王维兴教授高炉长寿技术

1、高炉长寿技术系统分析王维兴中国金属学高炉长寿技术概念 高炉炼铁技术十二字方针：高效、优质、低耗、长寿、安全、环保。 高炉长寿是个庞大系统工程，内容包括：炉型设计、设备和耐火材料选择、安装和砌筑质量、操作规程的制定、高炉操作水平、生产过程的检测和维护、安全危机的处理等。 耐火材料机理和结构的研究、侵蚀和破损原因与预防。 科学管理高炉建设和生产，实现技术与经济的统一。一、高炉长寿的概念 GB50427-2014高炉炼铁工程设计规范要求：高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上。在高炉一代炉役期间，单位高炉容积的产铁量应达到或大于10000 t。 炼铁专家们认为：高炉一代寿命

2、在1520年，一代炉役每立方米炉容产铁1.31.5万吨/M3，或（300450）104炉缸面积。热风炉寿命应在30年。我国高炉长寿实践高炉高炉容积，容积，m3开停炉时间开停炉时间寿命，寿命，年年一代单位容积产一代单位容积产铁量，铁量，t/m3宝钢1号（第一代）40631985.9.151997.4.110.57950宝钢1号（第二代）40631997.5.252008.9.111.29091.5宝钢2号（第一代）40631991.6.292006.8.3115.211612.3宝钢3号43501994.9.20至今191580,12年10月武钢5号（第一代）鞍钢10号320025801991.

3、10.192007.5.301995.2.122008.1015.613.81109710800首钢3号25361993.6.22010.12.2117.613991首钢1号25361994.6.92010.12.2116.413328首钢4号21001992.5.152007.12.3115,612560兴澄1号4502002.9至今10.811000梅山3号12501995.12.12009.5.1513.610553高炉长寿的优点 大大提高了一代高炉的效能； 降低了高炉大中修所消耗的巨额费用； 降低了因停炉给公司造成的巨大经济损失，减少了对有关生产工序结构失调的影响； 高炉长寿连续化生产

4、，使一代炉役期间的燃料比最低、污染物排放减少，生产成本降低，促进企业清洁生产。 是高炉大型化、高效化的重要技术支撑。 是高炉生产稳定顺行、低耗的重要保证。 目前，我国高炉寿命普遍偏低；中小高炉比大高炉寿命低得多，偏追求产量，燃料比高。二、高炉长寿技术系统工程1.炉体设计为基础，是高炉长寿的前提要使设计炉型、操作炉型、合理炉型统一。矮胖炉型可以实现高产，但燃料比和能耗要高，寿命受影响。不过度追求高系数，要实现低燃料比，低成本，实现效益最大化。高系数使炉容变小（小高炉设计如此），高径比不宜小于2.0，煤气利用率低。煤气流过分边缘发展影响长寿。薄壁炉衬要有个度，设计炉型不能就是操作炉型，要允许生产过

5、程中自然形成合理炉型。否则，高炉很难实现好指标。冷却水设计优化：设计上要为炉役后期要使炉缸能增加冷却水量留有余地（热流强度峰值在1.01.2万w/m2)。设计合理死铁层深度是抑制炉缸炉底象脚产生的重要技术措施，减少铁水的纵向环流和圆周方向环流，尽量避免在铁口下方300500mm区交汇，形成涡流，降低铁水静压力对碳砖的影响，也是高炉长寿合理内型的重要原则。二、高炉长寿技术系统工程 高炉各部位内型参数之间要具有合理的相关联关系。炉喉：料批、批重与炉喉直径有关联，能维持合理的煤气出口速度，炉料稳定下降。炉喉直径取炉缸直径的0.650.75倍。 炉身：要适应炉料下降过程中被加热而体积膨胀，又能顺利下降

6、，维持一定煤气流速。角，中厚壁高炉在8083，薄壁高炉在7983. 炉腰：是调节炉容的有效手段，可降低煤气流对炉墙的冲刷;是炉缸直径的.倍。 炉腹：适应炉料熔化后体积收缩、滴落，使燃烧带远离炉墙，有利于渣皮的形成和稳定。希望角在，中厚壁高炉，薄壁高炉在7.二、高炉长寿技术系统工程 炉缸：在上部风口前形成燃烧带，是煤气的发源地；下部是容纳渣铁，进行渣铁间反应；底部设有出铁口，该部位是高炉长寿的薄弱环节。炉缸直径为. 炉容（）；深度取炉缸直径的，一般在为宜；要与鼓风动能、风速、鼓风机能力、原燃料质量、渣铁排放相适应。风要能吹透中心，不形成中心有死焦堆；抑制铁水环流和炉底象脚异常侵蚀。炉缸容积是高炉

7、容积的14%18%。风口间距一般在1.01.25m。风口高度为炉缸高度减去（0.50.6）。 死铁层：不宜采用过深炉缸，建造成本高、影响中心死焦堆的浮起，对炉底产生很大静压力，保护炉底砖不利，易浮起。二、高炉长寿技术系统工程 高炉炉容：年生产作业率在，工作在天。高炉有效高度HU7.728V 。VU为高炉有效容积。系数决定炉容。 小高炉炉容偏小，大炉缸；大高炉炉容往小了说。指标虚。 VU炉缸面积A=2230。科学评价高炉指标，系数和冶炼强度等。 规范建议 设计参数选取见下表：系数t/d燃料比kg/t焦比kg/t风口个数16202428283234384042165. 0u165. 0u二、高炉长

8、寿技术系统工程2.设备和耐火材料选择 铜冷却壁高导热、耐磨，不易破损，在软熔带安装易形成渣皮，有利于高产低耗、高炉长寿。 炉缸、炉底碳砖质量要求除满足常规性能指标外，更要重视其导热性、透气率、抗氧化性、抗碱性、抗渣铁侵蚀性等指标。提高砖衬导热系数，使1150等温线逐渐向远离冷却器的热面移动，促进砖衬热面形成稳定的凝固保护层。 碳砖微孔化是提高碳砖抗氧化性、抗碱性以及抗渣铁侵蚀性的有效手段。 提高碳砖导热性系数应通过电锻无烟煤的石墨化程度来实现。加入石墨电极将大大降低抗铁水溶蚀性。生产碳砖的温度要在14001500，一些碳砖生产厂没有实现。 目前，冷却（水量大小、水温差大小、连接方式等）不是高炉

9、长寿的主要障碍。二、高炉长寿技术系统工程 2.设备和耐火材料选择 耐火材料在高炉破损的原因： 1.高炉冶炼过程自身有破坏因素：温度变化大（产生溶蚀、热应力、热震）、机械冲刷与磨损（炉缸渣铁流的流动冲刷、炉身部位磨损）、炉料中碱金属和其它有害元素与耐材的化学反应（化学侵蚀、形成低熔点化合物、体积膨胀、与炉尘结成炉瘤等）以及析碳反应和铅的沉积等。 2.耐材结构和砌筑：设计的不合理（冷却系统不合理、炉底砖漂浮、炉身砖衬支撑不好造成脱落等）、质量差（气孔率大、抗渣铁和碱金属侵蚀差）、操作（边缘气流过分发展、水温差控制不当等）和维护不当，监测点偏少等。 耐火材料性能比较性能NMA美国NMD美国BC-7S

10、日本BC-8SR日本AN-101法国AM-102法国微孔碳砖(兰州）半石墨碳砖国产低气孔自焙炭块（河南）体积密度g/cm21.621.81.621.711.541.581.561.521.62显气孔率%-15.51615.513.6161813常温抗压Mpa30.531.144.165.734.343.9323041.87抗折强度Mpa8.110.112.814.1-8.57.8-灰分%109.517234.9-20720.88平均气孔直径m-0.30.05-0.41-1.51 m 孔容积 百分比%-70-61.33透气率mDa9840.5200020151211.54导热系数W/mK,200

11、 600 800 1200 -18.418.819.7-45.238.128.5-13.514.216.3-21.121.622.5-91012-8910-8.12900 9.18抗碱性ASTM-UgrLCULCLCUgrLC-抗渣铁渗透不渗-渗透-0.5Mpa轻度渗透-耐火材料性能比较MS4法国MS4R法国MONOCORAL法国刚玉莫来石国产复合棕刚玉国产高铝砖国产莫来石-碳化硅湘耐体积密度g/cm32.472.73.353.03.12.762.65显气孔率%18.515-18181917常温抗压MPa857060858060601500/抗折模量MPa-812.4-荷重软化温度(0.2 M

12、Pa变化0.5%)165016001680165015001650重烧线变化率%1500 5h+0.5+1+1+0.1+0.5+0.2+0.2蠕变率% (0.2 MPa1500529h-0.65-热膨胀系数 k-16.41066.41067.8106-导热系数W/m.K(800)2.22.23.82.57-二、高炉长寿技术系统工程 碳砖质量对高炉炉缸寿命起到决定性作用碳砖的微气孔化是提高碳砖抗氧化性、抗碱性以及抗渣铁溶蚀性的有效手段。要优化微孔碳砖生产工艺，进行改善添加剂的种类和数量、焙烧温度、压力，实现透气度低和平均孔径小，提高小于1m孔的容积率，可提高碳砖质量。今后，提高碳砖导热率，改善微

13、气孔率、提高抗渣铁侵蚀，是我们工作的方向，也是采购，质量检测的重要内容。有碳砖质量国家标准，检验方法的具体要求。理想耐材应具备条件：导热率和微孔指标达到当前微孔或超微孔碳砖的水平；抗渣铁溶蚀指标达到陶瓷杯材料的水平。二、高炉长寿技术系统工程 防止炉缸碳砖被侵蚀的要求：选择优质耐火材料，注意碳砖导热性与抗渣铁侵蚀能力减轻、防止铁水对炉缸侧壁的冲刷防止不饱和碳素铁水与碳砖的接触（用陶瓷杯）结合铁口使用和合理冷却，实现保护炉缸部位的粘滞层控制出铁速度，均衡出铁加强监测、数据分析，及时采取防护和科学对策。在碳砖中加入铝粉，形成碳化铝，可大幅度提高碳砖抗铁水溶蚀和冲刷。在Al2O3基础上加入碳、硅和其它

14、金属粉末，高温焙烧形成金属碳化物，有良好抗铁水侵蚀、高导热，较好微孔指标。二、高炉长寿技术系统工程冷却设备和耐材的选择：炉身上部宜采用镶砖冷却壁：炉身中下部和炉腰宜采用强化型铸铁镶砖冷却壁，使用超高氧化铝耐火材料，如刚玉莫来石、铬铝硅酸盐结合的耐火砖等：炉缸、炉底应采用全碳砖或复合碳砖炉底结构，并采用优质碳砖砌筑。风口带采用组合砖结构。带炉底冷却的综合炉底是比较合理的结构二、高炉长寿技术系统工程3.施工质量控制：1）按钢铁行业规定的耐火材料施工质量标准进行施工（施工前对耐材进行检验质量和品种规格、预砌；做好施工前的各项准备工作）。严控外形尺寸、充分焙烧、降低气隙：2）严格把关砌筑质量关，有第三

15、方的质量监督员在场，施工后要签字。3）炉缸碳砖缝隙要小于0.5mm.进行错台砌筑，上下不允许有通缝；平面要平整，不允许有小的凸台。4)冷却壁与钢板之间要用导热率与碳砖相当的捣料（导热率1520w/m2)，填料要每2050mm捣固一次，一定要捣实，不能有空隙,防止热阻层的形成。5）格外重视碳素捣打料的低温性能；6）施工前对冷却壁进行打压、通球试验，严防有泄漏。砌砖部位转缝厚度砌砖部位转缝厚度黏土砖或高铝砖砌体炉底0.5炉底耐热混凝土周围环状砌体3.0炉缸（包括铁口、渣口、风口通道）0.5风口平台出铁厂附近柱子的保护砖5.0炉腹和薄壁炉腰1.0碳砖砌体炉底薄缝2.5厚壁炉腰1.0炉身：上部冷却箱以

16、下1.5顶端斜接缝1.5 下部冷却箱以上2.0炉缸薄缝2.0炉喉钢砖区域3.0其他部位薄缝2.5炉顶砌砖2.0黏土砖保护层砌体3.0高炉各部位砌体砖缝厚度二、高炉长寿技术系统工程 烘炉、打压与开炉1）严格按科学的烘炉曲线进行烘炉，不得随意改变或缩短时间。确保水分的蒸发驱赶有效，检测鼓风的水分含量合格。希望炉皮温度达到65，可保证炉壳和冷却壁不受损，促进不定型耐火材料粘结和固结。2）打压要有23次。压力和时间规定要科学合理。每次对泄漏点进行擦寻和严格处理，有专人负责，不可马虎。防止开炉后被迫再次因此休风。3）不追求高炉开炉快速达产。希望先冶炼1020天铸造铁。这样给耐火材料膨胀时间，水分蒸发时间

17、，软熔带形成牢固的渣皮，有利于实现高炉长寿。二、高炉长寿技术系统工程4.高炉稳定顺行维持合理炉型是长寿的根本1）稳定顺行的标志：炉温、透气性指数稳定，煤气利用率高，崩、滑尺次数少等。2）措施：送风制度科学合理，上下部调剂得当；高炉实现进行标准偏差操作2）一次煤气流合理分布，炉腹煤气量在66左右；3）风速、鼓风动能高，焦炭循环区长度大；4）炉缸活跃，是最有效的护理炉缸措施；中心死焦堆小，铁水环流弱，对炉壁破坏小。高炉下部送风制度是高炉整体运行的基础，就是确立合理炉腹煤气量、循环区长度、鼓风动能等关键参数，实现一次煤气流合理分布。 （1）从温度场分布角度，合理的炉腹煤气量，可以达到合理的热流比，保

18、证炉料与煤气充分接触和还原； （2）从而形成稳定的软熔带及其合理的位置高度； （3）从煤气流分布角度，合适的鼓风动能起着关键性作用。合适的鼓风动能可以确保一定长度的循环区，高炉一次煤气流趋向中心，使径向分布趋于均匀，保证一定中心气流； （4）从保持死料柱中心温度，维持炉芯的透气和透液性，确保炉缸活跃，同时，减小死料柱体积，有利于吹透炉缸，活跃炉缸中心； （5）从保证滴落进入炉缸的物料得到充分的还原和合适的分布，减缓炉缸渣铁环流对炉缸侧壁侵蚀，有利于高炉炉缸长寿。 控制合理边缘气流和稳定的热负荷对炉缸长寿也有重要作用。 在高炉实际生产过程中，伴随高炉边缘不稳定，或者炉墙频繁脱落，经常会引起炉缸侧

19、壁温度升高的现象。 侧壁温度升高的主要原因：因为高炉边缘不稳定，炉墙粘结物或者生料，含有较高FeO，直接进入，直接进入炉缸，产生类似脱硅或者脱锰的剧烈反应；对炉炉缸，产生类似脱硅或者脱锰的剧烈反应；对炉缸侧壁凝结层产生冲击，凝结层剥落，侧壁温度缸侧壁凝结层产生冲击，凝结层剥落，侧壁温度升高，导致碳砖侵蚀。升高，导致碳砖侵蚀。 因此，通过高炉上部调剂，形成稳定边缘气流以及稳定合理软熔带位置，避免炉墙粘结物或者生料直接进入炉缸，对高炉炉缸长寿有主要作用。 二、高炉长寿技术系统工程 建立科学合理的出铁制度：1）维护好铁口，实现稳定出铁，正点率大于90%；2）铁口有足够深600800mm,也不要过深（

20、过深使铁水环流加强）；控制打泥量，稳定铁口深度；3）均匀出铁，控制速度，不要大喷，避免破坏铁口4）减少出铁次数，延长出铁时间，增加每次出铁量，减轻环流对炉墙的侵袭；5）使用抗冲刷能力强的高质量炮泥。铁口下方部位是水温差易升高或易烧穿的地方，与铁口工作状态有直接关系。尽量减少出铁次数，降低出铁速度，维持合理的尽量减少出铁次数，降低出铁速度，维持合理的铁口深度，这要求有活跃的炉缸，质量好的炮泥，铁口深度，这要求有活跃的炉缸，质量好的炮泥，杜绝铁口喷溅等杜绝铁口喷溅等.在现代大型高炉上有在现代大型高炉上有24个铁口，控制的出铁次数，个铁口，控制的出铁次数，少的昼夜少的昼夜56次，多的次，多的89次；

21、次；出铁速度大高炉控制在出铁速度大高炉控制在68t/min，中小高炉控制，中小高炉控制在在34t/min。铁口深度控制在泥包长度铁口深度控制在泥包长度600800mm，吨铁炮泥，吨铁炮泥消耗，低的消耗，低的0.3kg/t，高的在，高的在0.50.6kg/t。二、高炉长寿技术系统工程5.检测与维护：1）目前，我国高炉炉缸检测点普遍偏少，一些高炉烧穿前，没有征兆。如鞍钢3200m3高炉。主要是电偶设置少、位置设置不科学。2）冷却水工作制度：水消耗量 进水温度低于33，出水温度低于5060.水速一般在0.6m/s，不产生气隙，要避免水中悬浮物沉淀。 使用软水密闭循环系统，可节水，水质好，不产生结垢，

22、冷却效果好。炉容炉容m362010001260150032004063耗水量t/m3.h1.61.4循环水1.751.3循环水2.01.6 炉缸热流强度控制：武钢生产中规定他们的热强度如下 炉缸热流强度报警值29.3MJ/m2.h（7000 kcal/m2.h）； 炉缸热流强度警戒值37.67MJ/m2.h（9000 kcal/m2.h）； 炉缸热流强度事故状态50.23MJ/m2.h（12000 kcal/m2.h）； 热流强度超过报警值后必须采取措施把热流强度降低到安全范围以内。 美国Cary厂14号高炉炉缸烧穿时捡测到的热流强度约为12880w/m2 二、高炉长寿技术系统工程5.检测与维

23、护：2）出现炉缸局部水温差高现象的维护： 降低冶炼强度，短期内降低20%30%； 采用钒钛矿护炉；如炉底出现温差高。可一次加大量剂钛矿，到达炉缸后，休风16小时，在复风可减少钛矿量。 增加炉缸冷却水量，如4000m3高炉水量由2700m3/h增加到4700m3/h； 加强铁口维护，保持铁口有足够的深度。 炉缸局部进行适当压浆处理。 堵相应部位风口 二、高炉长寿技术系统工程 5.检测与维护炉缸烧穿的处理：1).烧穿部位在炉底满辅炭砖下较多位置枪修价值太小，应积极组织大修。 2).穿部位在炉底炭砖之上,判断有无残铁,有则放残铁，防止挖补时有液态铁出来，造成二次事故。 3).一般采用炉外挖补办法,割除损坏炉皮、冷却壁，支顶住烧穿口上部砖衬不掉落，清出炭砖接口根部，重新砌好小块炭砖，换新冷却壁、焊炉皮,压浆、送水开炉、按炉缸冻结开炉。 4). 拻复生