胡鳳喜  王聰淵  段新民  李明

（河鋼樂亭鋼鐵有限公司）

摘  要  近年來，隨著高爐大型化發(fā)展步伐的加快和裝備水平的提高，高爐的目標(biāo)壽命越來越長(zhǎng)。在追求高爐大化與高效化的同時(shí)，高爐的壽命也得到了較大的提高。本文從高爐的設(shè)計(jì)和建設(shè)、高爐操作管理、爐體維護(hù)技術(shù)等方面對(duì)高爐長(zhǎng)壽進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞  高爐  長(zhǎng)壽  設(shè)計(jì)  維護(hù)

1  引言

高爐長(zhǎng)壽是現(xiàn)代高爐所追求的目標(biāo)，高爐長(zhǎng)壽就意味著經(jīng)濟(jì)效益的提高[1]。

國(guó)外先進(jìn)高爐長(zhǎng)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，最近，經(jīng)過大修的部分高爐已將長(zhǎng)壽目標(biāo)定為30年[2-3]。相比而言，我國(guó)高爐的長(zhǎng)壽水平則較低，總體水平與國(guó)外先進(jìn)水平相差較大。一般一代爐役(無中修）壽命低于10年，僅有少數(shù)高爐可實(shí)現(xiàn)10至15年的長(zhǎng)壽目標(biāo)。

高爐能否長(zhǎng)壽主要取決于三個(gè)因素的綜合效果：一是高爐大修設(shè)計(jì)或新建時(shí)采用的長(zhǎng)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)的耐火材料和良好的施工質(zhì)量等；二是穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的原燃料條件；三是有效的爐體維護(hù)技術(shù)。這三者缺一不可。

2  如何實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽

2.1  關(guān)于高爐長(zhǎng)壽的觀點(diǎn)

2.1.1  經(jīng)濟(jì)合理的長(zhǎng)壽觀

高爐長(zhǎng)壽不是越長(zhǎng)越好，應(yīng)按爐容大小、實(shí)際條件和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)確定一個(gè)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[4]。如一座小立級(jí)的高爐為刻意的追求長(zhǎng)壽，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(shì)必導(dǎo)致基建投資過大，而高爐的綜合經(jīng)濟(jì)效益則會(huì)降低。

2.1.2  高質(zhì)量的長(zhǎng)壽觀

高爐長(zhǎng)壽要強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)壽質(zhì)量問題，即要發(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。

2.1.3  系統(tǒng)整體長(zhǎng)壽觀

高爐長(zhǎng)壽不僅是指高爐本體長(zhǎng)壽，而應(yīng)包括高爐生產(chǎn)主體和輔助系統(tǒng)整體長(zhǎng)壽。若主體的某一部位或者系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，均會(huì)影響其壽命。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就要統(tǒng)籌全局，做到系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部位同步長(zhǎng)壽。甚至有的專家提出熱風(fēng)爐壽命應(yīng)是高爐本體壽命的兩倍左右。任何片面強(qiáng)調(diào)爐缸、爐底或者其它局部長(zhǎng)壽都是不符合高爐系統(tǒng)整體長(zhǎng)壽觀的，這也是在長(zhǎng)期的實(shí)踐中大家逐步認(rèn)識(shí)和形成的理念。

2.1.4  永久性爐襯長(zhǎng)壽觀

有專家研究后提出：只要設(shè)計(jì)、制造無過熱冷卻器，使高爐渣、鐵凝聚附著，而生成永久性的爐襯，包括爐內(nèi)塊狀帶的爐料保護(hù)襯，維持高爐長(zhǎng)期作業(yè)，達(dá)到長(zhǎng)壽的目的。因此，認(rèn)為對(duì)于高熱流強(qiáng)度的爐身中下部第一需要的并不是高級(jí)耐材，而是無過熱（燒不壞）的冷卻器，這好似設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(huì)燒壞，永久性爐襯將會(huì)形成，則高爐就能長(zhǎng)壽。這一觀點(diǎn)的關(guān)鍵是要有優(yōu)良的冷卻水質(zhì)和理想的冷卻設(shè)備作為先決條件，因此，做好水質(zhì)處理和設(shè)計(jì)制造冷卻器的技術(shù)訣竅更為重要。

2.2  提高高爐的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平

合理的設(shè)計(jì)是高爐能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)和根本，是高爐長(zhǎng)壽的“先天因素”[5-7]。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)等后天措施來獲得長(zhǎng)壽，將變得異常困難，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，是高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽的根本。

2.2.1  提高高爐整體壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)爐型

根據(jù)產(chǎn)量、場(chǎng)地等要求，結(jié)合歷史資料及國(guó)內(nèi)外同等立級(jí)的優(yōu)秀高爐的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選擇合理的爐型，要求設(shè)計(jì)爐型盡可能的接近工作爐型。

(2)設(shè)備制造質(zhì)量好

選擇質(zhì)量?jī)?yōu)秀的冶金設(shè)備制造廠家產(chǎn)品，并根據(jù)自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，定制合適的設(shè)備。

(3)耐火材料的選擇[8-9]

根據(jù)高爐各段的侵蝕、破壞機(jī)理不同，各部位選擇不同的耐火材料，實(shí)際生產(chǎn)中在高爐內(nèi)易形成穩(wěn)定的渣皮，保護(hù)高爐，提高壽命。

高爐爐缸的長(zhǎng)壽已成為大型高爐長(zhǎng)壽化的“瓶頸”環(huán)節(jié)。因此選擇先進(jìn)的爐缸、爐底技術(shù)成為爐卸長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。

(4)冷卻設(shè)備的選擇要選擇合適的高效冷卻設(shè)備與優(yōu)質(zhì)耐材達(dá)到最有效的匹配[10],確保高爐各部位同步長(zhǎng)壽。從爐底至爐喉全部采用冷卻器，無冷卻盲區(qū)，并針對(duì)高爐不同部位的不同特點(diǎn)，選用不同材質(zhì)、不同類型的冷卻系統(tǒng)：

(a)采用新型冷卻壁。爐缸以上部位采用鑲磚冷卻壁，防止?fàn)t襯脫落；

(b)選擇合適尺寸的冷卻壁；

(c)選擇合適的冷卻材質(zhì)，不同部位選擇不同的冷卻材質(zhì)；

(d)冷卻水的合理選擇和控制[11]。選擇合適的冷卻水水質(zhì)、水壓、水溫差以及合理的清洗措施。

(5)死鐵層設(shè)計(jì)

增加爐缸死鐵層的設(shè)計(jì)深度（達(dá)到高爐爐缸直徑的20%左右）,減少爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流對(duì)爐缸側(cè)壁的侵蝕。

(6)監(jiān)測(cè)技術(shù)選擇

采用先進(jìn)有效的技術(shù)監(jiān)測(cè)、維護(hù)爐體。尤其是爐缸、爐底多增加測(cè)點(diǎn)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)溫度建立模型，模擬爐缸內(nèi)溫度分布，計(jì)算模擬出爐缸磚襯侵蝕畫面，及時(shí)反饋爐缸侵蝕狀況，提醒工作人員及早作出護(hù)爐措施。

(7)配套設(shè)備的精細(xì)設(shè)計(jì)熱風(fēng)爐、除塵系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)等配套設(shè)備必須嚴(yán)格根據(jù)高爐本體要求精細(xì)設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的匹配。高爐長(zhǎng)壽是個(gè)綜合課題，就好比“木桶效應(yīng)”，不能因?yàn)楦綄佟⑴涮自O(shè)施的壽命影響到整體的壽命。

2.2.2  精心施工

先進(jìn)、合理的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的前提，而高爐的施工質(zhì)量是連接理論設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)的重要橋梁，只有嚴(yán)格、精細(xì)化的施工才能保證高爐投產(chǎn)后達(dá)到設(shè)計(jì)的長(zhǎng)壽、指標(biāo)等目標(biāo)。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)說明施工，保證設(shè)備安裝、焊接、耐火材料砌筑等質(zhì)量，尤其是爐缸、爐底的砌筑，要求爐底和其它部位的碳磚縫隙不大于0.5mm,且磚縫必須填滿、填實(shí)。

2.3  高爐操作管理

2.3.1  選擇合理的制度，包括送風(fēng)制度、裝料制度、造渣制度、冷卻制度、熱制度等

根據(jù)高爐不同時(shí)段選擇、探索最優(yōu)的操作制度，比如開爐階段、爐役初期、爐役中期、爐役末期，根據(jù)高爐本體狀況、設(shè)備狀況、原燃料條件等制定合理制度。

2.3.2  穩(wěn)定爐內(nèi)操作

高爐操作穩(wěn)定壓倒一切，穩(wěn)定順行的爐況是提高產(chǎn)量、降低消耗、改善指標(biāo)的前提。

2.3.3  穩(wěn)定、優(yōu)良的原燃料條件

優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的原燃料是高爐穩(wěn)定順行的前提，是高爐做改善指標(biāo)調(diào)整的先決條件。與送風(fēng)制度、裝料制度匹配，高爐能獲得理想的料柱骨架、軟熔帶形狀及高度、厚度，進(jìn)而形成合理的煤氣流分布，改善煤氣利用率，降低消耗，提高產(chǎn)量。

因此在生產(chǎn)中就要加強(qiáng)對(duì)原燃料質(zhì)量的管理：

(1)嚴(yán)把進(jìn)料關(guān)，選擇質(zhì)量好的、性價(jià)比高的原燃料，對(duì)所有原料成分、粒度、物理特性、冶金性能等做綜合全面分析，進(jìn)行評(píng)估，選擇出最優(yōu)原料；

(2)嚴(yán)格控制入爐原料中的有害元素負(fù)荷；

(3)嚴(yán)格控制燒結(jié)礦質(zhì)量，避免大的波動(dòng)，尤其是堿度的變化；

(4)加強(qiáng)原燃料的篩分管理，減少粉末入爐。

2.3.4  有害元素對(duì)高爐長(zhǎng)壽的影響[12]

(1)堿金屬和鋅的危害

在堿金屬和鋅隨煤氣流上升的過程中，與爐襯發(fā)生反應(yīng)，侵蝕爐襯，使?fàn)t襯剝落，也會(huì)在爐墻處與爐料形成粘結(jié)，造成高爐爐型變化，影響順行；堵塞焦炭氣孔、催化焦炭氣化熔損反應(yīng)，惡化料柱透氣性；

會(huì)使含鐵原料的冶金強(qiáng)度性能變差，致使含鐵礦的粉化率增加，熔點(diǎn)降低，熔滴性能變差等，從而使料柱透氣性惡化，軟熔帶位置提高、厚度增加等，均對(duì)高爐生產(chǎn)不利。

(2)鉛的危害

被還原的液態(tài)鉛因其比重大，很容易沉入爐底，鉆入碳磚縫隙，長(zhǎng)期累積致使碳磚上浮，嚴(yán)重影響到高爐爐缸壽命。

(3)氯的危害

隨煤氣上升過程會(huì)對(duì)爐襯造成侵蝕破壞、對(duì)爐頂設(shè)備造成腐蝕、對(duì)后續(xù)除塵設(shè)備和TRT靜葉等造成腐蝕，影響其使用壽命。

2.3.5  避免無計(jì)劃休風(fēng)和慢風(fēng)操作

無計(jì)劃休風(fēng)、慢風(fēng)操作等均會(huì)對(duì)爐況造成一定的影響，致使?fàn)t內(nèi)氣流發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)異常，有可能造成風(fēng)口燒壞等其它不良后果，打斷高爐正常生產(chǎn)。

2.3.6  爐役后期爐內(nèi)操作

(1)制定合適的操作方針、制度，避免高強(qiáng)度冶煉；

(2)加強(qiáng)冷卻；

(3)加強(qiáng)對(duì)入爐原料的管理；

(4)加強(qiáng)出鐵組織；

(5)采用護(hù)爐技術(shù)。

2.3.7  新形式下的爐內(nèi)操作

隨著環(huán)保形式的日益嚴(yán)峻，尤其是進(jìn)入秋冬供暖季節(jié)，國(guó)家環(huán)保的壓力勢(shì)必會(huì)對(duì)部分地區(qū)燒結(jié)、高爐生產(chǎn)帶來巨大的壓力，在這種狀況下，爐內(nèi)更要做好應(yīng)對(duì)措施以保證高爐順行和長(zhǎng)壽。

根據(jù)原燃料條件，比如落地?zé)Y(jié)礦的狀況等，制定合適的操作方針、制度，保證高爐的穩(wěn)定順行。

2.4  爐體維護(hù)

2.4.1  形成永久型爐襯

在爐底、爐缸形成永久型碳磚爐襯，其概念是指碳磚爐襯的內(nèi)表面溫度降低到800~1000℃以下，在碳磚爐襯的內(nèi)表面，凝結(jié)一定厚度的渣殼，形成永久型渣保護(hù)層，這樣碳磚就不會(huì)被侵蝕。

2.4.2  饑鈦礦護(hù)爐

在爐役末期，有的高爐甚至在開爐時(shí)即采用饑鈦礦護(hù)爐。在爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)危險(xiǎn)值報(bào)警時(shí)，及時(shí)選擇合適的入爐鈦負(fù)荷，進(jìn)行護(hù)爐，利用鈦化物、鈦氮化物的特點(diǎn)對(duì)已侵蝕部位進(jìn)行補(bǔ)位保護(hù)。

添加的方式主要有：鈦礦塊直接入爐、燒結(jié)添加含鈦物料、風(fēng)口噴吹含鈦粉料、風(fēng)口喂線、炮泥中添加含鈦物料等。

由于饑鈦渣的一些特性，以及含鈦燒結(jié)礦的性能變化等均對(duì)高爐生產(chǎn)帶來很多不利，因此在使用饑鈦礦護(hù)爐期間一定要針對(duì)其特點(diǎn)制定適宜的操作制度。

2.4.3  WO3護(hù)爐

國(guó)內(nèi)外專家針對(duì)WO3護(hù)爐做了很多可行性研究，研究表明：隨恒溫時(shí)間的延長(zhǎng)亦有粘度升高現(xiàn)象，渣中的鈞以WC和W2C形態(tài)存在，并以顆粒狀沉積在堆塌壁上，形成保護(hù)層。渣一石墨潤(rùn)濕良好，能緊密地鑲嵌在一起。因此含鈞渣具有比含鈦渣更優(yōu)越的護(hù)爐性能，而且對(duì)高爐冶煉不會(huì)帶來困難。

2.4.4  改造破損冷卻器

在爐役后期或者在冷卻器出現(xiàn)漏水、破損情況下，對(duì)其進(jìn)行改造，切斷漏水水管，加強(qiáng)其它水管的冷卻效果，采取其它措施對(duì)破損、損壞部位進(jìn)行冷卻補(bǔ)償?shù)?。另外針?duì)破損比較嚴(yán)重的冷卻器，通過在其部位加冷卻筒或冷卻水箱來替代其達(dá)到冷卻效果。再者，通過爐殼外部打水也能起到一定作用。

2.4.5  加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

針對(duì)不同時(shí)段制定嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)制度，尤其是在爐役末期要增加監(jiān)測(cè)的頻率，增加監(jiān)測(cè)的手段。

3  結(jié)語

高爐長(zhǎng)壽技術(shù)是綜合技術(shù)與系統(tǒng)工程，高爐能否長(zhǎng)壽主要取決于三個(gè)因素的綜合效果：

(1)大修或新建設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的爐型、合適的耐火材料、冷卻系統(tǒng)、先進(jìn)的爐缸、爐底技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的設(shè)備質(zhì)量以及與本體最優(yōu)匹配的附屬設(shè)備。在施工階段，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)精細(xì)施工。

(2)開爐后高爐操作要穩(wěn)定，嚴(yán)格控制好原燃料質(zhì)量，根據(jù)不同時(shí)段高爐狀況探索制定出最適宜的操作方針、制度，針對(duì)入爐的有害元素要作出相應(yīng)的措施解決緩解，避免人為或者設(shè)備狀況造成的無計(jì)劃休風(fēng)或者長(zhǎng)期的慢風(fēng)作業(yè)。

(3)采用有效的爐體維護(hù)技術(shù)，包括對(duì)附屬設(shè)備的維護(hù)。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)冷卻，對(duì)損壞部位及時(shí)作出改造處理，采用護(hù)爐技術(shù)等。

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