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2014年新修訂的《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：高爐一代爐役的工作年限應(yīng)達到15年以上。在高爐一代爐役期間，單位高爐容積的產(chǎn)鐵量應(yīng)達到或大于1~1.5萬t。目前，我國絕大多數(shù)高爐沒有達到上述目標，特別是一些中小高爐壽命普遍處于低水平階段，個別中小高爐出現(xiàn)壽命在3年以下的現(xiàn)象。所以說，努力提高我國高爐壽命，是煉鐵界的一個十分重要的任務(wù)，也是提高高爐生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，實現(xiàn)煉鐵系統(tǒng)節(jié)能減排的重要手段，應(yīng)當引起鋼鐵企業(yè)各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。

1、高爐長壽的重大意義
高爐長壽是鋼鐵企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的一項重大舉措。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)各工序物流是一環(huán)扣一環(huán)。高爐大修停產(chǎn)，會使企業(yè)生產(chǎn)鏈斷開，造成煉鐵前后工序均要減產(chǎn)，給企業(yè)造成重大經(jīng)濟損失，產(chǎn)品產(chǎn)量下降，設(shè)備作業(yè)率下降，經(jīng)濟效益大幅度下滑;同時，還要為大修高爐支付巨額資金，一座大型高爐的一次大修費用約在1億元左右。
高爐大修前后，均要增加企業(yè)資源和能源的消耗，污染物排放也要增加，對生產(chǎn)環(huán)境造成較大的負面影響。
高爐長壽的重大意義，不僅在煉鐵工序本身，而且也會給整個鋼鐵聯(lián)合企業(yè)帶來巨大效應(yīng)，包括生產(chǎn)成本降低，能源消耗減少，污染物排放減少，實現(xiàn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的高效化生產(chǎn)、連續(xù)化和緊湊化生產(chǎn)得以延續(xù)進行。延長高爐壽命不僅是可直接節(jié)約大修費用，而且還可以減少因大修而引起的停產(chǎn)損失和經(jīng)濟效益的提高。
2、高爐長壽的目標工作
依據(jù)現(xiàn)已掌握的高爐設(shè)計、材料和設(shè)備選擇及制造、施工、高爐操作和維護等方面的先進煉鐵科學技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，高爐壽命已經(jīng)可以實現(xiàn)下列目標：
高爐一代爐齡(不進行中修)在15年以上;
高爐日常能處于高效化、自動化、連續(xù)化、長壽化，生產(chǎn)過程環(huán)境友好的穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，一代高爐單位爐容產(chǎn)鐵量可在1.2萬t/m3以上;
采取一切有效的技術(shù)措施(包括分段拆裝，爐缸預(yù)砌等)，大限度地縮短高爐大修工期(一般大型高爐大修要在2個月以內(nèi))，優(yōu)化停爐和開爐操作技術(shù)，實現(xiàn)科學停爐和快速達產(chǎn)，降低因高爐大修對聯(lián)合企業(yè)的不利影響。
據(jù)統(tǒng)計，目前我國大多數(shù)高爐壽命低的主要原因是爐缸碳磚破損、水溫差升高，成為高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)。
3、高爐長壽的理念
高爐長壽是個系統(tǒng)工程：包括高爐設(shè)計，材料和設(shè)備的選擇、施工質(zhì)量的保證，高爐操作的科學和穩(wěn)定，爐料含有害雜質(zhì)的控制，爐體的維護和管理，應(yīng)急事故的科學處理等。上述各因素之間有著內(nèi)在相互關(guān)聯(lián)因素，相互影響，也有互補的作用。
高爐長壽的核心技術(shù)是形成和維護好一代高爐的合理爐型，保護好中間性爐襯的完整。
4、認真貫徹《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》
2014年7月國家建設(shè)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合新了公布《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》，GB50427-2014。該規(guī)范共有21章，主要內(nèi)容有：總則、術(shù)語、基本規(guī)定、原料燃料和技術(shù)指標(原料燃料、高爐生產(chǎn)技術(shù)指標、送風條件)、總圖運輸、礦槽焦槽及上料系統(tǒng)、爐頂、爐體、風口平臺及出鐵場、熱風爐、渣鐵處理(爐渣處理、鑄鐵機及修罐設(shè)施)、煤粉制備及噴吹、高爐鼓風(高爐鼓風機站、富氧鼓風)、高爐煤氣凈化及煤氣余壓利用(高爐煤氣凈化、高爐煤氣余壓利用)、電氣及自動化(電氣、儀表、自動化、電信)、給排水、采暖通風、節(jié)能及介質(zhì)管線、建筑及結(jié)構(gòu)(一般規(guī)定、廠房、框架結(jié)構(gòu))、檢化驗、安全與環(huán)保(安全衛(wèi)生、環(huán)境保護)、消防。其中有不少內(nèi)容是與高爐實現(xiàn)長壽有關(guān)，是充分體現(xiàn)出注重整體的高爐長壽優(yōu)化設(shè)計，進行全方位的改進，實行綜合治理，高效冷卻設(shè)備與高品質(zhì)耐火爐襯的有效匹配，確保高爐各部位的同步長壽;使用質(zhì)量穩(wěn)定的高品質(zhì)原燃料，保證高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行;在降低煉鐵燃料比的前提下取得高產(chǎn);采用有效的監(jiān)測和維護手段是實現(xiàn)高爐長壽的重要保證。
設(shè)計為基礎(chǔ)，這是高爐長壽的前提 ：
(1)注意設(shè)計合適的死鐵層深度。減少鐵水的縱向環(huán)流和圓周方向環(huán)流，盡量避免在鐵口兩側(cè)下方300-500mm區(qū)域交匯，形成渦流;又要考慮鐵水靜壓力對碳磚的影響。
(2)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。冷卻能力大小以及能否充分發(fā)揮作用，是決定爐缸壽命的關(guān)鍵因素。工作狀態(tài)良好的冷卻系統(tǒng)能夠使爐缸砌筑的耐火材料不產(chǎn)生過熱，延長工作壽命;一些專家認為，冷卻水量不足常常是爐缸燒穿的重要原因，因此，冷卻系統(tǒng)設(shè)計時，要留有爐役后期強化冷卻所需要的水量。
高爐爐型設(shè)計的合理性，是實現(xiàn)高產(chǎn)高品質(zhì)、低耗、長壽和環(huán)保的重要條件。合理的爐型的選擇原則是要求爐型能夠很好的適應(yīng)于爐料的順利下降和煤氣流均勻穩(wěn)定地上升運動。在高爐生產(chǎn)過程中爐型是在不斷變化。開爐時的爐型就是設(shè)計時的爐型。在高爐投產(chǎn)后，經(jīng)過一段時間，爐墻的不同部位會受到不同程度的爐料沖刷，化學腐蝕，特別是軟熔帶區(qū)域的爐墻會受到高溫、熱應(yīng)力、渣鐵的化學浸蝕。在一定生產(chǎn)條件下，變化后的爐型就會形成一個相對穩(wěn)定，適應(yīng)當時生產(chǎn)能力的工作爐型(或稱為操作爐型)。煉鐵工作者要通過各種措施，努力使工作爐型能夠維持長久，也就可以延長高爐長壽，實現(xiàn)高爐生產(chǎn)的高效化。
如果不合理爐型出現(xiàn)，會使高爐指標惡化，要及時進行修補，恢復(fù)合理爐型，是要的措施，是經(jīng)濟的。
目前，我國高爐設(shè)計傾向于設(shè)計“矮胖型高爐，推薦采用薄壁高爐內(nèi)型尺寸，多風口，深死鐵層，采用軟水密閉循環(huán)冷卻設(shè)備等特點。相關(guān)具體內(nèi)容將在以下部分中進行分述。
5、提高精料水平會促進高爐長壽
高爐煉鐵是以精料為基礎(chǔ)，精料水平對高爐生產(chǎn)指標的影響率在70%左右，對高爐長壽的影響也是十分重要的。
入爐料含鐵品位高是精料技術(shù)的核心，高品位會帶來巨大的經(jīng)濟效益，特別是噸鐵渣量低于300kg/t以下時，不但有利于提高噴煤比，提高爐料的透氣性(特別是軟熔帶)，使煤氣流分布均勻、穩(wěn)定，減少邊緣煤氣流對爐墻的沖刷，促進高爐長壽。目前，我國紅礦選礦技術(shù)已過關(guān)。對于吃百家礦用低品位原料的企業(yè)，應(yīng)當添加選礦設(shè)備，將低品位礦進行再選，會使高爐的效益倍增。可以有效地減少渣量，降低煉鐵燃料比。當前進口鐵礦石價格降低，有利于采購高品位礦石。企業(yè)各級領(lǐng)導(dǎo)要轉(zhuǎn)變觀念，在努力提高提高高爐入爐鐵品位上達成共識，會給企業(yè)帶來節(jié)能減排，降成本的效果。
高爐長壽要求所用爐料中含有害雜質(zhì)要少。有害雜質(zhì)主要指K、Na、Pb、Zn、F、S、As、Cl-等。在《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》中明確指出了對有害雜質(zhì)量控制值(kg/t)：K2O+Na2O≤3.0，Zn≤0.15，Pb≤0.15，As≤0.1，S≤4.0，Cl-≤0.6等。爐料帶入堿金屬以及氟化物對爐襯的破壞相當嚴重，它們形成的低熔點物質(zhì)會直接導(dǎo)致磚襯表面結(jié)瘤，惡化高爐生產(chǎn)順行。在處理結(jié)瘤時又容易損壞爐墻。在爐身下部爐料中被還原出來的鉛、鋅等低沸點的金屬蒸汽會隨著煤氣流上升，到爐身中上部區(qū)域會沉積到磚縫之中，部分金屬又會得到氧化，生產(chǎn)的氧化物會體積膨脹，造成磚襯開裂、破損。近年來，我國煉鐵爐料中含有害雜質(zhì)有明顯的上升趨勢，這造成一批高爐風口區(qū)磚上翹，爐身上部結(jié)瘤，嚴重影響了高爐正常生產(chǎn)和高爐的長壽。這方面，杭鋼和天鐵等企業(yè)高爐有著深刻的教訓(xùn)。要嚴格控制入爐料有害雜質(zhì)的含量，對于含有害雜質(zhì)高的塵泥(燒結(jié)機頭除塵灰和高爐布袋除塵灰)應(yīng)當進行預(yù)處理再進行綜合利用;或?qū)⑦@些灰添加石灰造球、干燥，再加入轉(zhuǎn)爐中(使用比例是爐料<5%，避免出現(xiàn)沸騰)切斷有害雜質(zhì)回到高爐的循環(huán)鏈。鞍鋼已有成功的經(jīng)驗。
注意：K對爐襯和爐料的破壞作用要比Na大十倍以上.所以要嚴格控制K的含量(包括焦炭,煤粉,礦石)。
6、高爐用耐火材料的選擇
高爐砌體的設(shè)計應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件選用高品質(zhì)耐火材料。耐火材料質(zhì)量的選擇和砌筑質(zhì)量對高爐壽命有極大的影響。不同容積的高爐和高爐不同部位要選用不同的耐火材料。提高爐缸、爐底和爐身中、下部砌體質(zhì)量是延長高爐壽命的重要條件。在購買耐火材料時不但要有冷性能,還要有熱性能,以及使用壽命的保證.
風口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用高品質(zhì)炭磚砌筑。
嚴把耐材質(zhì)量和施工質(zhì)量關(guān)
(1)重視碳磚質(zhì)量：重視導(dǎo)熱率、透氣性、抗氧化率、抗堿性、抗渣鐵溶蝕性等;從發(fā)生燒穿事故的高爐碳磚檢測來看，普遍存在微氣孔指標差、抗渣鐵溶蝕性差等問題。
(2)爐缸碳磚的砌筑要嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，要嚴格控制外形尺寸、充分焙燒，避免因為侵蝕而常常形成氣隙熱阻，阻礙了爐缸熱量的導(dǎo)出，甚至為鐵水滲透提供了通道;
(3)格外重視炭素搗打料的低溫性能，尤其注意：搗打料工作溫度一般較低，用高溫下的導(dǎo)熱性來評價是不科學的。
6.1 爐身上部
爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。爐身上部磚襯要受到爐料下降的沖擊和磨損，還要受到煤氣流上升時的沖刷，同時還有堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕等。為此，該部位選擇高致密度的黏土磚或磷酸黏土磚或高鋁磚。爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁。
該部位要用球墨鑄鐵冷卻壁代替支梁或水箱，可明顯改善這一區(qū)域的冷卻條件，可以較好地維護好該部分爐型，達到延長高爐長壽的目的。
6.2 爐身中下部和爐腰
本部位宜采用強化型鑄鐵鑲磚冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁組合的形式。這區(qū)域的爐襯主要是受堿金屬、鋅蒸汽和沉積碳的侵蝕，初成渣侵蝕，爐料和爐墻熱震引起的剝落和高溫煤氣流的沖刷等。
該部分宜采用超高氧化鋁耐火材料，如剛玉莫來石磚、鉻鋁硅酸鹽結(jié)合制成的耐火磚;半石墨化——碳化硅磚、Si3N4-SiC磚、鋁碳磚或高鋁磚。1994年，武鋼與耐火廠研制成功微孔鋁碳磚，價低和性能好，在鞍鋼、包鋼等鋼鐵企業(yè)中得到推廣。碳化硅磚具有導(dǎo)熱系數(shù)高，抗熱震性好的特點，適宜在爐體中下部使用。
過去，爐身下部和爐腰采用高質(zhì)量耐火材料，來抵御高溫和化學侵蝕。近年來，該部位采用銅冷卻壁，對熱量進行疏導(dǎo)，讓銅冷卻壁形成穩(wěn)定的渣皮來保護冷卻設(shè)備，來實現(xiàn)高爐的長壽。在開爐時，在銅冷卻壁之外砌筑一層厚50cm的耐火磚或不定型耐火材料，就可以使該部分的使用壽命在15～20年。銅冷卻壁的導(dǎo)熱性好，冷卻壁體溫度均勻，表面工作溫度很低，一旦渣皮脫落，也能快速形成穩(wěn)定的渣皮，淡化了高爐內(nèi)襯的作用，有利于采用薄壁結(jié)構(gòu)。所以，采用銅冷卻壁，對延長高爐壽命有著明顯的效果，已經(jīng)得到國內(nèi)外煉鐵界的普遍認同。但銅冷卻壁價格高，在高冶煉強度下，一些高爐也出現(xiàn)過不同程度的問題。寶鋼湛江5000m3級高爐不使用銅冷卻壁，可降低成本，也有實現(xiàn)高爐長壽的把握。
爐腹宜采用鑄鐵冷卻壁或銅冷卻壁，也可采用密集式銅冷卻板或鑄鋼冷卻壁。
爐腰和爐身中、下部的冷卻設(shè)備宜采用強化型鑲磚鑄鐵冷卻壁、鑄鋼冷卻壁、銅冷卻壁或密集式銅冷卻板，也可采用冷卻板和冷卻壁相組合的薄爐襯爐體結(jié)構(gòu)形式。
高爐砌體設(shè)計應(yīng)根據(jù)爐容和冷卻結(jié)構(gòu)，以及各部位的工作條件合理選用耐火材料。風口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)。爐缸、爐底應(yīng)采用炭磚或炭磚與陶瓷材料復(fù)合式結(jié)構(gòu)，并采用高品質(zhì)炭磚砌筑。
6.3 爐缸、爐底
《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》中提出：高爐爐底宜采用水冷，爐缸、爐底側(cè)壁應(yīng)設(shè)置有效冷卻設(shè)施，宜采用爐殼開孔少、界面少、容易施工、傳熱可靠的冷卻方式。采用冷卻壁方式時應(yīng)注意冷卻壁間及冷卻壁與炭磚間的不定形材料的選擇和施工方法的選擇，防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)氣隙，影響爐缸的傳熱體系工作效應(yīng)。
爐缸、爐底應(yīng)采用全碳磚或復(fù)合碳磚爐底結(jié)構(gòu)，并應(yīng)采用高品質(zhì)碳磚砌筑。大型高爐采用碳磚、SiC磚對延長高爐壽命極為重要。在采用銅冷卻壁之后,高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉(zhuǎn)移到爐缸部位。所以加大對延長爐缸壽命已成為高爐長壽工作的重點工作。近年來，我國一批高爐出現(xiàn)爐缸水溫差升高的現(xiàn)象，甚至燒穿。應(yīng)當采取綜合措施，解決這方面問題。
風口帶宜采用組合磚結(jié)構(gòu)，一般使用剛玉莫來石磚，或棕剛玉磚，也可用熱壓碳磚NMA或NMD磚。
高爐爐缸侵蝕的原因有：化學侵蝕、水蒸汽的氧化、鋅和堿金屬、熱應(yīng)力的破壞。
采用高導(dǎo)熱性的微孔碳磚，并對爐缸冷卻壁實行強化冷卻，使渣鐵形成凝固的1150℃溫度殘存于碳磚之中，并要使之遠離冷卻壁。目前國內(nèi)外高爐爐缸、爐底結(jié)構(gòu)是有3種基本類型：一為大塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷墊;二是熱壓小塊碳磚，爐底設(shè)陶瓷墊;三是大塊或小塊碳磚砌筑，爐底設(shè)陶瓷杯。上述3種結(jié)構(gòu)形式均有高爐長壽的實踐實例。
國內(nèi)外高爐均已采用高導(dǎo)熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊結(jié)構(gòu)。高噴煤比的高爐，在操作上強調(diào)要活躍爐缸中心，又要求爐底中心要保持適當?shù)臏囟�。因此，人們逐漸重視陶瓷墊的阻熱作用，也重視陶瓷墊壽命的提高，希望能獲得爐底中心溫度的適中。
強化冷卻形成凝固層理論：在爐缸側(cè)壁采用有高導(dǎo)熱的耐火材料[600℃，18.4W/(mK)，20℃，60～80W/(mK)]。進行強化冷卻之后，高導(dǎo)熱耐材、低孔隙度就能阻止渣鐵的滲透，并具有高抗堿性能，可吸收部分熱應(yīng)力，配有高效的水冷卻系統(tǒng)條件下，就能將爐缸的熱量迅速地傳遞給冷卻水，將熱量帶出爐外，可有效地降低爐缸壁的溫度梯度，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)保護層(即鐵水凝固1150℃以下的等溫線，使爐底形成穩(wěn)定的“鐵殼保護層)，抵抗爐缸側(cè)壁的“象腳侵蝕，進而獲得爐缸長壽，其關(guān)鍵是爐缸側(cè)壁的導(dǎo)熱能力。這部分選擇耐材的重點是導(dǎo)熱性、防滲透性和防止發(fā)生環(huán)形裂紋的高品質(zhì)耐材。對爐缸的維護，是強調(diào)發(fā)揮冷卻的效果，及時對爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進行監(jiān)測，經(jīng)常對容易形成空隙的部位進行灌漿。
帶爐底冷卻的綜合爐底是比較合理的結(jié)構(gòu)。在冷卻管上有碳搗層，其上面砌上2～3層碳磚。對于不同部位要使用不同性能的碳磚。鐵口以下是容易受到嚴重侵蝕的地方，要用抗?jié)B透性高的微孔碳磚;爐底的底層要用具有高導(dǎo)熱性的碳化硅磚;其他部位是采用普通碳磚或微孔碳磚。對于鐵口以下的爐底周邊碳磚的長度要增大，以提高其抵抗鐵和堿金屬對此處的強烈滲透和侵蝕能力;磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細縫(<0.5mm)進行砌筑。
對于有“陶瓷杯的綜合爐底結(jié)構(gòu)，學術(shù)上有爭議。一些人認為“陶瓷杯的作用大,應(yīng)予加強;另一些人認為，“陶瓷杯在一定時間內(nèi)會消失掉，碳磚是起主導(dǎo)作用的，在爐缸側(cè)壁也使用高抗鐵水滲透和高導(dǎo)熱性、高密度的壓小碳磚�？傮w上評述，兩種方式各有優(yōu)缺點，均可實現(xiàn)高爐長壽，經(jīng)濟代價有所差異。
高質(zhì)量的微孔、超微孔碳磚(高密度的碳化硅磚是在大于1400℃,8小時以上條件下的焙燒)和壓小塊碳磚得到推廣之后，我國高爐壽命得到顯著提高。
美聯(lián)碳生產(chǎn)的小塊微空碳磚，熱壓成型，未經(jīng)高溫焙燒，就其本質(zhì)來說是類似于我國自燒炭磚，它適用于全碳結(jié)構(gòu)，不適用于陶瓷杯結(jié)構(gòu);如將其用于陶瓷杯結(jié)構(gòu)，碳磚就沒有焙燒的機會，一旦陶瓷杯損壞，鐵水接觸碳磚就易造成溶蝕而出現(xiàn)漏鐵或燒穿事故;如用在全碳結(jié)構(gòu)，碳磚可得到自焙燒，磚質(zhì)量好，砌筑規(guī)范，可以獲得長壽，寶鋼3號4350m3高爐用它，爐齡達到19年，我國自產(chǎn)的這種熱壓微孔小塊碳磚，質(zhì)量是好的，并不比美聯(lián)碳的差，但部分高爐的壽命短，其原因在于砌筑質(zhì)量差，也就是筑爐管理缺失或不到位，砌筑用漿不當，磚縫過大造成投產(chǎn)后出現(xiàn)氣隙，甚至鐵水沿磚縫滲透。
學術(shù)上，對使用小塊熱壓微空碳磚，有不同看法。認為在800℃焙燒溫度下，碳磚不能得到炭化，砌筑縫隙大，又使用陶瓷杯，爐缸碳磚沒有形成佳狀態(tài)，會影響高爐爐缸壽命。
國內(nèi)大中型高爐基本上是否定了采用炭料搗打爐底，自焙燒制碳磚的工藝技術(shù)。
7、爐襯砌筑
高爐爐襯砌筑是有冶金行業(yè)規(guī)定，各施工隊伍也均有與鋼鐵企業(yè)共識的《高爐筑爐手冊》，本文就不再分述。對于所使用的標準磚型、非標準磚型，也有相關(guān)的砌筑標準。只是在具體砌筑中執(zhí)行的程度要及時進行檢查和監(jiān)督。目前，影響高爐內(nèi)襯砌筑質(zhì)量的主要問題是，各部位砌體的磚縫實際控制值，特別是爐缸、爐底磚砌筑質(zhì)量的高低，對高爐長壽的影響較大。表1為高爐各部位砌體磚縫厚度。
8、高爐爐體冷卻系統(tǒng)
高爐爐體、爐底宜采用軟水密閉循環(huán)冷卻。在水源充足、水質(zhì)好的地區(qū)也可采用工業(yè)水開路循環(huán)冷卻。對高爐爐襯要進行冷卻。冷卻的作用：一是降低耐材的溫度，使其保持一定的強度，可以維持合理操作的爐型，實現(xiàn)延長高爐壽命和安全生產(chǎn);二是促使爐襯形成保護性渣皮、鐵殼和石墨層，保護爐襯并代替爐襯工作;三是保護爐殼及金屬構(gòu)件，免受高溫的影響及減少破損;四是一些冷卻設(shè)備起到支撐部分爐襯。
8.1 冷卻介質(zhì)種類
冷卻介質(zhì)有水、風、蒸汽3種。普遍采用的是水，它的熱容大、傳熱系數(shù)大、便于輸送、成本低，是較理想的冷卻介質(zhì)。
天然水要經(jīng)過沉淀及過濾處理后，要去除水中的懸浮物雜質(zhì)，而溶解的雜質(zhì)未發(fā)生變化，稱為普通工業(yè)凈化水。在我國南方，水中pH值低，其硬度<3.57mmol/L，低于40℃，懸浮物<200mg/t，可用。
《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：以江河水、湖水等地表水為原水，經(jīng)常規(guī)處理產(chǎn)生低硬度的水時，高爐可采用開路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在水質(zhì)硬度高或較高的地區(qū)，應(yīng)對生產(chǎn)新水進行軟化，并應(yīng)采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在氣象條件允許的地區(qū)，宜采用空氣冷卻器冷卻循環(huán)水。
軟化水：將鈉離子經(jīng)過離子交換劑與水中鈣、鎂離子進行轉(zhuǎn)換，即軟化處理，去掉鈣、鎂離子，降低水的硬度，獲得軟化水。
高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點是：一為冷卻可靠性高，冷卻效率高;二為水量消耗少;三為動力消耗低;四為水處理費用低;五為冷卻水流管道中以及冷卻元件內(nèi)無腐蝕、結(jié)垢、氧化現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生生物污垢;六為運用了高靈敏度的檢測檢漏系統(tǒng)，可對每個冷卻回路都進行水流量、流速、工作壓力以及壓力下降情況的精準分析。
8.2 冷卻方式
《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：高爐爐體、爐底應(yīng)采用軟水密閉循環(huán)冷卻。在水源充足，水質(zhì)好的地區(qū)可采用工業(yè)水開路循環(huán)冷卻。
鑄鐵冷卻壁要求水質(zhì)的含氧量低。
高爐應(yīng)根據(jù)不同用水水質(zhì)和壓力要求，分別設(shè)置供水系統(tǒng)，并應(yīng)根據(jù)不同水質(zhì)和水溫的要求串級使用。
爐底的冷卻被整合進行有回路的回形管中，要有一個膨脹罐。在流量控制及泄漏檢測中，應(yīng)使其波動達±0.3%的程度。
實行分段供水：大高爐采取爐底冷卻、鐵口區(qū)冷卻、軟熔帶冷卻，爐身的冷卻分開進行。
8.3 熱流強度和冷卻水量
熱流強度是指冷卻介質(zhì)從每1m2冷卻面積所帶出的熱量。高爐的冷卻面積應(yīng)以爐殼內(nèi)的表面積為依據(jù)進行計算。
用冷卻壁的內(nèi)表面積作為冷卻面積進行計算。高爐熱流強度大的區(qū)域在爐身下部。爐身下部的熱流強度是隨著磚襯侵蝕程度而有很大的變化。在磚襯被完全侵蝕掉，或因操作條件變化造成渣皮脫落時，該部分的熱流強度會劇烈上升。這時表現(xiàn)出的數(shù)值為大熱流強度值。開爐初期冷卻設(shè)備所承受的是小熱流強度值。在整個爐役期內(nèi)熱流強度的算術(shù)平均值平均熱流強度值。熱流強度的參考值見表2。
上世紀70年代爐底安全操作的標準規(guī)定：爐底熱流強度<16.7MJ/m2h為正常值，達到29.3 MJ/m2h為報警值，達到33.6 MJ/m2h為警戒值，達到50.23MJ/m2h為事故狀態(tài)。熱負荷達到12000kcal/m2h就是危急狀態(tài)。
系統(tǒng)的大負荷是各區(qū)段熱流強度的大值與他們的面積乘積的總和。它是確定冷卻系統(tǒng)能力的主要參數(shù)之一。
銅冷卻壁使用工業(yè)水冷卻時，其水速大于2m/s，水的硬度小于8，避免產(chǎn)生硬質(zhì)垢，并需定期進行殺菌無藻。在采用軟水或純水冷卻時，則要求水速大于1.5m/s。
爐體：冷卻水壓力要比爐內(nèi)壓力高0.1MPa為宜。為防止水中懸浮物沉積，低水速應(yīng)大于0.8m/s。高爐風口冷卻水速>7.2m/s，2000m3以上容積的高爐風口冷卻水速>9m/s。高爐爐體冷卻用水量是用每立方米有效容積每小時消耗水量來表示。高爐有效容積越大，單位容積小時耗水量會相對減少，其參考數(shù)據(jù)見表3。
8.4 安全供水
《高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范》提出：高爐設(shè)置安全供水系統(tǒng)。列為強制性條款，嚴格要求。安全供水泵的定量為定額循環(huán)量的50%，揚程與電動循環(huán)泵相同。要求柴油機啟動時間15～30s。冷卻水的壓力取決于冷卻器的水阻損和爐內(nèi)壓力。立式冷卻壁的總阻損每米管子可考慮為0.27～0.78kPa;高爐平臺回水槽水箅處低水壓要保持比風壓高50%。建議風口區(qū)采用單獨供水，壓力為1.0～1.6MPa為宜。
8.5 水溫和水溫差
高爐各部位的熱流強度與水速、水溫、進出口水溫差有著直接關(guān)系。進水溫度是與大氣溫度和回水狀態(tài)有關(guān)，一般企業(yè)是：夏季天為30～35℃，冬天為23～25℃。
8.6 水冷爐底
水冷爐底較風冷爐底冷卻強度大，能耗低。目前，國內(nèi)外大型高爐普遍采用水冷爐底形式;其供水方式可有兩種，一種由爐缸排水供給，另一種為由爐體給水總管供水。
9、高爐爐體維護
對爐體各部位爐襯進行監(jiān)測，控制爐內(nèi)煤氣流的邊緣發(fā)展，進行噴補爐襯和科學維護等手段均可有延長高爐壽命的效果。
9.1 建立完善的監(jiān)控設(shè)施
對冷卻水溫差進行監(jiān)測十分重要，尤其在高爐薄弱部位加強監(jiān)測。目前大部分高爐是用人工監(jiān)測。水溫差是直接反映出相應(yīng)部位冷卻壁承受熱負荷的狀態(tài)，可判斷爐襯破損的情況。因此，要求每個班均要對冷卻壁水溫差情況變化進行觀察記錄，及時進行分析。對超過允許范圍水溫差變化部位要及時采取相應(yīng)措施。尤其是爐缸部位的水溫差升高要及時進行科學判斷，可采取清洗冷卻壁，提高供水壓力，增加供水量，減少冷卻壁供水串聯(lián)數(shù)量等措施。對冷卻壁水溫差值超過規(guī)定值時，可堵相應(yīng)部位風口，布料適當加重邊緣礦石，改用新水強化冷卻;以至于提高爐溫，進行釩鈦礦護爐等措施。工作良好的監(jiān)測系統(tǒng)可以及時預(yù)警爐缸工作狀態(tài)，從而采取有效措施，降低爐缸燒穿風險。多座高爐爐缸燒穿是在沒有征兆的前提下發(fā)生的。
高爐建設(shè)時應(yīng)在爐底、爐缸、爐腹、爐腰、爐身內(nèi)襯均應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的測溫裝置，可直接掌握相應(yīng)部位內(nèi)襯的溫度、侵蝕情況，其靈敏度和可靠性均高于冷卻水水溫差。
目前存在的主要問題：一是監(jiān)測點過少，二是監(jiān)測設(shè)備失靈。
9.2 冷卻設(shè)備破損監(jiān)測和處理
冷卻設(shè)備破損漏水要及時發(fā)現(xiàn)，及時進行處理。冷卻設(shè)備破損后漏水會直接影響到爐缸碳磚的壽命。碳和石墨在氧化氣氛中可氧化成氣態(tài)，400℃就能被氧化，500℃和水發(fā)生氣化作用，700℃時開始和CO2發(fā)生反應(yīng)，均生成CO氣體，而使碳磚破損。碳化硅在高溫條件下也會緩慢發(fā)生氧化作用。爐缸中漏水，是氧的主要來源。不少大修后發(fā)現(xiàn)爐缸碳磚破損嚴重的部位，大多數(shù)是在生產(chǎn)過程中曾有過大量漏水的記錄。所以，對于冷卻設(shè)備漏水，一定要及時進行處理。特別是風口壞，不允許等湊對再去換掉。
冷卻壁損壞嚴重時，可在相應(yīng)部位插入冷卻棒(柱形鑄銅冷卻器)，壓入硬質(zhì)耐火泥，可維持高爐正常生產(chǎn)。冷卻壁大面積破損，可在中修時進行更換。新冷卻壁背后要灌漿，表面要噴涂一層耐火材料，要防止出現(xiàn)板間的間隙。對已壞冷卻壁的再生法：用直徑小于進水管的波文管(耐壓、不銹鋼)穿入冷卻壁內(nèi)管之中。兩管之間用導(dǎo)熱性好的耐火材料填充。
9.3 爐襯噴涂修補
在高爐生產(chǎn)的后期，爐襯破損較嚴重，難以維持合理操作爐型，冷卻設(shè)備也容易暴露出來，易損壞。為此，有要停爐，控料線，進行散狀耐火材料噴補(有普通噴補、長槍噴補和遙控噴補3種方法)，在殘存磚或冷卻器表面附著一定厚度的耐材，可替代重新砌筑的耐火磚襯，恢復(fù)爐型。為使噴補料粘附力強，可在泵底板上安裝一些鉚釘或鐵網(wǎng)。濕法噴補要少用水，或不用水，可提高其強度。噴補維持的效果可在6個月至1年以上，聯(lián)合榮大、蘇州珉泰克和美固美特等企業(yè)等企業(yè)均有較好的技術(shù)業(yè)績。
噴補爐襯后，高爐有合理爐型，對實現(xiàn)好的生產(chǎn)指標有重大作用。寶鋼、鋼等企業(yè)均有成功的經(jīng)驗。
9.4 灌漿修補法
對爐皮發(fā)紅，煤氣串通嚴重的部位，爐缸冷卻壁水溫差高的部位可以進行灌漿。利用特殊壓入設(shè)備，在一定壓力下，通過管道把特定的耐火材料從爐子外部輸送到需要維護的部位，達到充填空隙和修補爐襯的作用。這是可以在不停爐情況下對爐襯進行維修。只限于局部位置，量也比較小。灌漿壓入維修有充填式維修和造襯式維修兩種。
9.5.爐缸澆注
風口大套以下,鐵口中心線以上的爐墻進行整體澆注,使用一種高強度,高導(dǎo)熱,耐渣鐵侵蝕的新型爐缸內(nèi)襯材料,在炭磚破壞較嚴重的情況下,可形成一個新的爐襯.其厚度可在200-400mm.施工前要先清理好,一些疏松的物質(zhì)也要清理掉. 支好模具后進行澆注, 澆注后要進行烘烤.選用聯(lián)合榮大,或美固美特的澆注料，可實現(xiàn)數(shù)年的正常生產(chǎn).
10、高爐操作維護
高爐長壽是一項系統(tǒng)工程，要貫穿于高爐生產(chǎn)的全過程之中，在生產(chǎn)過程中要對爐體進行精心維護和操作，對開爐初期、生產(chǎn)中期和爐役后期的3個階段要采取不同的維護手段，來促進高爐長壽。
10.1 保證冷卻設(shè)備的高質(zhì)量安裝
冷卻設(shè)備到廠后要進行檢驗，包括外觀和內(nèi)在的質(zhì)量。外觀要平整，無裂紋，進出水管接頭要牢固，絲扣好。對冷卻設(shè)備先進行清掃，再進行通球?qū)嶒�，再進行通水打壓數(shù)小時，觀察是否有泄漏等。
要按有關(guān)國家標準對各類冷卻設(shè)備進行安裝，并要有施工監(jiān)理。對安裝好的冷卻設(shè)備要用高壓水進行管道清掃，清除管內(nèi)雜物，并要進行數(shù)小時的試壓階段。用工業(yè)凈化水沖洗之后要進行化學清洗除銹斑。清洗后的管道要進行鈍化預(yù)膜處理。
10.2 合理開爐操作
開爐時使用鐵品位低、渣量大的爐料，以生產(chǎn)大量爐渣，很快形成渣皮，保護爐襯，防止煤氣流的沖刷。
開爐時要有一定時間的高爐溫階段，使爐缸內(nèi)形成穩(wěn)定的渣鐵沉積，以利于保護爐缸、爐底;也有利于爐襯內(nèi)的水份得以充分地蒸發(fā)、溢出。
目前，我國有些高爐開爐實行快速達產(chǎn)，是不利于爐襯水從蒸發(fā)，磚襯逐漸膨脹定位，是不利于高爐長壽。
10.3 改善爐料質(zhì)量，為優(yōu)化高爐操作創(chuàng)造好條件
爐料轉(zhuǎn)鼓強度高，粒度均勻，含有害雜質(zhì)少，冶金性能好，可使高爐實現(xiàn)高效化生產(chǎn)。爐料質(zhì)量高，就會使爐料和軟熔帶透氣性好，煤氣流分布均勻，煤氣壓力損失少，有利于高爐進行強化冶煉�！陡郀t煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范》提出了對爐料質(zhì)量的具體要求。
10.4 進行科學布料，控制邊緣煤氣流發(fā)展
使用無料鐘爐頂設(shè)備可以實現(xiàn)大礦批、正分裝，中心加焦，定點布料等方式上料。工長操作完全可以控制爐內(nèi)邊緣煤氣流的過分發(fā)展，降低煤氣對爐墻的沖刷，是有利于高爐長壽。
高爐爐役后期，爐型不規(guī)則，邊緣煤氣流不易控制，渣皮不穩(wěn)定，局部區(qū)域爐皮發(fā)紅，冷卻設(shè)備易破損，高爐生產(chǎn)不好操作。這時，工長們就要充分利用好上下部調(diào)劑相結(jié)合的手段，使用可以促進延長高爐壽命的操作手段進行工作。例如，在布料矩陣變化不大的前提下，逐步擴大布礦區(qū)域，力求料面趨于平坦，適度發(fā)展中心氣流，抑制邊緣煤氣流;在冷卻壁、風口易壞的部位換上長風口，縮小風口徑，提高風速和鼓風動能，改善爐缸工作狀況等。
一些中小高爐采用大風量、高冶煉強度，實現(xiàn)高產(chǎn)，會過分發(fā)展邊緣煤氣流，破壞爐墻，使高爐壽命降低。現(xiàn)在，要轉(zhuǎn)變高爐煉鐵經(jīng)營理念，不能再追求高產(chǎn)，實現(xiàn)中等冶煉強度操作，要追求低燃料比，低成本，高爐長壽。
10.5 進行釩鈦礦護爐
在爐缸冷卻壁水溫差超過規(guī)定范圍時，要進行綜合技術(shù)分析：水溫差升高的冷卻壁進出水量是否正常?周邊的冷卻壁水溫差是否也隨之有變化?水溫差升高的速度和發(fā)展趨勢如何?要查看水溫差變化的歷史記錄，并要用表面溫度計對相應(yīng)部位的爐皮溫度進行測量等現(xiàn)象進行綜合判斷。如確認，該冷卻壁水溫差升高能夠真實地反映出該部位爐襯侵蝕嚴重后，要及時采取一切有效措施，盡快將水溫差值降下來。包括對該地區(qū)冷卻壁進行清掃，加大通水壓力和水量，甚至可用清潔冷水專門進行冷卻;對該部分爐內(nèi)施實灌漿;堵相應(yīng)部位風口，改煉高標號生鐵等。使用釩鈦礦進行護爐是對爐缸、爐底爐襯進行保護的有效方法。
釩鈦礦護爐的機理：TiO2在高爐內(nèi)可還原成為TiC、TiN及其連接固熔體Ti(CN)。由于Ti的碳、氮化物熔化溫度很高，純TiC為3150℃、TiN為2950℃，Ti(CN)固熔體的熔點也很高，它們對爐缸、爐底的內(nèi)襯均起到保護作用。為使高爐能繼續(xù)保持正常生產(chǎn)，在燒結(jié)礦中加入3%左右的釩鈦磁鐵精粉，或使用5～7kg/t釩鈦塊礦入爐，就可以產(chǎn)生護爐的效果。
在開始階段，釩鈦磁鐵礦用量占含鐵爐料的2.5%左右，生鐵中的Ti含量在0.10%～0.15%。維持一段時間，待水溫差有所下降，并相對穩(wěn)定時，逐步降低釩鈦礦用量，后維持在每噸生鐵含Ti在5kg/t左右即可。在此期間，冷卻壁的水溫差應(yīng)維持在0.8℃以下。
11、建立高爐長壽工作的預(yù)案制
在高爐長期生產(chǎn)過程中會遇到一些突發(fā)事件和特殊情況，各煉鐵企業(yè)應(yīng)對一些重大突發(fā)事件和特殊情況處理的預(yù)備方案。預(yù)備處理方案是經(jīng)過科學慎密的思考下制定出來的。執(zhí)行預(yù)案制會使企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟損失少，高爐仍可得到長壽。對高爐長壽有影響的特殊情況列舉以下幾種情況：
◆突然停水、停電對冷卻設(shè)備的保護處理。
◆爐墻結(jié)厚、結(jié)瘤處理如何保護好耐火內(nèi)襯。
◆爐缸堆積的洗爐處理如何操作。
◆鐵口出水的判斷和處理。
◆爐役后期的爐缸維護，特別是對局部水溫差升高的判斷和處理等。
高爐供水系統(tǒng)要有逆止閥，防止斷水時，冷卻系統(tǒng)內(nèi)的水流失。
12、高爐安全生產(chǎn)
爐缸滲鐵或燒穿都是會有征兆的，需要操作人員仔細觀察，盡早發(fā)現(xiàn)，明顯的就是爐缸冷卻壁水溫差異常升高，爐缸側(cè)壁的熱電偶溫度異常升高。造成升高的原因有兩類：一類是點升高，另一類是面升高，因此要認真觀察和分析是點升高還是面升高，點升高是鐵水或煤氣沿縫隙竄出來造成的，面升高絕大多數(shù)是磚襯被侵蝕，操作人員應(yīng)根據(jù)情況認真觀察分析，得出科學結(jié)論，采取不同措施處理。
一些高爐爐缸出現(xiàn)水溫差升高，是因碳磚破損，破損是因有水滲入。所以，要嚴防對爐缸的滲水。冷卻壁破損，風口壞，一定要及時更換，對高爐長壽有重要作用。
冷卻壁出現(xiàn)水溫差升高、異常情況的處理：
1) 出現(xiàn)水溫差異常升高后，就可根據(jù)熱電偶顯示數(shù)據(jù)，計算爐墻殘留厚度，如無熱電偶則可通過冷卻壁的水流量和溫差，算出熱流，再除以冷卻壁面積得到熱流強度，再算殘余厚度。如果殘余厚度小于300mm就應(yīng)停爐大修了;如果大于此值，就要采取要措施來護爐，應(yīng)采取以下應(yīng)急措施：
①堵溫度高部位的風口;
②加大冷卻水量，好降低進水溫度，或提高水壓;
③降低高爐冶煉強度，例如短期降20%左右;
④加含Ti料護爐，一般應(yīng)達到鐵水中含Ti：0.15%~0.2%，磚襯殘余厚度較薄時可短時加大到0.25%。另外，同時應(yīng)將鐵水含硅提高到0.45%以上，要使鐵水中Ti+Si=0.6%左右(不應(yīng)低于0.5%)，以利于鐵水中形成TiC，TiN和石墨碳析出形成保護層;
⑤嚴重時應(yīng)涼爐，涼爐前應(yīng)使鐵水含Ti在0.2%或0.25%;
2) 加強出鐵管理，降低出鐵速度，保證鐵口長度;
3) 水溫差升高的局部進行灌漿處理，效果會更好;
4) 部分高爐是由于爐料有害雜質(zhì)含量過高，使爐缸碳磚被破壞，造成的水溫差升高，應(yīng)短時大幅度降低爐料中有害雜質(zhì)含量，加強護爐;或進行低堿度操作，定期排堿。
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