1、高 炉 长 寿 技 术 2010-10-12 10:09:46| 分类： 高炉冷却 | 标签： |字号大中小 订阅 高 炉 长 寿 技 术邓炳炀摘 要 介绍了近年来国内外高炉长寿技术的进展和现状，分析了影响高炉寿命的主要因素，提出了延长高炉寿命的各种措施。关键词 高炉 炉衬修补 长寿技术1 前 言新建一座大型高炉或对一座大型高炉进行改造性大修，投资多达十几亿元甚至几十亿元，因此国内外高炉工作者对高炉长寿问题特别重视。90 年代以来，高炉工作者从炉型设计、耐火砖的选择和组合、喷涂料的使用、炉体冷却设备的改进、施工质量的提高以及高炉操作制度的改善等方面入手，做了大量的工作使高炉一代炉龄不断延长。2
2、 高炉长寿状况2.1 国外高炉炉龄情况80 年代末，国外大型高炉寿命一般达到了 810 年。一代炉龄内高炉不进行中修，单位炉容产铁达60007000tm3 以上。进入 90 年代，国外高炉的寿命进一步提高，有很多高炉的实际炉龄已达 15 年左右。目前国外，特别是日本新建大型高炉的目标寿命设计为 20 年。2.2 国内高炉炉龄情况我国高炉寿命远远低于国外高炉一般水平。根据有关报导，炉缸平均寿命为 8 年，单位炉容产铁3844tm3，但炉腹以上的寿命仅为 35 年。也就是说，国内高炉 35 年进行 1 次中修，8 年左右大修。国内高炉炉龄在 10 年以上(不中修) 的为数不多。宝钢 1 号高炉(
3、第一代)有效容积 4063m3，1985 年9 月 15 日投产，1996 年 4 月 2 日停炉，一代炉龄 10 年零 6 个月，累计产铁 3229.7 万 t，平均利用系数2.064t(m3*d)， 单位炉容产铁 7949tm3，平均焦比 433kgt，燃料比 483.5kgt，见表 22 。据大修时观察，1 号高炉状况甚好，再生产 12 年没有多大问题。鉴于 3 号高炉已开炉，为了平衡组织生产，才将 1 号高炉按计划停炉。3 影响高炉寿命的因素高炉寿命相差悬殊，归纳起来有两条原因：一是先天性的，即使用的耐材质量、冷却设备的质量和型式、筑炉施工质量方面的差距；二是后天性的，主要是高炉操作状
4、况和炉体(包括冷却设备) 的维修、管理水平方面的差距。3.1 耐火材料高炉生产具有三大特点：一是连续运行，不间断作业；二是高温高压；三是炉料与煤气逆向运动。因此，炉体耐火砖要承受高温热裂作用和炉料、煤气冲刷及磨损作用，另外，还有碱金属的腐蚀作用，炉腹以下还受到铁水和炉渣的腐蚀、冲刷作用。耐火砖衬的工作环境十分恶劣，因而对其质量有很高的要求。根据高炉各部位的工作条件和耐火砖侵蚀机理，选择与确定砖衬材质是高炉长寿的重要因素，现对宝钢 1 号高炉 (第一代)采用的耐火内衬介绍如下。宝钢 1 号高炉 (第一代)炉底采用碳砖粘土砖综合炉底，最下面一层为石墨碳化硅砖，上面满铺 5层碳砖，周边砌一环碳砖，直
5、到风口，中间立砌 2 层粘土砖，碳砖与铁皮之间用导热性好的碳质捣打料捣实，铁口、风口周围采用耐磨性好、抗热冲击和抗化学侵蚀能力强的刚玉砖和粘土砖综合砌筑。炉身上部采用致密粘土砖。炉壳内喷涂一层不定形耐火材料，以避免热气流与炉皮接触。生产实践证明：1 号高炉的炉衬耐火砖选择是合理的，其寿命达到了 10 年零 6 个月。3.2 冷却设备大型高炉炉体冷却设备起保护炉体砖衬的作用。若冷却器损坏，炉体耐火砖在高温下将很快被侵蚀。高炉的操作炉型被破坏，影响正常生产。高炉冷却设备有多种型式，但不外乎冷却板、冷却壁、冷却板加冷却壁或冷却壁加支梁式水箱三种类型。冷却板型高炉与冷却壁型高炉均有长寿的例子，参见表
6、1。宝钢 1 号高炉 (第一代)冷却板均为 4 通道，第二代在炉腰、炉腹部位使用了部分 6 通道冷却板。当前国外高炉上推广使用 6 通道冷却板，这种冷却板水的流速快，冷却能力大，使用寿命大大提高。冷却板的优点是更换方便、冷却强度大。冷却壁的特点是冷却均匀，使之操作炉型合理。冷却壁种类也很多，寿命也长，但冷却壁损坏了不能及时更换，因此，冷却壁的质量尤为重要。日本新日铁第 3 代冷却壁，端部设有独立的冷却系统，以便加强冷却。冷却壁本体设有前后两套冷却系统，一旦前面的水管破损，后面的蛇形管系统仍能发挥冷却作用，因此，有利于炉体的冷却和高炉长寿。新日铁第 4 代冷却壁又作了进一步的改进，加大了冷却壁壁
7、厚，减薄砖衬厚度，采用导热性好，抗热震性能强的耐火砖，并与冷却壁浇注成一体。这样，加强了对砖衬的支撑作用，避免了炉衬脱落的危险，冷却板材质为纯铜质，导热性好。冷却壁材质一般为球墨铸铁。近几年，国外开发了钢制冷却壁与铜制冷却壁，均取得了良好的使用效果。1979 年德国蒂森公司开始了在高炉上试用铜冷却壁。最初，在汉堡港厂 4 号高炉(有效容积 2101m3)炉身中部安装了 2 块铜冷却壁进行使用试验，使用 9 年后，该炉子大修停炉。人们对这两块铜冷却壁作了检查，发现铜冷却壁完好无损，看上去象新的，而相邻的铸铁冷却壁损坏严重，开裂厉害，而且露出了水管。该铜冷却壁原来厚度为 150mm，使用 9 年后
8、，壁厚的磨损量最大值只有 3mm。1988 年又在蒂森鲁 罗尔厂 6 号高炉炉身下部安装了两块铜冷却壁，至 1994 年停炉，检查发现结果与上述汉堡港厂 4 号高炉情况相同。根据上述两个试用结果，蒂森又在施韦尔根 2 号高炉(有效容积 5513m3)炉腰部位安装了一段铜冷却壁，在萨尔茨吉特 3 号高炉炉腰处安装了三段铜冷却壁，测温结果表明：铜冷却壁壁体平均温度低于铸铁冷却壁，且温度波动小。铸铁冷却壁壁体温度正常为 1350C，而铜冷却壁只有 409 。1997 年 4 月 2 日开炉的德国 EKO 钢公司新 5A 高炉( 有效容积 1779m3)，也在炉子热负荷最高的部位安装了 4 段铜冷却壁
9、。据介绍，至 1997 年 3 月，从 MAN*GHH 公司订货安装铜冷却壁的高炉已有 20座。可以预计，由于铜冷却壁性能优良，使用寿命长，铜冷却壁将在今后得到广泛的推广与采用。高炉要长寿，除选择合理的冷却设备外，还必须保证有足够的冷却强度，而且，冷却水量可以根据需要进行调节。例如，开炉初期，炉衬完整，冷却水量可以小一点，保证适当的冷却强度就可以了；高炉到了中后期，要求增大冷却水量，加强冷却强度。在同一时期，根据煤气的分布情况，也需要调节冷却水量，调节冷却强度。宝钢高炉的经验是维持一定的水温差(冷却板出水温度与进水温度的差值) 。例如，1 号高炉(第一代) 在生产的初期、中期，水温差维持在 3
10、5；日本君津 3 号高炉的作法是：开工初期冷却板水温差维持在 56，后期为 3410。总之，冷却设备的型式、材质与冷却强度的大小，对高炉长寿关系非常重要。3.3 施工质量施工质量与高炉长寿关系密切。施工质量包括耐火砖砌筑、炉皮喷涂和焊接、冷却设备安装、填充料捣打等，这里不一一论述。3.4 高炉操作生产中高炉的制作制度对其寿命有着直接的重要影响。高炉合理的煤气流分布，应该坚持以发展中心气流为主，适当发展边缘气流的方针。合理的煤气分布，有利炉况稳定顺行和高炉长寿。采用过分发展边缘气流的方针，加重了炉墙的侵蚀，影响了高炉的寿命。这样的例子，可以举出很多。反之，边缘过重，也会导致炉况不顺，不利高炉长寿
11、。1984 年 10 月，鞍钢 7 号高炉(有效容积2580m3)开炉后，因边缘过重，促使炉墙结厚；1989 年首钢 1 号高炉开炉，一开始就加重边缘，结果也出现结厚；武钢 3 号高炉 1978 年因过份加重边缘，导致结厚11；宝钢 1 号高炉 1987 年因边缘过重，多次炉腰结厚，多次洗炉，并造成风口曲损等现象。所以根据炉料状况与操作要求，保持合理的煤气分布是非常重要的。高炉炉体的管理与维护，尤其是冷却设备的管理与维护，与高炉长寿关系密切。根据宝钢高炉的实践，防止冷却板法兰漏煤气至关重要。要防止冷却板处漏煤气，必须从高炉点火起就加强对冷却板的管理，建立一套合理的维护制度，包括开炉初期的管理、
12、平时的管理、冷却板法兰漏煤气的处理等。为防止向炉内漏水，发现了破损的冷却板，必须及时进行处理，将进水阀门关死或关小，并且，争取尽快更换新的冷却板。同样，破损的冷却壁与风口也要进行处理与更换，严防向炉内漏水。冷却水漏入炉内，严重地影响到炉衬寿命，尤其是炉缸碳砖，同水发生反应，对炉衬长寿非常不利。高炉炉体有多种冷却器，保持冷却设备的完好，对保护炉体耐火砖有着重要的作用与影响。根据国外的经验，无冷却的炉墙(冷却器损坏 )比有冷却的炉墙侵蚀速度要大 10 倍。 4 延长炉衬寿命的技术措施在生产过程中，对炉体各部分进行修补，采取各种措施，延长其寿命，至关重要。针对炉体不同部位，不同的损坏状况，采取不同的
13、措施，进行修补。4.1 炉底与炉缸侧壁4.1.1 加 TiO2 护炉高炉中后期，在炉料中加入一定数量的含 TiO2 的炉料，来提高铁水表面的粘度，同时，形成高Ti(N、C) 物质沉积于耐火砖损伤部位，起到保护炉底的作用。宝钢 1 号高炉 (第一代)，1988 年开始，根据炉缸侧壁温度高低，不定时加入含 TiO2 的炉料，TiO2控制在 0.30.4，高炉入炉 TiO2 5kgt 左右。当炉缸侧壁温度或炉底温度异常升高时，另加钛块矿来增加入炉 TiO2 量，采取这种办法，效果很好。另外，也可以从风口喷入 TiO2 粉，使炉缸局部损伤部位迅速得到保护。这一方法能够准确地把 TiO2投入到炉底侧壁的
14、损伤部位，起到 TiO2 使用量少且见效快的效果。如：日本加古川钢铁厂的高炉就是采用从风口喷入 TiO2 粉的办法护炉。4.1.2 压浆护炉为消除炉缸周围和炉底出现温度升高现象，采用压浆的办法也很有效。压浆材料，一般选用导热性能好、冷却效果好、与碳砖同质的炭糊，灌入碳砖与炉壳之间，这样，既填补碳砖背面空间，弥补了碳砖砖缝，降低了炉壳温度，又提高了炉缸碳砖导热性能，有利于延长其寿命。宝钢 1 号高炉、 2 号高炉、君津厂高炉、鹿岛厂高炉均使用过压浆护炉的措施，取得了良好的效果。4.1.3 清洗炉缸铁皮炉缸铁皮采用喷水冷却的高炉，由于铁皮生锈、结垢，导致导热性下降，影响喷水效果。因此，要定期除垢，
15、利用高炉定休日，有计划地进行炉皮清洗。搞好了这一工作，有利高炉长寿。4.2 炉腹、炉腰炉腹、炉腰是渣铁生成区和软融带区，炉衬侵蚀快。高炉在早中期，炉腹耐火砖就被侵蚀掉，全靠冷却器的冷却来形成渣皮保护炉衬维持生产。所以，使用冷却板的高炉，在冷却板破损后必须及时更换；使用冷却壁的高炉，在冷却壁损坏部位，可安装小型圆形冷却器减少型冷却板来加强冷却，以便生成渣皮保护炉衬。另外，也可以进行压浆和压入硬质料护炉，实践证明，压入硬质料来生成新的炉衬，效果更好。但这种压浆与压入硬质料的办法，只能在局部炉壳区域使用，对解决大面积的炉壳发红有困难，工程量也很大。空料线休风至炉腰以上，冷却至一定温度后进行喷补不定形
16、耐火材料与更换冷却壁对延长高炉炉衬的使用寿命也有一定作用。4.3 炉 身炉身耐火砖主要受到炉料磨损和煤气冲刷作用而不断减薄，要延长其使用寿命，在生产的高炉上，可以采取如下措施。4.3.1 保护冷却设备保护冷却设备的完好是炉身炉衬长寿的关键，因此，损坏的冷却板要及时更换，冷却壁内破损的水管，要关闭水门或减小水量，严防向炉内漏水。4.3.2 降低料线，休风喷补何处要喷补，空料线就到何处，空料线最低部位可到风口水平。喷补方法可以分为人工喷补和遥控喷补法。(1)人工喷补法利用人工操作操纵手动喷枪对炉衬破损面进行喷补。手动喷补可以从炉外持枪向炉内喷补，也可以在炉内手持喷枪进行喷补。在炉外喷补需要在炉外架
17、设操作台并在欲喷补面的对面炉壳开孔；在炉内喷补则需要在炉内安装升降台。无论哪种喷补，都必须降低料面，把喷补部位暴露出来并降温。在炉内升降台上进行喷补则需要把料面降得更低并在料面上覆盖足够的绝热料层，以便降温。为了提高喷补料对炉墙的附着力和减少反弹料的落下，可以事先在喷补区安装金属格网。在靠近炉喉上部地区，有时要安装好金属板，然后再在金属板与残砖(或炉壳)间进行喷补或灌浆。手动喷补是面对炉衬破损面进行操作，喷补均匀、光滑，同时不受炉料干扰。但这一方法劳动条件差，且有一定局限性。(2)遥控喷补法遥控喷补法可以将喷枪伸入炉内，通过严格控制使枪作垂直和水平方向的运动，直接面对任一欲喷补的地区，并可在
18、360的范围内以准确的角度进行喷补。操作者通过操纵杆(或驾驶室)控制喷补器的旋转和垂直运动。4.3.3 压浆与压入硬质料一般来说，炉身炉衬厚度减薄至 150mm 或炉皮温度高，炉皮发红的部位，应及早进行压浆或压入硬质料护炉。这一方法，适用于局部炉衬修补，而且，要经常反复进行。一般 35 个月需进行 1 次。从宝钢高炉的实践看，压入硬质料的效果更好。硬质料压入方法：对压入部位的炉壳开孔，使用高压双缸往复式压入泵进行压入操作，可堵绝高温煤气接触的铁壳通路，并且形成新的耐火材料层。总之，喷补与压浆、压入硬质料均是修补炉衬的有效措施。喷补需要降低料线，灌浆和压入硬质料不需要降低料线，只要利用高炉定休日
19、就可进行，更加方便与灵活，但只限于局部区域修补，大面积修补就费力气了。所以，炉衬破损严重，面积大，部位多，以降低料线喷补为宜。 5 结 论影响高炉寿命的因素很多，有先天性原因(如耐材质量、施工质量、冷却设备的设计等) 和后天性原因(炉况、炉体管理与维护、炉衬修补等 )。为了延长生产中高炉的寿命，必须首先搞好顺行，维护合理的煤气流分布，防止过份发展边缘煤气流；其次，要搞好炉体(包括冷却设备) 管理与维护；必要时，对炉衬进行修补(包括压浆、压入硬质料、喷补、更换冷却设备等) ，以便延长高炉使用寿命。联系人：邓炳炀，高级工程师，上海市(210094)宝钢科技信息研究所作者单位：宝山钢铁集团公司参考文
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