽命達(dá)到15～20年成為可能。銅冷卻壁應(yīng)使用在高爐熱負(fù)荷最大的區(qū)域，即爐腹、爐腰和爐身下部，該區(qū)域是高爐異常破損嚴(yán)重且造成高爐短壽的關(guān)鍵部位，在此區(qū)域使用銅冷卻壁對于延長高爐壽命具有重要作用。此外，在高爐爐缸（特別是鐵口區(qū)）使用銅冷卻壁也將會取得良好的應(yīng)用效果。在進(jìn)一步優(yōu)化銅冷卻壁結(jié)構(gòu)方面，華西科技研發(fā)出銅冷卻壁+爐襯熱面澆注技術(shù)是我國冷卻壁技術(shù)發(fā)展的有一新的里程碑。

　　4、薄壁內(nèi)村，磚壁一體化

　　高爐爐體破損機(jī)理的研究，使人們更加清楚地了解了高爐內(nèi)村和冷卻器的工作條件現(xiàn)代傳熱學(xué)理論的研究和運用，已將人們從傳統(tǒng)的思困感中解脫出來，形成現(xiàn)代高爐長壽設(shè)計的基本理念，薄壁內(nèi)村技術(shù)就是在此條件下應(yīng)運而生。所謂薄壁內(nèi)村就是對高爐內(nèi)村和冷卻壁進(jìn)行優(yōu)化組合，形成磚壁一體化結(jié)構(gòu)，解決爐腹、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)的短壽問題，使其壽命與高爐爐缸、爐底的壽命同步。我國已有數(shù)座大型高爐采用了磚壁一體化的薄壁內(nèi)村技術(shù)。冷卻壁取消了凸臺，消除了冷卻壁破損最薄弱的部位，而且冷卻壁熱而全部采用耐火材料保護(hù)，即所謂全覆蓋鑲磚冷卻壁。這種磚壁一體化的冷卻壁是在第四代冷卻壁的基礎(chǔ)上優(yōu)化演變而來的，其內(nèi)襯厚度僅為150～250m。大型高爐爐腹、爐腰、爐身下部采用銅冷卻壁，爐身中部采用此種結(jié)構(gòu)，爐身上部設(shè)23段C型光面水冷壁，這應(yīng)是一種配置合理的長壽爐體結(jié)構(gòu)。

　　七|高爐自動化檢測與控制

　　自動化檢測是高爐長壽不可缺少的技術(shù)措施。爐缸爐底溫度在線監(jiān)測已成為監(jiān)控爐缸爐底侵蝕狀態(tài)的重要手段，也是建立爐缸爐底內(nèi)村侵蝕數(shù)學(xué)模型所必要的條件。爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域，溫度、壓力的檢測為高爐操作者隨時掌握爐況提供了有效的參考。通過對冷卻水流量、溫度、壓力的檢測?？梢杂嬎愕贸鰺崃鲝?qiáng)度、熱負(fù)荷等參數(shù)，而且還可以監(jiān)控冷卻系統(tǒng)的運行狀況。爐喉固定測溫、爐頂攝象、煤氣在線自動分析、爐村測厚等技術(shù)的應(yīng)用使高爐長壽又得到廠進(jìn)一步的保障。我國寶鋼、武鋼、首鋼、本鋼、湘鋼的大型高爐還引進(jìn)了人工智能高爐治煉專家系統(tǒng)，為延長高爐壽命創(chuàng)造廠有利條件。

　　參考文獻(xiàn)：

　　張壽榮? 武鋼高爐長壽技術(shù)? 北京：冶金工業(yè)出版社.2009