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关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1
关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1高炉是冶金工业中常见的设备之一，用于将铁矿石还原成铁。
高炉由多个部分组成，其中炉缸是高炉的核心部分之一、炉缸的结构和设计对高炉的性能和寿命有重要影响。
炉缸是高炉内部的一个圆柱形区域，是铁矿石还原和熔化的主要区域。
在高温和高压的环境下，炉缸承受着巨大的机械应力和化学侵蚀。
因此，炉缸的结构和材料选择对高炉的长寿命至关重要。
首先，炉缸的结构应该设计合理，以承受高温和高压环境的力学应力。
一种常见的炉缸结构是带有锥形底部的圆柱形，这种结构使得炉缸能够承受高温下的溶解反应和气体压力，同时有利于收集和排出产生的铁和矿渣。
其次，炉缸的材料选择也是至关重要的。
由于高炉内部的极端环境，炉缸的材料需要具备高温耐受性和抗化学侵蚀的能力。
常见的炉缸材料包括耐火砖和耐火浇注料。
耐火砖由于其良好的抗高温和抗侵蚀性能而被广泛使用，但由于高炉运行周期长，锏补砖的频率高，对炉缸使用寿命造成了一定程度的影响。
因此，一些新型耐火材料如碳化硅和氧化铝陶瓷等被引入到高炉中，以提高炉缸的寿命。
此外，炉缸的冷却系统也是炉缸结构与寿命的重要组成部分。
高炉内部的温度可以超过1500摄氏度，因此需要通过冷却系统使炉缸保持在可控的温度范围内。
常见的炉缸冷却系统包括水冷壁、气体冷却和铜套冷却等。
这些冷却系统可以有效地减少炉缸的热应力和材料的烧蚀，延长炉缸的寿命。
在设计高炉炉缸结构时，还需要考虑高炉炉缸与其他部件的配合和相互作用。
例如，高炉炉缸与炉身和炉底的连接需要具备良好的密封性和强度，以避免铁水和矿渣的泄漏和损耗。
炉缸的内壁还需要设计成滑动保护层，以减少铁液和矿渣对炉缸内壁的摩擦和损伤。
总之，高炉炉缸的结构和材料选择对高炉的性能和寿命有重要影响。
合理的炉缸结构设计和材料选用可以提高高炉的运行效率和延长炉缸的使用寿命。
同时，炉缸冷却系统的选择和设计也是确保炉缸长寿命的关键因素之一。
高炉长寿技术剖析
高炉长寿技术剖析（一）2015-12-04 15:20:001 概述高炉长寿技术要保证高炉一代寿命15-20年，炉容产铁13000-15000t/m3或（300-450）×103 t/m2炉缸面积；高炉长寿是一个系统工程，它涉及设计、选材、验材、安装筑炉、仪表监测、生产管理与操作等多个方面，哪一个方面不到位，都影响高炉寿命。
高炉至今仍然是个黑箱，虽然冶金过程热力学与动力学、传输原理、电子技术等先后应用到生产实践中已有相当长的时间，但是仍然有不少问题没有彻底搞清楚，例如高炉内反应、传热、流体运动、破损等机理。
相关人员根据自己的实践和研究，对高炉内的现象做出不同的解析，形成不同的观点、流派。
不同流派的观点，在一定程度上提高了高炉寿命，但也存在完全相反的现象。
2 高炉长寿2.1 防止铁水流对炉缸侧壁砖衬侵蚀技术现在对炉缸侵蚀甚至烧穿的共识机理是：出铁过程中，铁水环流对侧壁砖衬的机械冲刷和不完全饱和碳的铁水对炭砖的熔蚀。
防止这种侵蚀发生的最根本措施是隔离铁水与炭砖的接触，在隔离技术上出现两种完全不同的技术观点：①通过冷却将铁水与炭砖接触表面温度降到1150℃以下，使铁水在炭砖表面形成薄铁皮层来隔离铁水与炭砖的接触，这样不仅可形成铁皮层，还可以形成渣层来保护。
这种观点采用全炭微孔，甚至超微孔炭砖，而且努力提高其导热系数，以使表面温度降到1150℃以下。
②利用陶瓷质砖衬来隔离铁水与炭砖的接触，由于炭砖难于实现抗铁水熔蚀，只有人为地在炭砖表面砌一层陶瓷砖，这就是陶瓷杯壁，只要炭砖的抗铁水熔蚀性能达到陶瓷质耐材时，陶瓷杯是有用的。
这两种技术观点支撑的炉缸炉底结构都有长寿的记录，但是采用任何一种技术措施实现长寿都是有条件的，不是在任何条件下都能达到长寿，有的高炉不仅不长寿，反而短期内出现渗铁、漏铁甚至烧穿。
下面就支撑这两种技术措施的观点谈谈看法：（1）高炉炉缸侧壁上无凝固保护层生产中的高炉侧壁炭砖上是没有凝固保护层的，尤其是铁口周边地区，但是存在着粘滞层。
延长高炉炉缸炉底寿命的探讨
国内很多高炉将炉底水冷管设置在封板下部，其原因是耽心水管漏水。其实这种耽心是多余的，武钢从 １９７０年４号高炉开始炉底采用水冷却，水管设置的位置都是密封板上面，埋在炭素捣料中，从未出现过问 题，大修拆炉时水管仍完好无损。这样设计对强化炉底炭砖的冷却有利。
１．７提高炉缸炉底冷却强度
２００１年武钢ｌ ８高炉炉容２２００ｍ３首次采用进口超微孑Ｌ炭砖，２００４年武钢７号高炉首次采用国产超微孔炭
砖，以后国内很多高炉相继采用。到目前为止使用最长的武钢１ ４高炉已达９年，目前高炉状况良好。国内 还没有使用到一代高炉例子。超微孔炭砖是在微孔炭砖的基础上，性能指标有明显提高的新一代产品，主要 是导热系数和微孔指标改善，使用效果应当优于微孔炭砖。 ４）石墨炭砖是近年在炉底最下层平铺一层石墨砖，以提高炉底的冷却强度。一般都不会与铁水接触，炉 底的侵蚀深度不会达到石墨砖的部位。 但近几年国内有很多座高炉将美国ＮＭＤ炭砖用于炉缸。该砖是全部以电极石墨为原料生产的热模压 小炭砖，室温导热系数达到４０一６５ｗ／ｍｋ。这样使用石墨砖违背了石墨炭砖不能用于直接与铁水接触的部 位。有几座高炉已出现炉缸严重侵蚀状况，甚至出现炉缸烧穿事故。有的高炉在炉缸使用石墨砖的情况下 设计的冷却水量偏小，冷却强度偏低，水温、热负荷检测不全，更容易出现炉缸侵蚀严重的情况。高炉生产实 践证明石墨砖不能用于炉缸、炉底与铁水接触的部位。也说明以电极石墨为原料替代电煅无烟煤生产炭砖， 将降低炭砖的使用效果，影响高炉炉缸寿命的延长。
视，几种陶瓷杯砖的性能对比见表１。
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表１几种陶瓷杯砖的性能对比
从表１可知，复合棕刚玉砖和刚玉莫来石砖性能最差，不适合高炉使用，浇注大块仅抗碱性好，其他性能 都很差，塑性相结合刚玉砖抗碱性和抗炉渣侵蚀性较好，但不是微气孑Ｌ砖是其缺点，微孔刚玉砖是这几项性 能都很好的一种新型产品。武钢新建和大修高炉陶瓷杯都采用了微孔刚玉砖，风口组合砖也有两座高炉开 始采用，目前高炉使用情况良好，没有发生风口上翘事故。 陶瓷杯导热系数很小（２—４ｗ／ｍｋ）内表面很难凝结渣壁，因此炭砖内砌筑的陶瓷杯迟早都会被渣铁侵 蚀掉。当陶瓷杯脱落时，铁水在短时间直接与炭砖接触，将引起炉缸炭砖温度波动，温度突然升高很多，形成 严重侵蚀的假象，对稳定高炉操作有不利影响。根据武钢４ ８高炉炉缸、炉底炭砖内表生成渣壁保护层的实 践。不砌陶瓷杯砖炭砖内表会更早形成稳定的渣壁保护层，更有利于炉型稳定和延长炉缸寿命。
高炉炉缸安全的几个问题探讨资料
高炉炉缸安全的几个问题探讨前言近年来，为数不少的高炉在投产不久即出现炉缸耐材温度异常升高，有的高炉甚至短时间被烧穿。
导致高炉炉缸快速侵蚀的原因见仁见智。
炉缸安全涉及到设计、施工、设备及耐材、操作维护等方面，任何一个环节都能对炉缸安全产生重大影响。
本文针对涉及炉缸安全的陶瓷杯结构、炉墙气隙、炭素捣打料、冷却强度、碱金属、烘炉，以及操作维护等热点问题予以了初步探讨，并提出了相应的改进建议。
1. 陶瓷杯对炉缸安全的影响尽管高炉炉缸有全炭砖和炭砖加陶瓷杯两种不同的结构形式，但获得炉缸长寿的根本机理是相同的，都是为了保护炭砖免遭铁水的侵蚀，而采取不同的措施避免铁水与炭砖的直接接触。
全炭砖炉墙通过炭砖的高导热性能使热面温度降到1150℃以下，依靠炭砖热面温度较低的、流动性较小的“粘滞保护层”来隔离铁水，陶瓷杯结构则是人为采用陶瓷质砖衬来隔离铁水，避免炭砖与铁水的直接接触。
有观点将炉缸砖衬温度异常甚至烧穿的主要原因归咎于炭砖热面的陶瓷杯，认为陶瓷杯阻碍了炉渣在炭砖表面形成保护层、铁水会渗透到炭砖热面，对炭砖产生所谓的“熔洞”侵蚀。
长期的高炉实践中，全炭砖炉缸、炭砖加陶瓷杯炉缸这两种结构均有长寿实例，也均有炉缸砖衬温度异常甚至烧穿的事故发生。
这些客观实例证明这两种形式的炉缸结构都是可行的，但要实现有效隔离铁水进而获得高炉长寿，都是需要条件的。
陶瓷杯存在时，其对炭砖的保护作用是毋容置疑的；陶瓷杯侵蚀后，即转变为全炭砖炉缸结构。
只要炭砖质量好，炉墙传热体系有效，炉缸仍是安全的。
采用炭砖加陶瓷杯结构的炉缸，其关键点是陶瓷杯必须具有稳定性和密封性的合理结构[1]，尽可能提高陶瓷杯的寿命。
陶瓷杯材质、结构不合理，以及陶瓷杯热应力过大都会导致陶瓷杯破损甚至垮塌。
在结构设计方面，小块陶瓷杯设计、制造与施工均比较简便，砖缝能够吸收一定的膨胀以释放热应力，但需防止砖缝钻铁，并提高其结构稳定性。
大块陶瓷杯的互锁结构，以及较少的砖缝等使其具有较好的稳定性、密封性，但结构相对复杂，对设计要求很高。
高炉炼铁长寿问题探讨
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，耗 资多达 上亿元 。因而高炉 使用寿命 直接关系到钢 铁工业的经 济效益。 随着世 界各 国钢铁 工业技术 的进步 ，高炉长 寿技术 已经取得 了显 著成果 ，工业 发达 的国 家的高炉寿命普遍能达 到 ｌ Ｏ 一 １ ５年 ，有的甚 至可 以达到 ２ Ｏ年 。相比较而言，我 国高炉的 长 寿 水 平 与 国外 先进 水 平 还 有 一 定 的 差 距 。 以唐钢炼铁厂 为例， 白建设大 高炉 以来 ，没 有 一座高炉的寿命超过 ｌ ０ 年 从降低生产成
布置 ２ ～３ 个出铁 口。这类布置，虽然 可以节 约 开支。但是对高炉冶炼及 寿命均有不利影
响 。 高炉 不 能 完 全 出净 渣 铁 ， 留 在 炉 内的 炉 渣 ，靠近铁 口的一侧 ，渣面接近 铁 口水平 。 而 远 离铁 口的 一 侧渣 面 较 高 。 如 果 铁 口布 置 在 同一侧 ，炉 内的炉渣分布必 然不均匀 。当 炉 况不太正常 ，特别是 炉温低时， 由于炉渣 粘稠 ，从滴落带下 降的铁 滴，穿过渣层 的速 度 不同必然影响到炉料均 匀下降及煤气流均 匀 分布， 由此导致局部 方向煤气流发展 。过 分发展的煤气流形成高炉 “ 管道行程 ” ，从而 破坏炉衬 的完整性，影响高炉寿命 。
本 以及推动炼 铁技术进步两方面 来讲，如何 采 取有效手段 ，延长高炉使用寿命 还需要我 国炼铁工作者不断去探 索和研 究。
２ 、影响高炉长寿 的主要因素
高 炉 的 长 寿 不仅 仅 是 高 炉 本 体 长 寿 ，还 包括生产主体 和辅助系统 的整 体长寿 ，任何 个环节 出现严重破损 ，都会影响高炉寿命 。 高炉能否长寿 主要取决于 以下因素的综讨
对高炉炉缸长寿问题的认识王筱留 左海滨.
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1.3 死铁层深度问题
炉缸烧穿或炉衬厚薄造成隐患的位置是铁口周围：铁口正下方距铁口中心线 2.0m左右；铁口左右两侧（第二个风口与第一风口之间），离铁口中心线1.52.0m处。这是由出铁过程中铁水流运动机械冲刷及铁水溶蚀炭质炉衬造成的。 这引起对铁水环流的研究，这种环流对炉缸壁的损坏作用，就引发如何选定死 铁层深度的问题。
对高炉炉缸长寿问题的认识
北京科技大学冶金学院
王筱留 左海滨
E-mail:wangxiaoliu2009@
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目 录
前言
1. 影响炉缸炉底寿命的因素
1.1 设计上的问题 1.2 鼓风湿度问题 1.3 气隙问题 1.4 检测问题 1.5 操作问题
2. 炉缸炉底维护和异常处理
2.1 钛渣护炉 2.2 灌浆 2.3 挖补
高炉寿命的限制性环节集中到炉缸、炉底部位。近来国内外发生多起炉缸漏铁
、烧穿事故的实例，即使没有烧穿，但水温差急剧上升，告急的高炉也不在少
数。
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1. 影响炉缸炉底寿命因素
高炉长寿是一个系统工程，受多方面因素的影响： 设计；耐材冷却器的选择和验收；筑炉和冷却器安装质量；检测 仪表的设置，选择安装以及高炉操作等。
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h＝1.1m
h=1.6m
图3（b）死铁层深度对铁水流动的影响
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生产实践表明，炉缸侧壁温度与炉底温度成反比，即炉底温度高 时，侧壁温度降低，有利于炉缸侧壁安全工作，
图4 炉缸侧壁温度与炉底温度成关系
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研究和生产实践使广大高炉炼铁工作者得到共识，要适当 加深设计高炉的死铁层深度。在加深死铁层的程度上，也还有 不同观点：
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以重庆赛迪工程公司（重庆设计院）项中庸大师等为代表主张较深 的死铁层0.25 d缸左右，以增加铁水对死料柱焦柱的浮力，使部分铁 水从死料柱下流向铁口，减轻铁水环流，同时使炉底温度升高而降 低炉缸侧壁温度。
高炉炉缸结构上一些问题的讨论
某1250炉子死铁层2.0m(23%),开炉三年炉底板上翘180mm 左右,冒煤气严重
结语 1 笔者应中小高炉年会的要求,为实现高炉炉 缸高寿命,仅在炉缸结构上就近年生产中遇 到的一些问题,与同仁们进行探讨,提供给决 策和设计者作参考,个人认识不一定正确且 分析较肤浅,目的是想引起争议和起到引玉 的作用。 2 呼吁行业组织起来设计和建设出象前苏联 及我国上世纪五、六十年代那样，形成我 国不同炉容的标准炉体结构,或曰：”标准 炉型”，进而与迈向钢铁强国相适应。
大小炭砖复合砌筑的鞍钢10高炉,生产14年,单位炉容产铁 10117t,2008.11.金触危机停下来,实际还可生产几年
2002年投产的450小高炉缸结构,己生产了13年,单位炉容产铁13679t,现 仍在生产
一座从炉底板开始炉壳收缩和大小炭块复合砌筑的高炉
4.冷却水与冷却器结构
1. 冷却水质：水是最好耐火材料，这话不错，但应用得好应变成软水或除
表3
卧式冷却壁与立式冷却壁的比较
立式冷却壁 立式冷却壁
卧式冷却壁 炉缸水量 (t/h) 水管流速 (m/s) 水流密度(t/m.h)
1380 2.72 119 1.19
4250 2.72 81 0.75
6250 4.0 119 0.75
比表面积
冷却水与冷却器结构
• • • • • •
4 热流强度: 武钢生产中规定他们的热强度如下 炉缸热流强度报警值≤29.3MJ/m2.h（7000 kcal/m2.h）； 炉缸热流强度警戒值≤37.67MJ/m2.h（9000 kcal/m2.h）； 炉缸热流强度事故状态≤50.23MJ/m2.h（12000 kcal/m2.h）； 热流强度超过报警值后必须采取措施把热流强度降低到安全范 围以内。 • 美国Cary厂14号高炉炉缸烧穿时捡测到的热流强度约 12880w/m2 .h
高炉炉缸长寿技术研究
图10 碱金属的含量与温度的关系
表2 武钢高炉K2O+Na2O、Zn负荷计算结果
高炉号 取样计算时 碱负荷kg/tFe （K2O+Na2O） 间 1983年5月 1983年8月 7.61 5.38 Zn负荷（kg/tFe） 0.31 0.42
1号高炉 2号高炉 3号高炉
1981年7月 1985年3月
K、Na、Zn的气化温度分别为766℃、890℃、 908℃，Zn还原温度1030℃，900-1000℃是K、 Na、Zn起破坏作用的温度区间见图10。低于这 一温度K、Na、Zn成固体无法渗透，不会破坏炭 砖。因此提出将炭砖炉衬900-1000℃温度区间 推入炉内可以消除环裂。 实测数据表明,随炭砖导热系数提高，环形裂 缝，向炉内推移，见表4。因此将800-1000℃温 度推入炉内对防治环形裂缝是有效的。当然还有 提高炭砖的抗侵蚀能力、提高微气孔性能，提高 炭砖原料质量等措施都能有效防止K、Na、Zn的 侵蚀。炭砖,刚玉砖侵蚀后的显微结构见图11-22,
图5 武钢2号高炉第二代大修炉缸炉底 砖衬侵蚀测绘图（1981年8月）
图6 武钢4号高炉一代大修炉缸炉底 侵蚀测绘图（1984年7月）
图7 武钢4号高炉第二代大修炉缸炉底 侵蚀测绘图（1996年5月）
图8
武钢4号高炉第三代大修炉缸炉底砖衬侵蚀测绘图 （2006年7月）
图9 武钢5号高炉炉缸、炉底砖衬侵蚀测绘图 （2007年5月）
TFe 1.09 0.96 0.91 0.53 0.63 2.09 4.45 -
SiO2 4.47 0.36 1.30 0.28 3.80 0.08 7.23 -
3）炉缸铁口以上的炭砖侵蚀很少，陶瓷砖则侵蚀很多见图1,8 4）炉底侵蚀形状一般为反锅底形,平锅底形，正锅底形很少见 。见图4,5,6,7,8,9 5）炉缸风口区的砖衬，在风口以上的棕刚玉砖一般都侵蚀光， 由冷凝炉渣覆盖。风口中心线以下，一般从风口大套上沿到炭砖 前端的三角区内留有残存棕刚玉砖。见图1,8 6）炉缸侵蚀深度 武钢高炉1970年以前是采用综合炉底，1970年以后改为全炭砖 炉底，炉底侵蚀深度见表1.采用半石墨炭砖以后炉底侵蚀深度显 著减少。