高炉高风温及长寿技术调研项目建议书.doc

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1、高炉高风温及长寿技术调研项目建议书中国金属学会炼铁分会2012年5月目 录1高炉高风温技术现状及发展趋势11.1高炉高风温技术主要内容11.1.1高风温操作对高炉冶炼的影响11.1.2高风温和降低焦比的关系21.1.3高风温和喷吹燃料的关系21.1.4高风温对炉况顺行的影响31.1.5高炉接受风温的条件31.2高炉高风温技术的现状及主要问题41.2.1国内外高炉高风温现状41.2.2影响高炉高风温的主要问题51.3高炉高风温技术的发展趋势71.4小结82高炉长寿技术现状及发展趋势92.1高炉长寿主要内容92.2高炉长寿的现状及主要问题102.2.1国内外高炉寿命现状102.2.2影响高炉寿命的

2、主要问题112.3高炉长寿的发展趋势142.4发展高炉长寿技术的基本手段162.4.1对长寿高炉进行调研162.4.2对事故多发高炉进行调查反思172.4.3对高炉长寿技术的不同观点进行交流172.5小结183 调研方式及进度安排193.1 调研方式193.2 调研进度安排193.3 重点调研对象194关于高风温技术的调研问卷205关于高炉长寿技术的调研问卷266调查组人员组成327调研经费预算321高炉高风温技术现状及发展趋势钢铁工业是高能耗、高排放产业，其能耗占中国能源消费的17左右，是国家节能减排的重点。炼铁工序能耗占钢铁能耗的70%左右，是钢铁节能减排的重点。中国的钢铁工业是支撑我国国

3、民经济发展的基础产业，粗钢产量已连续十年来居世界首位，尽管吨钢综合能耗下降一半，但是与国家“十一五规划”提出降低20的节能目标尚有一定差距。高炉高风温具有降低焦比、降低燃料比和降低生产成本等作用，是炼铁节能的关键技术，据统计每提高风温100，可降低焦比37。国外先进高炉风温在1250以上，2007年国内高炉的平均风温1125，与国际先进比较，尚有较大风温差距。该技术因国家及企业节能减排、产业示范等需要曾列为2007年国家重大产业技术开发专项。高风温技术应作为实现钢铁行业“十二五”单位工业增加值能耗和CO2降低18%目标的重点技术予以研究和推广。高炉高风温技术是一项综合技术，首先需要热风炉能够获

4、得高温的热风，然后需要将高热风安全的输送到高炉，最后高炉需要能够接收应用高风温，三个环节缺一不可。针对高风温的获得、输送和使用的问题，主要对应研发内容为热风炉高风温技术、热风管道高风温输送技术和高炉高风温操作技术三项，该技术在国内某大型钢铁企业大型高炉开展1280高风温试验攻关，并已将高炉高风温技术研究开发成果应用于其它大型高炉上。1.1高炉高风温技术主要内容高炉高风温技术主要研发内容包括：1) 热风炉高风温技术：重点研发了低热值煤气高效利用、热风炉系统仿真、智能控制和防止拱顶炉壳晶间应力腐蚀四项关键技术；2) 热风管道输送高风温技术：重点研发了高风温管道配套设备并建立管道监控系统；3) 高炉

5、高风温操作技术：重点研发了理论燃烧温度控制、风口监测、精料、煤粉混吹和煤气流分布控制技术。1.1.1高风温操作对高炉冶炼的影响1) 风温提高，热风带入炉热量增加，风口前燃烧碳量能得到减少；2) 高炉高度上温度发生再分布。风温提高，热风带入炉缸热量增加、同时燃烧碳量减少使煤气发生量减少，煤气往上携带的热量减少，结果，炉缸温度提高、炉身和炉顶温度降低；3) 风温提高使燃烧碳量减少，使煤气中CO量减少，同时炉身温度降低使间接还原减少，从而使直接还原度提高；4) 风温提高时，炉内煤气压差增加，使炉料下降条件变坏，不利于炉料顺行；5) 风温提高，热风带入炉热量增加，风口前燃烧碳量能得到减少，使焦比能得到

6、降低。1.1.2高风温和降低焦比的关系提高风温后降低焦比是多种因素共同作用的结果，其原因主要有下列几方面：1) 鼓风带入的物理热增加了炉内非焦炭的热量收入，代替了一部分由焦炭燃烧所产生的热量，因而可使焦比降低；2) 由于风温提高后焦比降低，一方面是单位生铁生成的煤气量减少，炉顶煤气温度下降，煤气带走的热损失减少，另一方面使造渣量减少，炉渣带走的热损失也减少因而可进一步降低焦比；3) 由于风温提高后焦比降低，使高炉产量相应增加，单位生铁热损失减少，因而有促进了焦比降低；4) 风温提高后，炉内高温区下移，中温区扩大，有利于间接还原的发展，利于焦比降低；5) 风温提高后，鼓风动能增大，有利于吹透中心

7、，活跃炉缸，改善煤气能量利用，从而能降低焦比。这对大型高炉而言尤为重要。1.1.3高风温和喷吹燃料的关系高风温与喷吹燃料之间是互为条件的关系。高风温依赖于喷吹，因为喷吹能降低因使用高风温而引起的风口前理论燃烧温度的提高，从而减少煤气量，利于顺行，喷出量越大，越利于更高风温的使用；喷吹燃料需要高风温，因为高风温能为喷吹燃料后风口前理论燃烧温度的降低提供热补偿，风温越高，补偿热越多，越有利于喷吹量的增大和喷吹效果的发挥，从而有利于焦比的降低。高风温和喷吹燃料的合力所产生的节焦、顺行作用更显著。喷吹燃料和提高风温后，使焦比降低，负荷加重，使煤气和矿石有更多的时间接触，改善煤气的利用，提高产量。1.1

8、.4高风温对炉况顺行的影响在一定冶炼条件下，当风温超过某一限度后，高炉顺行被破坏，其原因如下：1) 风温过度提高后，炉缸煤气体积因风口前理论燃烧温度的提高，炉缸温度难以提高而膨胀，煤气流速增大，从而导致炉内下部压差升高，不利顺行；2) 炉缸SiO挥发使料柱透气性恶化。理论研究表明，当风口前燃烧温度超过1970时，焦炭灰分中的SiO2将大量还原为SiO，它随煤气上升，在炉腹以上温度较低部位重新凝结为细小颗粒的SiO2和SiO，并沉积于炉料的空隙之间，致使料柱透气性严重恶化，高炉不顺，易发生崩料或悬料。1.1.5高炉接受风温的条件如上所述，在一定冶炼条件下，当风温过高时，不仅所产生的节焦效果将减弱

9、，还将对炉况顺行产生不利影响。因而客观地讲，在一定的冶炼条件下，存在着一个界限风温。界限风温取决于两方面因素：其一，风温提高后能否带来焦比降低，其二，风温提高后能否破坏顺行。值得指出的是，此界限风温随冶炼条件变化而不同。据此，凡是能降低炉缸温度以及改善料柱透气性的措施，都将有利于高炉接受高风温，进而更大程度地降低焦比。具体措施如下：1） 搞好精料精料水平越高，炉内料柱透气性越好，炉况越顺，高炉越易接受高风温；2） 喷吹燃料喷吹量的提高，有利于高炉使用高风温；3） 加湿鼓风加湿鼓风能因鼓风中水分分解吸热而降低炉缸燃烧温度，利于高风温的使用。通常，加湿鼓风是作为暂时没有喷吹或喷吹量太少的高炉为控制

10、风口前理论燃烧温度的一种手段而使用的。我们不提倡此法；4） 精心操作首先要找准高炉的基本操作制度，特别是要搞好上下部调剂，保持合理煤气分布，以保证炉况顺行。其次，操作中要精心调节，早动、少动，以减少炉况波动，并应尽可能采用固定风温（固定在最高水平）调节喷吹量或鼓风湿度的操作方法。1.2高炉高风温技术的现状及主要问题1.2.1国内外高炉高风温现状2002年中国金属学会炼铁分会对133座不同容积高炉的441座热风炉的状况进行了调查。调查表明我国热风炉的型式以内燃式为主，但传统的内燃式热风炉已不能适应高风温的需要，近几年新建的高炉已很少采用，大部分采用各种顶燃式、外燃式和改良型内燃式热风炉。如宝钢高

11、炉配备的是日本新日铁外燃式热风炉，武钢等高炉配备内燃式内燃式热风炉，京唐5500m3高炉引进俄罗斯的卡卢金顶燃式热风炉。这些热风炉风温能够达到1200以上。从表1-1，1-2和1-3的调查数据可以发现，有50.76的热风炉废气温度已超过了传统的控制值（350），并且有22.73热风炉废气温度大于410。由此可见，采用废气来预热热风炉燃气，可成为提高热风炉热效率的一种途径；另一方面，应严格控制热风炉烟气温度，保护热风炉使用寿命。针对我国80以上高炉热风炉使用全高炉煤气，而高炉煤气热值随燃料比的降低而日趋贫化，其热值不足将成为限制风温提高的主要因素之一。此外，被调查的高炉仅30的热风炉实现了双预热

12、，在缺少高热值煤气的条件下，通过助燃空气和煤气预热方式提高物理热量，弥补化学燃烧热量的不足，这将是提高风温度的实施措施方法。在2005年全国重点企业218座高炉统计结果中，只有44座高炉风温超过1100，仅有6座高炉风温超过1200，还有58座高炉的热风温度不足1000。而在德国、日本、韩国等国家，热风炉使用的平均风温达到1250，并且荷兰的Hoogovens公司提出的1350风温在国外已有实践。表 1-1 废气温度状况废气温度/350350-400410-480高炉数653730比例/%492822表 1-2 燃烧热风炉用煤气状况煤气种类高炉煤气高炉煤气焦炉煤气高炉煤气转炉煤气高炉数1122

13、01比例/%84150.75表 1-3 预热状况预热状况双预热单预热空气单预热煤气无预热高炉数3531562比例/%26233.847表 1-4 我国重点企业平均风温年份200120022003200420052006200720082009热风温度/108110661082107410841100112511271158如表1-4，近几年来提高风温已成为我国钢铁企业炼铁技术发展的方向之一。虽然，2009年全国重点企业的平均风温已达1150，但与国外先进企业相比风温仍相差100150。现代热风炉的发展方向是：高风温，热风温度125050。高热效率，总热效率85。长寿命，一代寿命25年。目前国外

14、不少高炉长期使用的风温已超过1250，而且俄罗斯RPA钢铁厂采用吸附法将煤气转化成为富含CO的高热值煤气；而北美和欧洲的一些钢铁厂正在研制采用等离子技术来进一步提高风温。近年来，国外也广泛地利用于余热回收，达到提高风温，降低能耗的目的。热风炉废气温度虽然只有350左右，但废气量大，带走热量仍相当多，利用热风炉废气的热量来预热热风炉的煤气或助燃空气是有效地节约炼铁能耗、提高风温的措施之一。目前，发达国家的高炉热风炉自动控制都包括完善的基础自动化和过程自动化，其中过程自动化主要是监控和设有热量和换炉等优化的数学模型，对提高热效率、节约能源、提高风温以及保护设备和延长炉子寿命有重要作用。1.2.2影

15、响高炉高风温的主要问题1） 燃烧温度对热风炉寿命的影响国外曾经有少数高炉的风温达1350，但在该风温要求下，拱顶温度应达到1500，燃烧室的火焰温度在15501600左右，燃烧产生的NO等大幅度升高，引起热风炉炉壳晶间腐蚀严重，因此风温又退回1250。根据热风炉耐火材料的限制，将热风炉燃烧室拱顶温度控制在1420以下，达到风温1280的水平是提高风温面临解决的问题之一。2） 燃烧全高炉煤气达到拱顶温度13501400随着高炉操作水平的提高，部分企业的燃料比已经降到450480kg/t，因而高炉煤气热值不足3000kJ/m3，采用全高炉低热值煤气燃烧，火焰温度只有1200，不能提供1280的风温

16、。利用前置换热器或小热风炉加热助燃空气；高炉热风炉自身预热助燃空气；利用烟道废气、高炉煤气和助燃空气的双预热等新工艺都可提高燃烧温度。例如：烟道废气温度若达到450，采用热管或热媒换热器，可将高炉煤气和助燃空气双预热到250，依靠附加物理热量可以使燃烧室火焰温度达到14001450，从而保证热风炉拱顶温度13501400，送风温度可稳定在12001250。但是若达到1280的风温，则需要确定合适高炉煤气和助燃空气的预热温度，并且对拱顶温度的控制更为严格。3） 热风炉操作制度缩小热风温度与拱顶之间的温度差，限制拱顶温度1400左右条件下，尽可能提高风温。通常缩小温度差的技术主要依靠缩短送风周期，

17、例如：由70min缩短为5060min。但是这种方法局限性较高，提高风温更需要综合性方法，才能有效缩小热风温度与拱顶之间的温度差，并维持高风温的稳定性。4） 热风炉结构和管路系统现有的热风炉结构都可提供1200风温，但从长寿高效角度分析，外燃式或顶燃式更容易实现。俄罗斯卡鲁金式顶燃热风炉和宝钢外燃式热风炉稳定地提供1200以上风温达20年以上。高风温热风炉的管路系统中，要重视关键部位的材料使用和结构设计，可基本保证1200以上高风温时管道送风安全。但当风温超过1250以后，现有的热风炉结构和管道系统已经达到极限，需要进一步深入研究热风炉的温度分布以及各部分耐火材料的适应性。5） 蓄热式格子砖提

18、高蓄热式格子砖的蓄热性能是实现缩小热风温度和拱顶温度差的一个关键技术措施，通过加强热风炉内格子砖与气流之间的热交换，充分满足高风温热量需求后，与热风炉操作制度相辅相成，综合利用，才能够有效缩小热风温度和拱顶温度差，达到提高风温的目的。提高热风炉鼓风温度将带来良好的经济效益。它不仅可以降低高炉冶炼的消耗，而且有利于增加喷煤量。因此，它对于降低高炉生产的能耗和成本都是有着深远的意义。国内某大型钢铁企业1号高炉在1958年5月平均风温就达到了大约1027，但直到2005年，我国重点企业平均的高炉风温还在10001080的水平上徘徊。热风炉燃料化学热不足，高温热源供应短缺是造成我国热风温度长期徘徊的主

19、要原因之一。现代高炉冶炼技术的进步，给热风炉提高风温带来了高温热源短缺的困难。它主要体现在两方面：一方面是由于入炉焦比的降低，每吨铁产出的焦炉煤气量减少了，钢铁企业后工序焦炉煤气用户的用量增大，使得许多企业严重短缺高热值煤气，热风炉燃料只能依赖高炉煤气；另一方面是高炉煤气随着燃料比的降低日趋贫化。现在，操作良好的高炉，烧炉煤气的发热值还不足3000kJ/m3。1.3高炉高风温技术的发展趋势国内外实现高风温技术主要有掺烧高热值煤气技术、换热器预热煤气和助燃空气技术、热风炉自身预热技术、高温空气燃烧预热技术等。我国首钢等大型钢铁企业也正在积极开展高风温技术的研究。经过实践和探索，首钢认为，实现高风

20、温可以采取的主要措施有：1) 焦炭质量、烧结矿品位和煤粉质量等原燃料条件的改善，是实现高风温的重要保障。2) 改进高炉装料制度、送风制度等操作，可以改善透气性指数和煤气初始分布，提高高炉使用高风温能力。3) 强化安全。对膨胀节位移和高炉、热风炉系统各部位的温度进行实时在线监测。4) 适当提高热风炉顶温。利用自动烧炉加大煤气燃烧量，将原来的控制顶温从1390提至1420，可提高风温1530。5) 减少混风阀的开度。减少10%的冷风混入量，约提高风温15。6) 提高空气预热温度。空气预热温度从550提高至600，约提高风温1520。7) 热风炉操作制度的优化。通过缩短热风炉燃烧期、送风期和换炉时间

21、以及增加换炉次数等措施，实现高风温操作。同时，首钢的研究也表明，高炉风温的提高是需要条件的。高风温使用不当，不仅不利于高炉降低焦比提高喷煤，而且有可能导致高炉不顺和热风炉系统寿命的缩短。主要应该考虑以下几方面问题：1) 必须具备实施高风温的热风炉工艺流程。为实现高风温，一般可以采取富化煤气、煤气和助燃空气预热技术等；但还需考虑高热值煤气的成本和腐蚀问题。2) 热风炉、管道和吹管等设备及材料必须满足高风温要求。高风温是一个系统工程，任何一个环节出现问题，均会导致高风温技术的失败，如在风温提高后，出现送风总管位移过度膨胀，热风直吹管、鹅颈管发红，拱顶出现晶间应力腐蚀等问题。3) 高炉接受高风温的能

22、力问题。由于受原燃料质量的影响，炉况经常出现不顺或波动等问题，即使热风炉能提高再高的风温，也会由于高炉自身的因素而使高风温的使用受到限制。4) 采用高风温会降低煤气热值和增加燃烧负荷，所以必须与高炉原燃料、大喷煤、高富氧等技术的结合，才能发挥高风温以煤代焦的节能作用。1.4小结高风温是廉价的能源，使用高炉煤气烧炉，又实现了煤气综合利用，减轻了对环境污染的负荷。风温提高后，高炉可增大喷煤量、降低生铁能耗和成本，可以带动炼铁技术的全面提高，不仅可以代替昂贵的焦炭，节约宝贵的炼焦煤资源，降低炼焦所产生的环境污染，同时还可以促进高炉稳定顺行，强化高炉冶炼。因此，应当重视努力提高风温的工作。但高风温是一

23、项综合技术，提高风温水平时，要注意高炉接受风温的能力、热风炉供应风温的能力与加热热风炉的热源之间的综合配套。2高炉长寿技术现状及发展趋势刚刚过去的20世纪是世界钢铁工业大发展的世纪，钢铁产量由1900年的2850万吨，增长到2011年的15亿吨，涨幅超过50倍。世界钢产量的飞速增长，给地球的资源及环境带来了极大的压力，节约资源和能源，减轻地球环境负荷已成为各种模式的钢厂必须履行的基本准则，实现钢铁工业可持续发展将是冶金工作者21世纪的奋斗目标。在目前仍然占据主要地位的“高炉-转炉”炼钢生产流程中，炼铁工序的能耗占整个钢铁制造流程总能耗的70%，这就决定了只有稳定均衡生产，高炉炼铁才能取得较好的

24、效果，高炉长寿逐渐成为现代化高炉追求的目标。一方面，现代高炉正朝着炉容大型化、生产高效化的方向不断发展，高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大，高炉长寿就意味着经济效益的提高；另一方面，高炉长寿是钢铁工业减少资源和能源消耗、减轻地球环境负荷，走向可持续发展的一项重要措施。2011年，我国生铁产量已达6.3亿吨，如此之大的规模决定了减少高炉座数，实现高炉大型化，延长高炉一代炉龄在我国具有更加重要的意义。我国高炉的大型化和高炉长寿技术应用和推广已是我国钢铁工业走向新型化工业道路的必然选择。2.1高炉长寿主要内容高炉长寿应包含以下目标：1) 高炉一

25、代寿命（不中修）在20年以上；2) 高炉的一代炉龄是在高效率生产的状态下度过的，一代寿命内平均容积利用系数在2.0t/m3以上，一代寿命单位炉容产铁量在15000以上；3) 高炉大修的工期缩短到钢铁联合企业可以承受的范围之内，例如两个月之内，大修后在短期内生产达到正常水平，例如710天，使钢铁厂成为高效的钢铁企业。高炉长寿技术的核心是高炉一代构建一个合理操作炉型的永久性炉衬，使高炉一代寿命达到上述目标。如能达到上述目标，高炉座数可以最少，能源消耗可能最低，运行效率可能最高。在长期的炼铁工作实践中，炼铁工作者逐渐认识到，没有哪一项独立技术能够确保实现高炉长寿，高炉长寿应该是一项综合的系统工程，只

26、有高水平的高炉设计、施工、操作、配料、检测和控制管理等的高度协调、统一，才能达到长寿目的。因此，高炉长寿的必要条件包括：1) 合理的炉体结构，包括冷却形式、合理的炉型等，属于设计问题；2) 耐火材料质量、结构和冷却设备质量；3) 建设时施工质量；4) 高炉操作对炉体的维护状况。如前所述，任何一项独立的技术都不可能解决高炉长寿问题，必须将许多高炉长寿技术集成在一座高炉上，才能形成完整的高炉长寿技术。要实现高炉长寿，必须在以下几个关键方面取得实质性进展：1) 炉缸结构合理化。首先是冷却结构的合理化，采用合理的冷却结构使高炉在一代手命中操作炉型保持稳定。高炉操作炉型是高炉一代寿命中保持高产、优质、低

27、耗和长寿的基础。2) 采用软水密闭循环系统取代工业水冷却系统。实践已经证明，工业水冷却系统不能保证高炉长寿，而必须采用强制软水密闭循环系统，并且在循环系统中必须防止起泡的产生。3) 提升高炉耐火材料的质量。高炉不同部位的工作条件不同，炉衬侵蚀机理不同，因此对耐火材料质量的要求也不同。提升耐火材料质量的目的是尽量在整个炉役中使耐火材料的侵蚀减少到最低限度。4) 提升高炉操作的灵活性。高炉操作直接影响高炉一代炉役寿命，其中主要的影响因素是高炉内煤气流调节、炉温控制以及造渣制度控制。于此同时，还需要完善高炉监测系统，使整个高炉炉体的侵蚀处于受控状态。2.2高炉长寿的现状及主要问题2.2.1国内外高炉

28、寿命现状世界各国为了尽量延长高炉寿命，从设计、施工、操作和维护等方面开发了许多新技术和新工艺，取得了显著的效果。国外先进高炉一代炉役（无中修）寿命可达十五年以上，日本川崎公司千叶6高炉（4500m3）和水岛2、4高炉都取得了20年以上的实绩。我国的高炉长寿水平与主流的高炉长寿目标差距还很大，一般一代炉役（无中修）寿命低于10 年，仅少数高炉可实现1015 年的长寿目标。国际上炼铁高炉寿命也尚未达到上述目标。国内及国外部分大高炉寿命指标分别见表1和表2。表1 国内部分2000m3以上高炉寿命指标厂名及炉号炉容/m3炉役服役/年一代产铁总量/万吨单位炉容产铁/tm-3一代利用系数/tm-3d-1武

29、钢5号32001991.10.192007.05.3015.633550.92110971.95宝钢1号40631985.09.151996.04.0210.553229.779492.06宝钢2号40631991.06.292006.09.0115.174718116122.10宝钢3号43501994.09.20至今14.2统计至2008年底鞍钢10号25801995.02.12至今13.8统计至2008年底首钢1号25361994.08.09至今14.3统计至2008年底首钢3号25361993.06.02至今15.5统计至2008年底表2 国外部分大型高炉寿命指标厂名及炉号炉容/m3炉

30、役服役/年一代产铁总量/万吨单位炉容产铁/tm-3一代利用系数/tm-3d-1大分2号52451988.12.122004.02.2615.226202.82118262.13千叶6号45001977.07.171998.03.2720.756023133851.77仓敷2号28571979.03.202003.08.2924.424457156001.75光阳1号38001987.042002.03.05154300113162.07光阳2号38001988.072005.03.1416.675151135552.23霍戈文6号267819862002163400126962.17霍戈文7号

31、44501991200615.144910110342.0汉博恩9号213219882006183200150002.28迪林根5号26311985.12.171997.05.1611.4204077541.86从表1和表2可知，在世界范围内，高炉长寿的目标尚未完全实现，高炉的稳定、顺行及安全生产仍旧是冶金工作者努力的重要方向。2.2.2影响高炉寿命的主要问题高炉能否长寿主要取决于以下因素的综合效果：1) 高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐火材料；2) 良好的施工水平；3) 稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件；4) 有效的炉体维

32、护技术。这四者缺一不可，但1)是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的“先天因素”。如果这种“先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护技术等措施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。因此，提高高炉的设计和建设水平，是实现高炉长寿的根本所在。现代高炉采用先进的设计及优质耐火材料后，高炉的寿命得到了大幅度的提升。但是，在实际生产中，由于原燃料性能和质量的变化、设备出现故障、操作人员失误等，使得高炉事故及炉况失常时有发生，高炉事故与炉况失常是实现高炉长寿的重大障碍之一。主要的高炉失常类型有：1) 炉缸冻结；2) 炉缸堆积；3) 炉缸炉底烧穿；4) 炉墙结

33、厚与结瘤；5) 炉前事故；6) 恶性管道与顽固悬料；7) 高炉煤气事故；8) 高炉爆炸事故。大量事实表明，影响现代高炉一代炉役寿命的薄弱环节主要集中在两个区域：1) 炉腹、炉腰至炉身中下部；2) 炉缸、炉底区域（铁口、渣口又是炉缸的薄弱之处）。现代炼铁生产采用精料、高压、高风温和喷吹燃料等强化冶炼措施，生铁产量得到提高，炼铁焦比得到降低，与此同时，高炉设备和炉身、炉缸炉底的工作负荷进一步加重。由于高炉设计和砌筑的不足及缺乏有效的监控措施，高炉的炉衬和冷却设备损坏加快，尤其是炉缸破损情况加剧，炉缸烧穿事故时有发生，高炉大中修频繁，这严重影响到高炉的长寿和经济效益的提高。表3和表4分别列举了200

34、0年以后国内外部分炉缸炉底烧穿事故。表3 2000年以来国内部分高炉炉缸、炉底烧穿事故厂名/炉号炉容/m3开炉时间烧穿时间烧穿部位处理方法BY3号35019952000.06.16炉底烧穿，5根风冷管流铁扒炉大修X钢7号6001993.09.282002.02.26低渣口下，1250mmx550mm孔休风7天X钢6号6001997.02.042003.03.03炉缸冷却壁烧穿抢修1596minM钢4号3002000.082003-11-05铁口下0.5m，750x550mm孔休风24天T钢2号3142004.04.03渣口大套下沿休风1470minSGB81994.07.282006.07.3

35、1炉缸冷却壁烧穿休风1596minL钢1号3802005.092007.07.08炉缸冷却壁烧穿休风4天N钢3802005.092007.07.08炉缸热电偶孔流铁80tA钢3号32002005.12.282008.08.23铁口下2.2m，550mmx2000mm孔，渣铁炉料超过2000t挖补，休风12天T钢1号20002005.03.282008.12.01炉缸热电偶孔，渗铁超过70tFN128020082008开炉4个月渗铁20tXF4502005.102009.2铁口下S钢7号52020042009.06炉缸大修J钢7号5002007.052009.07炉底烧穿大修XB4502009.

36、082009.08铁口左500mmD冶2号4002009.042010.03铁口区烧穿重新浇铸Y春1号12502009.12.252010.08.071-2号冷却壁温度高，渗铁70t挖补C钢12602001.022010.08.181-2号冷却壁界面永久停炉S钢1号25002004.03.162010.08.201-2号冷却壁界面，500mmx700mm孔，大火挖补，停炉11天FN45020052010.09炉缸烧穿SH钢108020092011.11炉缸烧穿T钢58020072010.12DL7号600200720111炉缸渗渣超过100t大修表4 近年国外部分高炉炉缸、炉底烧穿事故厂名炉号

37、炉缸直径/m烧穿时间MittalVanderbijlparkC10.02004.02Arcerlia-Gijon, spainA12.52004.08CarsidMarcinelle, BelgiumE10.02006.07HKM-GermanyA10.32006.07Azovztal, Ukraine39.42006.08TKS Schwelgen113.62006.11Corus Port Talbot411.52006.11SadauhaCorex2007.02Arcelor Mittal-Sicatsa19.02007.06US Steel Gary1412.02009.04Salzg

38、itterB11.2Dillingen512.0由表3和表4可以看出，仅2000年以来，国内外就已经发生多起炉缸、炉底烧穿事故，高炉炉缸炉底烧穿事故已经成为影响高炉寿命的最重要的因素，一代炉役的寿命也取决于高炉炉缸炉底炉衬的破损程度。由于高炉是一个高温反应容器，炉缸、炉底烧穿事故一旦发生，将造成重大的生命、财产损失，因此在未来的一段时间内，炉缸炉底长寿的研究仍将是高炉长寿研究的最重要的组成部分。2.3高炉长寿的发展趋势现代设计的高炉注重提高整体优化设计；强调高效冷却设备和优质耐材炉衬的有效匹配，无冷却盲区，并针对高炉不同部位的不同特点，选用不同材质的冷却系统和耐材，其目的是确保高炉各部位同步长

39、寿。国内外高炉长寿技术发展特点及趋势如下：1） 采用全炉体冷却从炉底至炉喉全部采用冷却器。例如日本君津3号高炉炉缸采用了6段灰铸铁光面冷却壁，炉腹、炉腰、炉身中下部采用了9段高韧性铁素体球墨铸铁冷却壁，炉身上部S5冷却壁至水冷炉喉钢砖之间采用了3段球墨铸铁冷却壁。2） 采用无料钟炉顶设备采用无料钟炉顶设备，通过控制煤气流分布来控制炉身热负荷，使高炉煤气流分布稳定合理，从而实现高炉长寿。3） 采用铜冷却壁炉腹、炉腰至炉身下部区域是整个高炉工况条件最恶劣的区域之一，炉料磨损冲刷、炉渣化学侵蚀、软融带根部反复上下移动产生的热震等破坏机制同时存在。在炉腹、炉腰至炉身下部高热负荷区域安装铜冷却壁是实现长

40、寿的最佳选择，在高利用系数的操作条件下可确保此区域的寿命达1520年，而且无需使用价格昂贵的耐材，高炉炉体的维护工作大大减少。国外高炉在此区域大多选择了铜冷却壁系统，我国部分新建的高炉（特别是大型高炉）也在此区域安装了铜冷却壁。4） 炉身中部冷却系统与耐材结构软熔带以上的炉身中部，炉料温度大，随着喷煤量提高，边缘气流发展，该区域的热负荷急剧升高，但此区域没有形成渣皮的条件，是炉衬磨损最严重的区域，是现代高炉长寿的难点之一。目前主要采用的冷却系统与耐材结构如下：a) 新日铁第四代冷却壁结构。砖壁合一，取消凸台，可以保证光滑的炉型b) 板壁结合结构。水岛4号高炉将可更换的铜冷却板与外置灰铸铁冷却壁

41、的铜冷却壁结合使用取得了20年的实绩。c) 一些中、小型高炉炉身中部采用不易开裂、耐磨的耐热铸钢，试验取得了良好效果。5） 炉缸长寿保护层技术炉底及炉缸砖衬的侵蚀情况将决定高炉一代炉役的寿命，但其残余厚度又无法直接观测和修复。目前获得炉缸长寿保护层主要有两种方法：a) 强化冷却理论近些年炉缸侧壁耐材使用具有高导热系数的热压小块碳砖或超微孔碳砖，其低孔隙度能阻止铁水和渣的渗透，具有高抗碱性能，可吸收部分热应力，配以高效的水冷系统，能将炉缸的热流迅速传递给冷却系统带出炉外，从而在炉缸侧壁炉衬耐材的热面形成一层稳定的凝结保护层，抵抗炉缸侧壁的“象脚型”侵蚀。b) 陶瓷杯结构在炉缸碳砖热面外砌筑优质耐

42、材保护层，一般采用在炉缸碳砖热面附加一层抗铁水侵蚀能力强、低导热的的优质莫来石或刚玉等耐火材料陶瓷杯，它既可在几年内保护碳砖免遭渣铁的直接侵蚀，又降低了碳砖的工作温度，将800等温线控制在陶瓷杯以内，避免碳砖过早发生脆化侵蚀，起到了延长炉底、炉缸寿命的作用。6） 高炉冷却设备的水质控制冷却水水质及稳定性对冷却设备的传热效果及高炉长寿起着重要的作用。铸铁冷却壁要求水质的含氧量低，一般采用软水或纯水密闭循环冷却技术。铸铁冷却壁在使用过程中要求冷却水管内不能形成任何形式的结垢，否则其热阻会明显升高，引起冷却壁破损。铜冷却壁使用工业水冷却时，其水速必须大于2m/s，水的硬度须小于8，避免产生硬质垢，并

43、需定期进行杀菌灭藻。采用软水或纯水冷却时则要求水速大于1.5m/s。7） 发展炉缸炉底侵蚀在线监测技术通常在炉缸、炉底两个区域的每一层冷却器或耐火材料热面下碳砖中都预埋了若干支在线监测热电偶，监测碳砖温度，将测定的温度信息用数学模型解析，转换成炉墙耐火材料残余厚度画面在炉底及炉缸侧壁柱面上，每隔2m之内就应设置监测电偶，并对关注度高的出铁口等重点部位密集配置监测电偶，确保炉缸侵蚀状况在线监测模型能准确预报，才能在高炉生产的中后期有效避免炉底及炉缸烧穿漏铁水或爆炸等恶性事故发生。2.4发展高炉长寿技术的基本手段目前国内部分高炉一代炉龄达到15年以上，国外部分高炉一代炉龄甚至已经达到2025年，而

44、同时，炉龄短、事故多发的高炉也大量存在。因此，对现有长寿高炉的成功经验进行分析总结，并对出现事故的高炉进行调查和反思，形成经验知识，进而丰富高炉长寿理论，是目前冶金工作者们比较实际，同时也是比较迫切需要完成的工作。2.4.1对长寿高炉进行调研目前在国内寿命较长的高炉主要集中在宝钢、首钢、武钢及鞍钢，这些企业高炉寿命大部分在10年以上，宝钢2号、宝钢5号及首钢3号等高炉寿命达到15年以上；国外长寿高炉主要集中在日本、韩国、德国及荷兰，千叶6号、仓敷2号等高炉寿命达到20年以上。对这些成功的案例进行调研，总结其经验并推广，将对高炉长寿技术产生巨大的促进作用。主要的调研内容包含以下几个方面：1） 该

45、企业自身对长寿技术的总结及应用目前的长寿高炉体现出集中分布的趋势，即某些企业的高炉普遍寿命水平较高。这说明这些企业对高炉长寿技术有一定的积累，在延长炉龄方面有着大量的经验，将这些经验总结并推广，会极大地促进高炉长寿技术的发展。2） 对长寿高炉的参数进行分析总结不同的企业高炉的生产参数不同，通过对炉容，炉型，高炉基本结构等参数的调研分析，可以提升对高炉生产参数选择的认识。3） 对长寿高炉的失常及事故处理方法进行分析总结采取正确的手段处理高炉失常及事故，将失常及事故对高炉的破坏降低到最小，是延长高炉寿命的重要手段之一。通过对成功案例的分析和总结，可以有效的预防甚至避免高炉失常及事故的发生。4） 对长寿高炉的监测手段进行分析总结高炉状态监测将是高炉长寿技术发展的重要方向之一，对长寿高炉的采用的检测手段进行统计，分析其在炉衬厚度、渣皮厚度等重要方面的监测手段并推广，在生产中保证及时了解炉衬侵蚀状况，