王維興教授 高爐長壽技術.

1、高爐長壽技術系統(tǒng)分析王維興中國金屬學高爐長壽技術概念 高爐煉鐵技術十二字方針：高效、優(yōu)質、低耗、長壽、安全、環(huán)保。 高爐長壽是個龐大系統(tǒng)工程，內容包括：爐型設計、設備和耐火材料選擇、安裝和砌筑質量、操作規(guī)程的制定、高爐操作水平、生產(chǎn)過程的檢測和維護、安全危機的處理等。 耐火材料機理和結構的研究、侵蝕和破損原因與預防。 科學管理高爐建設和生產(chǎn)，實現(xiàn)技術與經(jīng)濟的統(tǒng)一。一、高爐長壽的概念 GB50427-2014高爐煉鐵工程設計規(guī)范要求：高爐一代爐役的工作年限應達到15年以上。在高爐一代爐役期間，單位高爐容積的產(chǎn)鐵量應達到或大于10000 t。 煉鐵專家們認為：高爐一代壽命

2、在1520年，一代爐役每立方米爐容產(chǎn)鐵1.31.5萬噸/M3，或（300450）104爐缸面積。熱風爐壽命應在30年。我國高爐長壽實踐高爐高爐容積，容積，m3開停爐時間開停爐時間壽命，壽命，年年一代單位容積產(chǎn)一代單位容積產(chǎn)鐵量，鐵量，t/m3寶鋼1號（第一代）40631985.9.151997.4.110.57950寶鋼1號（第二代）40631997.5.252008.9.111.29091.5寶鋼2號（第一代）40631991.6.292006.8.3115.211612.3寶鋼3號43501994.9.20至今191580,12年10月武鋼5號（第一代）鞍鋼10號320025801991.

3、10.192007.5.301995.2.122008.1015.613.81109710800首鋼3號25361993.6.22010.12.2117.613991首鋼1號25361994.6.92010.12.2116.413328首鋼4號21001992.5.152007.12.3115,612560興澄1號4502002.9至今10.811000梅山3號12501995.12.12009.5.1513.610553高爐長壽的優(yōu)點 大大提高了一代高爐的效能； 降低了高爐大中修所消耗的巨額費用； 降低了因停爐給全公司造成的巨大經(jīng)濟損失，減少了對有關生產(chǎn)工序結構失調的影響； 高爐長壽可連續(xù)化

4、生產(chǎn)，使一代爐役期間的燃料比最低、污染物排放減少，生產(chǎn)成本降低，促進企業(yè)清潔生產(chǎn)。 是高爐大型化、高效化的重要技術支撐。 使高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行、低耗的重要保證。 目前，我國高爐壽命普遍偏低；中小高爐比大高爐壽命低得多，普偏追求產(chǎn)量，燃料比高。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程1.爐體設計為基礎，是高爐長壽的前提要使設計爐型、操作爐型、合理爐型統(tǒng)一。矮胖爐型可以實現(xiàn)高產(chǎn)，但燃料比和能耗要高，壽命受影響。不過度追求高系數(shù)，要實現(xiàn)低燃料比，低成本，實現(xiàn)效益最大化。高系數(shù)使爐容變小（小高爐設計如此），高徑比不宜小于2.0，煤氣利用率低。煤氣流過分邊緣發(fā)展影響長壽。薄壁爐襯要有個度，設計爐型不能就是操作爐型，要允許

5、生產(chǎn)過程中自然形成合理爐型。否則，高爐很難實現(xiàn)好指標。冷卻水設計優(yōu)化：設計上要為爐役后期要使爐缸能增加冷卻水量留有余地（熱流強度峰值在1.01.2萬w/m2)。設計合理死鐵層深度是抑制爐缸爐底象腳產(chǎn)生的重要技術措施，減少鐵水的縱向環(huán)流和圓周方向環(huán)流，盡量避免在鐵口下方300500mm區(qū)交匯，形成渦流，降低鐵水靜壓力對碳磚的影響，也是高爐長壽合理內型的重要原則。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 高爐各部位內型參數(shù)之間要具有合理的相關聯(lián)關系。爐喉：料批、批重與爐喉直徑有關聯(lián)，能維持合理的煤氣出口速度，爐料穩(wěn)定下降。爐喉直徑取爐缸直徑的0.650.75倍。 爐身：要適應爐料下降過程中被加熱而體積膨脹，又能順

6、利下降，維持一定煤氣流速。角，中厚壁高爐在8083，薄壁高爐在7983. 爐腰：是調節(jié)爐容的有效手段，可降低煤氣流對爐墻的沖刷;是爐缸直徑的.倍。 爐腹：適應爐料熔化后體積收縮、滴落，使燃燒帶遠離爐墻，有利于渣皮的形成和穩(wěn)定。希望角在，中厚壁高爐，薄壁高爐在7.二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 爐缸：在上部風口前形成燃燒帶，是煤氣的發(fā)源地；下部是容納渣鐵，進行渣鐵間反應；底部設有出鐵口，該部位是高爐長壽的薄弱環(huán)節(jié)。爐缸直徑為. 爐容（）；深度取爐缸直徑的，一般在為宜；要與鼓風動能、風速、鼓風機能力、原燃料質量、渣鐵排放相適應。風要能吹透中心，不形成中心有死焦堆；抑制鐵水環(huán)流和爐底象腳異常侵蝕。爐缸容積

7、是高爐容積的14%18%。風口間距一般在1.01.25m。風口高度為爐缸高度減去（0.50.6）。 死鐵層：不宜采用過深爐缸，建造成本高、影響中心死焦堆的浮起，對爐底產(chǎn)生很大靜壓力，保護爐底磚不利，易浮起。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 高爐爐容：年生產(chǎn)作業(yè)率在，工作在天。高爐有效高度HU7.728V 。VU為高爐有效容積。系數(shù)決定爐容。 小高爐爐容偏小，大爐缸；大高爐爐容往小了說。指標虛。 VU爐缸面積A=2230。科學評價高爐指標，系數(shù)和冶煉強度等。 規(guī)范建議 設計參數(shù)選取見下表：系數(shù)t/d燃料比kg/t焦比kg/t風口個數(shù)16202428283234384042165. 0u165. 0u二、

8、高爐長壽技術系統(tǒng)工程2.設備和耐火材料選擇 銅冷卻壁高導熱、耐磨，不易破損，在軟熔帶安裝易形成渣皮，有利于高產(chǎn)低耗、高爐長壽。 爐缸、爐底碳磚質量要求除滿足常規(guī)性能指標外，更要重視其導熱性、透氣率、抗氧化性、抗堿性、抗渣鐵侵蝕性等指標。提高磚襯導熱系數(shù)，使1150等溫線逐漸向遠離冷卻器的熱面移動，促進磚襯熱面形成穩(wěn)定的凝固保護層。 碳磚微孔化是提高碳磚抗氧化性、抗堿性以及抗渣鐵侵蝕性的有效手段。 提高碳磚導熱性系數(shù)應通過電鍛無煙煤的石墨化程度來實現(xiàn)。加入石墨電極將大大降低抗鐵水溶蝕性。生產(chǎn)碳磚的溫度要在14001500，一些碳磚生產(chǎn)廠沒有實現(xiàn)。 目前，冷卻（水量大小、水溫差大小、連接方式等）不

9、是高爐長壽的主要障礙。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 2.設備和耐火材料選擇 耐火材料在高爐破損的原因： 1.高爐冶煉過程自身有破壞因素：溫度變化大（產(chǎn)生溶蝕、熱應力、熱震）、機械沖刷與磨損（爐缸渣鐵流的流動沖刷、爐身部位磨損）、爐料中堿金屬和其它有害元素與耐材的化學反應（化學侵蝕、形成低熔點化合物、體積膨脹、與爐塵結成爐瘤等）以及析碳反應和鉛的沉積等。 2.耐材結構和砌筑：設計的不合理（冷卻系統(tǒng)不合理、爐底磚漂浮、爐身磚襯支撐不好造成脫落等）、質量差（氣孔率大、抗渣鐵和堿金屬侵蝕差）、操作（邊緣氣流過分發(fā)展、水溫差控制不當?shù)龋┖途S護不當，監(jiān)測點偏少等。 耐火材料性能比較性能NMA美國NMD美國BC

10、-7S日本BC-8SR日本AN-101法國AM-102法國微孔碳磚(蘭州）半石墨碳磚國產(chǎn)低氣孔自焙炭塊（河南）體積密度g/cm21.621.81.621.711.541.581.561.521.62顯氣孔率%-15.51615.513.6161813常溫抗壓Mpa30.531.144.165.734.343.9323041.87抗折強度Mpa8.110.112.814.1-8.57.8-灰分%109.517234.9-20720.88平均氣孔直徑m-0.30.05-0.41-1.51 m 孔容積 百分比%-70-61.33透氣率mDa9840.5200020151211.54導熱系數(shù)W/mK,

11、200 600 800 1200 -18.418.819.7-45.238.128.5-13.514.216.3-21.121.622.5-91012-8910-8.12900 9.18抗堿性ASTM-UgrLCULCLCUgrLC-抗渣鐵滲透不滲-滲透-0.5Mpa輕度滲透-耐火材料性能比較MS4法國MS4R法國MONOCORAL法國剛玉莫來石國產(chǎn)復合棕剛玉國產(chǎn)高鋁磚國產(chǎn)莫來石-碳化硅湘耐體積密度g/cm32.472.73.353.03.12.762.65顯氣孔率%18.515-18181917常溫抗壓MPa857060858060601500/抗折模量MPa-812.4-荷重軟化溫度(0.

12、2 MPa變化0.5%)165016001680165015001650重燒線變化率%1500 5h+0.5+1+1+0.1+0.5+0.2+0.2蠕變率% (0.2 MPa1500529h-0.65-熱膨脹系數(shù) k-16.41066.41067.8106-導熱系數(shù)W/m.K(800)2.22.23.82.57-二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 碳磚質量對高爐爐缸壽命起到?jīng)Q定性作用碳磚的微氣孔化是提高碳磚抗氧化性、抗堿性以及抗渣鐵溶蝕性的有效手段。要優(yōu)化微孔碳磚生產(chǎn)工藝，進行改善添加劑的種類和數(shù)量、焙燒溫度、壓力，實現(xiàn)透氣度低和平均孔徑小，提高小于1m孔的容積率，可提高碳磚質量。今后，提高碳磚導熱率，

13、改善微氣孔率、提高抗渣鐵侵蝕，是我們工作的方向，也是采購，質量檢測的重要內容。有碳磚質量國家標準，檢驗方法的具體要求。理想耐材應具備條件：導熱率和微孔指標達到當前微孔或超微孔碳磚的水平；抗渣鐵溶蝕指標達到陶瓷杯材料的水平。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 防止爐缸碳磚被侵蝕的要求：選擇優(yōu)質耐火材料，注意碳磚導熱性與抗渣鐵侵蝕能力減輕、防止鐵水對爐缸側壁的沖刷防止不飽和碳素鐵水與碳磚的接觸（用陶瓷杯）結合鐵口使用和合理冷卻，實現(xiàn)保護爐缸部位的粘滯層控制出鐵速度，均衡出鐵加強監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析，及時采取防護和科學對策。在碳磚中加入鋁粉，形成碳化鋁，可大幅度提高碳磚抗鐵水溶蝕和沖刷。在Al2O3基礎上加入碳、硅

14、和其它金屬粉末，高溫焙燒形成金屬碳化物，有良好抗鐵水侵蝕、高導熱，較好微孔指標。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程冷卻設備和耐材的選擇：爐身上部宜采用鑲磚冷卻壁：爐身中下部和爐腰宜采用強化型鑄鐵鑲磚冷卻壁，使用超高氧化鋁耐火材料，如剛玉莫來石、鉻鋁硅酸鹽結合的耐火磚等：爐缸、爐底應采用全碳磚或復合碳磚爐底結構，并采用優(yōu)質碳磚砌筑。風口帶采用組合磚結構。帶爐底冷卻的綜合爐底是比較合理的結構二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程3.施工質量控制：1）按鋼鐵行業(yè)規(guī)定的耐火材料施工質量標準進行施工（施工前對耐材進行檢驗質量和品種規(guī)格、預砌；做好施工前的各項準備工作）。嚴控外形尺寸、充分焙燒、降低氣隙：2）嚴格把關砌筑質量關，

15、有第三方的質量監(jiān)督員在場，施工后要簽字。3）爐缸碳磚縫隙要小于0.5mm.進行錯臺砌筑，上下不允許有通縫；平面要平整，不允許有小的凸臺。4)冷卻壁與鋼板之間要用導熱率與碳磚相當?shù)膿v料（導熱率1520w/m2)，填料要每2050mm搗固一次，一定要搗實，不能有空隙,防止熱阻層的形成。5）格外重視碳素搗打料的低溫性能；6）施工前對冷卻壁進行打壓、通球試驗，嚴防有泄漏。砌磚部位轉縫厚度砌磚部位轉縫厚度黏土磚或高鋁磚砌體爐底0.5爐底耐熱混凝土周圍環(huán)狀砌體3.0爐缸（包括鐵口、渣口、風口通道）0.5風口平臺出鐵廠附近柱子的保護磚5.0爐腹和薄壁爐腰1.0碳磚砌體爐底薄縫2.5厚壁爐腰1.0爐身：上部冷

16、卻箱以下1.5頂端斜接縫1.5 下部冷卻箱以上2.0爐缸薄縫2.0爐喉鋼磚區(qū)域3.0其他部位薄縫2.5爐頂砌磚2.0黏土磚保護層砌體3.0高爐各部位砌體磚縫厚度二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 烘爐、打壓與開爐1）嚴格按科學的烘爐曲線進行烘爐，不得隨意改變或縮短時間。確保水分的蒸發(fā)驅趕有效，檢測鼓風的水分含量合格。希望爐皮溫度達到65，可保證爐殼和冷卻壁不受損，促進不定型耐火材料粘結和固結。2）打壓要有23次。壓力和時間規(guī)定要科學合理。每次對泄漏點進行擦尋和嚴格處理，有專人負責，不可馬虎。防止開爐后被迫再次因此休風。3）不追求高爐開爐快速達產(chǎn)。希望先冶煉1020天鑄造鐵。這樣給耐火材料膨脹時間，水分蒸

17、發(fā)時間，軟熔帶形成牢固的渣皮，有利于實現(xiàn)高爐長壽。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程4.高爐穩(wěn)定順行維持合理爐型是長壽的根本1）穩(wěn)定順行的標志：爐溫、透氣性指數(shù)穩(wěn)定，煤氣利用率高，崩、滑尺次數(shù)少等。2）措施：送風制度科學合理，上下部調劑得當；高爐實現(xiàn)進行標準偏差操作2）一次煤氣流合理分布，爐腹煤氣量在66左右；3）風速、鼓風動能高，焦炭循環(huán)區(qū)長度大；4）爐缸活躍，是最有效的護理爐缸措施；中心死焦堆小，鐵水環(huán)流弱，對爐壁破壞小。高爐下部送風制度是高爐整體運行的基礎，就是確立合理爐腹煤氣量、循環(huán)區(qū)長度、鼓風動能等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)一次煤氣流合理分布。 （1）從溫度場分布角度，合理的爐腹煤氣量，可以達到合理的熱流

18、比，保證爐料與煤氣充分接觸和還原； （2）從而形成穩(wěn)定的軟熔帶及其合理的位置高度； （3）從煤氣流分布角度，合適的鼓風動能起著關鍵性作用。合適的鼓風動能可以確保一定長度的循環(huán)區(qū)，高爐一次煤氣流趨向中心，使徑向分布趨于均勻，保證一定中心氣流； （4）從保持死料柱中心溫度，維持爐芯的透氣和透液性，確保爐缸活躍，同時，減小死料柱體積，有利于吹透爐缸，活躍爐缸中心； （5）從保證滴落進入爐缸的物料得到充分的還原和合適的分布，減緩爐缸渣鐵環(huán)流對爐缸側壁侵蝕，有利于高爐爐缸長壽。 控制合理邊緣氣流和穩(wěn)定的熱負荷對爐缸長壽也有重要作用。 在高爐實際生產(chǎn)過程中，伴隨高爐邊緣不穩(wěn)定，或者爐墻頻繁脫落，經(jīng)常會引起

19、爐缸側壁溫度升高的現(xiàn)象。 側壁溫度升高的主要原因：因為高爐邊緣不穩(wěn)定，爐墻粘結物或者生料，含有較高FeO，直接進，直接進入爐缸，產(chǎn)生類似脫硅或者脫錳的劇烈反應；對入爐缸，產(chǎn)生類似脫硅或者脫錳的劇烈反應；對爐缸側壁凝結層產(chǎn)生沖擊，凝結層剝落，側壁溫爐缸側壁凝結層產(chǎn)生沖擊，凝結層剝落，側壁溫度升高，導致碳磚侵蝕。度升高，導致碳磚侵蝕。 因此，通過高爐上部調劑，形成穩(wěn)定邊緣氣流以及穩(wěn)定合理軟熔帶位置，避免爐墻粘結物或者生料直接進入爐缸，對高爐爐缸長壽有主要作用。 二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 建立科學合理的出鐵制度：1）維護好鐵口，實現(xiàn)穩(wěn)定出鐵，正點率大于90%；2）鐵口有足夠深600800mm,也不要

20、過深（過深使鐵水環(huán)流加強）；控制打泥量，穩(wěn)定鐵口深度；3）均勻出鐵，控制速度，不要大噴，避免破壞鐵口4）減少出鐵次數(shù)，延長出鐵時間，增加每次出鐵量，減輕環(huán)流對爐墻的侵襲；5）使用抗沖刷能力強的高質量炮泥。鐵口下方部位是水溫差易升高或易燒穿的地方，與鐵口工作狀態(tài)有直接關系。盡量減少出鐵次數(shù)，降低出鐵速度，維持合理的盡量減少出鐵次數(shù)，降低出鐵速度，維持合理的鐵口深度，這要求有活躍的爐缸，質量好的炮泥，鐵口深度，這要求有活躍的爐缸，質量好的炮泥，杜絕鐵口噴濺等杜絕鐵口噴濺等.在現(xiàn)代大型高爐上有在現(xiàn)代大型高爐上有24個鐵口，控制的出鐵次數(shù)，個鐵口，控制的出鐵次數(shù)，少的晝夜少的晝夜56次，多的次，多的8

21、9次；次；出鐵速度大高爐控制在出鐵速度大高爐控制在68t/min，中小高爐控制，中小高爐控制在在34t/min。鐵口深度控制在泥包長度鐵口深度控制在泥包長度600800mm，噸鐵炮泥，噸鐵炮泥消耗，低的消耗，低的0.3kg/t，高的在，高的在0.50.6kg/t。二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程5.檢測與維護：1）目前，我國高爐爐缸檢測點普遍偏少，一些高爐燒穿前，沒有征兆。如鞍鋼3200m3高爐。主要是電偶設置少、位置設置不科學。2）冷卻水工作制度：水消耗量 進水溫度低于33，出水溫度低于5060.水速一般在0.6m/s，不產(chǎn)生氣隙，要避免水中懸浮物沉淀。 使用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，可節(jié)水，水質好，不產(chǎn)生

22、結垢，冷卻效果好。爐容爐容m362010001260150032004063耗水量t/m3.h1.61.4循環(huán)水1.751.3循環(huán)水2.01.6 爐缸熱流強度控制：武鋼生產(chǎn)中規(guī)定他們的熱強度如下 爐缸熱流強度報警值29.3MJ/m2.h（7000 kcal/m2.h）； 爐缸熱流強度警戒值37.67MJ/m2.h（9000 kcal/m2.h）； 爐缸熱流強度事故狀態(tài)50.23MJ/m2.h（12000 kcal/m2.h）； 熱流強度超過報警值后必須采取措施把熱流強度降低到安全范圍以內。 美國Cary廠14號高爐爐缸燒穿時撿測到的熱流強度約為12880w/m2 二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程5.檢

23、測與維護：2）出現(xiàn)爐缸局部水溫差高現(xiàn)象的維護： 降低冶煉強度，短期內降低20%30%； 采用釩鈦礦護爐；如爐底出現(xiàn)溫差高?？梢淮渭哟罅縿┾伒V，到達爐缸后，休風16小時，在復風可減少鈦礦量。 增加爐缸冷卻水量，如4000m3高爐水量由2700m3/h增加到4700m3/h； 加強鐵口維護，保持鐵口有足夠的深度。 爐缸局部進行適當壓漿處理。 堵相應部位風口 二、高爐長壽技術系統(tǒng)工程 5.檢測與維護爐缸燒穿的處理：1).燒穿部位在爐底滿輔炭磚下較多位置槍修價值太小，應積極組織大修。 2).穿部位在爐底炭磚之上,判斷有無殘鐵,有則放殘鐵，防止挖補時有液態(tài)鐵出來，造成二次事故。 3).一般采用爐外挖補辦法,割除損壞爐皮、冷卻壁，支頂住燒穿口上部磚襯不掉落，清出炭磚接口根部，重新砌好小塊炭磚，換新冷卻壁、焊爐皮,壓漿、送水開爐、按爐缸凍結開爐。 4). 拻復生