毕业论文-- 高炉长寿技术的探讨.doc

贵州师范大学学生毕业论文 学科代码： 080201 学 号： 082302010072贵 州 师 范 大 学（本 科）毕业论文 题 目: 高炉长寿技术的探讨 学 院：材料与建筑工程学院 专 业：冶金工程 年 级：2008级 姓 名：郑茂骁 指导教师：洪 流 完成时间：2013年5月14日 目 录44中文摘要 5Abstract 6引 言61.绪 论6 1.1.延长高炉寿命的意义6 1.2.延长高炉寿命的目标6 1.3.影响高炉寿命的因素2.有害元素对高炉的影响及去除67 2.1.有害元素的来源7 2.2.有害元素对高炉的危害 2.2.1.锌的危害7 2.2.2.碱金属的危害78 2.2.3.铅的危害9 2.3.降低高炉内有害元素的措施3.选择性能优良的耐火材料9 3.1.炉底、炉缸的耐火材料的选择99 3.1.1.炉底、炉缸的侵蚀机理10 3.1.2.炉缸、炉底对耐火材料的要求 3.1.3.炉缸、炉底所用耐火材料10 3.2.炉身中下部耐火材料的选择10 3.2.1.炉身中下部侵蚀机理10 3.2.2.炉身中下部对耐火材料的要求11 3.2.3.炉身中下部所用耐火材料11 3.3.炉身上部耐火材料11 3.3.1.炉身上部的破损机理11 3.3.2.调节煤气流对炉身上部的保护及耐火材料的选用114.冷却技术11 4.1.冷却技术在高炉中的作用12 4.2.高炉冷却的方式12 4.3.冷却原理12 4.3.1.自然循环汽化冷却工作原理12 4.3.2.软水密闭循环冷却工作原理13 4.3.3.工业水开路循环冷却工作原理13 4.3.4.外部喷淋的工作原理13 4.4.冷却方式的比较及选择13 4.5.冷却水质的要求14 4.6.高炉冷却壁14 4.6.1.高炉冷却壁的作用14 4.6.2.高炉冷却壁的种类及特点14 4.6.3.铸铁冷却壁14 4.6.4.钢冷却壁14 4.6.5.铜冷却壁155.高炉炉型的设计15 5.1.加深死铁层深度15 5.2.适当加高炉缸高度15 5.3.加深铁口深度16 5.4.降低炉腹角166.高炉操作制度16 6.1.炉缸热制度16 6.1.1.影响热制度的主要因素17 6.1.2热制度的选择18 6.2.送风制度18 6.2.1.风量调节18 6.2.2.风温调节19 6.2.3.富氧鼓风19 6.2.4.鼓风湿分19 6.2.5.喷吹燃料20 6.2.6.风压20 6.3.装料制度20 6.3.1.料线20 6.3.2.料批质量21 6.4.造渣制度21 6.4.1.造渣制度选择原则21 6.4.2.炉渣成分与生产操作的关系22结 论23参考文献24致 谢高炉长寿技术的探讨郑茂骁中文摘要： 通过分析当今国内国外对延长高炉寿命的研究所取得的成果，得出提高高炉寿命是一个系统的工程，涉及高炉精料、煤气流分布的调节、提高耐火材料的性能、加强炉体的冷却、选择合理的操作制度及日常维护等，只有将许多延长高炉寿命的技术和设备有机地结合起来，才能实现高炉长寿。关键词：高炉长寿；有害元素；煤气流分布；耐火材料； 高炉冷却Abstract: through the analysis of the current domestic to extend the service life of the foreign blast furnace, the results, improve the service life that blast furnace is a system project, which involves the blast furnace gas flow distribution of boars, adjusting and improving the performance of the refractory materials, strengthening the furnace cooling, selection of rational operation system and daily maintenance etc, only will extend the service life of the many blast furnace technology and equipment organically, to achieve the blast furnace longevity.Key words: the blast furnace long; The harmful elements; The gas flow distribution; Refractory materials; Furnace cooling引 言 钢铁作为工业的骨架，在国民经济中扮演着重要的角色，而高炉的寿命的长短直接关系着钢铁企业效益的好坏，为了提高我国钢铁企业在国际市场的竞争力，努力提高我国的高炉寿命已是一个十分重要的任务。 我国2008年公布的高炉炼铁工艺设计规范中明确指出：高炉炼铁一代炉役的工作年限应在15年以上，在一代炉役期间，单位高炉容积产量应达到或高于1万吨1。在现阶段，我国大多数高炉并没有达到上述目标。而在国外，许多高炉通过改进高炉炉体冷却装置和炉底耐火材料质量等措施，已出现了炉役超过20年的高炉。日本川崎公司千叶6号高炉 （4500m3）和水岛2号、4号高炉都取得了20年以上的长寿实绩2 ，虽然我国近年来在高炉长寿方面取得了较大的进步，但相比较而言，但我国大多数高炉装备的长寿水平则较低，管理技术相对滞后，在高炉强化冶炼时高炉寿命得不到保障，造成大量的经济损失。所以，延长我国高炉寿命已是摆在各位专家及学者面前一重要的课题。1.绪 论1.1. 延长高炉寿命的意义 随着经济全球化的发展，行业竞争的加剧，先进的冶金技术及高效的管理手段在高炉上得到应用，高炉生产不断强化，实现高炉高产，优质高效，低耗长寿的目标。以最低的投入获得最高的效益，加大企业在行业中的竞争能力，走可持续发展战略已是当代冶金行业的主题。 在高炉生产中，新建一座大型高炉投资需要数十亿元，而一座高炉的大修也需要数亿元，而高炉的大修，导致高炉停炉而无法正常生产，产量下降，不仅带来经济上的损失，而且也造成资源的消耗和能源的浪费。由此可见，延长高炉寿命能够减少经济投入，降低生产成本，也是实现可继续发展的重大举措。1.2.延长高炉寿命的目标依据现有的高炉设备、操作和维护技术，可以实现下列目标：(1)一代炉龄（不进行中修）在20年以上。(2)高炉日常能处于高效化、自动化、连续化、长寿化，生产过程环境友好的稳定生产状态，一代高炉单位炉容产铁量在1.5万t/m3以上；(3)采取一切有效的技术措施，最大限度地缩短高炉大修工期（大型高炉要在2个月以内），优化停炉和开炉操作技术，实现科学停炉和快速投产，减少因高炉大修对企业的不利影响3。1.3.影响高炉寿命的因素 延长高炉寿命是一个系统的工程，包括高炉的优化设计、高炉原料中有害元素的处理、耐火材料的性能、良好的冷却方式、高炉操作的科学性和稳定性、炉体的维护和管理，应急事故的科学处理等。上述各因素之间有着内在关联因素，相互影响，也有互补的作用。2.有害元素对高炉的影响及去除2.1.有害元素的来源 在高炉冶炼中，有害元素来源主要由铁矿石、焦炭等原料带入，有害有素在矿石中常以复杂硅酸盐和硫化物存在，而常规烧结中很难除去。2.2.有害元素对高炉的危害 有害元素侵蚀砖衬及炉体，造成炉皮开裂，冷却板损坏。由于有害元素在炉内富集，在炉身中下部软融带附近，有害元素吸附或渗透进入砖缝，造成砖衬被侵蚀和异常膨胀，使冷却板暴露在高温气流中易受冲击而损坏。如果原燃料质量下降，有害元素入炉量增加，在炉内大量富集，对砖衬的破坏力度加大。有害元素的危害主要表现在以下几个方面。2.2.1.锌的危害 锌在常以硫化锌状态存在，在大于1000的高温区被还原成锌，沸点（907）很低，被还原后气化进入煤气，部分随锌随煤气逸出炉外，部分在管道和炉体上部聚集，大部分锌又被氧化成氧化锌被炉料吸收再度下降还原，形成循环。 Zn在随煤气排除时，部分锌蒸汽沉积在高炉上部砖衬缝隙中，氧化后体积膨胀，破坏炉衬，是冷却壁水管非正常损坏的原因之一；尤其是当锌在高炉内有大量存在时，大量的锌主要随煤气排除，在管道中凝集，造成管路堵塞，给高炉运行来带不变，同时引起炉顶煤气压力异常波动，煤气流偏行4。 2.2.2.碱金属的危害碱金属的危害主要表现在以下几个方面： （1）碱金属的吸附首先从焦炭的气孔开始，而后逐步向焦炭内部扩散，随着焦炭在碱金属蒸汽内暴露的时间延长，碱金属的吸附量逐渐增多，焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏原有的结构，使焦炭产生较大的体积膨胀，导致焦炭破碎，焦炭反应性增加，反应后强度降低5。 （2） 碱金属主要是以硅酸盐的形态存在，由原燃料带人高炉，当炉料下达高温区或炉缸时，碱金属被还原，消耗大量的热量，使燃耗增加。碱金属粘附于炉衬上，既导致高炉结瘤，影响高炉布料，破坏煤气流分布，易塌料、悬料，也使炉壳热流强度降低，又破坏砖衬6。碱金属不断循环富集，最终导致炉内碱金属不断增加，对高炉的危害越来越严重。2.2.3.铅的危害 铅主要由矿石带人，在矿石中常以硫化物存在（如方铅矿），烧结过程中很难排除，铅在高炉中几乎全部被还原，密度高达11.34tm，比铁的密度(7.9 tm)大,熔点很低(327)，沸点为1540，在高温区部分气化进入煤气，上升到低温时被氧化为氧化铅随炉料下降，在炉中形成循环富集，沉于死铁层之下，容易引起炉底砖上浮，破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿7。2.3.降低高炉内有害元素的措施 为延长高炉寿命，必须尽可能的降低碱金属在原燃料中的含量，降低碱金属在高炉内的影响，可采取以下措施。 （1）减少有害元素的入炉量。制定严恪的原燃料采购标准，尽可能采用含有害元素较低的原料。 （2）原料碱金属含量较高时，对原料进行脱碱，减少焦沫及矿沫的入炉，烧结矿和球团矿中的碱金属可以用氯化焙烧的方法将其分离出来，氯化钙加入烧结矿和球团矿中，能够将其中的碱金属变成相应的氯化物（如氯化钠和氯化钾），生成物的熔点很低（分别是800和770），沸点也低（1465和1437）8，对烧结矿和球团矿的脱碱是有利的，脱碱产物会沉积在废气流经的各种设备上，要注意对这些设备进行定期整理，防止管道结瘤和腐蚀管道。 （3） 高炉排出碱金属的主要渠道是炉渣，控制好炉渣碱度。通过降低炉渣碱度到1O5115之间，炉渣流动性良好，对排碱有利。提高渣中MgO（1215）含量，能够降低渣中K2O、Na2O的活度，从而提高排碱率，渣中MgO含量增加1，渣中碱金属氧化物含量增加0.21，有利于碱金属从炉渣中排出，渣中适当增加MgO含量，既利于改善渣的流动性又有利于排碱； （4）控制煤气流分布，在高炉冶炼中，煤气量大，温度高的地方炉料的含碱量也高。限于旧的操作观念，为了防止炉墙粘结和保证风量，采取开放两道气流的装料制度，边缘轻负荷，中心加焦，矿石大量分布在中间环带，边缘气流较大，炉衬的侵蚀较为严重，为了压制边缘，应打开中心气流，增加富氧和适当提高鼓风动能，提高风温，装料制度逐步向重边缘放中心的方向转变，使高炉气流得到很好的控制，有效地保证了中心气流强劲，边缘稳定。这样可减少边缘气流分布，减少碱金属对炉衬的侵蚀。 （5）适当降低炉顶压力，锌随煤气排出高炉是高炉排锌的主要途径。炉顶压力较高，不利于排锌。所以适当降低炉顶压力，提高煤气流速，提高排zn率。但在高炉强化冶炼时要求具有一定的炉顶压力，如果炉顶压力较低，会给高炉的产量带来一定的影响。故此方法在高炉实际生产中不常用。 （6）原料中含铅量较大时，由于大部分铅被还原沉积于炉底，可在炉底增加排铅口，定期排铅。 （7） 生产管理：建立严格的监控制度，定期检测化验炉料、炉渣、炉尘或煤气中有害元素含量，并及时跟踪其在高炉内的收支平衡情况。对于负荷高出炼铁操作要求的，应建立定期排碱措施。 3.选择性能优良的耐火材料耐火材料的性能，很大程度上影响了高炉的寿命。耐火材料除了具有高的抗炉料的机械磨损外，抗碱金属、锌和炉渣的侵蚀以及抗炉内附着物脱落的热震是炉身竞争耐材必须具备的基本品质。高炉的不同部位，对耐火材料的要求也不相同。3.1.炉底、炉缸的耐火材料的选择3.1.1.炉底、炉缸的侵蚀机理 炉缸是盛装铁水和熔渣的地方，是高炉内衬破损严重的主要区域之一，高炉一代炉役的寿命也主要取决于高炉炉底、炉缸内衬的破损程度。炉缸内衬除受高温作用外，还主要受到渣铁的化学侵蚀与冲刷，炉底主要以铁水的渗入侵蚀为主。在铁水侵入的同时，碱和锌也侵入，可引起耐火砖脆化，从而使高炉炉底耐火材料发生严重破坏。大致可概括为： （1）铁水对碳砖的渗透侵蚀。铁水渗透到碳砖的气孔中，生成FexC一类的脆性物质，造成碳砖热面脆化，物理性能下降9。 （2）铁水环流的机械冲刷。尤其是高炉出铁时铁水流动会对炉缸、炉底炭砖产生流动冲刷侵蚀。 （3）热应力对碳砖的侵蚀。高炉破损时，铁水对炭砖进行渗透和溶蚀，其破坏作用是很大的。在炭砖内渗入铁水的情况下，温度升降时铁水熔化，温度降低时凝固。铁水凝固时体积收缩，熔化时体积膨胀，膨胀-收缩反复发生就会在炭砖内产生热疲劳应力。 （4）熔渣对碳砖的冲刷和化学侵蚀。碱金属和锌的化学侵蚀是主要的影响因素。 （5）K，Na，Zn等有害元素的侵蚀以及铁水对碳砖的侵蚀，其中铁水对碳砖的侵蚀最为严重。3.1.2.炉缸、炉底对耐火材料的要求 由于炉缸、炉底具有上述化学的、热力的、机械的作用。所以，炉缸用耐火材料的性能应满足如下要求： (1)耐高温性，铁水温度1500左右，炉渣温度更高； (2)耐侵蚀性，如高温炉渣的侵蚀，特别是渣中碱金属及氧化物时侵蚀性更强，其次是铁水的侵蚀，还有CO、CO2、H2O的侵蚀； (3)耐冲刷、耐磨性； (4)抗渗透性； (5)高导热性。3.1.3.炉缸、炉底所用耐火材料 碳质材料是炉缸的常用材料，为了减少铁水对碳砖的渗透侵蚀，可加入耐铁水浸蚀的高铝微粉；为防止外来成分和铁水浸入，将砖的气孔微细化。添加剂对炭砖透气度和导热系数的影响是高度显著的，在烧成过程中，加入的添加剂在基质中进行扩散，来填充颗粒间的孔隙，使气孔变小或充满气孔，炭砖中添加的AI2O3和SiO2，在颗粒交界处生成3AI2O32SiO2晶体，并与周围的颗粒结合在一起，一方面，使颗粒之间的结合得更紧密，增强了耐火砖的强度，从而曾强碳砖应对铁水的热应力，另一方面，也起堵塞气孔的作用。曾强碳砖应对铁水和碱金属的侵蚀10，在铁水和砖的界面上增加提高铁水粘性的元素，使铁水停滞流动，抑制损耗。如果在碳砖中预先加入使铁水粘性高，流动性低的Ti系化合物，会有效地提高碳砖的耐铁水浸蚀性。降低铁水与砖的界面温度，促进砖的表面上形成保护层，制耐火材料损耗。3.2.炉身中下部耐火材料的选择3.2.1.炉身中下部侵蚀机理 炉腹、炉腰和炉身中下部的炉衬工作条件相近，该部位主要侵蚀原因为炉渣侵蚀，碱金属侵蚀，炉料和渣铁的冲刷磨损，既受下降炉料和上升高温高压煤气的磨损以及温度变化引起的热冲击，其中碱金属和锌蒸气造成的碳素沉积和化学反应，能使耐火砖组织脆化，失去强度，对炉身的破坏较为严重。3.2.2.炉身中下部对耐火材料的要求根据炉身下部特定的工作条件，对耐火材料的性能有如下要求： (1)抗渣侵蚀性好 (2)抗碱金属侵蚀性好 (3)导热性好 (4)气孔率低 (5)热震稳定性好3.2.3.炉身中下部所用耐火材料 要求砖衬应有良好的抗气流冲剧、抗炉科的机械磨损、抗碱金属和渣铁的化学侵蚀性厦抗热庄力破坏的性能。新近研制出的Si3 N4结舍的碳化硅砖，具有高导热性、高抗碱性、高抗氧化性、高耐磨性及高抗热震性的特点，是炉身下部较为理想的耐火材料11。3.3.炉身上部耐火材料3.3.1.炉身上部的破损机理 炉身上部主要受到炉料下降的冲击和磨损，无炉渣保护，受到煤气流上升时的冲刷和热应力，同时还有碱金属、锌蒸汽流和沉积的碳的侵蚀。其中热应力的破坏程度最大。热应力主要来自不均匀的局部边缘煤气流，因为无论是怎样的冷却方式和多大的冷却强度，遇到强大的瞬间局部煤气流冲击时，因来不及交换热量而显得无能为力，炉墙砖衬温度场必然要发生大幅波动，产生的热应力极易导致砖衬破裂。3.3.2.调节煤气流对炉身上部的保护及耐火材料的选用 应通过合理的装料制度和下部调剂手段使煤气流分步更加合理，有些高炉为了应对炉料恶化，将焦炭布到炉喉边缘及中心，中间加矿石；或将炉料堆尖放到炉喉半径的中间环带，靠炉料向边缘、中心溜动完成炉料分布。两者均形成边缘、中心过分发展的煤气流分布。由于边缘发展，严重冲刷炉衬，炉衬寿命较短。所以适当发展中心气流，限制边缘气流可以减少上升气流对炉身的保护，通过合理的装料制度，如装料适当向中心转移，采用富氧鼓风，可减少气流对炉身的冲击。 该部位要求耐火材料透气系数小，热震稳定性好，抗碱金属的侵蚀好，在该处可选用高致密度的黏土砖，磷酸黏土砖或者高铝砖可以抵制气流的侵蚀。4.冷却技术4.1冷却技术在高炉中的作用 对于高炉炉衬，必须进行冷却，第一，冷却可降低耐火材料的温度，时耐火材料保持一定的强度，维持合理的炉型，第二，促使炉渣形成保护渣皮，保护炉衬，并代替炉衬工作，第三，保护炉壳免受高温影响。炉腹、炉腰至炉身下部区域是整个高炉工况条件最恶劣的区域之一，炉料磨损冲刷、炉渣化学侵蚀、软融带根部反复上下移动产生的热震等破坏机制同时存在，特别是热震作用使任何耐材在此区域都难以长期维持存在，最终只能靠形成渣皮来保护冷却设备实现长寿最有效。因此，能否快速形成稳定渣皮是此区域选择冷却设备的关键条件。在此部位，我国近年新建和大修的高炉主要采用铜冷却壁。铜冷却壁导热性好、冷却强度大，在冷却水量足够并稳定的条件下，工作时冷却壁体温度均匀，表面工作温度一般在40以下，并且能在其热面形成非常稳定的渣皮。即使高炉操作过程中发生渣皮脱落，也能在短时间内形成新渣皮，在此区域应用铜冷却壁能满足快速形成稳定渣皮的要求。 炉身中上部温度达较高。特别是随着喷煤量的提高，该区域的热负荷急剧升高，但此区域属干区，没有形成渣皮的条件，是炉衬磨损最严重的区域，是现代高炉长寿的难点之一。目前，这一区域主要采用第四代镶砖冷却壁结构，使砖壁合一。4.2.高炉冷却的方式目前国内高炉采用的冷却方式有四种： (1)工业水开路循环冷却系统 ， (2)汽化冷却系统， (3)软水密闭循环冷却系统 (4)外部喷淋。4.3.冷却原理4.3.1.自然循环汽化冷却工作原理 利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的压头，克服整个循环过程中的阻力，从而产生连续循环，汽化吸热而达到冷却目的。 4.3.2.软水密闭循环冷却工作原理 它是一个完全封闭的系统，用软水（采用低压锅炉软水即可）作为冷却介质，其工作温度5060（实践经验4045）由循环泵带动循环，以冷却设备中带出来的热量经过热交换器散发于大气。系统中设有膨胀罐，目的在于吸收水在密闭系统中由于温度升高而引起的膨胀。系统工作压力由膨胀罐内的 N2压力控制，使得冷却介质具有较大的热度而控制水在冷却设备中的汽化。4.3.3.工业水开路循环冷却工作原理 由动力泵站将凉水池中的水输送到冷却设备后，自然流回凉水池或冷却塔，把从冷却设备中带出的热量散发于大气。系统压力由水泵供水能力大小控制。4.3.4.外部喷淋的工作原理 用于高炉外部喷淋式降温。4.4.冷却方式的比较及选择 (1)汽化冷却分为两种循环方式：自然循环和强制循环。汽化冷却的优点为冷却介质为软水，可防止结垢。自然循环不需要动力，在停电情况下仍能继续运行。汽化冷却的缺点：冷却设备在承受大而多变的热负荷冲击下容易产生循环脉动，甚至可能出现膜状沸腾，致使冷却设备过热而烧坏。汽化冷却时，冷却壁本体的温度比水冷时高，缩短了冷却壁的寿命。水冷却的冷却壁本体的最高温度已接近珠光体相变的温度。铸铁在760 时，珠光体发生相变，使铸铁机械性能急剧变坏，因此使冷却壁寿命缩短。 (2)工业水冷却的优点是传热系数大，热容量大，便于输送，成本便宜。 工业水冷却的致命弱点是水质差，容易结垢而降低冷却强度，导致烧坏冷却设备，水的循环量大，能耗大。 (3)喷水冷却，结构轻便简单易行。我国大中型高炉多作为备用冷却手段，小高炉用的较多。目前国外一些极薄炉墙或大中型高炉下部，有采用炉壳内砌碳砖，以喷水作为唯一冷却手段，效果也不错。 (4)在高炉运行中，采用软水密闭循环冷却系统最佳，也是目前高炉普遍采用的冷却方式，具有如下优点： 软水密闭循环系统的冷却可靠性好。冷却的可靠性，是衡量冷却系统优劣最重要的标准。不结垢，可以长寿。 水量消耗少。软水密闭循环冷流系统中，没有水蒸发损失，流失也极小。水泵的轴封处的流失是系统的主要流失点，流失量是系统总容积的1补水量，故水量消耗是极少的。 动力消耗低。闭路系统与开路系统不同，其水泵的工作压力取决于膨胀罐内N2压力，而水泵扬程是由系统的管路阻力损失决定的，冷却水的静压头能够得到完全的利用。 管路腐蚀小。因为它是闭路，空气进不去。因此，软水密闭循环冷却系统是一种比较经济的冷却方法。 4.5.冷却水质的要求 在冷却过程中，对水质的要求非常严格，如果水中杂质过多，尤其是钙、镁等容易生成水垢的盐类物质，容易结垢而降低冷却强度，使水的循环量大，能耗大，严重时导致烧坏冷却设备。高炉冷却对水质的要求为：不含有机械杂质、悬浮物不超过200毫克升，对水系统要求新水暂时硬度15H（德国H简称度，即在10000份水中含有1份氧化钙或氧化镁为一度。也就是1升水中含有10毫克的氧化钙或氧化镁为一度），循环水8H的软化水（人为地以某种程度从水中除去了钙镁盐类，如用Na离子交换器置备软水）12。4.6.高炉冷却壁4.6.1.高炉冷却壁的作用 高炉冷却壁是高炉内衬的重要水冷件，安装在高炉的炉身、炉腰、炉腹、炉缸等部位，不但承受高温，还承受炉料的磨损、熔渣的侵蚀和煤气流的冲刷，必须具备良好的热强度、耐热冲击、抗急冷急热性等综合性能。冷却壁能有效地防止炉壳受热和烧红，高炉内衬砖被烧蚀后主要靠渣皮保护冷却壁本身，并维持高炉的安全生产。因此，冷却壁的材质及性能好坏决定其工作寿命乃至高炉炉身的寿命。4.6.2.高炉冷却壁的种类及特点 根据制造材质，高炉冷却壁有铸铁冷却壁、钢冷却壁和铜冷却壁3大类。4.6.3.铸铁冷却壁 20世纪50年代初，我国高炉采用的是原苏联设计的冷却壁，冷却壁本体是一般铸铁，现代高炉基本不再使用铸铁冷却壁，主要是因为铸铁冷却壁因其材质导热性差，其内外温差较大，而且温差波动也很大，必然产生很大的应力，导致它容易破损，也降低了它的冷却能力13。4.6.4.钢冷却壁 钢冷却壁材质为低合金钢，分为钻孔型钢冷却壁和铸造型钢冷却壁，曾在我国鞍钢、济钢、南钢、首钢等企业的高炉上应用，并取得了一定效果。它与铸铁冷却壁相比有着本质上的性能提升，其导热性能得到较好的改善。而且钢熔点高，延伸率高，抗拉强度高，抗热冲击性能好，更适应高炉炉内的工况,其性能明显优于铸铁冷却壁，但与铜冷却壁相比还有较大差距14。4.6.5.铜冷却壁 铜冷却壁是现代大型高炉采用较多，在国外已普遍推广，性能优良的一种冷却设备，其导热性好，冷却能力强，不易破损，与以上冷却设备相比，铜冷却壁冷却强度大，能满足高炉最大热负荷的需要，保证了冷却的町靠性。以上述两种冷却壁相比较而言，具有如下特点： (1)铜冷却壁导热性好、冷却强度大。铜的导热系数几乎为铸铁的10倍。冷却壁工作时内外温差小，其最大温差不足1000C，不会产生很大的热应力，且是在90 0C以下的低温状态工作，因此不会产生裂纹15。铜冷却壁冷却强度大，生成的炉渣立即在冷却壁表面形成渣皮，起到保护铜冷却壁自身的作用。 (2)铜冷却壁冷却均匀，在炉内易形成光滑的炉型，可减轻煤气流和炉料的冲刷磨损。而且能在其表面形成稳定的渣皮，即使高炉操作过程中发生渣皮脱落， 也能在短时间内形成新渣皮保护冷却壁，这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。铜冷却壁作为一种无过热冷却器，其使用寿命可以达20-30 年。是建立长寿高炉的理想材料。5.高炉炉型的设计 通过总结高炉破损机理和高炉内化学反应机理，设计中对高炉炉型进行了优化，加深了死铁层深度，以减轻铁水环流对炉缸内衬的冲刷侵蚀；适当加大了炉缸高度和炉缸直径，以满足高炉大喷煤操作和高效化生产的要求；降低了炉腹角、炉身角和高径比，使炉腹煤气顺畅上升，改善料柱的透气性，稳定炉料和煤气流的合理分布，抑制高温煤气流对炉腹至炉身外部的热冲击，减轻炉料对内衬和冷却器的机械磨损。有利于高炉的顺行，稳定及长寿。5.1.加深死铁层深度实践证实，高炉炉缸炉底“象脚状”的异常侵蚀，主要是由于铁水渗透到炭砖中，使炭砖脆化变质，再加之炉缸内铁水环流的冲刷作用而形成的。加深死铁层深度，是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。死铁层加深以后，避免了死料柱直接沉降在炉底上，加大了死料柱与炉底之间的铁流通道，提高厂炉缸透液性，减轻了铁水环流，延长厂炉缸炉底寿命。理论研究和实践表明，死铁层深度一般为炉缸直径的1520。5.2.适当加高炉缸高度高炉在大喷煤操作条件下，炉缸风口回旋区结构将发生变化。适当加高炉缸高度，不仅有利于煤粉在风口前的燃烧，而且还可以增加炉缸容积，以满足高效化生产条件下的渣铁存储，减少在强化冶炼条件下出现的炉缸“憋风的可能性。近年我国已建成或在建的大型高炉都有炉缸高度增加的趋势，高炉炉缸容积为有效容积的1618。5.3.加深铁口深度 铁口是高炉渣铁排放的通道，铁口区的维护十分重要。研究表明，适当加深铁口深度，对于抑制铁口区周围炉缸内衬的侵蚀具有显著作用，铁口深度一般为炉缸半径的45左右。这样可以减轻出铁时在铁口区附近形成的铁水涡流，延长铁口区炉缸内衬的寿命。5.4.降低炉腹角降低炉腹角有利于炉腹煤气的顺畅排升，从而减小炉腹热流冲击，而且还有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮，保护冷却器长期工作。现代大型高炉的炉腹角一般在80以内，本钢；号高炉(2 600m3)炉腹角已降低到75.37。6.高炉操作制度 选择合理的操作制度是高炉操作者的基本任务。操作制度是根据高炉具体条件，如炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种要求制定的高炉操作准则。合理操作制度能保证煤气流的合理分布和良好的炉缸工作状态，促使高炉稳定顺行，从而获得长寿的冶炼效果。 高炉基本操作制度包括：炉缸热制度、送风制度、造渣制度和装料制度。高炉操作者应根据高炉强化程度、冶炼的生铁品种、原燃料质量、高炉炉型及设备状况来选择合理的操作制度，并灵活运用上下部调节与负荷调节手段，促使高炉稳定顺行。6.1.炉缸热制度 炉缸热制度是指高炉炉缸所具有的热量和温度，它反映了高炉炉缸内热量收入与支出的平衡状态。炉缸热制度直接反映炉缸的工作状态，稳定均匀而充沛的热制度是高炉稳定顺行的基础，为高炉长寿提供了保障。炉温一般指高炉炉渣和铁水的温度，炉渣和铁水的温度随冶炼品种、炉渣碱度、高炉容积大小的不同而不同，炉缸温度可用铁水温度来表示，一般为1350-1500 ，又称为物理热；也可以用生铁含硅量来表示，这称为化学热。在平衡状态下，还原1kg硅所耗的热量是还原铁耗热的8倍。一般情况下，当炉渣碱度变化不大时，二者基本是一致的，即化学热愈高，物理热愈高，炉温也愈高。炉渣温度一般比铁水温度高50-10016。6.1.1.影响热制度的主要因素 高炉生产中影响热制度波动的因素很多。任何影响炉内热量收支平衡的因素都会引起热制度波动，产生较大的热应力，从而影响耐火材料及炉体的寿命，使高炉寿命降低。影响因素主要有以下几个方面： (1)原燃料性质变化：主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石品位、还原性、粒度、含粉率、熟料率、熔剂量等的变化。 矿石品位、粒度、还原性等的波动对炉况影响较大，一般矿石品位提高1，焦比约降低2，产量提高3。烧结矿中FeO含量增加l，焦比升高l5。矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。上述因素都会带来热制度的变化。 一般情况下，焦炭带入炉内的硫量约为硫负荷的7080。生产统计表明，焦炭含硫增加01，焦比升高l220；灰分增加l，焦比上升2左右。因此，焦炭含硫量及灰分的波动，对高炉热制度都有很大的影响。随着高炉煤比的提高，在考虑焦炭含硫量和灰分对热制度影响的同时，还应充分考虑煤粉发热量、含硫量和灰分含量的波动对热制度的影响。 (2)冶炼参数的变动：主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶煤气CO2含量等的变化。鼓风带入的物理热是高炉生产主要热量来源之一，调节风温可以很快改变炉缸热制度。喷吹燃料也是高炉热量和还原剂的来源，喷吹燃料会改变炉缸煤气流分布。风量的增减使料速发生变化，风量增加，煤气停留时问缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉；装料制度如批重和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响。 (3)设备故障及其他方面的变化：下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等都能使炉缸热制度发生变化。高炉炉顶设备故障，悬料、崩料和低料线时，炉料与煤气流分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，炉温向凉甚至大凉。同样冷却设备漏水，导致炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，造成炉冷直至炉缸冻结。因此，为了保证炉缸温度充足，当遇到异常炉况时，必须及时而准确地调节焦炭负荷6.1.2.热制度的选择 热制度的选择主要根据高炉的具体特点、冶炼品种和高炉使用原燃料条件来决定。选择合理的热制度应结合以下几方面来考虑： (1) 根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济合理的水平。冶炼炼钢生铁时，Si含量一般控制在0306之间。冶炼铸造生铁时，按用户要求选择Si含量。为稳定炉温，上、下两炉Si含量波动应小于01，并努力降低Si含量的标准偏差。 (2)根据原料条件选择生铁含硅量。冶炼含钒钛铁矿石时，允许较低的生铁含硅量。对高炉炉温的要求不但要选择铁水中的Si，还应与铁水中的Ti综合考虑，可以用铁水的Si+Ti来表示炉温。 (3)结合高炉设备情况选择热制度，如炉缸严重侵蚀时，以冶炼铸造铁为好，因为提高生铁含硅量，可促进石墨碳的析出，对炉缸有一定的维护作用。 (4)结合技术操作水平与管理水平选择热制度，原燃料强度差、粉末多、含硫高、稳定性较差时，应维持较高的炉温；反之在原燃料管理稳定、强度好、粉末少、含硫低的条件下，可维持较低的生铁含硅量。6.2.送风制度 送风制度是指在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态，达到初始煤气流的合理分布，使炉缸工作均匀活跃，炉况稳定顺行。归根结底是确定合理的鼓风动能和风口前的理论燃烧温度。通过选择合适的风口面积、风量、风温、湿分、喷吹量、富氧量等参数，并根据炉况变化对这些参数进行调节，达到炉况稳定顺行和煤气利用改善的目的。这些调节通常称为下部调节。因此，送风制度的稳定是煤气流稳定的前提，是炉温稳定和顺行的必要条件。6.2.1.风量调节 风量的调节作用主要有控制料速、实现计划的冶炼强度，以保持料速不变；稳定气流，在炉况不顺的初期，减少风量是降低压差、消除管道、防止难行、崩料和悬料的有效手段；炉凉减风控制下料速度，可以迅速稳定炉温，当炉热而料速减慢时，可酌情加风. 在炉况顺行情况下，为获得高产应使用高炉顺行允许的最大风量，即全风作业保持稳定。高炉生产实践证明，使用风量过小时，由于燃烧的焦炭量和产生的煤气量过少，这对提高炉温是不利的。风量必须与料柱透气性相适应，所以改善料柱透气性是增加风量的基础。风量变化直接影响炉缸煤气体积，因此正常生产时加风一次不能过猛，否则将破坏顺行。一般中型高炉每次加风控制在30-50m3/min，间隔时间20-30min。在非特殊情况下，应保持全风操作，不要轻易减风。必须减风时，一次可减到需要水平。在未出渣铁前，减风应密切注意风口状况，避免灌渣。6.2.2.风温调节 提高风温可大幅度地降低焦比，是强化高炉冶炼的主要措施。提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。因此，在高炉生产中，要采用高风温操作，充分发挥热风炉的能力及高风温对炉况的有利作用；风温水平不同，提高风温的节焦效果亦不同，风温愈低，提高风温时降低焦比的效果愈显著。反之，风温逐渐提高，降低焦比的效果逐步减小。风温在1000左右时，增减风温100，影响焦比为17kg/t 在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，用煤粉来调节炉温。这样可最大限度发挥高风温的作用，维持合理的风口前理论燃烧温度。若当炉温向热需要撤风温时，幅度要大些，一次可撤到高炉需要的水平；炉温向凉时，提风温幅度要小，可分几次将风温提高到需要的水平，以防造成煤气体积迅速膨胀而破坏顺行。6.2.3.富氧鼓风 富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。由于煤气含氮量减少，单位生铁煤气生成量减少，可以提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降；增加鼓风含氧量，有利于改善喷吹燃料的燃烧；煤气中N2含量减少，炉腹CO浓度相对增加，有利于间接反应进行；同时炉顶煤气热值提高，有利于热风炉的燃烧，为提高风温创造条件。富氧鼓风只有在炉况顺行的情况下才能进行，在炉况顺行不好(如发生悬料、塌料等情况及炉内压差高，不接受风量时)不宜使用富氧。在大喷吹情况下，高炉停止喷煤或大幅度减少煤量时，应及时减氧或停氧。6.2.4.鼓风湿分 鼓风中湿分增加lgm3，相当于风温降低9，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3风温的热量。加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。因此，喷吹燃料的高炉，基本上不采用加湿鼓风。有些大气温度变化较大地区的高炉，采用脱湿鼓风技术，取得炉况稳定、焦比降低的良好效果。6.2.5.喷吹燃料 喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。但是，不同燃料在不同情况下，代替焦炭的数量是不一样的。通常把单位燃料能替换焦炭的数量称为置换比。 随着喷吹量的增加，置换比逐渐降低。这是由于喷吹的燃料在风口回旋区加热、分解和气化时要消耗一定的热量，导致炉缸温度降低。喷吹燃料越多，炉缸温度降低也越多。而炉缸温度的降低，燃料的燃烧率也降低。因此，在喷吹量不断增加的同时，应充分考虑由于置换比降低对高炉冶炼带来的不利影响，并采取措施提高置换比。这些措施包括提高风温给予热补偿、提高燃烧率，改善原料条件以及选用合适的操作制度。 喷吹燃料进入风口后，其组分分解需要吸收热量，其燃烧反应、分解反应的产物参加对矿石的加热和还原后才放出热量，因此炉温的变化要经过一段时间才能反映出来，这种炉温变化滞后于喷吹量变化的特性称为“热滞后性”。热滞后时间大约为冶炼周期的70，热滞后性随炉容、冶炼强度、喷吹量等不同而不同。6.2.6.风压 风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况，它的波动是冶炼过程的综合反映。目前高炉普遍装备有透气性指数仪表，对炉况变化反应灵敏，有利于操作者判断炉况。6.3.装料制度 装料制度指炉料装入炉内的方式方法的有关规定。装料制度通过变更装料方法，调节矿石和焦炭在炉喉边缘和中心的分布，来保证高炉稳定顺行和改善煤气利用，减少炉料和煤气流对炉壁的冲刷及侵蚀。内容包括料线、料批质量和装料次序。对无钟炉顶还有溜槽角度和转速。装料制度和送风制度是互相适应，互为补充的，只有上下部制度相适应，高炉才能获得良好的长寿实绩。6.3.1.料线 在高炉操作中，料线应选择在碰点以上，此时提高料线，将使矿石堆尖向高炉中心延伸而使中心负荷加重。并且因矿石粉末较多的堆尖远离炉墙而改善边缘的透气性，发展边缘气流，对炉身的侵蚀较为严重，对高炉的长寿带来不利的影响，反之则相反。一般情况下，料线不应选择碰点以下。这会因粉状炉料反弹力小而集中于炉墙附近，并且浪费高炉有效容积。6.3.2.料批质量 在操作中，多用焦炭批重表