宝钢高炉长寿的基本思路

1 概述
    宝钢的高炉生产实践始于1985年1号高炉投产，迄今为止经历了三座高炉的投产和一座高炉的大修，在高炉长寿方面已积累了些经验。这些经验主要包括耐火材料及冷却系统的配置、生产操作及日常维护等。宝钢1号炉（第一代）炉龄为10年6个月，产铁3230万t，平均利用系数2.063 t/（m3?d）；2号高炉（第一代）至1999年12月产铁2563万t，利用系数1.994t/（m3?d），预计炉龄12年或更长。
2 决定高炉炉龄因素的变化
   高炉炉龄取决于某个薄弱环节。由于高炉是一个密闭的高温反应器，当炉身的炉壳强度失效（通常是炉壳热面已直接裸露在高温煤气流中）、皲裂而不能支撑炉型，这时炉役终结；炉缸在高温铁水的长期冲刷、侵蚀下，大专砖衬减薄，最后铁水随时会破炉缸而出时，这也就是炉役的终结。而近几十年来决定炉龄的因素随着长寿技术的进步也在发生着转变。
2.1 炉身炉缸间的变化
    80年代前高炉多因炉身的毁坏而停炉，见图1。为了延长高炉寿命，采用中修的措施，更换炉缸以上的砖衬及冷却设备。这样的中修停炉时间长，影响产量，维修费用也高。当冷却设备可以更换，如铜冷却板冷却方式，以及炉身中下部可使用权用硬质材料压入，炉身上部又能进行喷补等技术时均使炉身部分设备状态有了明显的改观，炉缸的寿命就明显的突出。在炉缸部分，由于长期处在渣铁的浸泡、冲刷作用下，当炉缸工作恶化或炉缸工作不均匀均导致炉缸砖衬异常侵蚀。在炉缸部位某处残余砖衬减薄到危险值（一般为500mm，也有300mm）时，很难使其处于正常生产状态，维持正常的产量。
2.2  炉缸侧壁、炉底间的变化
   近十多年业，炉缸的破损成为停炉的根本原因。而炉缸问题又分炉缸侧壁及炉缸底面两类。在炉缸使用高铝质材料时期，高热阻迫使砖衬热面一直面对着高温熔融铁水而难以长久。风冷炉底虽运行成本低，但冷却效果不佳。这种情况下，炉底面常常被严重侵蚀，炉底烧穿的恶性事故时有发生。碳质炉底使用以来，由于碳质材料的导热性好，炉缸的寿命得到一个质的飞跃。加强冷却把铁水凝固线（1150°C）推至碳砖热面外一定距离，使碳砖如同带上了一层盔甲保护层。碳砖炉底加纯水密闭循环冷却，使炉底面的状态得到彻底改同观。炉底面的问题解决后，炉缸侧壁就成了关切的焦点。铁口处在炉缸铁水流动的作用下，工作条件呈周期性变化。使该处的砖衬受严重侵蚀。抑制侧壁的侵蚀，可以采用微孔质碳砖、加设陶瓷壁及将炉皮洒水改为光面冷却壁等措施，已投入使用的高炉在操作上通过调节鼓风动能可得到改善。
2.3  炉身冷却系统的寿命
    炉身冷却形式主要分为两类：冷却壁；冷却板。
    冷却壁在冷却形式上表现为面冷却，它将冷却器沿炉型布置。当冷却壁工作正常时，由于均匀的面冷却能很好地将炉内热流带出炉外，达到冷却的效果。然而使用较多的铸铁冷却壁面对高炉的热负荷频繁波动，产生内裂纹。边种裂纹的扩大，造成铸入管的破损，最后冷却壁在没有水冷的情况下而失效。冷却壁的不可更换特性这时成了其致使弱点。
    为了克服铸铁材质导热性及结构上不足，铜冷却壁应运而生。铜冷却壁冷却强度大，能在其热面上产生附着的粘结物而保护冷却壁自身。铜冷却壁造价高，在欧洲已大量被用于炉腰炉腹，并有向炉身下部延伸的趋势。
    铜冷却板在冷却形式上表现为点冷却。在冷却板之间的耐材由于得不到很好的冷却保护，开炉初期侵蚀速度是快的。然而在完成了快侵蚀期后，侵蚀就得到有效的抑制见图2。这是因为铜冷却板密集的点式冷却，冷却强度大，炉墙粘结物较稳定。即使有少量的冷却板破损，然而破损的冷却板可以得到及时的更换，以维持良好的炉型。这一点是冷却壁难以做到的。
3  影响炉身冷却系统寿命的主要因素
    高炉长寿是一个综合的技术。应实现炉身的长寿，应重视以下三胩主要因素。
    （1） 耐火材料砖衬
    优良耐火材料是长寿的基础。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。
    （2） 生产操作控制
    高炉生产的稳定顺行对高炉长寿至关重要。首先必须强调顺行。平稳的炉料下降，稳定的气流分布，最大限度地减少高炉的休减风。在稳定顺行的前提下，控制适度的边缘气流是减轻炉体执负荷的重要措施，而热负荷适度如何应以不发生周期性炉墙附着物生成脱落为限度。当常有附着物脱落引起热负荷有大波动，或引起炉热状态变化，则认为边缘不适当（过重或过轻）。图3是宝钢3号炉寻求合适热负荷的过程。
    （3）炉料结构及条件
    一般认为不同的炉料结构煤气流分布特征不同，高球团生产的边缘气流难以抑制，长期高热负荷行对砖衬不利。
    炉料的冶金性质也是高炉长寿的一个重要组成部分。炉料给高炉带入有害元素，碱金属使砖衬渣化而蚀损；金属锌在炉内蒸发后再与CO作用，被氧化而脆化砖衬。宝钢严格控制碱金属氧化物小于2.0kg/t，入炉锌负荷150g/t。
4 影响炉缸寿命的主要因素
    （1）应力的作用
    由于高炉间隔出铁及铁口间的交替工作，同一位置铁水的流量时间变化。这就使炉缸砖衬中产生巨大的热应力，在热应力的作用下，产生与热流方向垂直的环状裂纹。这种裂纹阻滞了热量的传递，导致砖层内侧的温度上升，变质劣化而最终剥离母体。这是炉寿命的最大威胁。
    （2）操作参数
    高炉风口的鼓风状况。当一套鼓风参数所确定的风口向旋区不足以使煤气流一次分布在炉缸部位充分深入炉心，煤气流会过多地偏炉墙侧上升，这将使中心死料柱中焦炭不能得到及时置换。炉缸中心焦炭透液性恶化，产生环流。环流的增强给炉缸侧壁砖衬负担加重。
    （3）焦炭的作用 
    焦炭的骨架作用在炉缸内尤为重要，这取决于焦炭的反应后强度（CSR），当焦炭下降至风口水平，CSR高使炉缸具有很好的透液性。尤其是高炉增大喷煤后，风口前消耗的焦炭减少，焦炭在风口平面停留的时间增长，必须增强焦炭的强度。