王维兴教授高炉长寿技术

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1、高炉长寿技术系统分析王维兴中国金属学会13651002795 高炉长寿技术概念 高炉炼铁技术十二字方针：高效、优质、低耗、长寿、安全、环保。 高炉长寿是个庞大系统工程，内容包括：炉型设计、设备和耐火材料选择、安装和砌筑质量、操作规程的制定、高炉操作水平、生产过程的检测和维护、安全危机的处理等。 耐火材料机理和结构的研究、侵蚀和破损原因与预防。 科学管理高炉建设和生产，实现技术与经济的统一。一、高炉长寿的概念 GB50427-2014高炉炼铁工程设计规范要求：高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上。在高炉一代炉役期间，单位高炉容积的产铁量应达到或大于10000 t。 炼铁专家们认为：高炉一代寿命

2、在1520年，一代炉役每立方米炉容产铁1.31.5万吨/M3，或（300450）104炉缸面积。热风炉寿命应在30年。我国高炉长寿实践高炉高炉容积，容积，m3开停炉时间开停炉时间寿命，寿命，年年一代单位容积产一代单位容积产铁量，铁量，t/m3宝钢1号（第一代）40631985.9.151997.4.110.57950宝钢1号（第二代）40631997.5.252008.9.111.29091.5宝钢2号（第一代）40631991.6.292006.8.3115.211612.3宝钢3号43501994.9.20至今191580,12年10月武钢5号（第一代）鞍钢10号320025801991.

3、10.192007.5.301995.2.122008.1015.613.81109710800首钢3号25361993.6.22010.12.2117.613991首钢1号25361994.6.92010.12.2116.413328首钢4号21001992.5.152007.12.3115,612560兴澄1号4502002.9至今10.811000梅山3号12501995.12.12009.5.1513.610553高炉长寿的优点 大大提高了一代高炉的效能； 降低了高炉大中修所消耗的巨额费用； 降低了因停炉给公司造成的巨大经济损失，减少了对有关生产工序结构失调的影响； 高炉长寿连续化生产

4、，使一代炉役期间的燃料比最低、污染物排放减少，生产成本降低，促进企业清洁生产。 是高炉大型化、高效化的重要技术支撑。 是高炉生产稳定顺行、低耗的重要保证。 目前，我国高炉寿命普遍偏低；中小高炉比大高炉寿命低得多，偏追求产量，燃料比高。二、高炉长寿技术系统工程1.炉体设计为基础，是高炉长寿的前提要使设计炉型、操作炉型、合理炉型统一。矮胖炉型可以实现高产，但燃料比和能耗要高，寿命受影响。不过度追求高系数，要实现低燃料比，低成本，实现效益最大化。高系数使炉容变小（小高炉设计如此），高径比不宜小于2.0，煤气利用率低。煤气流过分边缘发展影响长寿。薄壁炉衬要有个度，设计炉型不能就是操作炉型，要允许生产过

5、程中自然形成合理炉型。否则，高炉很难实现好指标。冷却水设计优化：设计上要为炉役后期要使炉缸能增加冷却水量留有余地（热流强度峰值在1.01.2万w/m2)。设计合理死铁层深度是抑制炉缸炉底象脚产生的重要技术措施，减少铁水的纵向环流和圆周方向环流，尽量避免在铁口下方300500mm区交汇，形成涡流，降低铁水静压力对碳砖的影响，也是高炉长寿合理内型的重要原则。二、高炉长寿技术系统工程 高炉各部位内型参数之间要具有合理的相关联关系。炉喉：料批、批重与炉喉直径有关联，能维持合理的煤气出口速度，炉料稳定下降。炉喉直径取炉缸直径的0.650.75倍。 炉身：要适应炉料下降过程中被加热而体积膨胀，又能顺利下降

6、，维持一定煤气流速。角，中厚壁高炉在8083，薄壁高炉在7983. 炉腰：是调节炉容的有效手段，可降低煤气流对炉墙的冲刷;是炉缸直径的.倍。 炉腹：适应炉料熔化后体积收缩、滴落，使燃烧带远离炉墙，有利于渣皮的形成和稳定。希望角在，中厚壁高炉，薄壁高炉在7.二、高炉长寿技术系统工程 炉缸：在上部风口前形成燃烧带，是煤气的发源地；下部是容纳渣铁，进行渣铁间反应；底部设有出铁口，该部位是高炉长寿的薄弱环节。炉缸直径为. 炉容（）；深度取炉缸直径的，一般在为宜；要与鼓风动能、风速、鼓风机能力、原燃料质量、渣铁排放相适应。风要能吹透中心，不形成中心有死焦堆；抑制铁水环流和炉底象脚异常侵蚀。炉缸容积是高炉

7、容积的14%18%。风口间距一般在1.01.25m。风口高度为炉缸高度减去（0.50.6）。 死铁层：不宜采用过深炉缸，建造成本高、影响中心死焦堆的浮起，对炉底产生很大静压力，保护炉底砖不利，易浮起。二、高炉长寿技术系统工程 高炉炉容：年生产作业率在，工作在天。高炉有效高度HU7.728V 。VU为高炉有效容积。系数决定炉容。 小高炉炉容偏小，大炉缸；大高炉炉容往小了说。指标虚。 VU炉缸面积A=2230。科学评价高炉指标，系数和冶炼强度等。 规范建议 设计参数选取见下表：系数t/d燃料比kg/t焦比kg/t风口个数16202428283234384042165. 0u165. 0u二、高炉长

8、寿技术系统工程2.设备和耐火材料选择 铜冷却壁高导热、耐磨，不易破损，在软熔带安装易形成渣皮，有利于高产低耗、高炉长寿。 炉缸、炉底碳砖质量要求除满足常规性能指标外，更要重视其导热性、透气率、抗氧化性、抗碱性、抗渣铁侵蚀性等指标。提高砖衬导热系数，使1150等温线逐渐向远离冷却器的热面移动，促进砖衬热面形成稳定的凝固保护层。 碳砖微孔化是提高碳砖抗氧化性、抗碱性以及抗渣铁侵蚀性的有效手段。 提高碳砖导热性系数应通过电锻无烟煤的石墨化程度来实现。加入石墨电极将大大降低抗铁水溶蚀性。生产碳砖的温度要在14001500，一些碳砖生产厂没有实现。 目前，冷却（水量大小、水温差大小、连接方式等）不是高炉

9、长寿的主要障碍。二、高炉长寿技术系统工程 2.设备和耐火材料选择 耐火材料在高炉破损的原因： 1.高炉冶炼过程自身有破坏因素：温度变化大（产生溶蚀、热应力、热震）、机械冲刷与磨损（炉缸渣铁流的流动冲刷、炉身部位磨损）、炉料中碱金属和其它有害元素与耐材的化学反应（化学侵蚀、形成低熔点化合物、体积膨胀、与炉尘结成炉瘤等）以及析碳反应和铅的沉积等。 2.耐材结构和砌筑：设计的不合理（冷却系统不合理、炉底砖漂浮、炉身砖衬支撑不好造成脱落等）、质量差（气孔率大、抗渣铁和碱金属侵蚀差）、操作（边缘气流过分发展、水温差控制不当等）和维护不当，监测点偏少等。 耐火材料性能比较性能NMA美国NMD美国BC-7S

10、日本BC-8SR日本AN-101法国AM-102法国微孔碳砖(兰州）半石墨碳砖国产低气孔自焙炭块（河南）体积密度g/cm21.621.81.621.711.541.581.561.521.62显气孔率%-15.51615.513.6161813常温抗压Mpa30.531.144.165.734.343.9323041.87抗折强度Mpa8.110.112.814.1-8.57.8-灰分%109.517234.9-20720.88平均气孔直径m-0.30.05-0.41-1.51 m 孔容积 百分比%-70-61.33透气率mDa9840.5200020151211.54导热系数W/mK,200

11、 600 800 1200 -18.418.819.7-45.238.128.5-13.514.216.3-21.121.622.5-91012-8910-8.12900 9.18抗碱性ASTM-UgrLCULCLCUgrLC-抗渣铁渗透不渗-渗透-0.5Mpa轻度渗透-耐火材料性能比较MS4法国MS4R法国MONOCORAL法国刚玉莫来石国产复合棕刚玉国产高铝砖国产莫来石-碳化硅湘耐体积密度g/cm32.472.73.353.03.12.762.65显气孔率%18.515-18181917常温抗压MPa857060858060601500/抗折模量MPa-812.4-荷重软化温度(0.2 M