国内高炉炉衬长寿技术的研究发展
发布日期： 2020-03-09 10:13:26 阅读量（340） 作者：刘梓明在几代炼铁人的共同努力下，形成了我国较为完善的高炉长寿稳定生产技术，实现了高效与长寿的统一。其中包含：先进的冷却技术、完善的炉体构造和质优的耐火材料。
(1)延长炉身下部寿命的出路
经过长期的高炉生产实践研究，得出了建立一个在高强度环境下无过热冷却系统对高炉寿命极其重要的结论。无过热的冷却体系是指现有冶炼强度条件下，维持冷却设施工作始终处于低于设备上限温度中运行。
二十世纪八十年代之前，我国高炉用的是普通灰冷却壁和工业水开路循环作为冷却系统，均达不到无过热状态。直至20世纪末，我国大多高炉的炉身下部分使用球墨铸铁冷却壁、优质耐火材料和软水密闭循环冷却系统，有效的增加了炉身寿命，可是仍做不到无过热状况。因为球墨铸铁冷却壁的主体材料导热系数较低，会使水管表面的防渗碳涂层容易出现的气隙层，导致整个冷却壁热阻增大。最终导致在高炉工作环境下本体的温度偏高。自从德国MAN·GHH1979～1988年在HambornNo.4高炉试用铜冷却壁获得成功后，铜冷却壁可以在高强度冶炼环境下保持无过热状态的特性才被广泛接受。它具备了以下热工特性：
①热阻小。铜拥有高效的热量传导能力，且具有无气隙热阻。它正常的工作温度在60℃左右。在正常生产时，高温液态渣在铜冷却壁面被冷却、硬化，形成一层坚硬的渣壳，使冷却壁与高温的液态炉渣隔离开来，免受炉渣侵蚀。
②渣皮稳定。一旦有渣皮脱落现象出现，会在热面上快速形成新渣皮保护。经检测数据证明，在铜冷却壁面上生成完整的渣壳大约15～20分钟。
从2000年起在炉腹、炉腰和炉身下部应用了铜冷却壁，同时经过不断的总结经验，完善了高炉冷却系统，建立了薄壁炉身结构，人们将之称为薄壁高炉。薄壁炉身结构的出现，不但大幅度增加了炉身的使用寿命，在设计过程中更是减少了高炉对于优质耐火材料的使用，使其在投产后能够快速达产，从而使操作指标长久的维持在良好状态下，从而达到了高效与长寿并存。
总结我国近年来的实践操作，以下问题仍是需要关注的：
①设计的观念应改变
传统的铸铁质冷却壁需要依靠高质量的耐材进行防护，铜冷却壁技术应用后，拜托了这种现状。只需冷却强度跟得上，炉身寿命就自然可以延长，同时铜冷却壁也可避免烧损。
②高炉内型需进一步改良
自从在高炉重要区域推广铜冷却壁以来，对于炉身内部耐热构造的设计有了新的理念：炉身长期稳定的工作不是依赖耐火材料达成，而是依靠冷却设备的稳定工作。
③铜冷却壁渣皮脱落的问题值得研究
通过大量的生产实践数据表明，铜冷却壁的稳定性非常高。但存在一个问题：在炉腰和炉身下部设置的铜冷却壁燕尾槽上形成的渣皮是不稳固的。这就是说，设置燕尾槽花不仅是一项浪费而且没有达到所设计的效果。
在实际生产过程中，渣皮脱落不仅会导致剧烈的热量交换，损失了大量的热量，还会导致铜冷却壁本身急剧的热量转移，从而产生不可逆的塑性变形，虽然外形变化很小，但频繁的渣皮脱落积累下来，将会导致外形发生比较严重的变化，继而影响生产。所以，避免频繁的渣皮脱落是一个有待深入研究的课题。
(2)延长炉底、炉缸部位寿命的设计基本概念
对于高炉炉底、炉缸部位的设计，我们设计了以下理念：如今，高炉炉底、炉缸部位损坏的主要原因是液态铁水的熔蚀和冲刷，要想保持该区域的长寿，需要实现高质量炭砖和高效的冷却系统有机结合。这一设计理念的使用，得到了良好的效果。
冷却系统与炭砖必须实现有效结合。第一，如果炉缸部位没有砌筑炭砖，致使冷却壁和炉缸内高热度铁水紧密碰触，需要承受的热负荷大幅提高。第二，假如采用最好的碳砖，但是缺少好的冷却系统，也做不到使高炉炉缸长时间的保持在良好的工作状态。
提高炉缸冷却性能，目标是使1150℃(铁水凝固温度)等温线尽量推往炉内。在高炉炉役的生产全程中，冷却与炭砖相互依靠共存的一般理念大概可划分成以下阶段：
①侵蚀炭砖阶段：高炉投产初期，不论冷却方式怎样，由于炉缸侧壁炭砖初期维持较厚，碳砖拥有较高的热阻力，所以1150℃等温线仍会维持在炭砖的内部。这时，因为铁水的常态熔蚀加冲刷，会不断侵蚀碳砖，其被侵蚀的速度与其自身质量有关，所以这时冷却方式对碳砖的侵蚀影响较小;
②相对稳定阶段：高炉炉役后期，炭砖经过长期的侵蚀，日积月累到一定的残余厚度后，其热阻就会下降，这时依靠较好的冷却系统，促使1150℃等温线离开炭砖向炉内推进，便能够出现渣铁凝固层，就可以有效的阻止炭砖被侵蚀速度，所以这期间炉缸工作的稳定性主要依靠冷却得到维持，拥有越高的冷却强度，就越有利于渣铁凝固层的形成;
③临界工作阶段：这一阶段中，残余的炭砖变得很薄，用热流强度值来体现。
部分高炉的操作时间表明，使用冷却壁来冷却炉缸，热流强度需要控制在<10000W/㎡。在热流强度≥13956W/㎡(12000KW/㎡·h)时就需要给出红色警告，热流强度在18000到21000W/㎡(15477～18056KW/㎡·h)之间，就会出现烧穿炉缸的现象;
(3)至今，人们需要提高研究炉缸、炉底结构的意识：
①怎样认识优质炭砖标准?
近年来，以传热学为理论基础作为高炉、炉缸等重要部位的设计导向是一个极大的进步，但是过分关注碳砖的热传导性能，而忽略抗铁水侵蚀能力也是不可取的。若单纯以传热学角度来看，是合理的，但经过4年的生产实践证明，这种砌筑方式是不合理的，最终导致炉缸烧穿。
②何谓良好的冷却?
所谓良好的冷却是要保证从炉缸内壁到炉内以1150℃等温线均匀分布。对于炉缸的冷却强度应提高这一观点，国内的意见是一致的，但其中有些人认为，铸铁质冷却壁就能够达到炉缸正常使用时的冷却效果，还有人坚持，为了能够使炉缸与炉身同寿，在铁口区域和“象脚形”侵蚀区域有必要使用铜冷却壁。有待今后在实践中不断总结，统一认识。
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