畢業(yè)論文包頭地區(qū)1500m3高爐本體設(shè)計(jì)

PAGEPAGE44摘要高爐煉鐵是獲得生鐵的主要手段，是鋼鐵冶金過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足輕重的作用。高爐是煉鐵的主要設(shè)備，本著優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和對(duì)環(huán)境污染小的方針，本設(shè)計(jì)要求建1500m3煉鐵高爐。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括高爐爐型設(shè)計(jì)計(jì)算、高爐爐襯選擇計(jì)算、高爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)所設(shè)計(jì)高爐一些設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述。關(guān)鍵詞：高爐；爐襯；冷卻；設(shè)計(jì)計(jì)算；

AbstractPigironismainfromblastfurnace，furnaceironmakingisalsoaimportantprocessinironandsteelmaking，andit‘splayanimportantroleintheconstructionofnationaleconomy.basedonthetargetofhighproductivity,highquality,lowconsumption,longcampaignandenvironmentprotection.Thisdesignrequirementofblastfurnaceironmakingbuild2500m3Themaincontentsincludeblastfurnacedesigntypedesigncalculation,blastfurnaceliningchoosecalculation,furnacecoolingsystemdesign,blastfurnacesteelstructureandbasicdesignandlayout,atthesametime,tosomeequipmentcharacteristicsofblastfurnaceisbriefly.Keyword:Blastfurnace；furnalinings；cooling；Designcalculation

目錄

第一章文獻(xiàn)綜述緒論高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻設(shè)備以及高爐爐型設(shè)汁等。高爐的大小以高爐有效容積表示，高爐有效容積和高爐座數(shù)表明高爐車間在歐洲高爐的發(fā)展過(guò)程中，有兩的規(guī)模，高爐爐型設(shè)計(jì)是高爐本體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。近代高爐爐型向著大型橫向發(fā)展，目前，世界高爐有效容積最大的是5580m3，高徑比2.0左右。高爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)、合理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長(zhǎng)壽的先決條件，也是高爐輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型的依據(jù)。1.1高爐發(fā)展史兩種基本爐型相互競(jìng)爭(zhēng)，一種是矮爐腹型高爐，和一種是高陡面爐腹型高爐。1750年，英國(guó)的工業(yè)革命開始了。在燃燒上用焦炭代替木炭，這種轉(zhuǎn)變使煉鐵業(yè)突破了束縛，不再為木炭的短缺而陷入困境。因?yàn)椴粌H民用燃燒需要大量木料，而且為了提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量也在大量砍伐森林。因此，對(duì)于人口密度高的國(guó)家，要靠木炭來(lái)增加鐵的產(chǎn)量是不易的。到18世紀(jì)末，煤和蒸汽機(jī)已使英國(guó)的煉鐵業(yè)徹底改革，鐵的年產(chǎn)量從公元1720年的2.05×10000噸／年（大多是木炭鐵）增加到1806年2.5×100000噸／年（幾乎全是焦炭鐵）。估計(jì)，每生產(chǎn)一噸焦炭需煤3.3噸左右。但是，高爐燒焦炭勢(shì)必增加碳含量，以致早期的焦炭生鐵含碳在1.0％以上，全部成為灰口鐵即石墨鐵。高爐的尺寸在18世紀(jì)內(nèi)一直在增大。從公元1650年約7米，到1794年俄國(guó)的涅夫揚(yáng)斯克高爐已增高到13.5米。因?yàn)榻固康膹?qiáng)度大，足以承擔(dān)加入的爐料的重量。大多數(shù)的煉爐采用爐缸、爐腹和爐身三部分按比例構(gòu)成。19世紀(jì)末，平滑的爐襯公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的爐襯，這基本上已經(jīng)是現(xiàn)在的爐型。爐底直徑約10米，爐高約30米。全部高爐都設(shè)有兩只以上的風(fēng)嘴。另一個(gè)巨大的進(jìn)步就是采用熱風(fēng)。20世紀(jì)后，現(xiàn)代鋼鐵業(yè)就蓬勃發(fā)展起來(lái)。1.2高爐爐型及展過(guò)程高爐是豎爐，高爐內(nèi)部工作空間剖面的形狀稱為高爐爐型或高爐內(nèi)型。高爐冶煉的質(zhì)是上升的煤氣流和下降的爐料之間進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的過(guò)程，因此必須提供燃料燃燒的空間，提供高溫煤氣流與爐料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的空問。高爐爐型要適應(yīng)原燃料條件的要求，保證冶煉過(guò)程的順利。圖1—1現(xiàn)代高爐剖面圖主要受當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和原燃料條件的限制。隨著原燃料條件的改善以及鼓風(fēng)能力的提高，高爐爐型也在不斷地演變和發(fā)展，爐型演變過(guò)程大體可分為3個(gè)階段。(1)無(wú)型階段——又稱生吹法。在土坡挖洞，四周砌行塊，以木炭冶煉，這是原始的方法。(2)大腰階段——爐腰尺寸過(guò)大的爐型。由于工業(yè)不發(fā)達(dá)，高爐冶煉以人力、蓄力、風(fēng)力、水力鼓風(fēng)，鼓風(fēng)能力很弱，為了保證整個(gè)爐缸截面獲得高溫，爐缸直徑很小，冶煉以木炭或無(wú)煙煤為燃料，機(jī)械強(qiáng)度很低，為了避免高爐下部燃料被壓碎，從而影響料柱透氣性，故有效高度很低；為了人工裝料方便并能夠?qū)t料裝到爐喉中心．爐喉直徑也很小，而大的爐腰直徑減小了煙氣流速度，延長(zhǎng)了煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間，起到燜住爐內(nèi)熱量的作用。因此，爐缸和爐喉直徑小，有效高度低，而爐腰直徑很大。這類高爐生產(chǎn)率很低,一座28m3高爐日產(chǎn)量只有1.5t左右。19世紀(jì)末，由于蒸汽鼓風(fēng)機(jī)和焦炭的使用、爐頂裝料設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，高爐內(nèi)型趨向于擴(kuò)大爐缸和爐喉直徑，并向高度方向發(fā)展，逐漸形成近代五段式高爐爐型。最初的五段式爐型，基本上是瘦長(zhǎng)型，由于冶煉效果并不理想，相對(duì)高度又逐漸降低。(3)近代高爐，由于鼓風(fēng)機(jī)能力進(jìn)一步提高．原燃料處理更加精細(xì)，高爐爐型向著“大型橫向”發(fā)展。高爐內(nèi)型合理與否對(duì)高爐冶煉過(guò)程有很大影響。爐型設(shè)計(jì)合理是獲得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證高爐操作順行的基礎(chǔ)[1]。1.3高爐用耐火材料在侵蝕性因素聯(lián)合作用下引起高爐爐襯損毀，這些因素包括:爐渣、堿類物質(zhì)、鐵水、氣體介質(zhì)、爐料磨損、熱應(yīng)力等。高爐每個(gè)部位使用條件的不同，要求區(qū)別對(duì)待爐襯每個(gè)區(qū)段用相應(yīng)耐火材料的選擇。大體上假定將高爐分為兩部分:上部—風(fēng)口區(qū)以上部分;下部—風(fēng)口區(qū)以下部分。同樣地上部分還可分為若干小區(qū)段—非冷卻爐身的上部、冷卻爐身的下部、爐腹、爐腰和風(fēng)口區(qū)。目前這些小區(qū)段均采用牌號(hào)IUII1-39及IuII1-41的粘土質(zhì)耐火材料砌筑。對(duì)損毀因素影響條件不同的各區(qū)段爐襯采取如此籠統(tǒng)地對(duì)待方法不會(huì)得到有效的結(jié)果。爐襯的個(gè)別區(qū)段過(guò)早損毀。為了在爐子有節(jié)秦工作和最佳操作制度下組織其穩(wěn)定的作業(yè)，必須將非冷卻爐身的上部分砌為兩層爐襯:第一層(工作層)由VIII及-41粘土質(zhì)耐火材料砌筑，第二層由MKPII-340纖維板砌筑。該纖維板是由含50%A1203的莫來(lái)石硅質(zhì)纖維制造的。由兩層材料組成的復(fù)合爐襯可以抵抗?fàn)t料的摩擦作用，而且可以減少透過(guò)爐殼的熱量損失。對(duì)于爐身的冷卻部分來(lái)說(shuō)，近10年來(lái)國(guó)外廣泛采用氮化硅結(jié)合、氧氮化硅結(jié)合和自結(jié)合碳化硅質(zhì)耐火材料，其使用效果良好。我們推薦在爐身下部采用雙層爐襯，即工作部分由IUII八-41粘土質(zhì)耐火材料砌筑，第二層由氮化硅結(jié)合的碳化硅質(zhì)耐火材料砌筑。推薦的復(fù)合爐襯可以保證達(dá)到更強(qiáng)化而均勻的冷卻。對(duì)爐腰也推薦采用類似的爐襯，而爐腹則采用碳化硅質(zhì)耐火材料砌筑。風(fēng)口區(qū)下部的爐襯則推薦采用ILI17八-42粘土質(zhì)耐火材料和剛玉碳化硅質(zhì)耐火材料砌筑。對(duì)于爐缸的上部來(lái)說(shuō)，推薦采用剛玉碳化硅質(zhì)耐火材料。此種耐火材料由電熔剛玉及共同細(xì)粉碎混合物組成。共同細(xì)粉碎混合物中包括30%Sic,10%Si及下列氧化物中的任何一種:MgO,A12O3及ZrO2。含有氮化物結(jié)合劑的剛玉耐火材料對(duì)熔融爐渣及金屬液的作用具有較高的抵抗性。耐火材料的開口氣孔率介于14%一17%之間，體積密度2.83g/cm3一2.97g/cm3，耐壓強(qiáng)度124MPa--187MPa。此類耐火材料中的結(jié)合劑為氮化硅、氧氮化硅及賽隆。為了砌筑高爐爐身內(nèi)襯，采用碳化硅質(zhì)耐材料，后者對(duì)化學(xué)因素及物理機(jī)械因素具有較高的抵抗性。碳化硅質(zhì)耐火材料應(yīng)用于爐身下部、爐腰、爐腹和爐缸上部。爐缸下部及爐底內(nèi)襯的結(jié)構(gòu).其左側(cè)為目前采用的結(jié)構(gòu)，右側(cè)為推薦的采用新型耐火材料的結(jié)構(gòu)。內(nèi)襯使用的持續(xù)時(shí)間在很大程度上受到膨脹縫放置的位置正確與否及用于充填該類縫的碳素泥料質(zhì)量的高低等因素制約。由于沿著直徑及高度方向爐襯受到的加熱溫度的不同，要求單獨(dú)地區(qū)別對(duì)待每一個(gè)溫度區(qū)和分區(qū)砌筑的砌體結(jié)構(gòu)，并要考慮在加熱及冷卻時(shí)爐襯的體積變化。在操作過(guò)程中出現(xiàn)的熱應(yīng)力應(yīng)使之分散。在整個(gè)砌體內(nèi)要預(yù)留應(yīng)力釋放處，這便是膨脹縫。熱導(dǎo)率為10w/(m.·K)一15W/(m·K)的碳素泥料便能滿足此類要求。在一些鋼鐵廠中到目前為止一直沿用以粘土熟料、生粘土、焦炭和瀝青為原料的水調(diào)的炮泥。此類炮泥的使用壽命較低，收縮率較高及附著強(qiáng)度低。烏克蘭耐火材料科學(xué)研究院研制成功無(wú)水炮泥并在克里沃羅格鋼鐵公司進(jìn)行推廣應(yīng)用。該炮泥由焦炭、煤焦油、煤瀝青、生粘土及粘土熟料組成，其性能如下:體積膨脹率2.5%——3%;耐壓強(qiáng)度鎮(zhèn)9MPa;被鐵水沖刷速度低〔1.0mg/(cm2·min)——1.3mg/(cm2·min)。因此，炮泥的耗量下降50%一65%,泥套用泥的耗量下降90%以上。采用此種炮泥后，保證出鐵口及出渣口封堵可靠，允許高爐每次出鐵水1000噸以上及出渣400噸，而且未降低鼓風(fēng)壓力，并消除了出鐵水時(shí)夾帶焦炭的現(xiàn)象[2]。1.3.1高爐用耐火材料的演變煉鐵技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了高爐用耐火材料的進(jìn)步。不過(guò)高爐爐襯的更新?lián)Q代是十分緩慢的。由于近幾十年高爐的大型化及其廣泛采用強(qiáng)化冶煉的高爐操作，相應(yīng)地高爐用耐火材料也出現(xiàn)了重大變化。在爐身上部這個(gè)區(qū)域溫度較低，目前用耐火材料有：高鋁磚、粘土磚、浸漬磷酸鹽粘土磚、最上部緊靠鋼磚部位國(guó)外也有用SiC磚的。這個(gè)部位并不是影響高爐壽命的決定因素，耐火材料基本都是Al2O3-SiO2系，沒有發(fā)生太大變化。高爐中段用耐火材料，在50年代以前，全世界的高爐基本上都是Al2O3-SiO2系耐火制品。進(jìn)入六十年代中后期，工業(yè)先進(jìn)國(guó)家重點(diǎn)研究解決高爐中段用耐火材料重要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的工作：1）優(yōu)質(zhì)高純高鋁制品，包括剛玉磚、剛玉-莫來(lái)石磚和鉻剛玉磚等；2）優(yōu)質(zhì)碳化硅制品，主要為自結(jié)合和氮化硅結(jié)合的碳化硅磚。進(jìn)入80年代中期至今，研究開發(fā)了Sialon結(jié)合碳化硅磚和Sialon結(jié)合剛玉磚。探索范圍是從優(yōu)質(zhì)高純高鋁制品開始的。構(gòu)思淵源是在傳統(tǒng)粘土磚和高鋁磚的基礎(chǔ)上提高純度和密度。工藝措施是采用高純剛玉砂、合成莫來(lái)石和氧化鉻原料、高壓成型和高溫?zé)?。這些制品氣孔率低，高溫強(qiáng)度較高，耐磨性強(qiáng)，抗CO和抗堿侵蝕性能也有一定提高。在七十年代國(guó)際上許多高爐先后采用它們來(lái)砌筑中段（寶鋼從新日鐵引進(jìn)的大型高爐采用剛玉磚）。然而，十幾年的實(shí)踐說(shuō)明，采用優(yōu)質(zhì)高純高鋁制品在提高中段壽命效果不夠顯著，一般只能提高1-2年，未能達(dá)到滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。究其原因，關(guān)鍵在于Al2O3-SiO2系耐火材料無(wú)論是剛玉還是莫來(lái)石，其抗堿侵蝕性不夠理想。它們?nèi)菀妆粔A蒸氣或堿凝聚物所分解，并伴隨有較大的體積膨脹，從而導(dǎo)致材料損毀。例如它們?cè)趬A的作用下，600-900℃會(huì)形成鉀霞石（KAS2）、白榴石（KAS4）、六方鉀霞石（KAS2）、鋁酸鉀（KA）、β-氧化鋁（β-Al2O3）等礦物并引進(jìn)6-20%體積膨脹。幾個(gè)主要化學(xué)反式如下：Al2O3?2SiO2+K2CO3→K2O?Al2O3?2SiO2+CO2Al2O3?2SiO2+2SiO2+K2CO3→K2O?Al2O3?4SiO2+CO3Al2O3?2SiO2+K2CO3→K2O?Al2O3?2SiO2+2Al2O3+CO2Al2O3?2SiO2+K2O?SiO2→K2O?Al2O3?2SiO2+SiO23Al2O3?2SiO2+K2O?SiO2→K2O?Al2O3?2SiO2+Al2O3另一條途徑是從金屬非氧化物入手。考慮到非氧化物一般抗堿侵蝕性能較好，只要具有適當(dāng)?shù)目寡趸?，很可能成為較理想的中段材料。優(yōu)質(zhì)SiC制品被人們重視和大量采用是從七十年代中后期才開始，而且后來(lái)居上。1969年在比利時(shí)首先出現(xiàn)了高爐用SiC磚襯試驗(yàn)。1971年美國(guó)在高爐的風(fēng)口區(qū)試用過(guò)，1974年日本Muroran于爐身下部試用，1976年美國(guó)Spaiicw.Point,1977年法國(guó)Dunkerque用于爐腰。此后，它的優(yōu)越性很快被實(shí)踐所證明，因而得到迅速推廣應(yīng)用。高爐爐底和爐缸耐火材料，在50年代以前，基本上以鋁硅質(zhì)耐火材料為主，但使用壽命不長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)爐缸、爐底燒穿事故。1939年德國(guó)第一次使用炭磚砌筑爐底，取得了好的效果，后來(lái)日本、美國(guó)改用炭磚和致密粘土磚實(shí)行綜合爐底，使用壽命達(dá)到15年。在中國(guó)，1958年以后才采用炭磚砌筑爐底，解決了爐底爐缸燒穿的技術(shù)難題。60年代，使用全碳質(zhì)爐底使高爐爐底損毀狀況得到重大改進(jìn)，降低了爐底的磨損，延長(zhǎng)了爐底的壽命，但這種爐底的熱損失很大，且對(duì)短暫的休風(fēng)非常敏感。所以，對(duì)復(fù)風(fēng)后恢復(fù)正常操作帶來(lái)困難。1984年法國(guó)Savoie耐火材料公司首次在德國(guó)蒂森鋼鐵公司高爐上采用了一種新型復(fù)合式爐襯，稱為“陶瓷杯”。從此以后，德國(guó)、法國(guó)、南非、瑞典、比利時(shí)、中國(guó)、南韓、印度等國(guó)家高爐廣泛采用“陶瓷杯”技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1984～1990年，有11座高爐采用陶瓷杯技術(shù)；1991～1994年有12座高爐采用陶瓷杯；1995年至今至少有11座高爐采用陶瓷杯技術(shù)[3]。1.3.2高爐爐襯新材料爐襯用耐火材料的壽命決定著高護(hù)的爐役年限。目前世界上采用的兩種不同的辦法是:A)砌筑昂貴的爐襯來(lái)滿足高爐的整個(gè)爐役年限，B)砌筑不太昂貴的爐襯，而在高護(hù)的爐役內(nèi)對(duì)爐襯進(jìn)行一次或二次的“中間性修補(bǔ)”，尤其是在高爐的爐腰及爐身部位.在這兩種情況下，設(shè)計(jì)的爐缸可以持續(xù)使用到整個(gè)爐役結(jié)束.高爐的使用壽命完全取決于高爐爐缸的壽命。為普遍延長(zhǎng)高爐的爐役的年限和提高生產(chǎn)效率，新開發(fā)出的各種耐火材料是十分必要的。例如在爐底及爐缸璧使用的耐火材料新品種有:微孔碳質(zhì)，特殊石墨質(zhì)和其它改進(jìn)的耐火材料。上述兩種提高高爐使用壽命的策略有若干種可能性。但就如何在花費(fèi)最低的情況下使高爐的護(hù)齡達(dá)到最長(zhǎng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)研究將會(huì)獲得最佳方案。在高爐重新?lián)Q襯之前，人們就開始進(jìn)行了對(duì)所有耐火材料及護(hù)襯設(shè)計(jì)的研究工作。過(guò)去，通常購(gòu)買與上一個(gè)爐役中使用的耐火材料相類似的材料進(jìn)行砌襯，而使用得以改進(jìn)的材料卻是謹(jǐn)小慎微的。在這篇文章中，我們將主要針對(duì)高爐爐底爐缸的設(shè)計(jì)進(jìn)行敘述。這一次，主要對(duì)高爐的這一部位進(jìn)行研究.采用較大幅度的改進(jìn)和高度復(fù)雜化耐火材料，需要進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)工作。要進(jìn)行爐襯計(jì)算及改進(jìn)設(shè)計(jì)需要有大量的有關(guān)耐火材料的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)在過(guò)去耐火材料中都是未知的，它們類似或等同于煉鋼工藝中所熟悉的數(shù)據(jù)。從事這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，不僅要具備耐火材料及其性能方面的知識(shí)，而且還要具備高爐及其操作方面的知識(shí)，同時(shí)還要了解原材料供貨廠家。高爐的操作數(shù)據(jù)及其爐襯材料的侵蝕機(jī)理是完成昂貴的高爐的長(zhǎng)爐役所有工作的礎(chǔ)。①爐缸用碳質(zhì)耐火材料自從碳質(zhì)材料被人們認(rèn)識(shí)很久以來(lái)，它就被用在高爐爐底及爐缸部位。同時(shí)也被應(yīng)用在爐腹部位。前些年，人們采用縮小氣孔的方法來(lái)提高碳及石墨的等級(jí)，對(duì)此人們做了大量的調(diào)查和研究。這項(xiàng)開發(fā)的目的是為了降低和避免高爐爐襯用碳磚受鐵水的侵蝕及改善爐襯用特種磚的熱化學(xué)性能，Wilkening等人進(jìn)行了這項(xiàng)研究。同時(shí)加入某些添加劑，一方面可以改善碳磚的抗鐵水及爐渣侵蝕性，另一方面可以抵抗在熔池中以一定速度流動(dòng)著的鐵水的磨損。在八十年代，VAW,DIDIER及后來(lái)的DME公司先后開發(fā)了具有上述特性的新一代碳磚品種。②碳質(zhì)耐火材料的性能1）多微氣孔如果一塊碳磚，直徑大于1um孔體積不大于氣孔總體積的30%則這塊碳磚就被認(rèn)為具有多微孔性。不同種類磚的氣孔率取決于添加劑的種類。如加入A1和Si則會(huì)有很大的改進(jìn)，2）鐵水和爐渣的性能我們把不同的碳磚鐵水侵蝕性的情況示于圖2言，具有多微孔性及超微孔性碳質(zhì)材料是最理想的。同樣盡管滲透比較劇烈，但對(duì)滲透性，它們也是最理想的。圖1—2抗鐵水侵蝕性—溶解值3）熱傳導(dǎo)性不同類型的碳磚的熱傳導(dǎo)性示于圖3圖中出示三組材料：—不同氣孔率的標(biāo)準(zhǔn)碳質(zhì)材料;—不同氣孔率的半石墨質(zhì)材料;—石墨質(zhì)材料。圖1—3不同碳磚的熱傳導(dǎo)性4）熱力學(xué)性能加入添加劑可以提高碳磚的常溫耐壓強(qiáng)度。微孔碳磚的彈性模量非常高，大約是標(biāo)準(zhǔn)碳磚彈性模量的3倍。在工藝設(shè)計(jì)中必須要考慮這種熱力學(xué)性能，這一點(diǎn)在后面還要繼續(xù)討論[4]。五年以來(lái)在幾座高爐砌筑了這種具有很高氣孔率的新品種碳磚，其砌筑部位如下:爐底;b爐底邊緣;。爐缸;d出鐵溝;e爐腹。表4是砌筑了微孔碳磚的各廠家情況。到目前為止，這一實(shí)踐是很成功的。自砌筑以來(lái)到目前為止，還未有一座高爐重新?lián)Q襯。再過(guò)幾年，我們就會(huì)對(duì)這種得以改進(jìn)的材質(zhì)的特性有更多的了解。1.3.3我國(guó)耐火材料的發(fā)展在中國(guó)，第一座砌筑Si3N4結(jié)合SiC耐火材料的鞍鋼6#高爐于85年11月1日投產(chǎn)，不中修使用壽命達(dá)到7年，比鞍鋼八十年代高爐爐身平均壽命3.9年延長(zhǎng)了80%。為我國(guó)一代爐身壽命7年不中修提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。Si3N4結(jié)合SiC磚在鞍鋼6#高爐使用成功，對(duì)SiC磚在我國(guó)高爐上的應(yīng)用起了推動(dòng)作用，自1985年來(lái)，先后在太鋼、本鋼、唐鋼、攀鋼、武鋼、酒鋼、首鋼、寶鋼等國(guó)內(nèi)大中型高爐上得到普遍使用。其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益已被人們所認(rèn)識(shí)。SiC磚在高爐上使用對(duì)延長(zhǎng)高爐一代爐齡發(fā)揮了重要作用。至1987年，一種采用Sialon/Si3N4結(jié)合SiC產(chǎn)品進(jìn)入加拿大、美國(guó)和日本。它的耐氧化性和耐堿侵蝕性要比Si3N4結(jié)合SiC磚有所提高。歐洲的一些工廠也開發(fā)了第二代和第三代賽隆結(jié)合的產(chǎn)品。所有這種研究和試驗(yàn)都將繼續(xù)加強(qiáng)含有賽隆的氮化硅結(jié)合的基本概念。在我國(guó)，洛陽(yáng)耐火材料研究院自1986年開始進(jìn)行了賽隆Si3N4結(jié)合SiC磚的開發(fā)研究，并和山東生建八三廠一起共同完成了100T這種產(chǎn)品砌筑到鞍鋼4#高爐上。該高爐自九十年代初投產(chǎn)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10年。Sialon結(jié)合剛玉耐火材料得到研究和開發(fā)，它比Sialon結(jié)合SiC磚具有更好的抗堿性和抗氧化性，導(dǎo)熱系數(shù)低，更適合用于高爐爐腹，爐腰部位爐襯材料，以減少熱量損失。1.4高爐冷卻設(shè)備的作用高爐冷卻設(shè)備是高爐爐體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)爐體壽命可起到如下作用：（1）保護(hù)爐殼。在正常生產(chǎn)時(shí)，高爐爐殼只能在低于80℃的溫度廠長(zhǎng)期工作，爐內(nèi)傳出的高溫?zé)崃坑衫鋮s設(shè)備帶走85％以上，只有約15％的熱量通過(guò)爐殼散失。（2）對(duì)耐火材料的冷卻和支承。在高爐內(nèi)耐火材料的表面工作溫度高達(dá)1500℃左右，如果沒有冷卻設(shè)備，在很短的時(shí)間內(nèi)耐火材料就會(huì)被侵蝕或磨損。通過(guò)冷卻設(shè)備的冷卻可提高耐火材料的抗侵蝕和抗磨損能力。冷卻設(shè)備還可對(duì)高爐內(nèi)襯起支承作用，增加砌體的穩(wěn)定性。（3）維持合理的操作爐型。使耐火材料的侵蝕內(nèi)型線接近操作爐型，對(duì)高爐內(nèi)煤氣流的合理分布、爐料的順行起到良好的作用。（4）當(dāng)耐火材料大部分或全部被侵蝕后，能靠冷卻設(shè)備上的渣皮繼續(xù)維持高爐生產(chǎn)。1.4.1高爐冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式由于同爐備部位熱負(fù)荷不同，采用的冷卻形式也不問?，F(xiàn)代高爐冷卻方式有外部沖卻和內(nèi)部冷卻兩種。內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)又分為冷卻擄、冷卻板、板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)及爐底冷卻。①外部噴水冷卻在爐身和爐腹部位裝設(shè)有環(huán)形冷卻水管，水管直Φ50Φ150mm，距爐殼約100mm．水管上朝爐殼的斜廣力鉆有若干Φ5—Φ8mm小兒，小孔間距100mm。冷卻水經(jīng)小孔噴射到爐殼上進(jìn)行冷卻。為了防止噴濺，在爐殼上裝有防濺板，防濺板與爐殼間團(tuán)有8—10mm縫隙．冷印水沿爐殼流下至集水槽再返凹水池。外部噴水冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修方便，造價(jià)低廉。噴木冷卻裝置適用于小型高爐，對(duì)于大型高爐，只有在爐齡晚期冷印設(shè)備燒壞的情況下使用，作為一種輔助性的冷卻嚴(yán)段，防止?fàn)t殼變形和燒穿。②冷卻壁冷卻壁設(shè)置于爐天與爐襯之間，有光面冷卻壁和鑲磚冷卻壁兩種。通過(guò)研究冷卻壁的損壞機(jī)理和考慮它的結(jié)構(gòu)合理性后，新日鐵開發(fā)了第三代和第四代冷卻壁，第三代和第四代冷卻壁的主要特點(diǎn)是：(1)設(shè)置邊角冷卻水管，以防止冷卻壁邊角部位母材開裂。(2)采用雙層冷卻水管，即在原有的冷卻水管背面設(shè)置蛇形冷卻水管，不但加強(qiáng)了冷卻強(qiáng)度，而且當(dāng)內(nèi)層冷卻管損壞后，外層冷卻管仍可繼續(xù)1：作，從而保證了爐役末期繼續(xù)維持正常冷卻。(3)加強(qiáng)凸臺(tái)部位的冷卻強(qiáng)度，采用雙排冷卻水管冷卻。并在凸臺(tái)部位前端埋入耐火磚，防止強(qiáng)熱負(fù)荷作用F的損壞。(4)第四代冷卻壁的爐體砌磚與冷卻壁一體化，即將氮化物結(jié)合的碳化硅磚與冷卻壁合鑄在一起，這樣較好地解決了磚襯的支承問題，縮短丁施工工期。冷卻壁的優(yōu)點(diǎn)是：冷卻壁安裝在爐殼內(nèi)部，爐殼石開口，所以密封性好；由于均布于爐襯之外，所以冷卻均勻，侵蝕后爐襯內(nèi)壁光滑。它的缺點(diǎn)是消費(fèi)金屬多、笨重、冷卻壁損壞后不能更換。③冷卻板冷卻板又稱扁水稻，材質(zhì)有鑄鋼、鑄鋼、鑄鐵和鋼板等，以上各種材質(zhì)的冷卻板在國(guó)內(nèi)南爐均有使用。冷卻板厚度70—110mm，內(nèi)部持有別Φ44.5mm×6mm無(wú)縫鋼管，常用在爐腰和爐身部位，呈棋盤式布置，—般上下層間距500—900mm，同層間距150—300mm。爐腰部位比爐身部位要密集一些。冷卻板前端距爐襯設(shè)計(jì)工作表面一磚距離230mm或345mm，冷卻水進(jìn)出管與爐殼焊接。密封性好。由于銅冷卻板具方導(dǎo)熱件好、鑄造工藝較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以從18世紀(jì)末期就開始用于高爐冷卻。在一百多年的使用中，進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，發(fā)展為現(xiàn)在的六室雙通道結(jié)構(gòu)。它是采用隔板將冷卻板腔體分隔成6個(gè)室，即把冷卻板斷面分成6個(gè)流體區(qū)域，并采用兩個(gè)進(jìn)出水通道進(jìn)行冷卻。此種冷卻板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：(1)適用于高爐高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻，采用密集式的布置形式、如寶鋼1號(hào)和2號(hào)高爐冷卻板層距為312mm，霍戈文艾莫依登廠4號(hào)高爐冷卻板層距為305mm。(2)冷卻板前端冷卻強(qiáng)度大，不易產(chǎn)大局部沸騰現(xiàn)象；(3)當(dāng)冷卻板前端損壞后可繼續(xù)維持生產(chǎn)；(4)雙通道的冷卻水量可根據(jù)高爐牛產(chǎn)狀況分別進(jìn)行調(diào)整。(5)銅冷卻板的鑄造質(zhì)量大大提高，為了避免鑄造件內(nèi)外部缺陷采用真空處理等手段，并選用了射線探傷標(biāo)很(ASTM—E272)。(6)能維護(hù)較厚的爐襯．便于更換，重量輕、節(jié)省金屬。但是冷卻不均勻．侵蝕后高爐內(nèi)表面凸凹不平、不利丁爐料下降。④板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)冷卻板的冷鄰原理是通過(guò)分散的冷卻元件伸進(jìn)爐內(nèi)的長(zhǎng)度來(lái)冷卻周圍的耐火材料，并通過(guò)耐火材料的熱傳導(dǎo)作用來(lái)冷卻爐殼、從而起到延長(zhǎng)耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。冷卻壁的冷卻原理是通過(guò)冷卻壁形成一個(gè)密閉的圍繞高爐爐殼內(nèi)部的冷卻結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)對(duì)耐火材料的冷印和對(duì)爐充的直接冷卻。從而起到延長(zhǎng)耐火材料使用壽命和保護(hù)爐殼的作用。在高爐爐身部位使用板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)形式，是一種新型的冷卻結(jié)構(gòu)形式。它既實(shí)現(xiàn)了冷卻壁對(duì)整個(gè)爐殼的覆蓋冷卻作用，又實(shí)現(xiàn)了沖卻板對(duì)爐襯的深度方向的冷卻，并對(duì)冷卻壁上下層接縫冷卻的薄弱部位起到了保護(hù)作用，因而有良好的適應(yīng)性[5]。西方及日本冷卻壁技術(shù)均由前蘇聯(lián)引進(jìn)。日本是在1967年引進(jìn),使用在新日鐵名古屋3號(hào)高爐,爐壽為5.4年,新日鐵稱為第一代,相當(dāng)于我國(guó)的第二代冷卻壁。經(jīng)過(guò)12年的使用,對(duì)其冷卻壁進(jìn)行了改進(jìn),與我國(guó)目前使用的第三代冷卻壁相當(dāng),但冷卻壁內(nèi)的冷卻水管盡量冷卻角部,鑲磚仍為鑄入磚。新日鐵第三代冷卻壁1977年在廣煙4號(hào)高滬上開始采用,于1993年6月停爐,高爐壽命為16年。其特點(diǎn)是增加了背部蛇形管、上下角部管,鑲磚為鑄入石墨碳化硅磚。用這種冷卻壁高爐內(nèi)不必砌磚。第三代冷卻壁采用在新日鐵大分1號(hào)高爐。從1979年8月開爐至1993年1月停爐,工作了13年5個(gè)月,損壞水73管根,約占冷卻壁總水管量的1.6%,爐腹上部、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)域被損壞。部和凸臺(tái)水管占該區(qū)域同類水管總數(shù)的12%左右。全部豎水管只損壞了6根,高爐由于爐缸側(cè)壁碳磚僅剩500mm左右而被迫停爐大修[6]。1.4.2我國(guó)冷卻技術(shù)的發(fā)展我國(guó)高爐壽命較國(guó)外高爐短,特別是與日本高爐差距甚大。必須從設(shè)計(jì)、制造、施工、操作到維護(hù)進(jìn)行綜合治理,從裝備水平、技術(shù)、組織到管理全面提高。高爐爐體冷卻技術(shù)是其中的重要環(huán)節(jié)。目前,高爐爐體冷卻技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,特別是冷卻壁技術(shù)有大幅度的提高。西方國(guó)家包括日本在內(nèi)在60年代,甚至到目前還有大量高爐采用純銅冷卻板。在50年代末,日本采用了密集式銅冷卻板,加強(qiáng)了對(duì)磚襯的冷卻,延長(zhǎng)了爐體的壽命。梅山2號(hào)高爐采用了鋼制冷卻箱并用鋼管托住冷卻箱的結(jié)構(gòu),延長(zhǎng)了高爐爐腰和爐身的壽命,至1993年9月底,高爐壽命已經(jīng)達(dá)6.75年,單位爐容產(chǎn)鐵量達(dá)4526t/m3。由此證明,在搞好設(shè)計(jì)、制造、施工及操作維護(hù)等重要環(huán)節(jié)的情況下,即使采用較低的材質(zhì)也能達(dá)到1000m3級(jí)的高爐長(zhǎng)壽的目標(biāo)。自寶鋼1號(hào)高爐引進(jìn)新日鐵密集式銅冷卻板以來(lái),高爐已生產(chǎn)9年,1994至年4月高爐累計(jì)產(chǎn)量已達(dá)2707萬(wàn)t,單位爐容產(chǎn)量達(dá)6663t/m3攀鋼4號(hào)高爐,容積1350m3,采用了相同冷卻板結(jié)構(gòu)形式。自1989年9月投產(chǎn)至1994年3月,銅冷卻板僅損壞了12塊,并已全部更換。根據(jù)攀鋼使用冷卻板的成功經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為可以廣泛采用和推廣。目前國(guó)外主要發(fā)展方向是增加冷卻板內(nèi)的水通道數(shù)目,提高水流速度,增加冷卻強(qiáng)度。在1958年,前蘇聯(lián)在斯大林之鷹廠1033m3高爐上試驗(yàn)了汽化冷卻，并獲得成功。我國(guó)在年代后期在少數(shù)高爐上采用了汽化冷卻,如1970年建成的武鋼4號(hào)高爐及鞍鋼和首鋼的高爐。這種冷卻壁本體采用含Cr鑄鐵,冷卻水管的進(jìn)水管在下,排水管在上方,水流垂直向上,以滿足汽化冷卻的要求,鑲磚仍然為粘土磚。這是我國(guó)的第二代冷卻壁。在50年代后期由前蘇聯(lián)引進(jìn)的武鋼高爐及鞍鋼高爐的爐身部分采用了支梁式冷卻水箱,它與爐殼設(shè)有法蘭聯(lián)接,能夠滿足高壓操作的要求,也是由普通鑄鐵制造的,水箱內(nèi)鑄冷卻水管,能夠很好地支承內(nèi)襯。但是它也與鑄鐵冷卻板一樣,冷卻強(qiáng)度低,承受不了熱沖擊而損壞。因此它在高爐占有的冷卻部位不斷上移,最后,只在冷卻壁的最上部安裝2一3層支梁式水箱,以支承爐身上部的砌體。但現(xiàn)在也不采用了。在1970年,梅山冶金公司高爐由于鑄造錯(cuò)誤未將磚鑄入冷卻壁,為補(bǔ)救損失,創(chuàng)造了以碳素材料搗打料代替鑲磚,其結(jié)果是改進(jìn)了鑲磚材質(zhì),改變了鑄入磚的制造工藝。根據(jù)梅山冶金公司的經(jīng)驗(yàn)和德國(guó)冷卻壁制造的要點(diǎn),研究與設(shè)計(jì)了我國(guó)第三代冷卻壁,并在1989年以后投產(chǎn)的一批高爐中使用。我國(guó)第三代冷卻壁的特點(diǎn)是冷卻壁本體采用鐵素體球墨鑄鐵,冷卻水管與第二代基本相同,鑲磚采用嵌砌的方式。我國(guó)目前第三代冷卻壁與新日鐵第三代冷卻壁差距甚大。我們?cè)侔研氯砧F大分2號(hào)高爐第一代從1976年10月開爐至1988年8月停爐,使用新日鐵第二代冷卻壁的損壞情況。損壞水管115根約占總水管量的2.9%。設(shè)計(jì)寶鋼3號(hào)高爐前,對(duì)國(guó)內(nèi)外高爐冷卻設(shè)備壽命進(jìn)行了調(diào)查研究,由于國(guó)外冷卻壁技術(shù)的大幅度提高,決定3號(hào)高爐采用全冷卻壁冷卻,并選擇了新日鐵為合作對(duì)象,引進(jìn)了設(shè)計(jì)、制造技術(shù)及制造裝備。寶鋼集團(tuán)公旬取得了在國(guó)內(nèi)制造和銷售新日鐵第三代和第四代冷卻壁的權(quán)利。目前已為寶鋼3號(hào)高爐、鞍鋼10號(hào)高爐及新日鐵君津2號(hào)高爐提供了冷卻壁。新日鐵對(duì)寶鋼冷卻壁的質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查,認(rèn)為質(zhì)量?jī)?yōu)良。新日鐵邀請(qǐng)寶鋼的專家于今年8月赴日本進(jìn)行指導(dǎo)。提出今后長(zhǎng)期合作的意向。但是這些高爐還未投產(chǎn),相信在全套由新冷卻壁專利、技術(shù)訣竅、工藝流程和裝備,以及通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)和專家指導(dǎo)下生產(chǎn)的冷卻壁,必將使高爐壽命上一個(gè)新臺(tái)階[7]。1.5國(guó)內(nèi)外高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)高爐在冶金工業(yè)中的重要地位,決定了高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的理論和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近十幾年來(lái),隨著高爐結(jié)構(gòu)向現(xiàn)代化、大型化的發(fā)展,高爐冶煉技術(shù)和冶煉強(qiáng)度不斷提高,要求愈來(lái)愈精細(xì)的爐殼結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)。因此,爐殼壽命的長(zhǎng)短便成為冶金工業(yè)效益重要的衡量尺度,同時(shí)也促進(jìn)了世界特別是鋼鐵大國(guó)美、日、德、前蘇聯(lián)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。這些成果,對(duì)我國(guó)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步具有較好的借鑒和吸收價(jià)值。相比之下,我國(guó)高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)有著較大的差距。雖然歷經(jīng)幾十年的發(fā)展,已能獨(dú)立完成象寶鋼3號(hào)高爐這樣的設(shè)計(jì),但目前,我國(guó)還沒有能代表國(guó)家水平的、有關(guān)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算方法、計(jì)算程序和國(guó)家規(guī)范?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì),還只是停留在以經(jīng)驗(yàn)為主、計(jì)算為輔的較低層次,其中內(nèi)在的技術(shù)含量和理論底蘊(yùn)與國(guó)外有明顯距離。這就要求我國(guó)有關(guān)部門及科研設(shè)計(jì)人員在此方面多做一些工作,盡快提高我國(guó)億噸鋼鐵大國(guó)相關(guān)的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)[8]。1.5.1高爐鋼結(jié)構(gòu)高爐鋼結(jié)構(gòu)包括爐殼、爐體框架、爐頂框架、平臺(tái)和梯子等。高爐鋼結(jié)構(gòu)是保證高爐止常生產(chǎn)的重要設(shè)施。設(shè)計(jì)高爐鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的主要因素有；(1)高爐是龐大的豎爐，設(shè)備層層疊疊，鋼納構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮到各種設(shè)備安裝、檢修、更換則可行K．要考慮到大照設(shè)備的運(yùn)進(jìn)運(yùn)出，吊上吊下，臨時(shí)停放等可能性。(2)尚爐是高溫高壓反應(yīng)器，某些鋼結(jié)構(gòu)件巾具有耐高溫高壓、耐磨和pJ靠的密封性。(3)運(yùn)動(dòng)裝量運(yùn)動(dòng)軌跡周圍，應(yīng)留有足夠的凈主尺。J，升巴要考慮到安裝偏差和受力變形等因素。(4)對(duì)于支撐構(gòu)件，要隊(duì)真分析荷載條件，做強(qiáng)度計(jì)算。主要荷載包括：工作中的靜荷載、動(dòng)荷載、事故荷載(例如崩料、坐料引起的荷載等)，檢修、安裝時(shí)的附加荷載，以及外荷載〔風(fēng)載、地震等)。(5)露天鋼結(jié)構(gòu)和揚(yáng)塵點(diǎn)附近鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)避免積塵積水。(6)合理設(shè)置走梯、過(guò)橋和平臺(tái)，使操作方位，安全可靠[9]。1.5.2爐殼爐殼是高爐的外殼，里面有冷卻設(shè)備和爐襯，頂部有裝料設(shè)備和煤氣上升管，下部坐落在高爐基礎(chǔ)上，是不等截面的圓簡(jiǎn)體。爐殼的主要作用是固定冷卻設(shè)備、保證高爐砌磚的牢固性、承受爐內(nèi)壓力和起到爐體密封作用，有的還要承受爐頂荷載和起到冷卻內(nèi)襯作用。因此，爐殼必須具有一定強(qiáng)度。爐殼外形與爐襯和冷卻設(shè)備配置要相適應(yīng)。存在著轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)減弱爐殼的強(qiáng)度。內(nèi)于固定冷卻設(shè)備，爐殼需要開孔。爐殼折點(diǎn)和開孔應(yīng)避開在同一個(gè)截面。爐缸下部折點(diǎn)應(yīng)在鐵口框以下100mm以上，爐腹折點(diǎn)府在風(fēng)口大套法蘭邊緣以上大于100mm處，爐殼開口處需補(bǔ)焊加強(qiáng)板[10]。1.5.3爐體框架爐體框架由四根支柱組成，上至爐頂平臺(tái)，下至高爐基礎(chǔ)，宅高爐中心成對(duì)稱布置，在風(fēng)口平臺(tái)以上部分采用鋼結(jié)構(gòu)，有“工”字?jǐn)嗝?，也有圓形斷面，圓筒內(nèi)灌以混凝土。風(fēng)口平臺(tái)以上部分可以是鋼結(jié)構(gòu)，也可以來(lái)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。一般情況下應(yīng)保證支柱與熱鳳圍管有250mm間距1.5.4爐缸爐身支柱、爐腰支圈和支柱座圈爐缸支柱是用來(lái)承擔(dān)護(hù)腹或爐腰以上，經(jīng)爐腰支因傳遞下來(lái)的全部荷載。它的上端與爐腰支圈連接，下端則伸到高爐基座的座圈上。大中型高爐一般都是用24—40mm的鋼板，焊成工字形斷面的支柱，為了增加支柱的剛度，常加焊水平筋板。支柱向外傾斜6°左右，以便爐缸周圍寬敞。爐身支柱的作用是支撐爐頂框架及爐頂平臺(tái)上的荷載、爐身部分的平臺(tái)走梯、給排水管道等。—般為6根，下端應(yīng)與爐缸支柱相對(duì)應(yīng)。在確定爐身支柱與高爐中心的距離時(shí)．要考慮別爐頂框架的柱腳位置、爐身、爐腰部分冷卻設(shè)備的布置和更換。爐腰支圈的作用是把它承托的上部均布荷載變成幾個(gè)集中載荷傳給爐缸支柱，同時(shí)也起著密封作用。它是幾塊30—40mm厚的鋼板鉚接式焊接而戊的。在它與上下爐殼相接處，兩側(cè)都用角鋼加固，在外側(cè)邊緣也用角鋼加固．以加強(qiáng)其剛性。支柱座圈是為了使支柱作用于爐基上的力比較均習(xí)。在每個(gè)支柱下面都有鑄鐵或型鋼做成的單片墊板，并是彼此州拉桿或整環(huán)連接起來(lái)，以防止支柱在推力作用下或基礎(chǔ)損壞時(shí)發(fā)生位移。1.5.5高爐結(jié)構(gòu)荷載認(rèn)識(shí)的深入高爐綜合體結(jié)構(gòu)承受多種作用,荷載相當(dāng)復(fù)雜,但不外乎兩類一類決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,另一類與結(jié)構(gòu)耐久性相關(guān)。正是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性綜合決定了高爐結(jié)構(gòu)的壽命。（1）煤氣壓力、爐襯和冷卻系統(tǒng)的熱膨脹力、爐料和鐵水壓力,決定了正常操作條件下爐殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（2）爐內(nèi)高溫的周期作用或突然作用,能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱疲勞或沖擊應(yīng)力,降低鋼材塑性并導(dǎo)致脆性破壞。服役后期,內(nèi)襯及冷卻器的損傷,可導(dǎo)致局部過(guò)熱或大面積燒紅,將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力,加速爐殼開裂、美國(guó)內(nèi)陸公司證明,沿爐殼厚度的溫度梯度是大應(yīng)力的主要原因,當(dāng)最大熱應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力,爐殼就會(huì)開裂。（3）低周疲勞是影響高爐壽命的主要因素。據(jù)前蘇聯(lián)對(duì)高爐實(shí)際工作狀態(tài)的研究,爐殼是在不同循環(huán)特征和不同變化幅度的周期荷載作用下工作的,爐殼10年中荷載變化的循環(huán)次數(shù)為2*104,荷載不對(duì)稱系數(shù)p=0.6—0.9。在這種周期荷載作用下,爐殼的應(yīng)力集中區(qū)和焊縫缺陷處出現(xiàn)局部塑性變形,從而產(chǎn)生低周疲勞破壞。因此,日本在爐殼的計(jì)算中,除考慮內(nèi)襯膨脹等必須考慮的荷載外,還計(jì)入爐殼外表溫度為t=100--130℃,鋼板內(nèi)外溫差10℃。這表明國(guó)外爐殼設(shè)計(jì)不僅考慮了正常操作下的狀況,而且已將服役后期溫度應(yīng)力對(duì)壽命的降低計(jì)入在內(nèi)。所以,高爐結(jié)構(gòu)的最終壽命,就是正常條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,抵御低周疲勞脆斷的時(shí)限。大量的實(shí)驗(yàn)、分析、實(shí)踐證實(shí)爐殼損壞有兩種原因一是由于疲勞,特別是局部過(guò)熱引起的疲勞損傷另一種是突然的脆性斷裂。因此,爐殼設(shè)計(jì)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度為據(jù)。以斷裂韌性為結(jié)構(gòu)抗裂性指標(biāo),記K=K1c作為防止脆斷的依據(jù),當(dāng)K≤K1c，時(shí)結(jié)構(gòu)安全反之亦然[11]。1.5.6國(guó)外先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式為使高爐長(zhǎng)壽,國(guó)外研究設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,改善爐殼受力,減少應(yīng)力集中。（1）采用爐身高度較低、薄壁、外形簡(jiǎn)單、爐型變化小的新爐型。新日鐵公司徹底消除爐體焊縫應(yīng)力,爐腹以下不彎折、爐底和爐缸作成直角,保證爐殼應(yīng)力沿高度均勻分布。（2）改進(jìn)爐殼與冷卻器的連接構(gòu)造,減少爐殼開孔的應(yīng)力集中。前蘇聯(lián)將現(xiàn)有冷卻器用四螺栓與爐殼固定,改用一螺栓連接。并提出了改進(jìn)風(fēng)口,出鐵口和高爐加料裝置的構(gòu)造措施,從而改善高爐受力。（3）優(yōu)化爐殼孔型及分布。英國(guó)戴維公司對(duì)爐殼與冷卻器連接處的孔型及分布的研究取得進(jìn)展,獲得減少應(yīng)力集中的最有效孔型布置,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明孔邊緣必須磨光。1.5.7國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展將我國(guó)煉鐵設(shè)計(jì)的發(fā)展,有兩次飛躍第一次飛躍時(shí)間為50和60年代。這時(shí)期,我國(guó)設(shè)計(jì)人員在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下完成了鞍鋼、本鋼8座高爐施工圖設(shè)計(jì)。蘇聯(lián)完成了武鋼、包鋼的初步設(shè)計(jì),并提供了整套、高爐定型設(shè)計(jì)圖紙。據(jù)此,我國(guó)相繼建成了5座高爐,正是這些工程實(shí)際,為我國(guó)技術(shù)人員學(xué)習(xí)、消化、掌握現(xiàn)代化大型高爐的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算理論、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)提供了契機(jī)。也基于此,重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院于60年代編制了我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)—《高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》。該規(guī)定引入公式及邊緣效應(yīng)計(jì)算。盡管實(shí)踐和理論早已證明該式存在明顯局限,直到現(xiàn)在,我國(guó)的大多數(shù)設(shè)計(jì)單位,對(duì)爐殼的計(jì)算仍以此為據(jù),蘇聯(lián)在公式后建立的更為科學(xué)的理論和方法,未能在我國(guó)設(shè)計(jì)界得到廣泛應(yīng)用和推廣。第二次飛躍,以計(jì)算機(jī)和大型結(jié)構(gòu)分析通用程序,引入整個(gè)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為標(biāo)志,時(shí)間為寶鋼建設(shè)時(shí)期。寶鋼1號(hào)高爐以日本君津廠3號(hào)高爐第一代原型為樣板,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由日本新日鐵完成。為搞好寶鋼2號(hào)高爐設(shè)計(jì),重鋼院在消化移植1號(hào)高爐技術(shù)的同時(shí),引進(jìn)了日本川崎公司的大型程序KBSD。隨后,北鋼院從美國(guó)引進(jìn)了通用分析程序GTSTRDL和NASTRAN,用于工程設(shè)計(jì)。這些程序,不僅能對(duì)高爐系統(tǒng)的熱風(fēng)爐、除塵器、爐體框架及爐殼等子系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的靜動(dòng)力分析,也可考慮其相互作用,進(jìn)行綜合動(dòng)力分析,既可作整體彈性分析,還可對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)部做靜力彈塑性分析。表明,我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是爐殼開始進(jìn)入電算時(shí)代[12]。1.5.8我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的現(xiàn)狀（1）我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),還處在以經(jīng)驗(yàn)為主、計(jì)算分析為輔的階段。設(shè)計(jì)新建高爐時(shí),技術(shù)人員往往參照已建的高爐或已往的經(jīng)驗(yàn),確定爐殼厚度和用鋼量,決定爐殼的主體結(jié)構(gòu),計(jì)算分析只是參考。其根本原因,就在于沒有明確掌握高爐內(nèi)三項(xiàng)材料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、爐內(nèi)化學(xué)變化對(duì)爐皮的真實(shí)壓力,以及高溫作用、低周荷載對(duì)爐殼疲勞與脆斷的影響,不得不把經(jīng)驗(yàn)作為主要依據(jù)。（2）我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),已經(jīng)進(jìn)入電算時(shí)代,已有較為完備、符合高爐工況的計(jì)算軟件和細(xì)部分析能力,能夠在彈性薄膜理論和板殼有矩理論指導(dǎo)下,對(duì)整體進(jìn)行分析,也可對(duì)局部進(jìn)行彈塑性分析。但我國(guó)高爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度還不高,落后于日本、前蘇聯(lián)等國(guó)家。由于我們?nèi)狈?duì)高爐,特別是爐體內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)和研究,很難對(duì)荷載做進(jìn)一步的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。因此,不管擁有多么先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備和手段,校核的數(shù)據(jù)與使用總有一定距離。而且,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,我們只考慮了爐役前期,統(tǒng)計(jì)正常操作下的荷載,盡管我們已經(jīng)考慮內(nèi)襯膨脹對(duì)爐殼的壓力,但對(duì)熱疲勞,低周荷載在爐役后期,對(duì)高爐壽命減少的影響沒有考慮。斷裂力學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)壽命的估計(jì),還未應(yīng)用于設(shè)計(jì)。（3）我國(guó)還沒有統(tǒng)一的高爐設(shè)計(jì)概念,沒有編制自己的設(shè)計(jì)規(guī)范和計(jì)算程序,缺乏明確的爐殼設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)沒有一本有關(guān)的專著,基本沿用蘇聯(lián)理論和規(guī)范,以及日本的一些做法,加上各設(shè)計(jì)單位缺乏相互交流,在市場(chǎng)利益機(jī)制的驅(qū)使下,必然大部分沿襲舊有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。所以,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步遲緩[13]。1.6高爐基礎(chǔ)高爐基礎(chǔ)是高爐下部的承重結(jié)構(gòu)，它的作用是將高爐全部荷載均勻地傳遞到地基。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座部分和地團(tuán)上的基墩部分組成。1.6.1高爐基礎(chǔ)的負(fù)荷高爐基礎(chǔ)承受的負(fù)荷包括靜負(fù)荷、動(dòng)負(fù)荷、熱應(yīng)力作用，其中溫度造成的熱應(yīng)力作用最危險(xiǎn)。①靜負(fù)荷高爐基礎(chǔ)承受的靜負(fù)荷包括高爐內(nèi)部的爐料重量、渣、鐵液重量、爐體本身的砌磚重量、金屬結(jié)構(gòu)重量、冷卻設(shè)備及冷卻水重量、爐頂設(shè)備重量等，還有爐下建筑物、斜橋、卷?yè)P(yáng)機(jī)等分布在爐身周圍的設(shè)備重量。就力的作用情況來(lái)看，前者是對(duì)稱的，作用在爐基上，后者則常常是不對(duì)稱的，是引起力矩的因素，可能產(chǎn)生不均勾下沉。②動(dòng)負(fù)荷生產(chǎn)中常有崩料、坐料等，加給爐基的功負(fù)荷是相當(dāng)大的，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮。③熱應(yīng)力作用爐缸中貯存著高溫的鐵液和渣液，爐基處于一定的溫度下。由于高爐基礎(chǔ)內(nèi)溫度分布不均勻，一般是里向外低，上高下低．這就在高爐基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。1.6.2對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求如下：(1)高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部荷載均勻地傳給地基，不允許發(fā)生沉陷和不均勻的沉陷。高爐基礎(chǔ)下沉?xí)鸶郀t鋼結(jié)構(gòu)變形，管路破裂。不均勻下沉將引起高爐傾斜，破壞爐頂正常布料，嚴(yán)重時(shí)不能正常生產(chǎn)。(2)具有一定的耐熱能力。—般混凝土只能在150℃以下工作，250℃便有開裂．400℃時(shí)失去強(qiáng)度，鋼筋混凝上700℃時(shí)失去強(qiáng)度。過(guò)去由于沒有的熱混凝土基墩和爐底冷卻設(shè)施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎(chǔ)破壞，甚至爆炸。采用水冷爐底及耐熱基墩后，可以保證高爐基礎(chǔ)很好工作?；諗嗝鏋閳A形，直徑與爐底相同，高度一般為2.5—3.0m。設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)可以利用基墩高度調(diào)節(jié)鐵口標(biāo)高[2]。

第二章包頭地區(qū)1500m3高爐本體設(shè)計(jì)2.1高爐爐型設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1定容積從投資、生產(chǎn)效率、經(jīng)營(yíng)管理方面考慮，高爐座數(shù)少些為好，選定高爐座數(shù)為1座，高爐利用系數(shù)為ηv=2.6t/(m3·d)高爐容積Vu=1500m32.1.2確定年工作日和日產(chǎn)量年工作日為365×95%=347天,日產(chǎn)量P總=Vu·ηv=3900t2.1.3高爐車間年生鐵產(chǎn)量PQ=M×T×ηv×Vv式中：PQ——高爐車間年生鐵產(chǎn)量，噸；M——高爐座數(shù)；T——年平均工作日，我國(guó)采用355天。ηv——高爐有效容積利用系數(shù)，t/(m3.d)；Vv——高爐有效容積，m3；PQ=1×355×2.6×1500=1384500t2.1.4高爐有效高度(Hu)的確定高爐的有效高度決定著煤氣熱能和化學(xué)能的利用，也影響著順行。增加有效高度能延長(zhǎng)煤氣與爐料的接觸時(shí)間，有利于傳熱與還原，使煤氣能量得到充分利用，從而有利于降低焦比。但有效高度過(guò)高，煤氣流通過(guò)料柱的阻力增大，不利于順行。所以，實(shí)際確定高爐有效高度時(shí)，首先應(yīng)考慮原燃料質(zhì)量，其次是爐容和鼓風(fēng)機(jī)性能。有效高度可用下述統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算：

620m3以下的中小型高爐：HU=4.05VU0.265對(duì)于大型高爐：HU=6.44VU0.2=6.44×15000.2=27.8m

2.1.5高爐全高的確定H全=Hu+h0

式中：H全——高爐全高，m；Hu——高爐有效高度，m；h0——死鐵層高度，m，選1.2m；

則H全=Hu+h0=27.8+1.2=29m

2.1.6爐缸尺寸（1）爐缸直徑由式t/(m3.h)選定冶金強(qiáng)度I=1.1t（m3·d）；燃燒強(qiáng)度i燃=1.2t/(m3·h)則：d=0.23=8.55取8.6m（2）爐缸直徑(d)的校核：

爐缸直徑確定的是否合適，可以由VU/A比值來(lái)校核，根據(jù)爐容大小，合適的VU/A比值為：大型高爐22~28，中型高爐15~22，A為爐缸截面積。校核Vu/A==25.84，，計(jì)算合理。（3）爐缸高度爐缸高度設(shè)計(jì)分為三段考慮，一般先求渣口高度(hz)，然后求風(fēng)口高度(hf)，最后求出爐缸高度(h1)。

a渣口高度(hz)可用公式：hz=P×b/A×N×Vt×f

式中：P——日產(chǎn)生鐵產(chǎn)量，t/d;b——生鐵波動(dòng)系數(shù)，取1.2；A——爐缸截面積，m2；

N——每晝夜出鐵次數(shù)(平均每?jī)尚r(shí)出一次)；VT——鐵水密度，7.1t/m3；f——渣口以下爐缸容積利用系數(shù),多采用0.55~0.60，本設(shè)計(jì)f取0.60。

hz=P×b÷A×N×Vt×f=3900×1.2÷58×12×7.1×0.60=1.84m

b風(fēng)口高度(hf)(a取1.25m)

hf=hz+a=1.84+1.25=3.1mc爐缸高度(h1)

h1=hf+b

式中：b——安裝風(fēng)口的結(jié)構(gòu)尺寸，大中型高爐0.35~0.5m，本設(shè)計(jì)b取0.35m。h1=hf+b=3.1+0.35=3.45md鐵口數(shù)目大型高爐可設(shè)2~4個(gè)鐵口，一般中小型高爐設(shè)一個(gè)鐵口。f風(fēng)口數(shù)目：N=π×d÷S

式中：d——爐缸的直徑；S——相鄰兩風(fēng)口中心線之間的弧長(zhǎng)，取1.2m；

N=π×d÷S=π×8.6÷1.2=22.5取22。g風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸：a=0.4h=h+a=3.5m2.1.7爐腹的計(jì)算

a爐腹高度(h2)

現(xiàn)代大中型高爐爐腹高度一般為2.8~3.6m，小型高爐一般為1.5~2.5m。本設(shè)計(jì)選取h2=2.8m

b爐腹角(α)爐腹角一般為80°~82°，爐腹角過(guò)小不利于爐料下降，影響順行；爐腹角過(guò)大不利于煤氣流分布，容易使邊緣煤氣流過(guò)分發(fā)展，同時(shí)不利于產(chǎn)生穩(wěn)定的渣皮保護(hù)爐襯。本設(shè)計(jì)選α=82°。2.1.8爐腰直徑(D)

可由D/d確定，一般大型高爐為1.10~1.15，中型高爐為1.15~1.25，小型高爐為1.25~1.50。本設(shè)計(jì)選取D/d=1.25∴D=1.25×d=1.25×8.6=10.75m取11m2.1.9爐喉高度(h一般參照同類型高爐數(shù)據(jù)選取，大型高爐為2.0~2.5m；中型高爐為1.5~2.0m；小型高爐為0.6~1.5m。本設(shè)計(jì)選h5=2.0m。

2.2.10爐喉直徑(d爐喉直徑可用d1/D的比值確定，大中型高爐d1/D為0.65~0.70，D—爐腰直徑，取10.75m。d1/D取0.65，d1=0.65D，本設(shè)計(jì)d1=6.988m。

2.1.10爐身的計(jì)算由公式h4=(D-d1)×tanβ÷2=16.5mh=Hu-(h+h+h+h)=3m2.2各部分容積計(jì)算2.2.1爐缸部分容積計(jì)算：

V1=π÷4×d2×h1=197.40m32.2.2爐腹部分容積計(jì)算：

V2=π÷12×h2×(d2+D2+D×d)=195.21m32.2.3爐腰部分容積計(jì)算：

V3=π÷4×D2×h3=144.69m2.2.4爐身部分容積計(jì)算：

V4=π÷12×h4×(d12+D2+D×d1)=896.45m3

2.2.5爐喉部分容積計(jì)算：V5=π÷4×d12×h5=75.23m3V=V+V+V+V+V=1509.08m誤差ΔU=×100%=0.64%＜1%所以，設(shè)計(jì)合理。高爐內(nèi)型參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值1有效容積Vu/m315002爐缸直徑d/mm86003爐腰直徑D/mm107504爐喉直徑d1/mm65005死鐵層深度h0/mm12006爐缸高度h1/mm35007爐腹高度h2/mm28008爐腰高度h3/mm30009爐身高度h4/mm1650010爐喉高度h5/mm200011有效高度Hu/mm2780012爐腹角α82°13爐身角β83°30′14Hu/D2.5815鐵口數(shù)/個(gè)216風(fēng)口數(shù)/個(gè)22

第三章高爐爐襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐缸、爐底承受高溫、高壓、渣鐵沖刷侵蝕和滲透的作用，工作條件非常惡劣高爐耐火材料的選擇主要考慮冶煉過(guò)程中各種物理、化學(xué)反應(yīng)對(duì)其的侵蝕。主要考慮六項(xiàng)指標(biāo)：抗堿金屬性、導(dǎo)熱性、抗爆裂性、碳素氧化性、抗熱震性和抗渣耗侵蝕性能。爐缸、爐底是高爐重要部分，被侵蝕破壞程度是決定高爐大修的關(guān)鍵。3.1爐底和爐缸高爐爐底、爐缸內(nèi)襯承受著高爐內(nèi)氣體高壓和鐵水壓力、高溫和溫度波動(dòng)的作用,還承受著渣鐵沖刷、化學(xué)侵蝕,有害元素的作用產(chǎn)生脆化、剝落上浮,還有可能因漏水而造成的氧化,其工作環(huán)境復(fù)雜。爐缸、爐底工作情況好壞,關(guān)系到一代高爐壽命。爐缸爐底耐材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐底砌3層大塊炭磚，底部一層為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石墨磚，第二層為國(guó)產(chǎn)微孔炭磚，上部為德國(guó)SGL公司的超微孔炭磚7RD-N，上砌兩層優(yōu)質(zhì)陶瓷材料。爐缸圓周采用熱壓小塊炭磚（NMA），內(nèi)側(cè)砌陶瓷材料保護(hù)。鐵口區(qū)域的外側(cè)采用熱壓小塊炭磚（NMA），加厚部分靠爐墻采用NMD以降低熱阻，提高冷卻效果，熱壓小塊炭磚內(nèi)側(cè)用陶瓷材料保護(hù)。鐵口采用砌筑后鉆孔。鐵口以下的易形成蘑菇狀侵蝕區(qū)，外側(cè)采用熱壓小塊炭磚（NMA），加厚部分靠爐墻采用NMD以降低熱阻，提高冷卻效果。風(fēng)口區(qū)采用剛玉質(zhì)大塊組合磚。冷卻壁與碳磚之間在采用大塊碳磚時(shí)應(yīng)留有80-100填料縫，期間充填導(dǎo)熱率與大塊碳磚相近的碳素填料。采用小塊炭磚部位可緊貼冷卻壁砌筑。爐底水冷管，在水冷管中心線以上至爐底密封板間，添以導(dǎo)熱性能好的碳素材料，冷卻水管中心線以下采用澆注料，爐底板下與碳素?fù)v打料之間縫隙采用碳素膠泥壓力灌漿。上述設(shè)計(jì)方案的爐底、爐缸結(jié)構(gòu)的溫度分布比較合理?？梢赃m應(yīng)高爐長(zhǎng)壽目標(biāo)的要求。陶瓷杯采用國(guó)內(nèi)小塊結(jié)構(gòu)，杯壁采用剛玉莫來(lái)石磚，陶瓷墊底層采用剛玉莫來(lái)石磚[14]。3.2爐腹?fàn)t腹區(qū)域采用磚壁合一薄內(nèi)襯(150mm)結(jié)構(gòu)形式。耐火磚內(nèi)襯采用冷鑲方式直接與冷卻壁砌成整體,磚襯與冷卻壁采用燕尾槽連接。3.3爐腰和爐身爐腰緊靠爐腹，侵蝕作用也相似。本設(shè)計(jì)采用過(guò)渡式爐腰結(jié)構(gòu)，該部位砌筑一層345mm厚的高鋁磚，砌磚緊靠冷卻壁，砌磚磚縫應(yīng)不大于1mm（本設(shè)計(jì)取1mm），上下層磚縫和環(huán)縫均應(yīng)錯(cuò)開。爐身砌磚厚度通常為690～805mm，目前趨于向薄的方向發(fā)展，本設(shè)計(jì)的爐襯厚度采用575mm，即230高鋁磚+345高鋁磚=575mm。爐身傾斜部位按3層磚錯(cuò)臺(tái)一次砌筑。砌磚緊靠冷卻壁，縫隙用炭質(zhì)填料填充。3.4爐喉本設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)條式爐喉鋼磚，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)中不易變形、脫落，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便。爐喉有幾十塊保護(hù)板，在爐喉的剛殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板，板之間留20mm的間隙，保證保護(hù)板受熱膨脹時(shí)不相互碰擠。

第四章高爐冷卻設(shè)備選擇大型高爐爐缸直徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中心部位的熱量散發(fā)出去，爐底如不進(jìn)行冷卻爐底則向下侵蝕嚴(yán)重。目前，多數(shù)高爐爐底都采用水冷的方法，即水冷爐底。高爐生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效與長(zhǎng)壽統(tǒng)一一直是高爐工作者追求的目標(biāo)。延長(zhǎng)高爐壽命不僅可以保證高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定高產(chǎn)，降低燃料消耗，而且還可以直接節(jié)約大修費(fèi)用和減少由于大修引起的停產(chǎn)損失。國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐證明，全部采用鑄鐵冷卻壁的高爐不可能達(dá)到上述二者的統(tǒng)一。高效的高爐不長(zhǎng)壽，長(zhǎng)壽的高爐難以高效，這是過(guò)去的高爐存在的狀況。影響這些高爐壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是爐身下部。通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到爐身下部壽命的延長(zhǎng)必須在該部位建立一個(gè)無(wú)過(guò)熱的冷卻體系。所謂無(wú)過(guò)熱的冷卻體系就是在高盧任何工況條件下冷卻設(shè)備的工作溫度都不會(huì)超過(guò)它的允許使用溫度，從而達(dá)到冷卻設(shè)備燒不壞的目的。20世紀(jì)80年代以前，我國(guó)高爐采用工業(yè)水開路循環(huán)和普通灰鑄鐵冷卻壁那邊的冷卻系統(tǒng)遠(yuǎn)未達(dá)到無(wú)過(guò)熱狀態(tài)。直至20世紀(jì)90年代，我國(guó)許多高爐的爐身下部采用了軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、球墨鑄鐵冷卻壁和優(yōu)質(zhì)耐火材料，爐身壽命得到了相應(yīng)的延長(zhǎng)，但是也沒有完全達(dá)到無(wú)過(guò)熱狀態(tài)。傳熱理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果表明，在爐襯被完全侵蝕的條件下，球墨鑄鐵冷卻壁在有渣皮存在時(shí)，尚可維持正常工作，一旦由于爐況波動(dòng)造成渣皮脫落，冷卻壁本體將出現(xiàn)過(guò)熱，工況溫度將超過(guò)球磨鑄鐵的極限使用溫度—760℃.這種情況的出現(xiàn)將是不可避免的，高爐的操作條件越不穩(wěn)定，它的出現(xiàn)將越頻繁，冷卻壁的損壞就越快。因此人們不得不采用高檔的耐火才料與雙層水管冷卻壁（第四代冷卻壁）同時(shí)并用的方案才能獲得較長(zhǎng)的爐身壽命。究其原因，問題在與球磨鑄鐵冷卻壁本體材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，水管表面存在防滲碳涂層所形成的氣隙層使得冷卻壁的整體熱阻很大。自從1979-1988年德國(guó)在高爐試用銅冷卻壁獲得成功后，人們發(fā)現(xiàn)銅冷卻壁是一種在高爐冶煉條件下不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱的冷卻設(shè)備，因而得到迅速的推廣應(yīng)用。近年來(lái)我國(guó)生產(chǎn)的銅冷卻壁已經(jīng)適應(yīng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，國(guó)內(nèi)很多高爐使用了銅冷卻壁，效果很好。爐身下部采用銅冷卻壁，其壽命大幅度延長(zhǎng)了。為了使?fàn)t身中上部結(jié)構(gòu)的壽命與爐身下部同步，國(guó)內(nèi)專家認(rèn)定爐身中上部采用全覆蓋鑲磚球磨鑄鐵冷卻壁，且天鋼、唐鋼等多座高爐使用效果非常好。因此本設(shè)計(jì)在高爐爐腹、爐腰、爐身下部采用全覆蓋鑲磚銅冷卻壁，爐身中上部，爐缸采用傳統(tǒng)的灰鑄鐵光面冷卻壁[15]。4.1爐缸和爐底部位冷卻設(shè)備選擇大型高爐爐缸直徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中心部位的熱量散發(fā)出去，爐底如不進(jìn)行冷卻爐底則向下侵蝕嚴(yán)重。本次設(shè)計(jì)，爐底采用水冷管水冷冷卻方式；爐底水冷管設(shè)置在爐底板下，水冷管中心線以下埋置在爐基耐火混凝土基墩上表面中，中心線以上為碳素?fù)v固層和爐底板爐缸和爐底選用灰鑄鐵光面冷卻壁4.2爐腹、爐腰和爐身中下部高爐這部分是熱負(fù)荷很高、溫度波動(dòng)最大、熱震劇烈、堿金屬侵蝕嚴(yán)重等工作條件極嚴(yán)酷的區(qū)域。在爐腹和爐腰采用了新日鐵第三代冷卻壁;在爐身中下部采用了帶凸臺(tái)的第三代冷卻壁和第四代冷卻壁。大型高爐爐缸直徑較大，周圍徑向冷卻壁的冷卻，已不足以將爐底中心部位的熱量散發(fā)出去，爐底如不進(jìn)行冷卻爐底則向下侵蝕嚴(yán)重。4.3爐身上部大型高爐爐身上部砌體受爐料的磨損，以及裝料時(shí)溫度的波動(dòng)，而遭到損壞。因此，新建和改建的高爐爐身上部普遍采用水冷壁。合理的水冷壁設(shè)置方式能夠保證爐料在下降過(guò)程中的正常分布，從而達(dá)到合理地控制煤氣氣流分布的目的。4.4爐頂冷卻爐頂采用噴水冷卻。4.5爐喉冷卻爐喉部位本設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)條式水冷爐喉鋼磚，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)中不易變形、磨損、脫落，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便。爐喉有幾十塊保護(hù)板，在爐喉的剛殼上裝有吊掛座，座下裝有橫的擋板，板之間留20mm的間隙，保證保護(hù)板受熱膨脹時(shí)不相互碰擠。4.6冷卻壁設(shè)計(jì)原則西歐冷卻壁設(shè)計(jì)的原則著重于熱量傳遞過(guò)程中各交接界面保證有合適的熱流密度。當(dāng)水與水管表面的熱流密度過(guò)大時(shí)，水來(lái)不及把管壁的熱量帶走，管壁將過(guò)熱，并引起局部沸騰造成氣塞，破壞水的正常流動(dòng)。在冷卻壁內(nèi)應(yīng)有足夠的水管表面積，以保證把冷卻壁鑄鐵本體中的熱量帶走，并提出水管的表面積應(yīng)大于冷卻壁受熱表面積。根據(jù)這些原則的指導(dǎo)，在冷卻壁內(nèi)配置了較粗的水管。新日鐵冷卻壁的研究主要著重于冷卻壁損壞過(guò)程及高爐停爐后對(duì)冷卻壁的解剖調(diào)查。發(fā)現(xiàn)冷卻壁的損壞是由冷卻壁四個(gè)邊緣開始的，從發(fā)裂而形成裂紋，逐漸在各冷卻壁交界處，特別是四個(gè)角上開裂，使鑄鐵碎裂、脫落，致使高爐爐殼局部過(guò)熱。第二代冷卻壁是在總結(jié)了前蘇聯(lián)冷卻壁的使用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，作了如下改進(jìn):(1)冷卻壁內(nèi)的水管彎曲半徑盡量縮小;(2)使用鐵素體球墨鑄鐵代替高鉻鑄鐵;(3)鑲磚材質(zhì)由粘土磚改為高鋁磚;(4)將支撐砌體的“l(fā)”，形部位用單獨(dú)系統(tǒng)的水管冷卻。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用以后，冷卻壁四個(gè)角部的損壞有所減少，而上、下段冷卻壁間的損壞仍較多。第三代冷卻壁的主要特征是，增加了角部水管，同時(shí)增加了背部蛇形管;鑄在冷卻壁內(nèi)的耐火材料改為SIC質(zhì)。由于冷卻壁對(duì)磚襯的支承能力較差，內(nèi)襯壽命約2—3年。為了改善對(duì)襯磚的支承將內(nèi)襯與冷卻壁鑄成一體，并且減薄磚襯的厚度，成為第四代冷卻壁。第四代冷卻壁由于是薄壁，使得內(nèi)襯侵蝕引起的內(nèi)形變化與圓周均勻性的變化可限制到最小限度，從而保證了高爐在投產(chǎn)初期的極短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，并長(zhǎng)期穩(wěn)定地操作，以及一代壽命中都能很好地控制爐料分布和煤氣分布。由于高爐內(nèi)襯磚鑄入冷卻壁中，把現(xiàn)場(chǎng)砌磚的手工勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到冷卻壁制造廠內(nèi)，改善了勞動(dòng)條件和造襯的質(zhì)量，并大幅度縮短施工時(shí)間，保證大型高爐大修或建設(shè)時(shí)間最短、質(zhì)量?jī)?yōu)良。

第五章高爐鋼結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)5.1高爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)高爐本體鋼結(jié)構(gòu)，主要是解決爐頂荷載、爐身荷載傳遞到爐基的方式方法，本設(shè)計(jì)采用爐身框架式。其特點(diǎn)是；由4根支柱連接成框架，而框架是一個(gè)與向爐本體不相連接的獨(dú)立結(jié)構(gòu)?？蚣芟虏抗潭ㄔ诟郀t基礎(chǔ)上，頂端則支撐在爐項(xiàng)平臺(tái)。因此爐頂框架的重量、煤氣上升管的重量、各層平臺(tái)及水管重量，完全由大框架直接傳給基礎(chǔ)。只有裝料設(shè)備重量經(jīng)爐殼傳結(jié)基礎(chǔ)。爐殼爐殼一般分支圈式和自立式兩種。本設(shè)計(jì)采用自立式，該設(shè)計(jì)除爐襯外均由爐殼將其荷載傳給基礎(chǔ)。爐殼用16mMn鋼板焊接而成，加工時(shí)，結(jié)合高爐高度分為24段。先將鋼板彎卷好，然后預(yù)裝、焊接?？蚣鼙驹O(shè)計(jì)框架跨度為18m，爐體框架由下部框架、上部框架和爐頂框架組成，在爐體不同高度設(shè)置12層平臺(tái)，其中由爐體框架支撐的有10層平臺(tái)，每層都由不同用途，主要用于維修和更換設(shè)備。爐缸支圈、爐腰支圈和支柱座圈爐缸支圈上端與爐腰支圈連接，下端則支撐到基座面上的座圈上，采用35mm厚的鋼板，焊成工字型斷面支柱，長(zhǎng)度14m。支柱數(shù)目為13，均勻分布爐缸周圍。爐腰支圈用幾塊30mm后的扇形鋼板焊接成水平環(huán)圈。上下部與爐殼相接處都用角鋼加固，外側(cè)邊緣也用角鋼加固，提高剛性。爐身支柱是支持爐頂框架及爐頂平臺(tái)上的荷載以及爐身部分的平臺(tái)走梯、給排水管道等[5]。5.2高爐爐基的形狀及材質(zhì)高爐基礎(chǔ)是高爐下部的承重結(jié)構(gòu)，它的作用是將高爐全部載荷均勻地傳遞到爐基。高爐基礎(chǔ)由埋在地下的基座和地面上的基墩組成。鋼筋混凝土基座耐火混凝土基墩?qǐng)D4高爐基礎(chǔ)A對(duì)高爐基礎(chǔ)的要求鋼筋混凝土基座耐火混凝土基墩?qǐng)D4高爐基礎(chǔ)1)高爐基礎(chǔ)應(yīng)把高爐全部載荷均勻地傳給爐基，不發(fā)生沉陷和不均勻沉陷。高爐基礎(chǔ)下沉?xí)鸶郀t鋼結(jié)構(gòu)變形，管路破裂；不均勻下沉將引起高爐傾斜，破壞爐頂正常布料，嚴(yán)重時(shí)不能正常生產(chǎn)。高爐總體設(shè)計(jì)，對(duì)基礎(chǔ)的下沉量和傾斜率都有嚴(yán)格要求。2)具有一定的耐熱能力。一般混凝土只能在150以下工作，250便有開裂，400時(shí)失去強(qiáng)度，鋼筋混凝土700時(shí)失去強(qiáng)度。過(guò)去由于沒有耐熱混凝土基墩和風(fēng)冷爐底設(shè)施，爐底破損到一定程度后，常引起基礎(chǔ)破壞，甚至爆炸。采用風(fēng)冷和水冷爐底及耐火基墩后，可以保證高爐基礎(chǔ)很好工作。B高爐基礎(chǔ)的形狀、尺寸、材質(zhì)結(jié)構(gòu)高爐基礎(chǔ)是由基墩和基座組成的。高爐基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)主要取決于地質(zhì)條件和高爐的容積?；盏淖饔檬歉魺岷驼{(diào)節(jié)鐵口標(biāo)高?；沼媚蜔峄炷磷鞒??；盏男螤顬閳A柱體，直徑尺寸與爐底相適應(yīng)，并要求高度一般為2.5～3.0m，本設(shè)計(jì)為3.0m。高爐基墩一般都澆注成整體結(jié)構(gòu)，并在周圍設(shè)置環(huán)行鋼筋以保證其強(qiáng)度?；障虏康臓t殼外面設(shè)有密封鋼環(huán)，上部與爐殼焊接，下部澆注在基座的混凝土內(nèi)。鋼環(huán)與爐殼之間留100～150mm空隙，內(nèi)填充碳素材料?；张c基礎(chǔ)之間留有10mm的水平溫度縫，其間填充石英砂，以抵抗形變損壞。基座的主要作用是將上面?zhèn)鬟f來(lái)的載荷傳遞給地層。基座的底面積較大，以減小單位面積的地基所承受的壓力。基座的直徑與載荷和地基土質(zhì)有關(guān)，基座用普通鋼筋混凝土制成，其形狀一般為正多邊形，本設(shè)計(jì)選用正八邊形，其對(duì)角線長(zhǎng)為40m。基座表面為帶坡度的水泥沙漿層，以便于排出積水。

結(jié)論本次設(shè)計(jì)遵循現(xiàn)代高爐實(shí)用、先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保的設(shè)計(jì)思想,通過(guò)從高爐本體設(shè)計(jì)以及選取，再次系統(tǒng)的回顧了大學(xué)三年以來(lái)所學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)性的運(yùn)用，從中獲益匪淺。高爐壽命與高爐設(shè)計(jì)密不可分，合理的高爐設(shè)計(jì)，對(duì)延長(zhǎng)高爐壽命至關(guān)重要。1500m3高爐設(shè)計(jì)為適當(dāng)矮胖型，并加深死鐵層厚度。這有利于開通死料柱下部通道,從而減少出鐵時(shí)鐵水環(huán)流對(duì)爐襯的侵蝕,同時(shí)較深的死鐵層可貯存較多的鐵水,保證爐缸有充足的熱量?jī)?chǔ)備,穩(wěn)定鐵水溫度和鐵水成分。高爐爐襯設(shè)計(jì)充分考慮了高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機(jī)理，有針對(duì)性的選用耐火材料,并在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)磚襯的穩(wěn)定性。爐底、爐缸采用半石墨炭磚-陶瓷杯復(fù)合爐襯結(jié)合水冷炭磚爐底結(jié)構(gòu)，減少了鐵水通過(guò)爐底、爐缸的熱損失。鐵口通道、風(fēng)口區(qū)采用大塊剛玉莫來(lái)石組合磚砌筑,在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)了磚襯穩(wěn)定性。爐腹及以上區(qū)域采用磚壁合一薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式，高爐內(nèi)襯薄，爐型穩(wěn)定，設(shè)計(jì)爐型基本上就是操作爐型。而且耐材消耗量大量減少，節(jié)省大量投資。

[1]成伯蘭．高爐煉鐵工藝及計(jì)算[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1991年12月第一版.[2]周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M]北京：冶金工業(yè)出版社，2002年8月第一版[3]任貴義．煉鐵學(xué)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005年.[4]陳達(dá)士．2005最新高爐煉鐵新工藝、新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]．當(dāng)代中國(guó)音像出版社2005年.[5]郝素菊．高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003年1月.[6]張玉柱．煉鐵節(jié)能與工藝計(jì)算[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2002年6月.[7]那樹人.煉鐵計(jì)算[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005年3月.[8]王平.煉鐵設(shè)備[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005年.[9]那樹人．煉鐵計(jì)算[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005.[10]梁中渝.煉鐵學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.4.[11]萬(wàn)新.煉鐵廠設(shè)計(jì)原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.[12]郝素菊．高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003. [13]萬(wàn)新等．煉鐵設(shè)備及車間設(shè)計(jì)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2007.[14]劉德樓，董龍果，劉繼安.濟(jì)鋼1750m3高爐技術(shù)特點(diǎn)[J].煉鐵，2005.8.[15]翟勇強(qiáng).水鋼1350m3高爐工藝裝備特點(diǎn)[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.2.

致謝光陰似箭，轉(zhuǎn)眼之間三年的大學(xué)生活即將結(jié)束?；厥走@三年走過(guò)的路，無(wú)不充滿汗水和拼搏。無(wú)論是在思想或是學(xué)業(yè)上的每一次進(jìn)步，都離不開老師、同學(xué)和朋友們的熱情幫助。在設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向一直關(guān)心和指導(dǎo)我的王永斌老師表示衷心的感謝。自畢業(yè)設(shè)計(jì)以來(lái)，從論文的開題、計(jì)劃任務(wù)書、前期資料收集整理到論文的撰寫、修改、定稿，都得到導(dǎo)師的極大幫助，導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作精神、高瞻遠(yuǎn)矚的指導(dǎo)思想都給了我莫大的啟發(fā)，使我終身受益。

附錄高爐長(zhǎng)壽技術(shù)的發(fā)展【摘要】本文從高爐長(zhǎng)壽的必要性出發(fā)，分析了國(guó)內(nèi)外高爐壽命的現(xiàn)狀和影響高爐長(zhǎng)壽的主要因素，提出了現(xiàn)代高爐長(zhǎng)壽技術(shù)發(fā)最的最新趨勢(shì)。綜合應(yīng)用多種技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。【關(guān)鍵詞】高爐；控制；長(zhǎng)壽TheDevelopmentOfBlastFurnaceLongevityTechnology[Abstract]Thepaperanalyziedthecurrentsituationofthedomesticandforeignblastfurnaceandthemainfactorsofthelongevityofblastfurnace,putforwardthelatesttrendsofmordernblastfurnacelongevitytechnology.Integratedapplicationofavarietyoftechnologyisakeytocarryoutthelongevityofblastfurnace.[Keywords]blastfurnace;control;longevity1前言高爐長(zhǎng)壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它是鋼鐵企業(yè)的整體技術(shù)和管理水平的主要標(biāo)志，需要從高爐的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、高爐操作和維護(hù)等方面的工作來(lái)延長(zhǎng)高爐的壽命。高爐的壽命直接影響鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)秩序和總體的經(jīng)濟(jì)效益。高爐大修停產(chǎn)，會(huì)使企業(yè)生產(chǎn)鏈斷開，造成煉鐵前后工序均要減產(chǎn)，給企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)品質(zhì)量下降，設(shè)備作業(yè)率下降，經(jīng)濟(jì)效益大幅度下滑；同時(shí)還要為大修高爐支付巨額資金，一座大型高爐的大修費(fèi)用在1億元左右。高爐長(zhǎng)壽的重大意義，不僅在煉鐵工序本身，而且也會(huì)給整個(gè)鋼鐵企業(yè)帶來(lái)巨大效應(yīng)，包括生產(chǎn)成本降低，能源消耗減少，污染物排放減少，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的高效化生產(chǎn)、連續(xù)化和緊湊化生產(chǎn)得以延續(xù)進(jìn)行。延長(zhǎng)高爐壽命不僅可以節(jié)約高爐大修引起的直接費(fèi)用，還可以避免因高爐大修停產(chǎn)帶來(lái)的損失，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。2現(xiàn)代高爐的長(zhǎng)壽目標(biāo)根據(jù)現(xiàn)有煉鐵科學(xué)的發(fā)展的新技術(shù)和新工藝，高爐長(zhǎng)壽已實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：高爐一代爐齡（不進(jìn)行中修）在20年以上；高爐日常能處于高效化、自動(dòng)化、連續(xù)化、長(zhǎng)壽化，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境友好的穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，一代高爐單位爐容產(chǎn)量在1.5萬(wàn)噸每立方米以上；采取一切有效的技術(shù)措施最大限度的縮短高爐大修工期，優(yōu)化停爐和開爐操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)停爐和快速達(dá)產(chǎn)，減少因高爐大修對(duì)聯(lián)合企業(yè)的不利影響。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也迅猛的發(fā)展，我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量以居世界前列，但是我們的煉鐵技術(shù)遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)，我國(guó)絕大多數(shù)高爐都沒有達(dá)到上述目標(biāo)，特別是一些中小高爐壽命普遍處于低水平階段，個(gè)別小高爐壽命在5年以下。因此提高我國(guó)高爐的壽命是我們鋼鐵界的重要任務(wù)。3影響高爐長(zhǎng)壽的因素高爐是否能長(zhǎng)壽取決于三個(gè)因素：（1）高爐新建時(shí)采用的長(zhǎng)壽技術(shù)，如合理的爐型、優(yōu)良的設(shè)備制造質(zhì)量、高效的冷卻系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的耐材和良好的施工水平，以及大修設(shè)計(jì)。這是高爐是否能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)和根本，是高爐長(zhǎng)壽的先天因素，如果這種先天因素不好，要想通過(guò)改善高爐操作和爐體維護(hù)技術(shù)等后天措施來(lái)獲得長(zhǎng)壽，將變得十分困難，而且還要以投入巨大的維護(hù)資金和損失產(chǎn)量為代價(jià)。因此要提高高爐長(zhǎng)壽水平必須提高高爐的設(shè)計(jì)、建設(shè)水平。（2）穩(wěn)定的高爐操作工藝和優(yōu)質(zhì)的原料條件。高爐煉鐵是以精料為基礎(chǔ)的，精料水品對(duì)高爐生產(chǎn)指標(biāo)影響占70%左右，對(duì)高爐長(zhǎng)壽的影響也是十分重要的，精料水平提高不但有利于提高噴煤比，提高爐料的透氣性，使煤氣流分布均勻、穩(wěn)定，減少邊緣煤氣流對(duì)爐墻的沖刷，而且精料水平高了，爐料帶進(jìn)高爐的堿金屬以及氟化物對(duì)爐襯的破壞也將減少，降低了磚襯結(jié)瘤的可能性，使高爐得以長(zhǎng)期順行。（3）有效的爐體維護(hù)技術(shù)。高爐建設(shè)時(shí)應(yīng)在爐底、爐缸、爐腹、爐腰、爐身內(nèi)襯設(shè)置一定數(shù)量的測(cè)溫裝置，科直接掌握相應(yīng)部位內(nèi)襯的溫度，其靈敏度和可靠性均高于冷卻水溫差，冷卻設(shè)備漏水時(shí)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，冷卻壁損壞嚴(yán)重時(shí)，可在相應(yīng)部位插入冷卻棒，壓入硬質(zhì)耐火泥，維持正常生產(chǎn)，當(dāng)冷卻壁大面積損壞時(shí)，可在中修時(shí)進(jìn)行更換。4現(xiàn)代高爐長(zhǎng)壽思想如下：4.1注重提高高爐整體壽命設(shè)計(jì)優(yōu)化大修精心施工、確保高爐各部位同步長(zhǎng)壽。4.2強(qiáng)調(diào)高爐冷卻設(shè)備和優(yōu)質(zhì)耐材爐襯的有效匹配。從爐底到爐喉全部采用冷卻器，無(wú)冷卻盲區(qū)，并針對(duì)不同部位的不同特點(diǎn)，選用不同材質(zhì)的冷卻系統(tǒng)和耐材。在爐腹和爐身下部區(qū)域采用自我造襯、自我保護(hù)的無(wú)過(guò)熱冷卻設(shè)備——銅冷卻壁技術(shù)，在此區(qū)域淡化耐材爐襯的作用，依靠形成穩(wěn)定渣皮來(lái)保護(hù)銅冷卻壁，開爐前僅噴涂一層普通耐火涂料來(lái)防止開爐時(shí)的爐料磨損；在高爐爐缸側(cè)壁區(qū)域使用熱壓小塊碳磚、優(yōu)質(zhì)微孔碳磚配合冷卻壁貨陶瓷杯來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。4.3增加爐缸死鐵層設(shè)計(jì)深度（達(dá)到爐缸直徑的20%左右），減少爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流對(duì)爐缸側(cè)壁的侵蝕。4.4在高利用系數(shù)、高煤比、低維護(hù)費(fèi)用的基礎(chǔ)上取得的長(zhǎng)壽業(yè)績(jī)，爐役壽命和單位爐容產(chǎn)量應(yīng)作為高爐產(chǎn)量作為高爐長(zhǎng)壽同時(shí)追求的目標(biāo)。4.5采用有效技術(shù)檢測(cè)、維護(hù)爐體是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的重要保證。4.6注重高爐穩(wěn)定順行的工藝操作管理和使用成分穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)原燃料對(duì)高爐長(zhǎng)壽的作用。5現(xiàn)代長(zhǎng)壽高爐的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的高爐注重整體優(yōu)化設(shè)計(jì)；強(qiáng)調(diào)高效冷卻設(shè)備和優(yōu)質(zhì)耐材爐襯的有效匹配，無(wú)冷卻盲區(qū)，并針對(duì)高爐不同部位的不同特點(diǎn)，選用不同材質(zhì)的冷卻系統(tǒng)和耐材，其目的是實(shí)現(xiàn)高爐各部位的同步長(zhǎng)壽。影響現(xiàn)代高爐一代爐齡的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在如下幾個(gè)區(qū)域：爐腹、爐腰至爐身下部，以及爐缸區(qū)域。國(guó)內(nèi)外高爐長(zhǎng)壽技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及趨勢(shì)