【文章內(nèi)容簡介】 川崎公司千葉 6 高爐（ 4500m3）和水島 4 高爐都取得了 20 年以上的實(shí)績。 我國的高爐長壽水平與 主流的高爐長壽目標(biāo)差距還很大，一般一代爐役（無中修）壽命低于 10 年，僅少數(shù)高爐可實(shí)現(xiàn) 10~15 年的長壽目標(biāo)。國際上煉鐵高爐壽命也尚未達(dá)到上述目標(biāo)。國內(nèi)及國外部分大高爐壽命指標(biāo)分別見表 1和表 2。 11 表 1 國內(nèi)部分 20xxm3以上高爐壽命指標(biāo) 廠名及爐號 爐容 /m3 爐役 服役 /年 一代產(chǎn)鐵總量 /萬噸 單位爐容產(chǎn)鐵/t m3 一代利用系數(shù) /t m3 d1 武鋼 5 號 3200 ~ 11097 寶鋼 1 號 4063 ~ 7949 寶鋼 2 號 4063 ~ 4718 11612 寶鋼 3 號 4350 至今 統(tǒng)計(jì)至 20xx 年底 鞍鋼 10 號 2580 至今 統(tǒng)計(jì)至 20xx 年底 首鋼 1 號 2536 至今 統(tǒng)計(jì)至 20xx 年底 首鋼 3 號 2536 至今 統(tǒng)計(jì)至 20xx 年底 表 2 國外部分大型高爐壽命指標(biāo) 廠名及爐號 爐容 /m3 爐役 服役 /年 一代產(chǎn)鐵總量 /萬噸 單位爐容產(chǎn)鐵/t m3 一代利用系數(shù) /t m3 d1 大分 2 號 5245 ~ 11826 千葉 6 號 4500 ~ 6023 13385 倉敷 2 號 2857 ~ 4457 15600 光陽 1 號 3800 ~ 15 4300 11316 光陽 2 號 3800 ~ 5151 13555 霍戈文 6 號 2678 1986~20xx 16 3400 12696 霍戈文 7 號 4450 1991~20xx 4910 11034 漢博恩 9 號 2132 1988~20xx 18 3200 15000 迪林根 5 號 2631 ~ 2040 7754 從表 1 和表 2 可知，在世界范圍內(nèi)，高爐長壽的目標(biāo)尚未完全實(shí)現(xiàn)，高爐的穩(wěn)定、順行及安全生產(chǎn)仍舊是冶金工作者努力的重要方向。 高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果： 1) 高爐大修設(shè)計(jì)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)的耐火材料； 12 2) 良好的施工水平； 3) 穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)的原燃料條件； 4) 有效的爐體維護(hù)技術(shù)。 這四者缺一不可，但 1)是高爐能否實(shí)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(jià)。因此，提高高爐的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平，是實(shí)現(xiàn)高爐長壽的根本所在。現(xiàn)代高爐采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)及優(yōu)質(zhì)耐火材料后，高爐的壽命得到了大幅度的提升。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于原燃料性能和質(zhì)量的變化、設(shè)備出現(xiàn)故障、操作人員失誤等，使得高爐事故及爐況失常時有發(fā)生，高爐事故與爐況失常是實(shí)現(xiàn)高爐長壽的重大障礙之一。 主要的高爐失常類型有： 1) 爐缸凍結(jié)； 2) 爐缸堆積； 3) 爐缸爐底燒穿； 4) 爐墻結(jié)厚與結(jié)瘤； 5) 爐前事故； 6) 惡性管道與頑固懸料； 7) 高爐煤氣事故； 8) 高爐爆炸事故。 大量事實(shí)表明，影響現(xiàn)代高爐一代爐役壽命的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在兩個區(qū)域： 1) 爐腹、爐腰至爐身中下部； 2) 爐缸、爐底區(qū)域（鐵口、渣口又是爐缸的薄弱之處）。 現(xiàn)代煉鐵生產(chǎn)采用精料、高壓、高風(fēng)溫和噴吹燃料等強(qiáng)化冶煉措施，生鐵產(chǎn)量得到提高，煉鐵焦比得到降低，與此同時，高爐設(shè)備和爐身、爐缸爐底的工作負(fù)荷進(jìn)一步加重。由于高爐設(shè)計(jì)和砌筑的不足及缺乏有效的監(jiān)控措施，高爐的爐襯和冷卻設(shè)備損壞加快，尤其是爐缸破損情況加劇，爐缸燒穿事故時有發(fā)生，高爐大中修頻繁，這嚴(yán)重影響到高爐的長 壽和經(jīng)濟(jì)效益的提高。表 3 和表 4 分別列舉了 20xx 年以后國內(nèi)外部分爐缸爐底燒穿事故。 13 表 3 20xx 年以來國內(nèi)部分高爐爐缸、爐底燒穿事故 廠名 /爐號 爐容 /m3 開爐時間 燒穿時間 燒穿部位 處理方法 BY3 號 350 1995 爐底燒穿， 5 根風(fēng)冷管流鐵 扒爐大修 X 鋼 7 號 600 低渣口下， 1250mmx550mm 孔 休風(fēng) 7 天 X 鋼 6 號 600 爐缸冷卻壁燒穿 搶修1596min M 鋼 4 號 300 20xx1105 鐵口下 ， 750x550mm 孔 休風(fēng) 24 天 T 鋼 2 號 314 渣口大套下沿 休風(fēng)1470min SGB8 爐缸冷卻壁燒穿 休風(fēng)1596min L 鋼 1 號 380 爐缸冷卻壁燒穿 休風(fēng) 4 天 N 鋼 380 爐缸熱電偶孔流鐵 80t A 鋼 3 號 3200 鐵 口下 ， 550mmx20xxmm孔，渣鐵爐料超過 20xxt 挖補(bǔ)，休風(fēng) 12 天 T 鋼 1 號 20xx 爐缸熱電偶孔，滲鐵超過 70t FN 1280 20xx 20xx 開爐 4 個月滲鐵 20t XF 450 鐵口下 S 鋼 7 號 520 20xx 爐缸 大修 J 鋼 7 號 500 爐底燒穿 大修 XB 450 鐵口左 500mm D 冶 2 號 400 鐵口區(qū)燒穿 重新澆鑄 Y 春 1 號 1250 12 號冷卻壁溫度高，滲鐵 70t 挖補(bǔ) C 鋼 1260 12 號冷卻壁界面 永久停爐 S 鋼 1 號 2500 12 號冷卻壁界面，500mmx700mm 孔，大火 挖補(bǔ)，停爐 11 天 FN 450 20xx 爐缸燒穿 SH 鋼 1080 20xx 爐缸燒穿 T 鋼 580 20xx DL7 號 600 20xx 20xx1 爐缸滲渣超過 100t 大修 14 表 4 近年國外部分高爐爐缸、爐底燒穿事故 廠名 爐 號 爐缸直徑 /m 燒穿時間 MittalVanderbijlpark C ArcerliaGijon, spain A CarsidMarcinelle, Belgium E HKMGermany A Azovztal, Ukraine 3 TKS Schwelgen 1 Corus Port Talbot 4 Sadauha Corex Arcelor MittalSicatsa 1 US Steel Gary 14 Salzgitter B Dillingen 5 由表 3 和表 4 可以看出，僅 20xx 年以來，國內(nèi)外就已經(jīng)發(fā)生多起爐缸、爐底燒穿事故，高爐爐缸 爐底燒穿事故已經(jīng)成為影響高爐壽命的最重要的因素，一代爐役的壽命也取決于高爐爐缸爐底爐襯的破損程度。由于高爐是一個高溫反應(yīng)容器，爐缸、爐底燒穿事故一旦發(fā)生，將造成重大的生命、財(cái)產(chǎn)損失，因此在未來的一段時間內(nèi)，爐缸爐底長壽的研究仍將是高爐長壽研究的最重要的組成部分。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的高爐注重提高整體優(yōu)化設(shè)計(jì)；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，無冷卻盲區(qū)，并針對高爐不同部位的不同特點(diǎn)，選用不同材質(zhì)的冷卻系統(tǒng)和耐材，其目的是確保高爐各部位同步長壽。國內(nèi)外高爐長壽技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及趨勢如下： 1） 采用全爐體冷卻 從爐底至爐喉全部采用冷卻器。例如日本君津 3 號高爐爐缸采用了 6 段灰鑄鐵光面冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身中下部采用了 9 段高韌性鐵素體球墨鑄鐵冷卻壁，爐身上部 S5 冷卻壁至水冷爐喉鋼磚之間采用了 3 段球墨鑄鐵冷卻壁。 2） 采用無料鐘爐頂設(shè)備 15 采用無料鐘爐頂設(shè)備，通過控制煤氣流分布來控制爐身熱負(fù)荷，使高爐煤氣流分布穩(wěn)定合理，從而實(shí)現(xiàn)高爐長壽。 3） 采用銅冷卻壁 爐腹、爐腰至爐身下部區(qū)域是整個高爐工況條件最惡劣的區(qū)域之一，爐料磨損沖刷、爐渣化學(xué)侵蝕、軟融帶根部反復(fù)上下移動產(chǎn)生的熱震等破壞機(jī)制同時存在。在爐腹、爐腰至爐 身下部高熱負(fù)荷區(qū)域安裝銅冷卻壁是實(shí)現(xiàn)長壽的最佳選擇，在高利用系數(shù)的操作條件下可確保此區(qū)域的壽命達(dá) 15~20 年，而且無需使用價(jià)格昂貴的耐材，高爐爐體的維護(hù)工作大大減少。國外高爐在此區(qū)域大多選擇了銅冷卻壁系統(tǒng)，我國部分新建的高爐（特別是大型高爐）也在此區(qū)域安裝了銅冷卻壁。 4） 爐身中部冷卻系統(tǒng)與耐材結(jié)構(gòu) 軟熔帶以上的爐身中部，爐料溫度 大 ，隨著噴煤量提高，邊緣氣流發(fā)展，該區(qū)域的熱負(fù)荷急劇升高，但此區(qū)域沒有形成渣皮的條件，是爐襯磨損最嚴(yán)重的區(qū)域，是現(xiàn)代高爐長壽的難點(diǎn)之一。目前主要采用的冷卻系統(tǒng)與耐材結(jié)構(gòu)如下： a) 新日鐵第 四代冷卻壁結(jié)構(gòu)。磚壁合一，取消凸臺，可以保證光滑的爐型 b) 板壁結(jié)合結(jié)構(gòu)。水島 4 號高爐將可更換的銅冷卻板與外置灰鑄鐵冷卻壁的銅冷卻壁結(jié)合使用取得了 20 年的實(shí)績。 c) 一些中、小型高爐爐身中部采用不易開裂、耐磨的耐熱鑄鋼，試驗(yàn)取得了良好效果。 5） 爐缸長壽保護(hù)層技術(shù) 爐底及爐缸磚襯的侵蝕情況將決定高爐一代爐役的壽命，但其殘余厚度又無法直接觀測和修復(fù)。目前獲得爐缸長壽保護(hù)層主要有兩種方法： a) 強(qiáng)化冷卻理論 近些年?duì)t缸側(cè)壁耐材使用具有高導(dǎo)熱系數(shù)的熱壓小塊碳磚或超微孔碳磚，其低孔隙度能阻止鐵水和渣的滲透，具有高抗堿性能，可吸收部 分熱應(yīng)力，配以高效的水冷系統(tǒng)，能將爐缸的熱流迅速傳遞給冷卻系統(tǒng)帶出爐外，從而在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層，抵抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳型”侵蝕。 b) 陶瓷杯結(jié)構(gòu) 在爐缸碳磚熱面外砌筑優(yōu)質(zhì)耐材保護(hù)層，一般采用在爐缸碳磚熱面附加一層抗鐵水侵蝕能力強(qiáng)、低導(dǎo)熱的的優(yōu)質(zhì)莫來石或剛玉等耐火材料陶瓷杯，它既可在幾年內(nèi)保護(hù)碳磚免遭渣鐵的直接侵蝕，又降低了碳磚的工作溫度，將 16 800℃等溫線控制在陶瓷杯以內(nèi)，避免碳磚過早發(fā)生脆化侵蝕，起到了延長爐底、爐缸壽命的作用。 6） 高爐冷卻設(shè)備的水質(zhì)控制 冷卻水水質(zhì)及穩(wěn)定性對冷卻設(shè)備的 傳熱效果及高爐長壽起著重要的作用。鑄鐵冷卻壁要求水質(zhì)的含氧量低，一般采用軟水或純水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)。鑄鐵冷卻壁在使用過程中要求冷卻水管內(nèi)不能形成任何形式的結(jié)垢，否則其熱阻會明顯升高，引起冷卻壁破損。銅冷卻壁使用工業(yè)水冷卻時，其水速必須大于2m/s，水的硬度須小于 8，避免產(chǎn)生硬質(zhì)垢，并需定期進(jìn)行殺菌滅藻。采用軟水或純水冷卻時則要求水速大于 。 7） 發(fā)展?fàn)t缸爐底侵蝕在線監(jiān)測技術(shù) 通常在爐缸、爐底兩個區(qū)域的每一層冷卻器或耐火材料熱面下碳磚中都預(yù)埋了若干支在線監(jiān)測熱電偶，監(jiān)測碳磚溫度，將測定的溫度信息用數(shù)學(xué)模 型解析，轉(zhuǎn)換成爐墻耐火材料殘余厚度畫面在爐底及爐缸側(cè)壁柱面上，每隔 2m 之內(nèi)就應(yīng)設(shè)置監(jiān)測電偶，并對關(guān)注度高的出鐵口等重點(diǎn)部位密集配置監(jiān)測電偶，確保爐缸侵蝕狀況在線監(jiān)測模型能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，才能在高爐生產(chǎn)的中后期有效避免爐底及爐缸燒穿漏鐵水或爆炸等惡性事故發(fā)生。 高爐長壽技術(shù)的基本手段 目前國內(nèi)部分高爐一代爐齡達(dá)到 15 年以上，國外部分高爐一代爐齡甚至已經(jīng)達(dá)到 20~25 年，而同時，爐齡短、事故多發(fā)的高爐也大量存在。因此，對現(xiàn)有長壽高爐的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)，并對出現(xiàn)事故的高爐進(jìn)行調(diào)查和反思，形成經(jīng)驗(yàn)知識，進(jìn)而 豐富高爐長壽理論，是目前冶金工作者們比較實(shí)際，同時也是比較迫切需要完成的工作。 長壽高爐進(jìn)行調(diào)研 目前在國內(nèi)壽命較長的高爐主要集中在寶鋼、首鋼、武鋼及鞍鋼，這些企業(yè)高爐壽命大部分在 10 年以上，寶鋼 2 號、寶鋼 5 號及首鋼 3 號等高爐壽命達(dá)到 15 年以上；國外長壽高爐主要集中在日本、韓國、德國及荷蘭，千葉 6 號、倉敷 2 號等高爐壽命達(dá)到 20 年以上。對這些成功的案例進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)其經(jīng)驗(yàn)并推廣，將對高爐長壽技術(shù)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。主要的調(diào)研內(nèi)容包含以下幾個方面： 1） 該企業(yè)自身對長壽技術(shù)的總結(jié)及應(yīng)用 17 目前的長壽高爐體 現(xiàn)出集中分布的趨勢，即某些企業(yè)的高爐普遍壽命水平較高。這說明這些企業(yè)對高爐長壽技術(shù)有一定的積累，在延長爐齡方面有著大量的經(jīng)驗(yàn)，將這些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)并推廣，會極大地促進(jìn)高爐長壽技術(shù)的發(fā)展。 2） 對長壽高爐的參數(shù)進(jìn)行分析總結(jié) 不同的企業(yè)高爐的生產(chǎn)參數(shù)不同，通過對爐容，爐型，高爐基本結(jié)構(gòu)等參數(shù)的調(diào)研分析，可以提升對高爐生產(chǎn)參數(shù)選擇的認(rèn)識。 3） 對長壽高爐的失常及事故處理方法進(jìn)行分析總結(jié) 采取正確的手段處理高爐失常及事故，將失常及事故對高爐的破壞降低到最小，是延長高爐壽命的重要手段之一。通過對成功案例的分析和總結(jié)，可以有效的預(yù)防 甚至避免高爐失常及事故的發(fā)生。 4） 對長壽高爐的監(jiān)測手段進(jìn)行分析總結(jié) 高爐狀態(tài)監(jiān)測將是高爐長壽技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，對長壽高爐的采用的檢測手段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析其在爐襯厚度、渣皮厚度等重要方面的監(jiān)測手段并推廣，在生產(chǎn)中保證及時了解爐襯侵蝕狀況，使殘余爐襯在安全可控范圍內(nèi)確保安全生產(chǎn)，是延長高爐壽命的重要手段。 事故多發(fā)高爐進(jìn)行調(diào)查反