[科普中国]-高炉寿命

高炉长寿含义

从长远观点看高炉长寿应当是钢铁工业走向可持续发展的一项重要措施，以减少资源和能源消耗、减轻地球环境负荷为目标。在这一点上容易取得共识，而对达到什么程度的高炉才能算长寿，钢铁界的认识并不一致。高炉长寿是为钢铁工业走向可持续发展服务的。

高炉长寿应包含以下目标：

（1）高炉一代寿命（不中修）在20年以上；

（2）高炉的一代炉龄是在高效率生产的状态下度过的，一代寿命内平均容积利用系数在2.0t/（·d）以上，一代寿命单位炉容产铁量在15000t/以上；

（3）高炉大修的工期缩短到钢铁联合企业可以承受的范围之内，例如两个月之内，大修后在短期内生产达到正常水平。

高炉长寿技术的核心是高炉一代构建一个合理操作炉型的永久性炉衬，使高炉一代寿命达到上述目标。如能达到上述目标，高炉座数可以最少，能源消耗可能最低，运行效率可能最高。我国高炉现在的长寿水平与上述目标差距很大。国际上炼铁高炉寿命也未达到上述目标。1

高炉的工作原理高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

冶炼过程高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。

鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到800～1350℃以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000℃以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。

下降炉料中的毛细水分当受热到100～200℃即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500～800℃才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为900～1000℃和740～900℃。铁矿石在高炉中于400℃或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。

焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100℃时就开始软化；到1350～1400℃时完全熔化；超过1400℃就滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域，①区是矿石与焦炭分层的干区，称块状带，没有液体；②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带，矿石开始软化到完全熔化；③区是液态渣、铁的滴落带，带内只有焦炭仍是固体；④风口前有一个袋形的焦炭回旋区，在这里，焦炭强烈地回旋和燃烧，是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。

延长高炉寿命的措施常见的延长高炉寿命的措施如下：

1、采用矾钛矿护炉；

2、限制冶炼强度；

3、加强铁口维护和渣铁处理；

4、强化炉缸冷却等。

常规的保护措施对高炉炉缸的维护是有效的，但存在较大弊端。新的高炉上、下部制度优化，不用消耗高成本的物料，不增加炼铁成本。下部优化制度指，适当缩小风口面积提高风量，在炉况不佳时（风压、透气指数高）可通过适当降低富氧率的代价来维持合理风量，以获得强劲的鼓风动能、充足且稳定的中心煤气流和炉缸工作均匀活跃的目的。也可安装新的大汽机，提高对鼓风动能作用的认识，提高料柱的透液性和透气性，减轻铁水环流对炉缸侧壁的冲涮程度。上部优化制度指改进装料制度，推介大角度、大角差的上部制度。装料时候，α角尽可能选用上限值，Δα要大于3.5°。以达到发展中心气流，抑制边缘气流的目的。

高炉后续维护一、原燃料质量管控

随着高炉的大型化，对原燃料质量的要求也逐步提高，尤其是焦炭的质量。现阶段钢铁市场整体效益不好，加大消化劣质矿种的比例成为降低铁水成本的关键，如果说单纯实行“精料”方针比较难以实现，也不现实，但是一些基本的共识还必须坚持。就原料而言，品位低一些会导致高炉渣量的增加，最直接的反应是燃料比的增加和料柱透气性的变差，这些变化只要保持在一定的范围，高炉操作通过制度的调整可以缓解高炉压差的升高幅度，进而保证顺行，但是矿石的还原性、高温冶金性能不能降，如果还原性差、软熔温度低、区间宽，这不仅影响燃料比的高低，最主要是直接影响炉内气流和炉内热量的分布，严重会出现炉况失常，高炉表现为长时间的三低两高（低负荷、低炉温、低煤气利用率和硅高、硫高）。

二、有害元素的控制

有害元素的控制是炼铁操作者长期以来坚持的原则，但是关于部分元素对炉缸寿命的影响应该重新进行认识，主要是碱金属和Zn。过去认为碱金属和zn富集是炉身上部结厚结瘤的罪魁祸首，但近年来一些专家提出这两者也是破坏炉缸耐材结构，缩短炉缸寿命的因素。

三、炉缸工作状态的监护

目前新建的大中型高炉在炉缸状态监护方面做得较好，一方面是在炉缸圆周和炉底安装热电偶，对耐材的不同部位进行温度监测；另一方面是通过对冷却水温差进行测量，计算冷板的热流强度。这两方面的监测，目的是衡量炉缸热负荷是否稳定、可控。但在实际的监测过程中，要结合着来分析，如果碳砖本身的导热系数较高，内外层热电偶温度升高，温差较小，但水温差计算热流强度可能较高；相反如果碳砖导热系数较低，热电偶温度升高，虽然温差较大，但水温差计算的热流强度可能较低。因此，在实际生产中应该结合着判断炉缸的热状态，但是，一旦出现突高，无论是热电偶，还是水温差都应该引起高度重视。

四、高炉操作的优化

高炉操作包括高炉内部操作和炉外操作，对高炉的寿命影响较大，尤其是针对外界变化的调剂，一方面是影响上部冷板的破损程度，另一方面是影响炉缸砖衬的侵蚀程度。80、90年代原燃料的质量不好，高炉顺行度差，因此高炉内部操作上有意发展边缘气流，炉况顺行度明显改善，但是炉腹、炉腰冷板损坏严重，甚至炉皮开裂，影响高炉寿命。21世纪随着高炉的大型化，炉料、焦炭质量明显改善，高炉的顺行关过了，高炉内部操作上也逐步形成“发展中心、兼顾边缘”的原则，在炉况顺行度提高的同时，冷板使用寿命也明显延长，加上炉腹、炉腰铜冷板的使用，炉腹、炉腰的长寿基本解决。高炉内部操作上另一个重要的任务是保持合理的炉缸热量，即保证合理的渣铁温度，研究表明，液态渣铁在炉缸内必须达到一定的温度，才能满足正常穿透死焦层的需要，具体的温度控制还要根据铁种和渣相来定，当温度较低时，渣铁流动性差，不能及时穿透死焦层进入炉缸，一方面是不能及时排净渣铁，导致炉缸负担增加；另一方面是影响死焦层的更替，进而影响炉缸活跃度，一旦采取改善措施，必然会导致铁水对炉缸侧壁的冲刷加剧和热应力的增加，进而影响砖衬的强度和寿命。

五、护炉操作

护炉操作是在炉缸发生局部严重侵蚀，热流强度严重超标时采取的应急补救措施，是在安全生产的前提下，延长高炉运行的有效手段。主要措施有：控制冶强、加钛矿护炉、提高冷却强度、调整风口参数或堵风口、炉缸打浆、风口喂线以及铁口炮泥加Ti粉等。护炉操作严格上讲应该分两个阶段和两个种类，两个阶段即消除期和缓解期，两个种类即炉底护炉和炉缸壁护炉。

六、应急预案制定

应急预案制定是针对护炉操作而进行的补充，是护炉失效后确保人员安全的关键。应急预案的制定包括事故发生后高炉操作制度和人员撤离方案的制定，其制定原则是一方面必须保证高炉工作者的人身安全；另一方面尽量将损失降至最低。长钢8高炉上代炉龄在应急预案方面较为完善，后续高炉可以借鉴。2