魏志江
（河鋼宣鋼 河北 宣化075100）
摘要：對(duì)影響高爐長(zhǎng)壽的原因進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)措施，以與感興趣的同行研討。
關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；操作；管理；高爐長(zhǎng)壽；耐火材料；施工；維護(hù)；研討
1 概述
近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量高速增長(zhǎng)，且隨著機(jī)械化、智能化新質(zhì)生產(chǎn)力在高爐煉鐵界的廣泛應(yīng)用，煉鐵工藝技術(shù)得到不斷完善和提升，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到很大進(jìn)步。但是，我國(guó)高爐長(zhǎng)壽技術(shù)發(fā)展極不平衡。高爐平均壽命僅是5-10年，個(gè)別高爐壽命更短。寶鋼、武鋼、首鋼等企業(yè)的部分高爐壽命已經(jīng)達(dá)到15年以上，有些高爐開(kāi)爐5-6年甚至更短時(shí)間內(nèi)就開(kāi)始中修、大修，高爐平均壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外先進(jìn)水平，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2000年以來(lái)，我國(guó)有近50座高爐發(fā)生爐缸燒穿事故，也發(fā)生了一些由于爐腹、爐腰或者爐身下部的冷卻壁損壞多而被迫提前進(jìn)入大中修的情況。高爐是鋼鐵行業(yè)中投資最大、能耗最高的關(guān)節(jié)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長(zhǎng)高爐使用壽命對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力起著至關(guān)重要的作用。其中，高爐爐缸壽命是高爐長(zhǎng)壽的主要因素之一；高爐上下部所有的冷卻壁壽命和工藝技術(shù)操作與管理保證長(zhǎng)期順行是另一原因；耐火材料質(zhì)量及壽命以及施工和維護(hù)是關(guān)鍵原因所在。
2 影響高爐長(zhǎng)壽的原因分析及措施
2.1 影響高爐長(zhǎng)壽的原因分析及措施
2.1.1 爐缸死鐵層深度的原因分析及措施
過(guò)去在“鐵水環(huán)流理論”指導(dǎo)下，普遍認(rèn)為：爐缸死鐵層深度的深淺對(duì)爐缸壽命影響較大，即略深的死鐵層有利于降低鐵水環(huán)流對(duì)爐底和爐缸的侵蝕速度，反之亦反。而且認(rèn)為，死鐵層深度為爐缸直徑的 25%-30%之間是有利于延長(zhǎng)高爐壽命的。目前，我國(guó)新建的高爐死鐵層深度約為爐缸直徑的 20%-23%，遠(yuǎn)低于當(dāng)前日本和歐洲高爐爐缸死鐵層深度，按照經(jīng)驗(yàn)，死鐵層深度為爐缸直徑的 25%左右即可滿足生產(chǎn)需要。但是，現(xiàn)在“鐵水環(huán)流理論”面臨著挑戰(zhàn)，因?yàn)?，鐵水環(huán)流現(xiàn)象已經(jīng)被許多實(shí)踐證明其實(shí)是不存在的。現(xiàn)有侵蝕理論過(guò)分夸大鐵水環(huán)流的作用，過(guò)分強(qiáng)調(diào)高冶煉強(qiáng)度對(duì)于爐缸的侵蝕。但諸多證據(jù)表明，大部分炭磚是在保護(hù)層存在的情況下被侵蝕的，與鐵水環(huán)流沒(méi)有關(guān)系。爐缸保護(hù)層極少發(fā)生完全融化和脫落。保護(hù)層最多的破壞形式是不完全破壞：熱面少部分融化，整體大部分升溫軟化，在鐵水壓力下外推，壓實(shí)炭磚熱面粉化層后重新加厚。象腳區(qū)陶瓷杯短壽的原因是炭磚氣化消失，陶瓷杯失去支撐，然后坍塌漂浮。焦炭與鐵水密度差別巨大；死焦堆的焦炭顆粒之間沒(méi)有很強(qiáng)的結(jié)合力，死焦堆沒(méi)有整體性。在鐵水的強(qiáng)大浮力作用下，圓錐形死料堆下部外圍的焦炭必然分散上浮，改變死焦堆的外形（無(wú)法呈現(xiàn)圓錐形），且周期性置換過(guò)程中的形態(tài)變化，下大上小的圓錐體根本無(wú)法穩(wěn)定漂浮在鐵水中，必然側(cè)翻。環(huán)流理論的假設(shè)不符合基本的浮力學(xué)原理。如果爐缸嚴(yán)重堆積，焦炭可能充滿爐缸，呈圓柱形。見(jiàn)圖一、圖二。
山東某高爐，大修開(kāi)爐后指標(biāo)欠佳，2022年年底扒爐時(shí)，在爐底竟然發(fā)現(xiàn)了2年前開(kāi)爐時(shí)的炭化枕木也佐證了不存在鐵水環(huán)流問(wèn)題。見(jiàn)圖三。
2024年3月中原某鋼企的420立方米高爐在計(jì)劃?rùn)z修近20天的情況下，在檢修完畢后，還未送風(fēng)生產(chǎn)的情況下，鐵口區(qū)域爐缸燒穿了。還有一些高爐在堵著冷卻壁異常上方的風(fēng)口、有的甚至在休風(fēng)狀態(tài)下發(fā)生了爐缸燒穿事故。這些都足以證明鐵水環(huán)流理論的不全面性。
鐵水比焦炭的密度大得多，即使死料柱是一個(gè)穩(wěn)固的整體，在浮力的作用下，正圓錐形的死料柱在鐵水中必然翻轉(zhuǎn)。
死料柱主要是由焦炭組成的，焦炭顆粒之間沒(méi)有結(jié)合力，在浮力的作用下，正圓錐形死料柱下部邊緣部分的焦炭必然分散上浮，改變死料柱形狀，形成上部大、下部小的倒圓錐形或者鍋底形。這樣象腳區(qū)的環(huán)流通道就大幅加寬了，計(jì)算的鐵水環(huán)流速度應(yīng)該是象腳區(qū)比其它區(qū)域更小。
死料柱的下沉深度很難到達(dá)象腳區(qū)。如果死料柱長(zhǎng)期下沉到鐵口以下，出鐵時(shí)應(yīng)該頻繁出現(xiàn)卡焦、噴焦的情況。如果死料柱本來(lái)就沒(méi)有下沉到象腳區(qū)，那么象腳區(qū)就不存在環(huán)流。
有人反復(fù)做一些簡(jiǎn)單的模擬試驗(yàn)，結(jié)果如下：
一是密度較小的固體顆粒，始終無(wú)法在密度較大的液態(tài)中形成正圓錐形的組團(tuán)；二是即使在容器中放置類似死料柱，從容器標(biāo)高的中間部位出液，容器底部的液體根本沒(méi)有出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的環(huán)流。
所以,象腳區(qū)可能根本不存在鐵水環(huán)流；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，對(duì)于凝鐵保護(hù)層也不會(huì)有實(shí)質(zhì)性的破壞能力；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，象腳區(qū)的環(huán)流速度比爐缸中部標(biāo)高段的環(huán)流速度應(yīng)該更小，象腳區(qū)的炭磚侵蝕速度應(yīng)該更慢。鐵水環(huán)流理論存在明顯缺陷，矛盾重重。煉鐵屆應(yīng)該走出鐵水環(huán)流理論的死胡同，重新認(rèn)識(shí)、探究象腳侵蝕的成因和治理措施。補(bǔ)齊侵蝕理論的短板，實(shí)現(xiàn)爐缸長(zhǎng)壽的目的。
其實(shí)，象腳區(qū)侵蝕主要是隱形水侵蝕所造成的。
圖1 環(huán)流理論將死焦堆設(shè)想成圓錐形且完全沉坐
圖2 死焦堆保持穩(wěn)定的浮力學(xué)形態(tài)
圖3 2年前開(kāi)爐時(shí)的炭化枕木還在爐底的例證
另外，國(guó)內(nèi)許多爐底或者爐缸燒穿后修補(bǔ)的炭素?fù)v打料，在下次大修前，扒爐至曾經(jīng)的象腳區(qū)燒穿通道口處，看到當(dāng)時(shí)搶修修補(bǔ)的炭素?fù)v打料仍然完好，沒(méi)有被所謂的環(huán)流沖刷走的現(xiàn)象也很多。
圖4 隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過(guò)程示意
圖5 隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過(guò)程描述
⑴隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚問(wèn)題
由于高爐竄煤氣（煤氣中含水）及其他隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過(guò)程描述（見(jiàn)圖四和圖五）：高爐普遍存在串氣情況，而且無(wú)法根治。串氣產(chǎn)生的冷凝水沿爐殼內(nèi)壁逐步滲透到爐缸下部冷面，通過(guò)爐缸縫隙自炭磚冷面向炭磚熱面滲透，在120℃區(qū)域變成高壓蒸汽，逐步向炭磚熱面滲透，在720℃以上區(qū)域與炭磚發(fā)生反應(yīng)，侵蝕炭磚。
爐底的溫度較低，無(wú)法發(fā)生水煤氣反應(yīng)。爐缸冷面也是如此
象腳區(qū)具備水煤氣反應(yīng)的溫度條件，冷凝水到達(dá)象腳區(qū)將侵蝕炭磚。
沉積到爐缸下部的冷凝水是持續(xù)不斷的，但在單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)量是有限的。象腳區(qū)的水煤氣反應(yīng)是連續(xù)的，冷凝水水位維持在象腳區(qū)位置，因此主要侵蝕象腳區(qū)。
隱形水侵蝕的特點(diǎn):一是隱蔽性及誤導(dǎo)性。隱形水侵蝕是在保護(hù)層存在的情況下發(fā)生的，側(cè)壁溫度及熱流強(qiáng)度無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確地產(chǎn)生反應(yīng)。往往是側(cè)壁溫度較低、受控，熱流強(qiáng)度不高，給高爐操作人員產(chǎn)生誤導(dǎo)；二是定位性。宏觀而言，隱形水侵蝕卡在爐缸象腳區(qū)（寬臉型侵蝕區(qū)）；微觀而言，爐缸下部哪里的縫隙多，隱形水更容易到達(dá)，那里的侵蝕就更嚴(yán)重； 哪里的串煤氣情況更嚴(yán)重，其下部的侵蝕就更快；鐵口是串煤氣的出口，鐵口周圍縫隙最多，因此鐵口下部侵蝕往往最嚴(yán)重。三是持續(xù)性。高爐送風(fēng)開(kāi)爐以后，隱形水就持續(xù)產(chǎn)生，持續(xù)不斷侵蝕象腳區(qū)炭磚。冶強(qiáng)越高，隱形水產(chǎn)生越多，侵蝕速度越快。
⑵爐役末期象腳侵蝕的在線治理
抑制隱形水侵蝕的通用措施。結(jié)合隱形水的產(chǎn)生、流向、侵蝕機(jī)理及侵蝕過(guò)程，防治隱形水侵蝕的途徑如下：
一是減少隱形水產(chǎn)量：采取措施抑制風(fēng)口串煤氣量，減少冷凝水的來(lái)源；二是采取措施，減少冷卻設(shè)備滲水、漏水；三是抑制隱形水的傳輸：四是采取措施抑制隱形水從冷卻壁前后向爐缸下部沉積；五是采取措施抑制隱形水自爐缸炭磚冷面向熱面的滲透；六是設(shè)法及時(shí)排出爐缸下部沉積的冷凝水（也包括設(shè)備的滲漏水）；由于頻繁壓漿，爐缸下部的冷凝水常常難以排出；隱形水在向下流動(dòng)的同時(shí)，也沿水平方向流向炭磚熱面；僅僅依靠爐底排水對(duì)抑制象腳侵蝕的效果比較有限；七是爐役末期冷卻壁前后溫度升高，爐底往往只能排出蒸汽，難以有效消除水害；抑制隱形水侵蝕需要采取其他合理措施；八是提高爐缸炭磚的抗水氧化性能；九是新建及大修的高爐，采用預(yù)防隱形水侵蝕的技術(shù)措施；十是在役高爐應(yīng)及時(shí)采取在線治理措施，抑制象腳侵蝕。爐役初期采取在線治理措施，可以保護(hù)陶瓷杯不坍塌；爐役中、后期采取在線治理措施，可以有效保護(hù)炭磚，延長(zhǎng)高爐壽命。
⑶爐役末期象腳侵蝕的在線治理
圖6 炭磚保護(hù)劑(液體狀態(tài))在線注入示意
⑷爐役末期象腳侵蝕的在線治理方法
爐役末期，象腳區(qū)殘余炭磚厚度較小，炭磚冷面、冷卻壁熱面區(qū)域溫度較高。如果溫度達(dá)到100℃以上，上部產(chǎn)生的隱形水到達(dá)象腳區(qū)將二次氣化，難以繼續(xù)沉積到爐底，因此爐底排水失去大部分作用，但水蒸氣仍然繼續(xù)侵蝕象腳區(qū)炭磚。
基于隱形水侵蝕的機(jī)理、侵蝕過(guò)程及爐役末期爐缸的實(shí)際狀況，河南有家公司解決了象腳區(qū)由于高爐竄煤氣（煤氣中含水及其他隱形水）侵蝕象腳區(qū)問(wèn)題，見(jiàn)圖六，研發(fā)出針對(duì)性的在線治理方法：
⑸炭磚保護(hù)劑(液體狀態(tài))在線注入
在高爐正常生產(chǎn)過(guò)程中（或者短暫休風(fēng)的情況下），以較低的壓力（0.7MPa）從象腳區(qū)壓漿孔對(duì)冷卻壁熱面區(qū)域注入流動(dòng)極佳的炭磚保護(hù)劑，保護(hù)劑呈還原性，其物理、化學(xué)特性可以阻斷隱形水的破壞，可以抑制炭磚的進(jìn)一步侵蝕。
炭磚保護(hù)劑350℃以下呈液態(tài)，密度比水小，流動(dòng)性好，在較低的壓力下（0.7MPa）即可以進(jìn)入爐底及環(huán)炭?jī)?nèi)部的氣隙內(nèi)。
液態(tài)保護(hù)劑的導(dǎo)熱系數(shù)是氣隙內(nèi)煤氣導(dǎo)熱系數(shù)的十倍左右，氣隙內(nèi)充滿液態(tài)
保護(hù)劑后將顯著改善傳熱條件，提升冷卻效果，起到類似壓漿的作用。
在低溫區(qū)域（350℃以下），保護(hù)劑以液態(tài)形式長(zhǎng)期存在。由于密度比水小，高爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的隱形水將穿過(guò)液態(tài)保護(hù)劑下沉到爐底，象腳區(qū)炭磚冷面的氣隙內(nèi)保持液態(tài)保護(hù)劑。爐底排水時(shí)保護(hù)劑仍然保存在爐缸冷面氣隙內(nèi)。
在高溫區(qū)域，保護(hù)劑氣化后形成保護(hù)性氣氛。氣態(tài)保護(hù)劑的密度是水蒸氣的8倍左右，能夠有效隔絕、水蒸汽自炭磚冷面向熱面?zhèn)鬏敚⒊尸F(xiàn)還原性，能夠抑制水蒸汽對(duì)于炭磚的侵蝕；
氣態(tài)保護(hù)劑在700℃以上區(qū)域逐步裂解、析炭，填充高溫區(qū)磚縫及炭磚熱面氣隙，改善環(huán)炭系統(tǒng)的傳熱。
基于爐役末期爐缸的實(shí)際安全狀況和運(yùn)行情況，以較低的壓力在象腳區(qū)注入流動(dòng)性極好的炭磚保護(hù)劑，形成液態(tài)、氣態(tài)共同作用的保護(hù)性氣氛，可以有效阻斷水及水蒸汽對(duì)于殘?zhí)康睦^續(xù)侵蝕，并一定程度改善傳熱條件。
⑹炭磚保護(hù)劑在線治理爐缸侵蝕的優(yōu)點(diǎn)
一是采用炭磚保護(hù)劑治理爐缸侵蝕成本低廉，易于實(shí)施；二是可以替代鈦礦護(hù)爐、壓漿等治理措施；三是可以在線實(shí)施治理，不影響高爐正常生產(chǎn)；四是相對(duì)于鈦礦護(hù)爐等措施，炭磚保護(hù)劑在線治理對(duì)高爐爐況及高爐操作不產(chǎn)生負(fù)面影響；五是相對(duì)于壓漿措施，炭磚保護(hù)劑加注壓力低，介質(zhì)流動(dòng)性非常好，不會(huì)造成局部壓力過(guò)高，不會(huì)損害爐缸殘余炭磚；六是可以大幅延長(zhǎng)爐缸壽命，為計(jì)劃大修爭(zhēng)取充裕的時(shí)間；七是避免鈦礦護(hù)爐等其他治理措施造成的煉鐵成本抬升。
2.1.2爐底、爐缸碳磚、陶瓷杯的質(zhì)量和砌筑質(zhì)量的原因分析及措施
國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究表明，炭磚是現(xiàn)有技術(shù)條件下最適合延長(zhǎng)高爐爐缸壽命的磚襯，得到了國(guó)內(nèi)外高爐的廣泛應(yīng)用。目前常用炭磚主要有微孔炭磚、超微孔炭磚和小塊炭磚。
爐底、爐缸砌筑要嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行砌筑，保持炭磚完整，縫隙達(dá)標(biāo) (縫隙<1mm)，搗打料要搗打密實(shí)，碳素膠泥要涂抹均勻;要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工 質(zhì)量的監(jiān)督和檢查。碳磚質(zhì)量、砌筑質(zhì)量的差異也是影響高爐壽命的重要因素。
砌磚爐底爐缸的橫縫雖然影響長(zhǎng)壽，但是受重力擠壓后影響小于豎縫對(duì)長(zhǎng)壽的影響。隨著工程質(zhì)量把關(guān)越來(lái)越嚴(yán)格，除了個(gè)別工程有質(zhì)量問(wèn)題外，施工質(zhì)量影響也在減少了，而爐底爐缸整體澆筑避免了豎縫的主要影響和橫縫的次要影響，所以，近年來(lái)爐底爐缸整體澆筑的高爐越來(lái)越多，而用炭磚的越來(lái)越少，但是，用炭磚的象腳區(qū)侵蝕問(wèn)題是有補(bǔ)救辦法的，前面已經(jīng)進(jìn)行了論述。
因此，高爐生產(chǎn)技術(shù)工作者制定并與工程監(jiān)理和施工方嚴(yán)格執(zhí)行《高爐砌筑質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)于施工質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，是決定高爐長(zhǎng)壽的其中一個(gè)重要因素。
2.1.3高爐操作與維護(hù)的原因分析及措施
⑴高爐開(kāi)爐前的烘爐工作的影響原因分析及措施
高爐開(kāi)爐投產(chǎn)前，要對(duì)高爐進(jìn)行烘爐。烘爐的目的就是使高爐磚襯、膠泥和搗打料等水分緩慢蒸發(fā)出來(lái)，讓磚襯緩慢受熱預(yù)膨脹擠壓密實(shí)縫隙，讓炭搗料升溫到干燥溫度具備一定的強(qiáng)度和建立良好的傳熱體系。高爐烘爐效果的差異，也是影響高爐壽命的主要原因之一。
所以，嚴(yán)格按照耐火材料廠家提供的烘爐曲線要求的時(shí)間進(jìn)度烘爐是保證高爐長(zhǎng)壽的又一個(gè)主要的基礎(chǔ)因素。
⑵高爐操作制度的原因分析及措施
高爐操作制度是高爐煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)，科學(xué)合理的操作制度，不但能夠保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，還有利于形成合理的操作爐型，形成穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮，起到護(hù)爐的作用。
一般長(zhǎng)期發(fā)展邊緣的操作制度，爐況穩(wěn)定性較差，爐墻渣皮不穩(wěn)定，風(fēng)口、冷卻壁破 損較多，隱形水流到的地方，極易造成該處的爐缸側(cè)壁碳磚等耐火材料受到侵蝕，形成“象腳狀”侵蝕。爐缸中心活躍，爐芯溫度高的高爐侵蝕狀一般呈“鍋底狀”。 另外，高爐長(zhǎng)期的不順行會(huì)造成爐墻結(jié)厚或者結(jié)瘤，處理結(jié)厚和結(jié)瘤毀損壞或者影響冷卻壁及耐材壽命的。
綜上所述，保證科學(xué)合理的操作制度及科學(xué)的設(shè)備維護(hù)與管理、保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行是高爐長(zhǎng)壽的技術(shù)和裝備保證。
⑶高爐冷卻制度及冷卻壁質(zhì)量的原因分析及措施
生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐冷卻系統(tǒng)對(duì)高爐碳磚的長(zhǎng)壽與否起著重要的作用。相應(yīng)提高冷卻強(qiáng)度，控制合理的水溫差、有利于穩(wěn)定爐缸熱量場(chǎng)延長(zhǎng)高爐使用壽命。反之冷卻強(qiáng)度較低，水溫差較高的情況下，冷卻效果大打折扣，高溫渣鐵將加快對(duì)耐材的侵蝕，不利于高爐長(zhǎng)壽。
因此，冷卻壁水質(zhì)必須滿足高爐生產(chǎn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且冷卻水流速大于2.5m/s（銅冷卻壁要大于3.5m/s）。只要滿足此流速就不存在冷卻導(dǎo)熱傳導(dǎo)不足的問(wèn)題，因?yàn)?鑄鐵冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)在35W/(m.K)左右(鑄銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)在350W/(m.K)左右,為鑄鐵的10倍左右),遠(yuǎn)高于耐火材料微孔炭磚最好的20 W/(m.K)左右的導(dǎo)熱系數(shù)。另外，對(duì)冷卻壁的材質(zhì)成分等驗(yàn)質(zhì)把關(guān)要嚴(yán)格按照《高爐冷卻壁驗(yàn)收規(guī)范》從嚴(yán)執(zhí)行。
⑷爐前工作的原因分析及措施
爐前鐵口操作與維護(hù)，保持較合理的鐵口深度和完整的泥包，可減緩渣 鐵對(duì)鐵口區(qū)域爐墻的侵蝕，反之，鐵口經(jīng)常斷漏、鐵口過(guò)淺，會(huì)導(dǎo)致高溫渣鐵加快對(duì)鐵口區(qū)耐材的沖刷侵蝕。另外，爐底、爐缸耐火材料除受高溫?zé)嵴鹱饔猛?，還受到渣鐵的化學(xué)侵蝕與機(jī)械沖刷的破壞。
所以，要求高爐爐前工嚴(yán)格執(zhí)行《鐵口維護(hù)管理規(guī)定》，實(shí)現(xiàn)高爐鐵口正常工作是高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。
⑸爐料的質(zhì)量與入爐有害元素的侵蝕的原因分析及措施
高爐入爐料的質(zhì)量和有害元素對(duì)高爐壽命有較大的影響，一般焦炭質(zhì)量好，爐缸中心工作活躍、爐缸邊緣侵蝕較慢，反之，焦炭質(zhì)量較差，鼓風(fēng)動(dòng)能降低，且高爐長(zhǎng)期不順，爐缸中心堆積，爐缸中心死區(qū)溫度低，造成高爐被迫疏導(dǎo)邊緣煤氣流、配加錳礦或者螢石等洗爐劑洗爐，加劇了邊緣侵蝕爐缸側(cè)壁象腳區(qū)。
另外，爐料帶入的鉀、鈉、鉛、鋅等有害元素在爐內(nèi)大量富集，造成碳素沉和化學(xué)反應(yīng)，使耐火材料組織脆化，降低耐材強(qiáng)度。
據(jù)有關(guān)研究資料顯示:高爐內(nèi)耐火材料的侵蝕機(jī)理及其所占比例大體為: 堿金屬和鋅侵蝕占40%;CO、H2O等氧化作用占20%;耐磨損性占10%; 導(dǎo)熱性差占10%;熱震損壞占15%;其中堿金屬和鋅對(duì)耐材的破壞作用最大。
因此，如果按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)控制高爐鋅負(fù)荷（噸鐵入爐ZnO的kg數(shù)）小于噸鐵0.2kg/t（一些企業(yè)放寬了上限，但也不應(yīng)該高于高爐鋅負(fù)荷小于噸鐵0.3kg/t，個(gè)別民營(yíng)企業(yè)為了降低采購(gòu)成本允許小于0.5kg/t不利于長(zhǎng)壽），要求（KO+NaO）小于噸鐵0.5kg/t，否則容易造成爐墻上部站街；要求鉛的含量小于0.1kg/t，鉛易還原，但易沉積破壞爐底。另外，要做好每周或者每月鉀鈉鉛鋅平衡表，以利于判斷處理爐況并對(duì)采購(gòu)政策作出及時(shí)調(diào)整，以利于爐況順行和高爐長(zhǎng)壽。
原燃料強(qiáng)度的影響：一般來(lái)說(shuō)，原燃料強(qiáng)度好（對(duì)于1000立方米以上高爐焦炭熱強(qiáng)度60~65%，反應(yīng)性21~26%，普碳鋼冶煉的高爐所使用燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大于76%（不銹鋼冶煉高爐所用中低鎳鐵燒結(jié)礦47%以上）；對(duì)于1000立方米以下高爐焦炭熱強(qiáng)度55~65%，反應(yīng)性23~28%，普碳鋼冶煉高爐所用燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度隨著爐容變化在72~78%之間（不銹鋼冶煉高爐所用中低鎳鐵燒結(jié)礦47%~52%之間），爐容越小承受能力越強(qiáng)，全焦冶煉的比噴吹燃料的承受能力強(qiáng)），有利于上疏導(dǎo)中心煤氣流分布的布料角度，反之亦反。
焦炭的熱強(qiáng)度低了高爐透氣性變差影響順行，太高了沒(méi)有必要，反而價(jià)格高浪費(fèi)成本；焦炭反應(yīng)性高了強(qiáng)度難保，過(guò)分低了影響C+CO2=2CO的反應(yīng)速率，從而導(dǎo)致下料速度變慢。有些企業(yè)把高低不同的熱強(qiáng)度及高低不同的反應(yīng)性的不同焦炭按照不同的比例使用，使得綜合的熱強(qiáng)度及綜合的反應(yīng)性達(dá)到要求的范圍，也能保證了爐況順行。
焦炭粒度、燒結(jié)礦粒度的問(wèn)題：按照冶金學(xué)原理回歸統(tǒng)計(jì)分析結(jié)論：大顆粒級(jí)的散料占到總量的65%以上時(shí)候，其孔隙度最小，原因是此時(shí)的空隙被小顆粒級(jí)的填充的最嚴(yán)密。在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，焦炭是高爐下部唯一呈固態(tài)的物質(zhì)，因此，焦炭的粒度對(duì)高爐內(nèi)良好的透氣性十分重要，粒度越均勻，粒度范圍愈窄小，高爐內(nèi)料柱透氣性愈好。經(jīng)驗(yàn)表明，焦炭礦石和燒結(jié)礦的粒度要匹配，焦炭的平均直徑是礦石直徑的3倍時(shí)，透氣性最佳。當(dāng)大型高爐的礦石粒度為10～25mm，則入爐焦炭的平均粒度應(yīng)為50mm左右。
高爐煉鐵實(shí)踐已經(jīng)證明：焦炭粒度40~80mm的含量占50~60%即可。小于50%和大于60%都不利于高爐順行。燒結(jié)礦10~16和16~25mm的總量應(yīng)該在50~65%，低于50%或者高于65%都不利于高爐順行。
⑹耐火材料質(zhì)量對(duì)高爐長(zhǎng)壽影響的原因分析及措施
要求高爐各部位的耐火材料按照施工設(shè)計(jì)圖紙說(shuō)明的要求嚴(yán)格執(zhí)行，其中最主要的指標(biāo)是：熔點(diǎn)（℃）、荷重軟化點(diǎn)（荷重變形溫度℃）、FeO含量這三個(gè)指標(biāo)堆高爐長(zhǎng)壽影響最大，其他的指標(biāo)也必須滿足施工圖紙說(shuō)明的要求。
必須派駐技術(shù)人員從耐火材料的原料合格采購(gòu)到生產(chǎn)出廠前的全過(guò)程取樣抽合格。
⑺耐火材料形式和施工形式及施工質(zhì)量對(duì)高爐長(zhǎng)壽的影響分析及措施
從耐火材料形式來(lái)看，目前整體澆筑態(tài)勢(shì)上升，因?yàn)槠淇朔藱M豎峰等影響，但也免不了日常的護(hù)爐措施；對(duì)于已經(jīng)使用碳磚砌筑的高爐來(lái)說(shuō)，除了日常護(hù)爐之外，可通過(guò)上述所論述的“爐役末期象腳侵蝕的在線治理方法”彌補(bǔ)不足；從施工質(zhì)量來(lái)看，有冷卻壁本體質(zhì)量和其安裝質(zhì)量影響、有耐火材料指標(biāo)不合格或者施工期間存放時(shí)候著水等影響、有施工沒(méi)有達(dá)到或者勉強(qiáng)達(dá)到要求的影響。
所以，耐火材料廠家必須要按照施工圖紙說(shuō)明的質(zhì)量要求，以及高爐建設(shè)單位（甲方）的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行到位，確保耐火材料指標(biāo)達(dá)標(biāo)。高爐建設(shè)單位（甲方）和施工方必須按照施工圖紙要求的說(shuō)明進(jìn)行把關(guān)、驗(yàn)收和安裝、砌筑，特別是建設(shè)高爐單位，要有各類技術(shù)人員組成的專門的質(zhì)量把關(guān)驗(yàn)收小組，特殊情況，一事一議，并要形成會(huì)議紀(jì)要備案?jìng)洳椋阌诮窈髮?duì)癥下藥采取有效的措施。
⑻生產(chǎn)組織和設(shè)備管理維護(hù)對(duì)高爐長(zhǎng)壽的影響分析及措施
生產(chǎn)組織必須計(jì)劃性要強(qiáng)，并有對(duì)意外停產(chǎn)休風(fēng)的影響降低到最低程度的協(xié)調(diào)組織能力；設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修、日常點(diǎn)檢、潤(rùn)滑和維護(hù)要嚴(yán)格按照制度考核管理，不能由于設(shè)備的問(wèn)題造成高爐頻繁休風(fēng)而影響其長(zhǎng)壽。
2.2高爐護(hù)爐的原因分析與措施
2.2.1高爐常態(tài)化護(hù)爐的原因分析與措施
大多數(shù)高爐，在爐役前期高爐爐型規(guī)整，采取強(qiáng)化冶煉的措施，因?yàn)椴荒芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)爐缸、爐底緩慢侵蝕的狀況，所以，忽略了日常對(duì)高爐爐型的維護(hù)，往往到了高爐爐缸、爐底溫度升高異常才引起重視。通常采取的措施是：降低冶煉強(qiáng)度、堵住異常部位的對(duì)應(yīng)風(fēng)口、提高爐溫控制并配加釩鈦礦和提高冷卻強(qiáng)度等護(hù)爐措施。護(hù)爐期間，往往因爐溫高、冶煉強(qiáng)度低、鈦負(fù)荷高等因素引起爐況波動(dòng)，不僅完全打亂了高爐生產(chǎn)秩序，往往效果并不理想。爐役已經(jīng)到了末期，錯(cuò)過(guò)了最佳的護(hù)爐時(shí)機(jī)。
鑒于上述原因，提出了常態(tài)化護(hù)爐理念，并且近年來(lái)已經(jīng)已經(jīng)在多座2000m3左右級(jí)高爐上進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)踐。生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐通過(guò)常態(tài)化護(hù)爐形成穩(wěn)定合理的操作型。高爐自開(kāi)爐期間就開(kāi)始在爐料內(nèi)常態(tài)化配加含鈦精分。 高爐歷經(jīng)多年來(lái)高強(qiáng)度生產(chǎn)冶煉，爐況穩(wěn)定順行，取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的同 時(shí)，達(dá)到了風(fēng)口、冷卻壁全年“零”破損的先進(jìn)記錄，實(shí)現(xiàn)了爐缸、爐底溫度非常穩(wěn)定的理想狀態(tài)。
一是通過(guò)在燒結(jié)礦或球團(tuán)礦里配加海沙或含鈦精分，提高入爐鈦負(fù)荷。一般入爐鈦負(fù)荷控制在6kg/tFe 左右為宜。根據(jù)爐缸爐底多維侵蝕監(jiān)測(cè)智能分析系統(tǒng)的情況 進(jìn)行適量調(diào)整入爐鈦負(fù)荷；二是掌控好熱制度與造渣制度，鐵水和爐渣成分的控制范圍：鐵水 [Si]0.2%-0.4%，[Ti]0.08%-0.12%，S:0.01%-0.035%，T鐵:1490℃-1530℃，爐渣堿度:R2:1.22±0.02倍，R3:1.5±0.02倍；三是軟水進(jìn)出水水溫差控制在1-2℃，控制適宜的進(jìn)水溫度和冷卻強(qiáng)度；四是采用“復(fù)合型等截面積布料”（平臺(tái)+漏斗）裝料制度，發(fā)展中心、抑制邊緣氣流；五是保持適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能（以2500立方米高爐為例，適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能在10000-15000kgm/s），充分活躍爐缸；六是控制有害元素入爐量，根據(jù)生產(chǎn)情況和有害元素排出率進(jìn)行控制入爐鋅負(fù)荷和堿負(fù)荷。通過(guò)發(fā)展中心氣流提高鋅、堿金屬的排出能力，避免有害元素在爐內(nèi)大量富集；七是改進(jìn)鐵口耐材質(zhì)量，爐前鐵口通道采用耐高溫、耐腐蝕的硅溶膠納米結(jié)合剛玉料對(duì)鐵口通道道進(jìn)行澆筑，加強(qiáng)爐前管理，維護(hù)好鐵口深度，及時(shí)出凈渣鐵；八是加強(qiáng)爐內(nèi)工長(zhǎng)操作水平，確保爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，各項(xiàng)參數(shù)控制在合理的要求范圍內(nèi)。
2.2.2必須加強(qiáng)高爐爐缸、爐底實(shí)時(shí)檢測(cè)和護(hù)爐
冶金行業(yè)的高爐煉鐵被列為工礦企業(yè)的高危行業(yè)，尤其是高爐爐缸、爐底被安全監(jiān)管部門列入冶金行業(yè)重大危險(xiǎn)源之一。倘若發(fā)生爐缸、爐底燒穿安全事故，會(huì)嚴(yán)重危及企業(yè)人身和財(cái)產(chǎn)安全，造成損失巨大，甚至企業(yè)會(huì)面臨巨額罰款和停產(chǎn)整頓風(fēng)險(xiǎn)。所以鋼鐵企業(yè) 務(wù)必對(duì)高爐爐缸、爐底安全進(jìn)行有效管控，確保高爐生產(chǎn)安全。因此加強(qiáng)高爐爐缸、爐底實(shí)時(shí)檢測(cè)和護(hù)爐是保證高爐長(zhǎng)壽的主要措施。
現(xiàn)在許多高爐采用了先進(jìn)的智能化爐缸爐底侵蝕 分析系統(tǒng)，能夠及時(shí)反饋并掌握高爐爐缸、爐底侵蝕的實(shí)時(shí)狀態(tài)，可以通過(guò)對(duì)高爐操作制度調(diào)整、改善原燃料條件、加釩鈦礦護(hù)爐等措施對(duì)高爐爐缸爐底進(jìn)行維護(hù)。對(duì)高爐生產(chǎn)安全和延長(zhǎng)高爐使用壽命有著重大指導(dǎo)意義。其原理一是根據(jù)水溫差和熱流強(qiáng)度的變化情況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)渣皮的穩(wěn)定性，間接反映出爐內(nèi)氣流的分布，為高爐操作提 供準(zhǔn)確參數(shù)依據(jù)，方便及時(shí)調(diào)劑，減免因高爐操作者未能及時(shí)判斷渣皮脫 落而對(duì)高爐爐溫控制造成影響；二是通過(guò)對(duì)冷卻壁各部位熱流強(qiáng)度分析，可有效指導(dǎo)爐內(nèi)操作，避免爐腰等部位結(jié)厚情況的發(fā)生；三是采用多維冗余算法，結(jié)合多種熱工參數(shù)(熱電偶、熱負(fù)荷、爐殼溫度)， 精確診斷爐缸內(nèi)襯侵蝕狀態(tài)，判斷爐 缸侵蝕的休眠區(qū)及活躍區(qū)；四是對(duì)爐缸爐底進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分、物理建模和數(shù)學(xué)建模，建立每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 三維非穩(wěn)態(tài)傳熱微分控制方程，自動(dòng)計(jì)算和求解爐缸爐底三維溫度場(chǎng)、耐材侵蝕厚度、渣鐵殼厚度以及每個(gè)坐 標(biāo)點(diǎn)的物理坐標(biāo)、耐材類型、當(dāng)前溫度、耐材厚度、渣鐵殼厚度；五是耐材導(dǎo)熱系數(shù)自動(dòng)調(diào)整功能，采用爐缸整體三維傳熱方程測(cè)算，非定常導(dǎo)熱系數(shù)，更加符合高爐運(yùn)行，過(guò)程中耐材性能的變化規(guī)律;三維診斷的優(yōu)點(diǎn):使定解方程相互耦合,能識(shí)別凹陷侵蝕 和爐角侵蝕,精度高；六是根據(jù)高爐工藝特點(diǎn)，設(shè)置不同位置 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)圖標(biāo) 顏色、文字提示等方式對(duì)各溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度單點(diǎn)超標(biāo)情況進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警。
通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)，為高爐工作者提供采取對(duì)應(yīng)措施護(hù)爐的科學(xué)依據(jù)。
3 結(jié)語(yǔ)
⑴高爐長(zhǎng)壽問(wèn)題受到耐火材料質(zhì)量問(wèn)題及其施工質(zhì)量問(wèn)題、冷卻壁質(zhì)量及其安裝質(zhì)量問(wèn)題、高爐生產(chǎn)組織以及工藝技術(shù)操作和設(shè)備等維護(hù)管理考核等諸多因素的影響，只有分析清楚原因，才能對(duì)癥下藥地采取有效的措施，從而實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的目的。
⑵建議高爐采取智能化檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)保證高爐長(zhǎng)壽更加有效地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽目標(biāo)。