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影响高炉长寿的原因分析及改进措施

摘要：对影响高炉长寿的原因进行了分析并提出了改进措施，以与感兴趣的同行研讨。

关键词：高炉炼铁；操作；管理；高炉长寿；耐火材料；施工；维护；研讨

1概述

近年来，我国钢铁工业高速发展，钢铁产量高速增长，且随着机械化、智能化新质生产力在高炉炼铁界的广泛应用，炼铁工艺技术得到不断完善和提升，高炉技术经济指标得到很大进步。但是，我国高炉长寿技术发展极不平衡。高炉平均寿命仅是5-10年，个别高炉寿命更短。宝钢、武钢、首钢等企业的部分高炉寿命已经达到15年以上，有些高炉开炉5-6年甚至更短时间内就开始中修、大修，高炉平均寿命远远低于国外先进水平，据不完全统计，2000年以来，我国有近50座高炉发生炉缸烧穿事故，也发生了一些由于炉腹、炉腰或者炉身下部的冷却壁损坏多而被迫提前进入大中修的情况。高炉是钢铁行业中投资最大、能耗最高的关节生产环节，延长高炉使用寿命对降低生产成本，提高钢铁企业竞争力起着至关重要的作用。其中，高炉炉缸寿命是高炉长寿的主要因素之一；高炉上下部所有的冷却壁寿命和工艺技术操作与管理保证长期顺行是另一原因；耐火材料质量及寿命以及施工和维护是关键原因所在。

2影响高炉长寿的原因分析及措施

2.1影响高炉长寿的原因分析及措施

2.1.1炉缸死铁层深度的原因分析及措施

过去在“铁水环流理论”指导下，普遍认为：炉缸死铁层深度的深浅对炉缸寿命影响较大，即略深的死铁层有利于降低铁水环流对炉底和炉缸的侵蚀速度，反之亦反。而且认为，死铁层深度为炉缸直径的25%-30%之间是有利于延长高炉寿命的。目前，我国新建的高炉死铁层深度约为炉缸直径的20%-23%，远低于当前日本和欧洲高炉炉缸死铁层深度，按照经验，死铁层深度为炉缸直径的25%左右即可满足生产需要。但是，现在“铁水环流理论”面临着挑战，因为，铁水环流现象已经被许多实践证明其实是不存在的。现有侵蚀理论过分夸大铁水环流的作用，过分强调高冶炼强度对于炉缸的侵蚀。但诸多证据表明，大部分炭砖是在保护层存在的情况下被侵蚀的，与铁水环流没有关系。炉缸保护层极少发生完全融化和脱落。保护层最多的破坏形式是不完全破坏：热面少部分融化，整体大部分升温软化，在铁水压力下外推，压实炭砖热面粉化层后重新加厚。象脚区陶瓷杯短寿的原因是炭砖气化消失，陶瓷杯失去支撑，然后坍塌漂浮。焦炭与铁水密度差别巨大；死焦堆的焦炭颗粒之间没有很强的结合力，死焦堆没有整体性。在铁水的强大浮力作用下，圆锥形死料堆下部外围的焦炭必然分散上浮，改变死焦堆的外形（无法呈现圆锥形），且周期性置换过程中的形态变化，下大上小的圆锥体根本无法稳定漂浮在铁水中，必然侧翻。环流理论的假设不符合基本的浮力学原理。如果炉缸严重堆积，焦炭可能充满炉缸，呈圆柱形。见图一、图二。

山东某高炉，大修开炉后指标欠佳，2022年年底扒炉时，在炉底竟然发现了2年前开炉时的炭化枕木也佐证了不存在铁水环流问题。见图三。

2024年3月中原某钢企的420立方米高炉在计划检修近20天的情况下，在检修完毕后，还未送风生产的情况下，铁口区域炉缸烧穿了。还有一些高炉在堵着冷却壁异常上方的风口、有的甚至在休风状态下发生了炉缸烧穿事故。这些都足以证明铁水环流理论的不全面性。

铁水比焦炭的密度大得多，即使死料柱是一个稳固的整体，在浮力的作用下，正圆锥形的死料柱在铁水中必然翻转。

死料柱主要是由焦炭组成的，焦炭颗粒之间没有结合力，在浮力的作用下，正圆锥形死料柱下部边缘部分的焦炭必然分散上浮，改变死料柱形状，形成上部大、下部小的倒圆锥形或者锅底形。这样象脚区的环流通道就大幅加宽了，计算的铁水环流速度应该是象脚区比其它区域更小。

死料柱的下沉深度很难到达象脚区。如果死料柱长期下沉到铁口以下，出铁时应该频繁出现卡焦、喷焦的情况。如果死料柱本来就没有下沉到象脚区，那么象脚区就不存在环流。

有人反复做一些简单的模拟试验，结果如下：

一是密度较小的固体颗粒，始终无法在密度较大的液态中形成正圆锥形的组团；二是即使在容器中放置类似死料柱，从容器标高的中间部位出液，容器底部的液体根本没有出现肉眼可见的环流。

所以,象脚区可能根本不存在铁水环流；象脚区即使有轻微的环流，对于凝铁保护层也不会有实质性的破坏能力；象脚区即使有轻微的环流，象脚区的环流速度比炉缸中部标高段的环流速度应该更小，象脚区的炭砖侵蚀速度应该更慢。铁水环流理论存在明显缺陷，矛盾重重。炼铁届应该走出铁水环流理论的死胡同，重新认识、探究象脚侵蚀的成因和治理措施。补齐侵蚀理论的短板，实现炉缸长寿的目的。

其实，象脚区侵蚀主要是隐形水侵蚀所造成的。

图1环流理论将死焦堆设想成圆锥形且完全沉坐

图2死焦堆保持稳定的浮力学形态

图3?2年前开炉时的炭化枕木还在炉底的例证

另外，国内许多炉底或者炉缸烧穿后修补的炭素捣打料，在下次大