对高炉炉缸长寿问题的认识-王筱留+左海滨.

1、1对高炉炉缸长寿问题的认识对高炉炉缸长寿问题的认识北京科技大学冶金学院北京科技大学冶金学院 王筱留王筱留 左海滨左海滨 E-mail:2目目 录录 前言前言1. 影响炉缸炉底寿命的因素影响炉缸炉底寿命的因素 1.1 设计上的问题设计上的问题 1.2 鼓风湿度问题鼓风湿度问题 1.3 气隙问题气隙问题 1.4 检测问题检测问题 1.5 操作问题操作问题2. 炉缸炉底维护和异常处理炉缸炉底维护和异常处理 2.1 钛渣护炉钛渣护炉 2.2 灌浆灌浆 2.3 挖补挖补3前前 言言n高炉长寿技术与降低燃料比技术都是高炉炼铁技术进步的主要内容，也是高炉高炉长寿技术与降低燃料比技术都是高炉炼铁技术进步的主要

2、内容，也是高炉炼铁技术发展的主要动力。国内外在延长高炉寿命问题进行了大量研究，取得炼铁技术发展的主要动力。国内外在延长高炉寿命问题进行了大量研究，取得了很大进步。国外高炉寿命普遍在了很大进步。国外高炉寿命普遍在15年以上，有的超过年以上，有的超过20年。我国高炉寿命也年。我国高炉寿命也提高到提高到10年左右，有的超过年左右，有的超过15年，新建高炉设计寿命在年，新建高炉设计寿命在20-25年。年。n高炉长寿的标准：一代寿命高炉长寿的标准：一代寿命15年以上，每年以上，每m3炉容产铁炉容产铁13000-15000吨。吨。n高炉寿命的决定性部位：高炉寿命的决定性部位：炉腰和炉身下部；炉缸炉底。炉腰

3、和炉身下部；炉缸炉底。n自从在炉腹、炉腰和炉身下部采用铜冷却壁，并镶自从在炉腹、炉腰和炉身下部采用铜冷却壁，并镶Si3N4结合的结合的SiC砖或优质铝炭砖或优质铝炭砖，炉身中上部采用球墨铸铁冷却壁镶以浸磷酸粘土砖，冷却采用软水密闭循砖，炉身中上部采用球墨铸铁冷却壁镶以浸磷酸粘土砖，冷却采用软水密闭循环后，炉腰和炉身寿命基本解决。环后，炉腰和炉身寿命基本解决。n高炉寿命的限制性环节集中到炉缸、炉底部位。近来国内外发生多起炉缸漏铁高炉寿命的限制性环节集中到炉缸、炉底部位。近来国内外发生多起炉缸漏铁、烧穿事故的实例，即使没有烧穿，但水温差急剧上升，告急的高炉也不在少、烧穿事故的实例，即使没有烧穿，但

4、水温差急剧上升，告急的高炉也不在少数。数。41. 影响炉缸炉底寿命因素影响炉缸炉底寿命因素n高炉长寿是一个系统工程，受多方面因素的影响：高炉长寿是一个系统工程，受多方面因素的影响： 设计；耐材冷却器的选择和验收；筑炉和冷却器安装质量；检测设计；耐材冷却器的选择和验收；筑炉和冷却器安装质量；检测仪表的设置，选择安装以及高炉操作等。仪表的设置，选择安装以及高炉操作等。n现将个人对一些问题的认识叙说如下，供大家讨论。现将个人对一些问题的认识叙说如下，供大家讨论。51.1设计上的问题设计上的问题 n符合高炉冶炼规律和传热原理的合理炉缸炉底结构是长寿的基础符合高炉冶炼规律和传热原理的合理炉缸炉底结构是长

5、寿的基础，也是关键。不合理的炉缸炉底结构是造成短命和烧穿事故的原，也是关键。不合理的炉缸炉底结构是造成短命和烧穿事故的原因之一。因之一。n上个世纪采用过的上个世纪采用过的自焙炭砖陶瓷杯自焙炭砖陶瓷杯炉缸炉底结构是典型的不合炉缸炉底结构是典型的不合理结构，造成炉缸烧穿，炉底残砖过少，而使炉底温度高达理结构，造成炉缸烧穿，炉底残砖过少，而使炉底温度高达760820的现象众多。例如，北台的现象众多。例如，北台2号高炉号高炉2000年年6月炉底烧穿，月炉底烧穿，邯钢邯钢900m3高炉炉底残余一层，南京钢铁厂高炉炉底残余一层，南京钢铁厂350m3高炉炉底残存不高炉炉底残存不足一层等都是实例。足一层等都是

6、实例。6图图1 陶瓷杯砌筑结构温度分布陶瓷杯砌筑结构温度分布 陶瓷杯的作用是利用高铝质耐材的隔热性好，将陶瓷杯的作用是利用高铝质耐材的隔热性好，将1150等温线压缩等温线压缩在陶瓷质耐材内，来保护炭砖，这样自焙炭砖就失去了自焙条件。在陶瓷质耐材内，来保护炭砖，这样自焙炭砖就失去了自焙条件。投产后，自焙炭砖内的焦油等挥发，即使陶瓷质耐材破损后，自焙投产后，自焙炭砖内的焦油等挥发，即使陶瓷质耐材破损后，自焙炭砖也不可能再焙烧成整体，且失去强度而被铁水流机械冲走或溶炭砖也不可能再焙烧成整体，且失去强度而被铁水流机械冲走或溶蚀造成烧穿。蚀造成烧穿。71.2 设计时选择的冷却强度不够设计时选择的冷却强度

7、不够 n目前在冷却制度的选择上存在着两种设计：大冷却水管目前在冷却制度的选择上存在着两种设计：大冷却水管70mm以上，小水流量大温差以节约用水；小水管以上，小水流量大温差以节约用水；小水管34mm，大流量小温差保证冷却强度。不论那种设计都应，大流量小温差保证冷却强度。不论那种设计都应与所选用炭砖的导热能力和生产中的实际冶炼强度相匹配，与所选用炭砖的导热能力和生产中的实际冶炼强度相匹配，还应充分考虑低导热率的炭捣层和砖缝，冷却壁与炉壳之间还应充分考虑低导热率的炭捣层和砖缝，冷却壁与炉壳之间存在气隙的现象，国内外出事故的高炉上，都存在冷却强度存在气隙的现象，国内外出事故的高炉上，都存在冷却强度不够

8、的原因。不够的原因。8n中国中国3200m3高炉设计炉缸冷却循环水量仅高炉设计炉缸冷却循环水量仅1248m3/h，造成冷却强，造成冷却强度低，不能将热量及时传递出去，冷却壁水温差在度低，不能将热量及时传递出去，冷却壁水温差在1.5左右，对左右，对应的热流强度高达应的热流强度高达24000w/m2，而按我国操作的经验，该部位的，而按我国操作的经验，该部位的热流强度应控制在热流强度应控制在10000w/m2以下，当热流强度达到以下，当热流强度达到12000w/m2时时就要发出红色警报，而当这一个热流强度超过就要发出红色警报，而当这一个热流强度超过21000w/m2，就会，就会造成炉缸烧穿。造成炉缸

9、烧穿。n美国美国Gary 14号高炉炉缸采用夹克式水槽冷却设施，而砖衬为石墨号高炉炉缸采用夹克式水槽冷却设施，而砖衬为石墨炭砖，炉缸传过来的热固冷却能力不够，发生了炉缸烧穿事故，炭砖，炉缸传过来的热固冷却能力不够，发生了炉缸烧穿事故，烧穿前检测到的热流强度烧穿前检测到的热流强度21880w/m2。91.3 死铁层深度问题死铁层深度问题 炉缸烧穿或炉衬厚薄造成隐患的位置是铁口周围：铁口正下方距铁口中心线炉缸烧穿或炉衬厚薄造成隐患的位置是铁口周围：铁口正下方距铁口中心线2.0m左右；铁口左右两侧（第二个风口与第一风口之间），离铁口中心线左右；铁口左右两侧（第二个风口与第一风口之间），离铁口中心线1

10、.5-2.0m处。这是由出铁过程中铁水流运动机械冲刷及铁水溶蚀炭质炉衬造成的。处。这是由出铁过程中铁水流运动机械冲刷及铁水溶蚀炭质炉衬造成的。这引起对铁水环流的研究，这种环流对炉缸壁的损坏作用，就引发如何选定死这引起对铁水环流的研究，这种环流对炉缸壁的损坏作用，就引发如何选定死铁层深度的问题。铁层深度的问题。图图2（a）出铁过程中速度分布图）出铁过程中速度分布图 图图2（b）炉底铁液流线图）炉底铁液流线图10 通过对炉缸炉底铁水流动模拟研究得出：通过对炉缸炉底铁水流动模拟研究得出： 死铁层越深，炉缸壁面附近铁水流速度越小；死铁层越深，炉缸壁面附近铁水流速度越小； 死料柱焦炭浮起越高，炉缸壁面附

11、近铁水流速度越小；死料柱焦炭浮起越高，炉缸壁面附近铁水流速度越小； 出铁口通道直径越小，炉缸壁面附近铁水流速度越小。出铁口通道直径越小，炉缸壁面附近铁水流速度越小。0.20.40.60.81.01.21.41.6010000200003000040000500006000070000热流强度，W/m2砖衬剩余厚度, m11图图3 3（b b）死铁层深度对铁水流动的影响）死铁层深度对铁水流动的影响h1.1mh=1.6m12 生产实践表明，炉缸侧壁温度与炉底温度成反比，即炉底温度高生产实践表明，炉缸侧壁温度与炉底温度成反比，即炉底温度高时，侧壁温度降低，有利于炉缸侧壁安全工作，时，侧壁温度降低，有

12、利于炉缸侧壁安全工作，图图4 炉缸侧壁温度与炉底温度成关系炉缸侧壁温度与炉底温度成关系13 研究和生产实践使广大高炉炼铁工作者得到共识，要适当研究和生产实践使广大高炉炼铁工作者得到共识，要适当加深设计高炉的死铁层深度。在加深死铁层的程度上，也还有加深设计高炉的死铁层深度。在加深死铁层的程度上，也还有不同观点：不同观点：n 以武钢宋木森等为代表主张死铁层不宜过深，应在炉缸直径的以武钢宋木森等为代表主张死铁层不宜过深，应在炉缸直径的20%以内，在（以内，在（0.150.18）d缸。其理由为：缸。其理由为： 过深的死铁层不利于炉缸下部和炉底形成渣壁保护层；过深的死铁层不利于炉缸下部和炉底形成渣壁保护

13、层； 加深的死铁层加剧铁水渗透侵蚀炭砖；加深的死铁层加剧铁水渗透侵蚀炭砖； 加深死铁层使炉缸侧墙被铁水浸泡面积增大，加大被铁水侵蚀加深死铁层使炉缸侧墙被铁水浸泡面积增大，加大被铁水侵蚀 的面积；的面积； 加深死铁层不利于铁口保护，增加泥包的新生和保护难度。加深死铁层不利于铁口保护，增加泥包的新生和保护难度。14n以重庆赛迪工程公司（重庆设计院）项中庸大师等为代表主张较深以重庆赛迪工程公司（重庆设计院）项中庸大师等为代表主张较深的死铁层的死铁层0.25 d缸缸左右，以增加铁水对死料柱焦柱的浮力，使部分铁左右，以增加铁水对死料柱焦柱的浮力，使部分铁水从死料柱下流向铁口，减轻铁水环流，同时使炉底温度

14、升高而降水从死料柱下流向铁口，减轻铁水环流，同时使炉底温度升高而降低炉缸侧壁温度。低炉缸侧壁温度。n我们认为死铁层稍深一点有利于长寿，为（我们认为死铁层稍深一点有利于长寿，为（0.220.02）d缸缸较为合较为合适，但是在增加死铁层深度时要注意铁水对炉缸侧壁的压力增大，适，但是在增加死铁层深度时要注意铁水对炉缸侧壁的压力增大，特别是炉缸炉底交界处，因此随着炉缸和死铁层向下延伸，侧壁砖特别是炉缸炉底交界处，因此随着炉缸和死铁层向下延伸，侧壁砖衬厚度要逐步加厚直到炉底满铺炭砖处。衬厚度要逐步加厚直到炉底满铺炭砖处。151图图5 炉缸炉底结构炉缸炉底结构161.2 耐材和冷却壁的选择问题耐材和冷却壁

15、的选择问题n根据不同理念，在现代高炉的炉缸炉底结构上分为全炭和陶瓷杯，但不论是根据不同理念，在现代高炉的炉缸炉底结构上分为全炭和陶瓷杯，但不论是哪种结构，炭砖是主要耐材哪种结构，炭砖是主要耐材n全炭结构采用小块微孔或超微孔炭砖、半石墨化炭砖和石墨化炭砖，这以美全炭结构采用小块微孔或超微孔炭砖、半石墨化炭砖和石墨化炭砖，这以美联炭的联炭的NMD和和NMA为代表，德国，日本，法国，中国也有相类似的产品。为代表，德国，日本，法国，中国也有相类似的产品。n陶瓷杯结构也有用小块微孔炭砖、半石墨化炭砖的，也有用大块炭砖的，大陶瓷杯结构也有用小块微孔炭砖、半石墨化炭砖的，也有用大块炭砖的，大块炭砖是以德国西

16、格里（块炭砖是以德国西格里（SGL）、日本恩第克（）、日本恩第克（NDK）为代表。）为代表。n近年来，国内外对炭砖制作和性能改进做了很多工作。中国以武钢为代表与近年来，国内外对炭砖制作和性能改进做了很多工作。中国以武钢为代表与兰炭合作研制开发了一些新型高炉用炭砖，其性能和质量进入国际先进行列兰炭合作研制开发了一些新型高炉用炭砖，其性能和质量进入国际先进行列。1.2.1耐材选择耐材选择17指标指标武钢研制超武钢研制超微孔炭砖微孔炭砖德国德国7RDN超微孔超微孔日本日本BC-8SR超微孔超微孔武钢研制武钢研制微孔炭砖微孔炭砖日本日本BC-7S微孔微孔法国法国AM102微孔炭砖微孔炭砖体积密度，体积

17、密度，g/cm31.681.661.731.561.581.56显气孔率，显气孔率，%16.9516.8210.02171817抗压强度，抗压强度，MPa43.5955.7531.9544.9946.5829.44透气度，透气度，mDa0.460.550.002.425.980.27氧化率，氧化率，%5.9710.143.008.892.498.09铁水溶蚀指数，铁水溶蚀指数，%29.4726.9631.1727.5515.7913.46平均气孔，平均气孔，m0.0990.1570.0830.240.2340.1111m孔容积率，孔容积率，%82.4175.8188.2073.6976.007

18、9.00热导率，热导率，W/mK室温室温19.3118.6513.916.557.558.2530020.8920.0517.7011.5911.3011.8060022.9721.5918.1513.3812.4014.00抗碱性抗碱性优（优（U）优（优（U）优（优（U）优（优（U）优（优（U）优（优（U）表表1 微孔炭砖、超微孔炭砖性能微孔炭砖、超微孔炭砖性能18序号序号性能性能单位单位武钢研制武钢研制半石墨炭砖半石墨炭砖日本日本BC-5半石墨碳砖半石墨碳砖武钢研制模武钢研制模压微孔炭砖压微孔炭砖美国美国NMA模模压碳砖压碳砖1耐压强度耐压强度MPa44.4135.0032.1329.93

19、2体积密度体积密度g/cm31.501.541.711.623显气孔率显气孔率%14.6215.6012.6218.854氧化率氧化率%32.645.234.1218.065透气度透气度mDa21.66138.231.374.446铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数%29.2028.2619.4628.187平均孔径平均孔径m2.436.2720.131.08381m孔容积率孔容积率%26.4810.9679.6453.49热导率，热导率，室温室温W/mK7.347.4218.324.9630011.7711.1020.0311.3060012.3612.5721.4316.1010抗碱性抗碱性优（优（

20、U）良（良（C）优（优（U）优（优（U）表表2 半石墨化炭砖，模压炭砖性能半石墨化炭砖，模压炭砖性能19炭砖名称炭砖名称石墨砖石墨砖方大高方大高导热炭砖导热炭砖美国美国NMD美国美国NMA某厂微孔某厂微孔炭砖炭砖方大超微方大超微孔碳砖孔碳砖方大微孔炭方大微孔炭砖砖铁水溶蚀指数，铁水溶蚀指数，%32.71-4037.229.0-32.028.0-32.028.9726.7727.55氧化率，氧化率，%8.52-19.010.639.9318.0615.145.978.89平均气孔，平均气孔，m3.14-0.691.450.7250.1040.2321m孔容积率孔容积率，%38.32-53.514

21、3.0750.5782.1673.69热导热导率，率，W/mK室温室温111.9226.5253.6116.194.6519.136.5530090.7928.1128.1118.025.4820.8911.5560082.7630.4630.4620.116.9522.9713.38抗碱性抗碱性优或差优或差优或差优或差优优优优差差优优优优透气度透气度36.876.320.970.6914.800.462.42炭砖原料炭砖原料石墨焦石墨焦电极石墨电极石墨电极石墨电极石墨石墨石墨+电电煅煤煅煤普煅煤普煅煤+冶冶金焦金焦石墨化煤石墨化煤+电煅煤电煅煤电煅煤电煅煤表表3 不同炭砖性能比较不同炭砖性能

22、比较20 在陶瓷杯结构中除了炭砖以外，还有陶瓷垫，陶瓷杯壁用的以刚玉为主制成在陶瓷杯结构中除了炭砖以外，还有陶瓷垫，陶瓷杯壁用的以刚玉为主制成的砖，其主要种类和性能列于表的砖，其主要种类和性能列于表4。性能性能复合棕复合棕刚玉砖刚玉砖浇注浇注大块大块刚玉莫刚玉莫来石砖来石砖塑性相塑性相结合刚玉砖结合刚玉砖武钢武钢7号高炉微号高炉微孔刚玉砖孔刚玉砖炉渣侵蚀率（炉渣侵蚀率（%）1001001005.944.89抗碱性抗碱性差（粉化）差（粉化）优优差（粉化）差（粉化）优优优优平均气孔平均气孔（m）6.261.4013.005.050.1161m孔容积率孔容积率 （%）3.4732.614.660.0

23、087.17透气度透气度（mDa）84.276.0865.5729.380.94表表4 几种陶瓷杯砖的性能对比几种陶瓷杯砖的性能对比211.2.2炭砖使用上的问题炭砖使用上的问题n炭砖质量和选择不当，会造成炉缸事故。炭砖质量和选择不当，会造成炉缸事故。n将半石墨化炭砖和石墨化炭砖用于炉缸壁是不科学的。因为：炉缸内铁水与半将半石墨化炭砖和石墨化炭砖用于炉缸壁是不科学的。因为：炉缸内铁水与半石墨化或石墨化炭砖接触，就会被未饱和含石墨化或石墨化炭砖接触，就会被未饱和含C的铁水溶蚀；这两种炭砖与渣铁的铁水溶蚀；这两种炭砖与渣铁的亲和力差，不易在炉缸壁或炉底砖上结渣皮和铁壳来保护。因此在全炭结构的亲和力

24、差，不易在炉缸壁或炉底砖上结渣皮和铁壳来保护。因此在全炭结构上或陶瓷杯结构的陶瓷砖局部损坏而与铁水直接接触就会很快被损坏。近年来上或陶瓷杯结构的陶瓷砖局部损坏而与铁水直接接触就会很快被损坏。近年来事故高炉的实际就证实了这个机理。例如美国事故高炉的实际就证实了这个机理。例如美国Gary厂厂14号高炉采用石墨化炭砖号高炉采用石墨化炭砖在冷却强度不足的情况下，就被铁水破损而烧穿。半石墨化砖、石墨化砖应用在冷却强度不足的情况下，就被铁水破损而烧穿。半石墨化砖、石墨化砖应用于炉底最下层炉底冷却水管处。在强调炭砖的保护下，使炭砖工作表面结成保于炉底最下层炉底冷却水管处。在强调炭砖的保护下，使炭砖工作表面结

25、成保护层来保护炉缸炉底，形成片面追求炭砖的高导热率，就目前炭砖生产技术来护层来保护炉缸炉底，形成片面追求炭砖的高导热率，就目前炭砖生产技术来说，用电煅无烟煤生产的微孔和半石墨化炭砖的导热系数。只说，用电煅无烟煤生产的微孔和半石墨化炭砖的导热系数。只22能达到能达到600 12w/mk左右，而用石墨化无烟煤生产的超微孔炭砖的导热系数也只左右，而用石墨化无烟煤生产的超微孔炭砖的导热系数也只能达到能达到20w/mk。生产厂为满足高导热率的要求，国内外普遍采用加电极石墨生产。生产厂为满足高导热率的要求，国内外普遍采用加电极石墨生产半石墨化和石墨化炭砖（例如美国半石墨化和石墨化炭砖（例如美国UCAR的的

26、NMD砖、日本砖、日本TYK砖等），而通过石砖等），而通过石墨化焙烧的电极石墨的结构是疏松多孔结构，用它生产的炭砖导热率是提高了，但墨化焙烧的电极石墨的结构是疏松多孔结构，用它生产的炭砖导热率是提高了，但抗铁水渗透，溶铁性较差，抗抗铁水渗透，溶铁性较差，抗K、Na、Zn等渗透侵蚀能力也差。这类砖用在高炉等渗透侵蚀能力也差。这类砖用在高炉上的效果差，给高炉发生事故造成隐患。正确的生产工序应该是用电煅烧无烟煤使上的效果差，给高炉发生事故造成隐患。正确的生产工序应该是用电煅烧无烟煤使之石墨化，然后用来生产炭砖，即用电煅烧无烟煤之石墨化，然后用来生产炭砖，即用电煅烧无烟煤+冶金焦生产普通炭砖，用冶金焦

27、生产普通炭砖，用15002500电煅无烟煤生产半石墨化炭砖和微孔炭砖，用石墨化无烟煤电煅无烟煤生产半石墨化炭砖和微孔炭砖，用石墨化无烟煤+电煅无烟煤电煅无烟煤生产超微孔炭砖，是通过提高无烟煤石墨化程度来提高炭砖的导热系数，这类砖既生产超微孔炭砖，是通过提高无烟煤石墨化程度来提高炭砖的导热系数，这类砖既有较高的导热系数，也有较优的抗有较高的导热系数，也有较优的抗K、Na侵蚀能力，以及抗铁水渗透溶蚀性能。侵蚀能力，以及抗铁水渗透溶蚀性能。231.2.3碳素捣打料碳素捣打料n它用于冷却壁与炉壳间和炉底冷却管处，选用和施工不当有可能它用于冷却壁与炉壳间和炉底冷却管处，选用和施工不当有可能成为热阻最大部

28、位，而影响冷却导热。从炉缸炉底正常工作时分成为热阻最大部位，而影响冷却导热。从炉缸炉底正常工作时分析，碳捣料层工作温度一般析，碳捣料层工作温度一般100150，它在此温度下的导热系，它在此温度下的导热系数如果很低，就成为传热的制约性环节。现在检测碳素捣打料导数如果很低，就成为传热的制约性环节。现在检测碳素捣打料导热系数的标准不甚科学，它测定热系数的标准不甚科学，它测定1200焙烧焙烧2小时后的导热系数，小时后的导热系数，结果比高炉内实际工作条件（结果比高炉内实际工作条件（120焙烧焙烧24小时）获得的导热系数小时）获得的导热系数要高出要高出1倍以上。因此在选用碳捣料时要调整成分使它在倍以上。因

29、此在选用碳捣料时要调整成分使它在100150温度下焙烧温度下焙烧24h的导热系数达到与所用炭砖的导热系数相对的导热系数达到与所用炭砖的导热系数相对应。应。241.2.4陶瓷杯壁和陶瓷垫的材质问题陶瓷杯壁和陶瓷垫的材质问题n表表4显示通常使用的复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖性能显示通常使用的复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖性能均不太好，德国和中国瑞尔公司的浇注大块异形砖性能均不太好，德国和中国瑞尔公司的浇注大块异形砖性能尚好，武钢研制并用于高炉的微孔刚玉砖性能也较好。尚好，武钢研制并用于高炉的微孔刚玉砖性能也较好。说明炉缸炉底砖不论是炭砖还是陶瓷块砖，微孔是关键说明炉缸炉底砖不论是炭砖还是陶瓷块砖，微孔是

30、关键，值得进一步研究。，值得进一步研究。251.2.5 炉缸炉底冷却器问题炉缸炉底冷却器问题n传统是使用光面铸铁冷却壁，有时加点传统是使用光面铸铁冷却壁，有时加点Cr。长期生产表明可以保。长期生产表明可以保证高炉长寿，但由于其他原因造成炉缸壁砖衬侵蚀，尤其是铁口证高炉长寿，但由于其他原因造成炉缸壁砖衬侵蚀，尤其是铁口周边就有造成烧穿或漏铁事故。所以近年建大型高炉开始采用铜周边就有造成烧穿或漏铁事故。所以近年建大型高炉开始采用铜冷却壁。一般在铁口周边选用铸铜冷却壁或轧制铜板冷却壁。国冷却壁。一般在铁口周边选用铸铜冷却壁或轧制铜板冷却壁。国外一些高炉采用喷水冷却或夹点式水套，适应低冶强，中国不采外

31、一些高炉采用喷水冷却或夹点式水套，适应低冶强，中国不采用。用。261.2.6 耐材与冷却壁验收问题耐材与冷却壁验收问题n 耐材和冷却壁质量不好会严重影响炉缸炉底的寿命。例如广东阳耐材和冷却壁质量不好会严重影响炉缸炉底的寿命。例如广东阳春钢铁厂春钢铁厂2号高炉使用某厂生产的微孔炭砖和刚玉莫来石砖组合的号高炉使用某厂生产的微孔炭砖和刚玉莫来石砖组合的炉缸侧壁，高热导率半石墨化炭砖炉缸侧壁，高热导率半石墨化炭砖+微孔炭砖和刚玉莫来石砖组微孔炭砖和刚玉莫来石砖组合的炉底，在炉缸炉底交接处，采用加厚刚玉莫来石和微孔炭砖合的炉底，在炉缸炉底交接处，采用加厚刚玉莫来石和微孔炭砖砌筑。应该说这样的设计没有问题

32、。但实际建炉过程中某厂生产砌筑。应该说这样的设计没有问题。但实际建炉过程中某厂生产的炭砖质量很差，外形缺棱缺角，更为严重的是长度上变形为弯的炭砖质量很差，外形缺棱缺角，更为严重的是长度上变形为弯曲状，显然是焙烧不好甚至是未焙烧的自焙砖，投产后在高温下曲状，显然是焙烧不好甚至是未焙烧的自焙砖，投产后在高温下严重收缩，炭砖缝隙达到严重收缩，炭砖缝隙达到70mm，炉缸环墙炭砖在，炉缸环墙炭砖在900mm处出现处出现环裂，后部环裂，后部900mm处全部碎裂，导致陶瓷杯侵蚀后铁水沿缝渗透处全部碎裂，导致陶瓷杯侵蚀后铁水沿缝渗透直达冷却壁后部，而造成渗铁漏铁事故，休风直达冷却壁后部，而造成渗铁漏铁事故，休

33、风27 处理清理出的破损炭砖中灰分高达处理清理出的破损炭砖中灰分高达30%。这是在制造微孔炭砖时。这是在制造微孔炭砖时加硅细粉不当，焙烧温度时间不够未使加硅细粉不当，焙烧温度时间不够未使Si粉与粉与C结合形成结合形成SiC，而，而氧化形成氧化形成SiO2（也可能制造过程中间的（也可能制造过程中间的SiO2细粉）造成的，严重细粉）造成的，严重影响炭砖的导热性能。影响炭砖的导热性能。2号高炉投产后炉缸温度普遍高于正常号高炉投产后炉缸温度普遍高于正常200，说明炉缸传热出现问题导致炉缸局部侵蚀过快，这里显示，说明炉缸传热出现问题导致炉缸局部侵蚀过快，这里显示出生产厂不按合同交货，也说明使用厂验收不到

34、位。冷却壁的验出生产厂不按合同交货，也说明使用厂验收不到位。冷却壁的验收只是通球试压，而不测导热率，球墨铸铁冷却壁不测延伸率，收只是通球试压，而不测导热率，球墨铸铁冷却壁不测延伸率，都给高炉生产留有隐患。都给高炉生产留有隐患。281.3 气隙问题气隙问题n气隙是传热过程中热阻最大的地方，它的存在影响炉缸炉底热量气隙是传热过程中热阻最大的地方，它的存在影响炉缸炉底热量的传出，加快炉缸炉底损坏，炉缸炉底内存在的气隙地方很多，的传出，加快炉缸炉底损坏，炉缸炉底内存在的气隙地方很多，如不重视，将导致判断、模型计算、以及操作错误而造成严重后如不重视，将导致判断、模型计算、以及操作错误而造成严重后果。气隙

35、存在的地方有铸铁冷却壁内无缝钢管与铸铁之间，耐火果。气隙存在的地方有铸铁冷却壁内无缝钢管与铸铁之间，耐火砖衬的砖缝之间，炭砖在生产过程中产生的裂缝中，炭砖与冷却砖衬的砖缝之间，炭砖在生产过程中产生的裂缝中，炭砖与冷却壁之间，冷却壁与炉缸之间，其中影响最大的是后三者。图壁之间，冷却壁与炉缸之间，其中影响最大的是后三者。图6 展展示了通常出现在炭砖与冷却壁之间气隙对炉缸炉底温度分布的影示了通常出现在炭砖与冷却壁之间气隙对炉缸炉底温度分布的影响。响。29图图6 气隙对温度分布的影响气隙对温度分布的影响无气隙；无气隙；b-炉缸炭砖与冷却壁之间；炉缸炭砖与冷却壁之间；c-炉缸与炉底交界处气隙；炉缸与炉底

36、交界处气隙；d-炉缸壁大面积气隙炉缸壁大面积气隙30n从图可以看出，当炉缸出现气隙热阻时（图从图可以看出，当炉缸出现气隙热阻时（图b和图和图c）高温压向气）高温压向气隙部分扩散，炭砖受化学侵蚀（隙部分扩散，炭砖受化学侵蚀（850以上）的区域扩大，远离气以上）的区域扩大，远离气隙部位温度分布影响较小，气隙对砖衬冷面温度分布的影响大于隙部位温度分布影响较小，气隙对砖衬冷面温度分布的影响大于热面。随着气隙区域扩大（图热面。随着气隙区域扩大（图d）高温压迅速扩大，炭砖侵蚀速）高温压迅速扩大，炭砖侵蚀速度加快。因此在筑炉和冷却壁安装过程要精心，选用炭素料要优度加快。因此在筑炉和冷却壁安装过程要精心，选用

37、炭素料要优，以避免高热阻的气隙产生。，以避免高热阻的气隙产生。311.4 监测问题监测问题n判断炉缸内衬工作状态应综合考虑热电偶和热流监测信息。热电偶温度升高而判断炉缸内衬工作状态应综合考虑热电偶和热流监测信息。热电偶温度升高而相应部位热流强度变化很小，可能是由于热流通路上形成气隙热阻或者热电偶相应部位热流强度变化很小，可能是由于热流通路上形成气隙热阻或者热电偶周围区域发生渗铁造成的；热电偶温度与相应部位热流强度同时升高，砖衬减周围区域发生渗铁造成的；热电偶温度与相应部位热流强度同时升高，砖衬减薄概率高，应引起高度重视。另外在冷却壁热面安装热电偶可以很好的判断冷薄概率高，应引起高度重视。另外在

38、冷却壁热面安装热电偶可以很好的判断冷却壁与炭砖之间是否发生串煤气现象。有条件的高炉应建立炉缸炉底烧蚀状况却壁与炭砖之间是否发生串煤气现象。有条件的高炉应建立炉缸炉底烧蚀状况在线监测模型，利用热电偶温度和热流强度监测信息判断不同部位剩余砖衬厚在线监测模型，利用热电偶温度和热流强度监测信息判断不同部位剩余砖衬厚度，指导炉缸维护。度，指导炉缸维护。n当然炉缸烧穿事故是由多方面的因素共同造成的，除上述因素外，铁口长期过当然炉缸烧穿事故是由多方面的因素共同造成的，除上述因素外，铁口长期过浅，泥包对铁口周围区域的保护差；焦炭质量差，炉缸中心不活跃，造成铁水浅，泥包对铁口周围区域的保护差；焦炭质量差，炉缸中

39、心不活跃，造成铁水环流严重以及碱负荷偏高等也是非常重要的原因。环流严重以及碱负荷偏高等也是非常重要的原因。321.51 1.51 搞好出铁操作，维护好铁口搞好出铁操作，维护好铁口（1）出铁作业）出铁作业延长出铁时间：一次出铁时间延长出铁时间：一次出铁时间90min以上。采用鱼雷罐运输铁水的企业，一以上。采用鱼雷罐运输铁水的企业，一次出铁时间还在延长，有的达到次出铁时间还在延长，有的达到120min240min。每天出铁次数在。每天出铁次数在814次次之间，有的高炉为之间，有的高炉为710次。国外高炉十分重视提高炮泥质量，降低出铁速次。国外高炉十分重视提高炮泥质量，降低出铁速度，延长出铁时间，减

40、轻铁水对出铁口的冲刷。减少出铁次数，有的高炉度，延长出铁时间，减轻铁水对出铁口的冲刷。减少出铁次数，有的高炉每天出铁每天出铁5次。次。控制出铁速度：在实际高炉作业中，足够的死铁层深度、控制高炉出铁速控制出铁速度：在实际高炉作业中，足够的死铁层深度、控制高炉出铁速度不要过快和速度稳定，对保护炉缸是有益的。中等高炉控制度不要过快和速度稳定，对保护炉缸是有益的。中等高炉控制4 t/min5 t/min，大于，大于1500m3的高炉，出铁速度大体上是接近的，一般在的高炉，出铁速度大体上是接近的，一般在5 t/min8 t/min，即使大高炉，也不应超过，即使大高炉，也不应超过8 t/min。有有34个

41、出铁口的高炉，在轮换使用出铁口时，应注意尽量避免同一个出个出铁口的高炉，在轮换使用出铁口时，应注意尽量避免同一个出铁场的出铁口同时出铁。否则会对两个出铁口之间的炉缸侧壁有严重的伤铁场的出铁口同时出铁。否则会对两个出铁口之间的炉缸侧壁有严重的伤害。害。33出铁指数与炉底温度的关系出铁指数与炉底温度的关系宝钢数据：出铁指数与炉底温度的关系宝钢数据：出铁指数与炉底温度的关系出铁指数为日产量出铁指数为日产量除以出铁次数，再除以出铁次数，再除以除以10001000 炉前操作和出铁口维护困难，往往是炉缸不活跃、铁水环流加强，炉前操作和出铁口维护困难，往往是炉缸不活跃、铁水环流加强，炉底温度下降，形成炉底温

42、度下降，形成“象脚形象脚形”侵蚀的直观表现。侵蚀的直观表现。34（2）出铁口维护）出铁口维护出铁口深度：正常生产的高炉，根据炉容大小应有不同的出铁口深度：正常生产的高炉，根据炉容大小应有不同的出铁口深度。出铁口深度。1000m3的高炉正常出铁口深度应为的高炉正常出铁口深度应为1.8m2.4m，小于，小于1.8m的出铁口易跑大流，且出不净铁，带来的出铁口易跑大流，且出不净铁，带来生产波动，甚至造成一系列安全事故。出铁口过深，则出生产波动，甚至造成一系列安全事故。出铁口过深，则出铁时间过长，影响其他工序的作业。对单出铁口的高炉，铁时间过长，影响其他工序的作业。对单出铁口的高炉，还易造成炉况波动。根

43、据高炉容积不同，还易造成炉况波动。根据高炉容积不同，1000m35000m3级高炉铁口深度应控制在级高炉铁口深度应控制在1.8m3.8m；35n控制出铁口深度应做到：控制出铁口深度应做到：a. 高质量的炮泥。主要采用无水炮泥。对于大型高炉逐渐取消了水泥，加配高质量的炮泥。主要采用无水炮泥。对于大型高炉逐渐取消了水泥，加配SiC、刚玉等高级耐火材料，一般具有易于结焦、快速干燥、干燥过程微膨、刚玉等高级耐火材料，一般具有易于结焦、快速干燥、干燥过程微膨胀和高强度等特性。胀和高强度等特性。b. 及时出净渣铁，打泥量适中，形成稳定的泥包。及时出净渣铁，打泥量适中，形成稳定的泥包。c. 适宜的出铁口直径

44、，根据高炉压力大小、炮泥质量、出铁速度来选择适宜适宜的出铁口直径，根据高炉压力大小、炮泥质量、出铁速度来选择适宜的出铁口直径，一般正常条件下选取直径为的出铁口直径，一般正常条件下选取直径为40mm55mm的钻头。的钻头。d. 出净渣铁后堵住铁口，不应当带渣铁流堵出铁口。出净渣铁后堵住铁口，不应当带渣铁流堵出铁口。e. 不能在出铁口通道内夹有焦炭块时堵出铁口，否则易造成下次出铁口通道不能在出铁口通道内夹有焦炭块时堵出铁口，否则易造成下次出铁口通道的折断而跑大流。的折断而跑大流。f. 出铁口通道内不应在潮泥和炮泥没全部结焦固化时出铁，以防止出铁口通道内不应在潮泥和炮泥没全部结焦固化时出铁，以防止“

45、火箭炮火箭炮”发生和出铁口通道断裂。发生和出铁口通道断裂。36n完好的泥套完好的泥套 出铁口泥套保持完好，堵炮时能压紧封口不向外冒泥出铁口泥套保持完好，堵炮时能压紧封口不向外冒泥。出铁口泥套应有足够强度，一旦损坏要及时重新制。出铁口泥套应有足够强度，一旦损坏要及时重新制作并烘干。使用时间过长，泥套疏松后也应及时重新作并烘干。使用时间过长，泥套疏松后也应及时重新制作。同时还应注意使用专用泥套的炮泥。近年来，制作。同时还应注意使用专用泥套的炮泥。近年来，也有用快速干燥的高铝质浇注料做泥套的，主要是为也有用快速干燥的高铝质浇注料做泥套的，主要是为了提高泥套的使用寿命。了提高泥套的使用寿命。 37（3

46、）防止喷溅）防止喷溅喷溅原因：喷溅原因：n出铁口炭砖放射性裂缝；出铁口炭砖放射性裂缝；n 冷却壁与炉壳间窜入煤气；冷却壁与炉壳间窜入煤气；n炮泥在结焦过程收缩，与出铁口通道之间产生裂隙或泥芯中产生缝隙造炮泥在结焦过程收缩，与出铁口通道之间产生裂隙或泥芯中产生缝隙造成窜煤气；成窜煤气；措施：措施：n改进设计，改进炭砖质量，砌筑质量，提高区域传热能力和改善抗热震改进设计，改进炭砖质量，砌筑质量，提高区域传热能力和改善抗热震性能；性能；n冷却壁与炉壳间压入；冷却壁与炉壳间压入；n改进炮泥改进炮泥381.52 1.52 适宜造渣制度，活跃炉缸适宜造渣制度，活跃炉缸（1）造渣制度）造渣制度 合理的造渣制

47、度不但是冶炼合格生铁的需要，而且对合理的造渣制度不但是冶炼合格生铁的需要，而且对延长高炉寿命有十分重要的作用。最佳的炉渣成分及延长高炉寿命有十分重要的作用。最佳的炉渣成分及碱度，还应当尽力减少对砖衬的侵蚀和形成稳定的渣碱度，还应当尽力减少对砖衬的侵蚀和形成稳定的渣皮，保护炉衬，减少炉身热负荷的波动。皮，保护炉衬，减少炉身热负荷的波动。 39（2）活跃炉缸）活跃炉缸 高炉活跃炉缸十分重要，也就是说，高炉中心死料柱的透气性高炉活跃炉缸十分重要，也就是说，高炉中心死料柱的透气性和透液性对高炉炉缸侵蚀的发展至关重要。死料柱透气性和透和透液性对高炉炉缸侵蚀的发展至关重要。死料柱透气性和透液性差，铁水积聚

48、在炉缸边缘，在出铁时容易形成环流，将导液性差，铁水积聚在炉缸边缘，在出铁时容易形成环流，将导致出铁口下面约致出铁口下面约1m处，炉缸内衬局部呈处，炉缸内衬局部呈“象脚形象脚形”侵蚀。内侵蚀。内衬的这种局部侵蚀往往引发炉缸局部过热、炉缸烧穿等故障，衬的这种局部侵蚀往往引发炉缸局部过热、炉缸烧穿等故障，严重影响高炉寿命。因此，在操作上要采取活跃炉缸死料柱的严重影响高炉寿命。因此，在操作上要采取活跃炉缸死料柱的措施，避免炉底中心堆积、温度偏低，保持适当的炉底中心温措施，避免炉底中心堆积、温度偏低，保持适当的炉底中心温度。度。 40n澳大利亚堪培拉钢厂和韩国浦项高炉建立死料柱活性指数（或炉缸澳大利亚堪

49、培拉钢厂和韩国浦项高炉建立死料柱活性指数（或炉缸净化指数）来预测和管理炉缸操作，其中死料柱活性指数（净化指数）来预测和管理炉缸操作，其中死料柱活性指数（DCI）的定义是：的定义是： DCI=HMT+1/(2.5710-3)C-(1430-190(1.23-C/S) 式中：式中：HMT为铁水温度，为铁水温度，； C为实际铁水含碳量与饱和碳浓度的差；为实际铁水含碳量与饱和碳浓度的差； C/S为炉渣碱度为炉渣碱度CaO/SiO2； 常数常数2.5710-3是单位温度下单位浓度的变化因子；是单位温度下单位浓度的变化因子； C/S为为1.23时的炉渣温度是时的炉渣温度是1430。 41n铁水环流强度与死

50、料堆体积、孔隙度即炉芯焦透液性关系极大，而且死料柱孔铁水环流强度与死料堆体积、孔隙度即炉芯焦透液性关系极大，而且死料柱孔隙度的影响要比其体积影响大得多。炉芯焦粒度越小、粉末越多，则空隙度越隙度的影响要比其体积影响大得多。炉芯焦粒度越小、粉末越多，则空隙度越小，其中残留的渣铁量越大，透液性越差，炉底温度越低，炉缸中心越不活跃小，其中残留的渣铁量越大，透液性越差，炉底温度越低，炉缸中心越不活跃，铁水环流越强烈。在喷煤量，铁水环流越强烈。在喷煤量165 kg/t175 kg/t、使用、使用50 %无烟煤的条件下，无烟煤的条件下，宝钢宝钢2号高炉富氧率仅号高炉富氧率仅2.5%2.8%，风口回旋区长度约

51、，风口回旋区长度约1.5m左右，煤粉燃烧并左右，煤粉燃烧并不充分，死料堆相对较肥大，炉芯粉末量较多。侧壁温度较高时的风口取样结不充分，死料堆相对较肥大，炉芯粉末量较多。侧壁温度较高时的风口取样结果表明，此时风口前果表明，此时风口前2.5 m3.0m处处 2.5mm粉末的比例高达粉末的比例高达37%，证明死料柱，证明死料柱透气性和透液性低是造成侧壁温度攀高的关键原因。由于初始中心煤气流较弱透气性和透液性低是造成侧壁温度攀高的关键原因。由于初始中心煤气流较弱，炉缸中心难以吹透，结果使死料堆处于呆滞状态，炉芯焦更新缓慢，同时高，炉缸中心难以吹透，结果使死料堆处于呆滞状态，炉芯焦更新缓慢，同时高炉下部

52、边缘气流偏强，沿炉缸周边滴落的铁水量增加，提高了环流铁水密度。炉下部边缘气流偏强，沿炉缸周边滴落的铁水量增加，提高了环流铁水密度。炉底温度低和炉前作业变坏正是炉芯焦透液性变差和炉缸活性下降的反映。炉底温度低和炉前作业变坏正是炉芯焦透液性变差和炉缸活性下降的反映。 422 炉缸炉底维护和异常处理炉缸炉底维护和异常处理2.1 2.1 钛渣护炉钛渣护炉2.2 2.2 灌浆灌浆2.3 2.3 挖补挖补432.1 钛矿护炉钛矿护炉n多座高炉的实践证明，当高炉炉缸砖衬侵蚀严重时，采用钛矿护炉是非常有效多座高炉的实践证明，当高炉炉缸砖衬侵蚀严重时，采用钛矿护炉是非常有效的方法。对于护炉的机理和方法已有大量文

53、献介绍，本文不再赘述。需要强调的方法。对于护炉的机理和方法已有大量文献介绍，本文不再赘述。需要强调的是：首先要达到护炉效果，铁水中的的是：首先要达到护炉效果，铁水中的Ti要达到要达到0.08%以上，情况严重时要以上，情况严重时要达到达到0.20%以上，同时控制铁水中以上，同时控制铁水中Si含量在含量在0.5%0.6%，铁水中的，铁水中的Ti和和Si之和不要超过之和不要超过0.75%0.8%，这是低钛渣冶炼的特点；其次尽管，这是低钛渣冶炼的特点；其次尽管TiC和和TiN的的熔点很高，但要使弥散在铁水中的这些高熔点的物质在炉墙表面沉积，就必须熔点很高，但要使弥散在铁水中的这些高熔点的物质在炉墙表面

54、沉积，就必须加强冷却，降低砖衬表面温度，减小铁液流动速度，促使由加强冷却，降低砖衬表面温度，减小铁液流动速度，促使由Ti、TiC、TiN、石、石墨和铁水等形成的高熔点混合物稳定的沉积下来；同时降低冶炼强度，维持在墨和铁水等形成的高熔点混合物稳定的沉积下来；同时降低冶炼强度，维持在1.051.2之间，利用系数保持在之间，利用系数保持在2.0左右，维持半个月以上。冶炼强度提高过左右，维持半个月以上。冶炼强度提高过快，会造成已生成的保护层溶解。快，会造成已生成的保护层溶解。 44n最后，要做好最后，要做好“补补”和和“护护”，“补补”即使保护层生成、长即使保护层生成、长厚，铁水中需要较高的厚，铁水中

55、需要较高的Ti含量，在不影响操作的情况下，含量，在不影响操作的情况下，甚至可以提高到甚至可以提高到0.3%；由于保护层是由多种物质组成的混合；由于保护层是由多种物质组成的混合物，它的生成与溶解具有平衡点，因此当护炉作用显现后，物，它的生成与溶解具有平衡点，因此当护炉作用显现后，仍要维持铁水中仍要维持铁水中Ti含量在含量在0.8%1.5%一段时间，即做好一段时间，即做好“护护”，避免生成的保护层溶解。某，避免生成的保护层溶解。某4000m级高炉采用钛矿护级高炉采用钛矿护炉时，控制铁水中的炉时，控制铁水中的Ti在在0.6%0.8%，此含量只能做到，此含量只能做到“护护”，不能做到，不能做到“补补”

56、，即生成保护层，因此没有起到护炉，即生成保护层，因此没有起到护炉的效果，最终导致烧穿事故。的效果，最终导致烧穿事故。 452.2 灌浆灌浆n冷却壁与炉壳之间串煤气，造成炉壳过热；炭砖与冷却壁之间形成气隙冷却壁与炉壳之间串煤气，造成炉壳过热；炭砖与冷却壁之间形成气隙热阻，造成炉内热量传不出来，炭砖温度升高，给炉缸安全造成威胁。热阻，造成炉内热量传不出来，炭砖温度升高，给炉缸安全造成威胁。利用休风机会对存在气隙的部位进行压浆处理是目前普遍采用的方法，利用休风机会对存在气隙的部位进行压浆处理是目前普遍采用的方法，在许多高炉上取得了很好的效果。但也应看到，目前的灌浆操作仍缺乏在许多高炉上取得了很好的效

57、果。但也应看到，目前的灌浆操作仍缺乏科学的指导，一旦操作不当将成为炉缸烧穿事故的诱因。与高炉其他部科学的指导，一旦操作不当将成为炉缸烧穿事故的诱因。与高炉其他部位灌浆不同，炉缸内存在炙热的渣铁水，过大的灌浆压力不但会造成冷位灌浆不同，炉缸内存在炙热的渣铁水，过大的灌浆压力不但会造成冷却壁损坏、炉缸整体砌砖结构变形，形成铁水渗入通道，甚至在侵蚀严却壁损坏、炉缸整体砌砖结构变形，形成铁水渗入通道，甚至在侵蚀严重部位直接破坏砖衬。在灌浆面积为重部位直接破坏砖衬。在灌浆面积为20cm20cm时，计算不同灌浆压时，计算不同灌浆压力（力（P）下砖衬内应力分布如图）下砖衬内应力分布如图7所示。沿灌浆中心线砖衬内应力分布如所示。沿灌浆中心线砖衬内应力分布如图图8所示。所示。46图图7 不同灌浆压力时砖衬应力分布不同灌浆压力时砖衬应力分布. (a ) P=2MPa; (b) P=3MPa; (c) P=4MPa0.00 0.04