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第 1 9 卷 第 5 期 辽 宁 工 学 院 学 报 v d 1 9 5 1 9 9 9 年1 0 月 J OURNAL OF LL 气 0NI NG I NS TI TUTE OF TECHNOLOGY o c c 1 9 g 9 文 章 编号：1 0 0 5 1 0 9 0(1 9 9 9)0 5 0 0 5 7 一 O 7 一 弓 影响高炉寿命的因素分析 茔壅旦：遴：_-_-_ _ _-。_-(北京科技大学，北京 高小武 1 0 00 8 3)-F 摘要：在分析高炉寿命构成的基础上，对影响高炉寿命的因素及延长高炉寿命 的措施进行 了系统的分析和讨论，结果表 明：采用板、壁结合的玲却器布置形式可以解决凸台冷却壁的冷却 不足，并 给 出了延 长 炉缸 炉底 寿命 的方 法。关 键 词；!生 壹 鱼 丝 堡 竺 塑 中 图分类 号：TF 3 0 5 “文献标 识 码；A 衰 1 7 罢 7 O年代以来，随着高炉大型化和冶炼的强化，延长高炉寿命成为炼铁生产 的突出问题。国内外炼铁工作者为之进行 了深入 的研究，已取得 了令人瞩 目的成绩。表 1为 国内外部分大 型高炉的炉龄状况。可以看出：7 0 8 0年代，国外大高炉寿命一般达到 1 0 年左右，一代炉龄 出铁量达到 6 0 0 0 7 0 0 0 T m，有些高炉寿命已经达到 1 5年以上。日本川崎钢铁公司千叶 厂 6号高炉 1 9 9 8年 3月 2日停炉，连续生产 2 0年 9个月，创 高炉长寿 的世界记 录。9 O年代 新设计的高炉的目标寿命大都在 1 5 年以上。我国虽然在高炉长寿方面做了大量的工作，也 取得了一定的进步，但就高炉寿命而言与国际水平相比差距仍然较大 只有少数高炉寿命达 到 8 1 0年。大多数高炉的炉缸炉底寿命勉强可达到 8年，而炉身寿命只有 3 5 年，因此，两次大修中问还需进行 1 2次中修。这种情况恶化了钢铁联合企业的经济效益，降低了钢 铁联合企业的市场竞争力。因此，提高高炉寿命是我国钢铁联合企业亟待解决的问题。高炉 长寿是一项复杂的系统工程，必须在分析影响高炉寿命影响因素的基础上，采取综合措施来 延长其寿命。1 炉缸炉底 寿命 的影响 因素及长寿措施 就高炉本体而言，炉缸炉底和炉身下部是高炉寿命的两个薄弱环节。我国大中型高炉的 炉缸炉底 自 5 0年代束采用碳砖综合炉底以来，在相当一段时期内，其寿命都在 1 0年以上。但随着高炉冶炼强度的不断提高，炉缸寿命问题又显现出来。炉缸炉底烧穿而导致高炉停炉 的现 象 在 国内外屡 见 不鲜。如 邯钢 1 2 6 0m。高炉，1 9 9 2年 7月 投产，1 9 9 5年 4月 炉缸烧 穿踟。收 稿 日期：1 9 9 9+0 7-2 O 基 金项 目：国家“九五 攻 关 项 目。作者简介 薛庆国(1 9 6 6 一)，男，河北赵县人，北京科技大学冶金学院，副教授。维普资讯 http:/ 5 8 辽宁工学院学报(自撩科 学版)第】9卷第 5期 1 1 炉缸炉底侵蚀的特征及原因口 炉缸 炉底 耐火 材料侵蚀的主要特征为：(1)侵蚀线在炉缸、炉底 交界 处呈“蒜头状。事 实 上，一 般的大 中型高炉都 有“蒜头状”异 常侵蚀发 生，只是严重程度不 同而 已。“蒜头状”侵蚀 的发展，使炉墙耐火材料的厚度减薄，冷却水温度升高，发展到一定程度时，必须停炉，否则 可能会造成炉缸烧穿。因此，“蒜头状”侵蚀是限制炉缸炉底寿命的一个十分重要的因素。(2)在环砌炉缸碳砖 中间会 产生环状断裂 或称 环形 脆化 层。这种脆化层在炉 缸环砌碳砖 中间 成带状分布，基本与碳砖的热面平行并且有一定宽度，在环带内的碳砖有的已成粉状。环状 脆化层的形成，相当于碳砖被截断，使碳砖的整体导热性大大降低，加快了碳砖的侵蚀，使炉 缸寿命大大降低e 3 5 “蒜 头 状”侵 蚀及 环 状脆化 层产 生 的原 因是多方面 的，归纳起来主 要有 如下几个方 面：(1)出铁 时 铁 水 流 动 对 炉 墙 的 冲 刷；(2)碱金属、铁水等向耐火材料的渗透侵蚀；(3)应 力对炉墙 耐火 材料的破坏等。1 2 延长炉缸炉底寿命的措施 1 2 1 适 当增加死铁 层深度在高炉 内型 的设计方面，增加死铁层深度，使料芯上浮，减轻 出铁时环流对炉缸炉墙 的冲刷。国外 的 i 型 黯 *举 壮 鞋 料 芯 浮 一，一 一 ，牡 ：存铣水临界源盥 抖 芯 坐 9 1 0 11 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 炉 缸 直 径 m 图 1 临界 无铁 层深 度与 炉缸 直径 的关 系 加 维普资讯 http:/ 1 9 9 9年(总第 6 9期)薛庆 目等：影响高炉寿帝的田素分析 理论研究和生产试验证 明，炉缸的蒜头状侵蚀与炉缸内料芯所处的状态有关。若料芯下沉坐 落在炉底上，出铁时铁 水只能沿料芯与炉墙之问 的环形通道流动，对炉缸墙产生强烈 的冲刷 作用。若料芯悬浮于炉缸内，出铁时铁水将在整个炉底表面流动，可大大缓解对炉缸墙 的损 坏。要使料芯悬浮 在炉缸铁水 中，铁水 对料 芯的浮力 就应 大于 料芯的压力。临界死 铁层 深度 与炉 缸直径 的关 系如 图 l所示。1 2 2 采 用高质量耐 火材料耐火材料 的性能对炉缸炉底 的寿命有决 定性的影响。首先，耐 火材 料的气孔率、气孔形状及尺寸对其耐铁水及碱金属 的渗透 和侵蚀 能力有重要 的影 响。实现微 孔或 超微孔，减少孔径大于 1 m,n的气孔；实现气 孔封 闭等可 消除或减 少铁水 向碳 砖 内的渗透，使铁水对碳砖 的侵蚀 只能在碳砖 表面进 行，从而减缓对碳砖 的侵蚀速度。其次耐 火材料的导热系数对其冷却效果有重要的影响。提高导热系数可降低耐火材料的温度，提高 其抗 侵蚀能力。1 2 3 炉底炉缸结构“陶瓷杯”是一种理想的消除“蒜头状”侵蚀 的结构。所谓“陶瓷杯”是 指炉底及炉缸碳砖的内表面砌一层导热率较碳砖低、抗铁水侵蚀性能好的奠来石砖或含铬 金剐石砖，形成一个杯垫 这种结构有以下特点：由于使用低导热率的材料，所 以可提高铁 水温度；由于所用 材料 的微小膨胀，砌 体之 间的缝被挤实，使渣铁 向砌 缝的渗透大为减少；由于“陶瓷杯”把 8 0 0 C等温线拉到“陶瓷杯”体中，使碳砖产生脆化层的条件减缓。1 2 4 休风及 出铁、出渣操作对炉缸 的寿命也有影 响。如：长期休风，残 铁 的凝 固可导致 炉缸的能力下降，再复 风时，铁水 的流速沿 炉墙增加。凝 固的残铁再 加热使 炉缸拐点处产 生 较大 的热应力，损坏碳砖结构，加速异 常侵 蚀的形成。另外，出铁频 率对炉缸 的寿命也是有影 响的，适当降低出铁频率，对延长炉缸炉底的寿命是有利 的。1 2 5 维护钛矿护炉是延长炉缸炉底寿命的有效手段】_。为维护炉缸侧壁耐火材料 的局部损伤，采用装人一定数量的含有 T iO。的矿物，提高铁水表面的粘度，同时形成高熔点 的 Ti(N，C)沉积于耐火砖损伤部位，起着保护炉缸的作用。在炉缸侧壁局部温度急剧上升 的情况下，可采用从风 口喷人 O。的方法，使其局部损伤迅速得到保护。因为这种方法能够 准确地把 投到炉缸炉底 的损伤部位，起 到了 Ti Oz 使 用量少且见效快 的效果，同时也不 需要变 更炉料结构。2 炉身下部寿命 的影响 因素 新 日铁公 司统计 了 自 1 9 6 5年 投 产的高炉 的停 炉 的原因，结果 表 明m，由于炉身下部损坏而停炉的 高炉 占全部停炉数的 5 0 ，占非嚣 计划停炉数的7 0 。因此，可以说 韪 炉身下部是高炉寿命的重要限制 氢 环节之一。銎 2 1 炉 身下部寿命构 成分析 炉身下部炉墙 由冷却设备、砖 衬与炉壳等组成。冷却设备起着保 砖 村 厚 度 ra m 图 2 妒种砖厚度对冷奇壁热面最高温度 丁l眦 和 热流 密度 的影响 妇 E 釜 韶 锃 瘴 维普资讯 http:/ 6 0 辽宁5-学院学报(白撩科学版)第 1 9卷第 5期 护炉壳及砖村的作用，冷却设备一旦大量损坏，炉壳便难以维持长久。高炉停炉中修往往是 由于炉身下部冷却设备大量损坏，炉壳额频烧红、开裂而被迫停炉。_ 一 、：柱 蠛 蕞 内工作。因此在有衬期内，冷却壁一般是不会被烧坏的。所谓“无衬期”是指耐火材料已被完全“吃掉”，由冷却壁及其前面的渣壳组成高炉的工 作容积。由图 3 可以看出，只要冷却壁前面形成一定厚度的渣壳，冷却壁便可以在安全的温 度范 围内工作。但在 高炉实际生产过程 中，由于炉况 波动等原 因，渣皮会经常脱落 这 种情 况下，一方面会使冷却壁热面处于较高的温度，另一方面由于冷却壁 内部温度波动较大，从 而产生较大热应力。在温度和应力的共同作用下，冷却壁会逐渐发生破坏。总之，炉身下部 的损坏过程可 以分 为耐火材料 的损坏和冷却壁损坏两个阶段。图 4 是 日本千叶 6号高炉炉墙厚度的变化情况，可以看到，其砖衬可以保持较长时间，这是其高炉得以长寿的重要原因之一。国内高炉炉身下部寿命短的原因是多方面的，问题较 复杂，但是耐火衬维持时间太短是重要原因之一，一般耐火材料仅能维持一年左右，冷却器 靠渣皮也仅能维持 2 3 年 冷却器大量烧坏后，再喷水冷却，炉壳频繁发红，出现裂纹甚至 烧穿，只得 中修 或大 修。、一_ (嗄始砖村表面)、。L 一：S2知S 3嚣 却 之 阿 的 炉 墙 S l O 龄 年 管 管 圉 4 千 叶 6号 高妒妒墙 厚度 的 变化 综上所述，要延长高炉炉身下部的寿命，应尽量延长耐火砖衬的寿命，与此同时应设法 延长冷却壁在没有耐火材料保护 情况下 的寿命 也 就是说，要想 达到长寿的 目标，应 同时考 耐 犍 勰 壳 寸 徘 棉 壳 蝌 措 前 炉 l点 端 廿*值 炉 图 圉 囡 圈匝 奎 崮 维普资讯 http:/ 1 9 9 9年(总第 6 9期)薛庆 国等：彰响高炉寿命的因素分析 虑耐火材料和冷却壁两个方面，并应考虑二者之间的配合，再辅助以合理的操作及维护。2 2 炉身下部炉村破损原 因 炉衬破损 的原 因有很多，归纳起来主要有 以下几种 1 4 A 5 热的作用，即热负荷、热冲击。化学作用。由于锌、碱金属、铁、渣等化学元素和化台物侵入砌体，造成砌体渣化和碎 裂，以及 c 等对 耐火 材料 的氧化作用。机械作用，由于炉料磨擦和含尘煤气磨损造成砌体的削落。2 3 炉身下部冷却壁破损的原因 1 9,1 4 炉身下部的耐火材料被侵蚀掉后，靠冷却壁和渣壳组成高炉的工作容积，仍可在相当长 的一段时间内维持高炉的正常生产。因此，保证冷却壁不被烧坏，是延长炉身下部寿命的重 要 措施。为了延长高炉冷却壁的寿命，人们对冷却壁的破损机理进行了大量的调查研究。高炉冷 却壁的破损形式及原因主要有以下几种：(1)高温烧蚀，炉身下部的耐火砖衬被侵蚀掉后，大部分时间里可以形成渣壳保护冷却 壁，但当炉温发生波动时，遣壳会脱落，冷却壁直接受高温气流的冲刷，特别是炉况失常或出 现边缘管道时，更容易发生冷却壁局部温度过高而被烧坏。另外，在冷却水的水质稳定性差 的情况下，冷却水管结垢，冷却能力大幅度下降，也会导致冷却壁温度过高而被烧坏。(2)热应力破坏，冷却壁的工作条件是一面高温，另一面有水冷，温差较大，这必然在冷 却壁内产生热应力，温差愈大热应力也愈大。由于热应力造成的破坏有两种形式。一种是当 热应力超过材料的抗拉强度时，会引起冷却壁的开裂，这种情况在灰铸铁冷却壁 中经常发 生。另一种情况下，虽然热应力远小于材料的抗拉强度，但由于温度的波动，引起热应力的变 化，导致材料 的疲 劳破坏。(3)冷却水管渗硪，材质变脆，造成冷却水管断裂漏水。(4)冷却壁表面渗碳，组织发生变化，性能恶化，引起开裂。2 4 延长炉身下部寿命的措施 2 4 1 设计包括耐火材料的选择、冷却系统的设计、冷却器的设计等。耐火材料。主要考虑耐火材料的导热系数及热膨胀系数等，它们将决定耐火材料的温 度分布及 由温差而产生的热应力。此区域采用石墨和炭质耐火材料是解决高炉内高热冲击、高热负荷及化学侵蚀等的比较好的办法 延长高炉炉身下部的炉衬寿命一方面要选择高质 量 的耐火材料，另一方面要加强对耐火材料 的冷却 冷却水质。冷却水管的结垢和化学腐蚀都将影响冷却水的冷却能力。另外，化学腐蚀 还会使冷却水管破损，最终损坏冷却系统。因此，现代高炉的设计大都采用了软水冷却。改进冷却壁结构。冷却壁结构直接影响炉墙的温度场。冷却壁结构中影响高炉寿命 的主要因素是冷却水管直径、冷却水管距冷却器热面距离、冷却水管间距、冷却水速等，它们 的变化将改变冷却壁的温度场。冷却壁的设计要设法降低其热面工作温度、减小温差。冷却壁质量。冷却壁质量主要是其力学性能和制造质量，特别是提高冷却壁本体抵抗 因急冷急热而造成开裂的能力。冷却器布置形式。冷却器前面保持一定厚度的砖衬，将避免高温气流直接冲刷冷却 器，从而大幅度降低冷却器热面温度，延长高炉寿命。加强对耐火砖衬的支撑作用对延长耐 维普资讯 http:/ 辽宁工学院学报(自然科学版)第 l 9 卷第 5期 火砖树的寿命是非常重要 的。对冷却壁高炉以前多采用带凸台的冷却壁，用来加强对耐火砖 衬的支撑。但由于凸台的冷却不够，往往造成凸台过早损坏，失去对耐火砖衬的支撑，造成耐 火砖衬的脱落，采用板壁结合 的冷却方式是解决这一 问题 的有效的途径。2 4 2 操作厦原料操作及原料对高炉寿命的影响主要体现在煤气流的分布及炉况的稳 定、顺行。保持高炉的稳定顺行、维持合理的煤气流分布是实现高炉长寿的重要方面。2 4 3 维护 炉身下部的维护主要是指炉衬的喷补和安装柱状冷却器，炉衬修补后带来的 直接效果是改进了布料和煤气分布，降低了热损失，稳定了炉况。炉衬的修补方法主要有压 力灌浆法和喷补法。冷却器损坏后，采用安装柱状冷却器的方法可以在局部重造渣皮，保护 该部位的炉壳免受高温气流的直接冲刷。3 结 论(1)高炉长寿是一个系统工程，靠单项技术是无法实现高炉长寿的，必须统筹考虑设计、操作、维护等各环节。(2)炉身下部是高炉寿命的重要限制环节之一。炉身下部炉墙的破坏分为耐火材料的破 坏和冷却壁破坏两个阶段，炉身下部的长寿应同时考虑冷却壁和耐火材料两个方面，并应考 虑两者之间的配合。c 3)对耐火材料的支承是影响耐火材料寿命的重要因素之一。凸台冷却壁由于凸台的冷 却不足，导致凸台的早期损坏，失去对耐火材料的支撑作用，同时也不利于形成稳定的渣壳。采用板、壁结合的冷却器布置形式是解决这一问题的有效途径。参考文献 E l i 项钟庸 高炉长寿技术的进步 J 国外钢铁，1 9 9 6，(2)2 0-2 3 2 J e a n-Ma r e S t e i l e r，M J V e l 1 t u 血 i，XL e c o q，GL e p r l n c e，AD u f o u r，B b i l l on，DL a o a n dGP r o v o s t B 1 a 5 t F u ma c e He a r t h E r o s i o n J S t e e l Th n o l o g y I n t e r n a t i o n a l，1 9 9 4 9 5：2 7 3 O 3 3 吴捐献 武钢 4 号高炉炉村破损调查研究叫 炼铁，1 9 9 0，(2)：l 一l 9 4 3 刘均会，段维民 包钢 3 号高炉中修炉体破损调查分折口 炼铁，1 9 9 8，(2)：1-5 5 小林 敬 司，松木 敏行，柳 尺 克彦 高炉长寿命化技术 J 川崎制铁拄报，1 9 9 3，2 5(4)：2 2 2 9 6 周有德 高炉炉缸形成“蒜头状 侵蚀的分析和对策口 钢铁，1 9 9 8，(2)：4-6 7 杨尚宝 神经网络高炉专家系统研究(博士学位论文)C D 3 北京：北京科技大学，1 9 9 5 8 宋 阳升 延长高炉寿命的探讨 J 钢铁，1 9 9 1 (1)：6 一l O 9 全强 马魁铎 长寿高炉设计的探讨 A 高炉长寿技术会议论文集 c 1 9 9 4，1 0：1-8、E 1 0 3 O k a d Pro t e c t i o n o f B l a s t F t u ma c e H e a r t h R e f r a c t o r i e s B y T i O z I n j e c t i on T h r o u g h T u y e r e s D I r o n ma k i n g C o nf e r e n c e Pr o c e e d i n g s，1 9 9 1：3 0 7-3 1 2 E l 1 3 A r i d G a r c i a o o n e，G e r a r d o J i m e n e z，J a v i e r C*s t i l l o T i t a n i u m A d d i t i o n P r a c t i c e a n d Ma i n t e n a n c e f o r t h e H e a r t h s i nA h ms d s B l a s t F u ma s 口 1 r o n ma k i ng P r o c e e d i n g s，1 9 9 7：4 7 5-4 8 3 1 2 3 新 日 铁钢铁公司 新日铁为争取高炉长寿化而对操作和炉体冷却、内村技术的改造口 国外钢铁，1 9 8 8，(4)：8 2 O 1 3 3 杨为国 高炉冷却壁三维温度场有限元分析(硕士学位论文)D 北京：北京科技大学，1 9 9 7 IZ 1 4 3 R He b e l，R S t e i g e r，e c t a 1 T e m p e r a t u r e i n t h e B l a s t F u r n a c e R e f r a c t o r y L i n g i n g T h e o r e t i c a l C a l c u l a-t i on、Me n t s、a n d l t e r n a t i o n 0 f t h e We a r P r o fi l e，I r o n ma k i ng c 0 n f e r e n 牌 P r o c e e di n E M，1 9 9 5 1 0 1 1 1 1 维普资讯 http:/ 1 9 9 9年(总第 6 9期)薛庆国等：影响高炉寿帝的因素分析 6 3 E 1 5 3 E 1 6 3 E 1 7 E 1 8 3 v e n I a a r，G J Ti j h u i s，M S p r e i j，R J M S t o k r a a n B I a s t F u r n a c e L i mn g L i f e A Qu a n t i t a t i v e An a t y s i s o f L i n i n g Co o l i n g S y s t e ms I I b S M，1 9 9 4，(1 2)：2 5 2 9 G M S ml t h y ma n R e f r a c t o r y C o o l i n g P l a y s C r i t i c a l R o l e i n E x t e n d i n g B l a s t F u r n a c e f o r a L o n g e r C a mp a i g n I 1 b SM，1 9 9 8，(3)：8 7 8 8 杨士舌 高炉冷却器破损原因和长寿技术 I 钢铁，1 9 9 4，(6)：5 9 宋阳升，杨天钧，吴懋 林，刘述临 高炉玲却壁冷却能力的计算和分析口 钢铁，1 9 9 8，(】o)：9 一l 3 An Ana l y s i s o f Fa c t o r s Af f e c t i ng Bl a s t Fu r na c e S S e r v i c e I i f e XUE Qi n g-g u o，C HE NG S u s e n，GAO X i a o-wu (B e i j i n g S c i e n c e a n d Te c t mo lo g y Un i v e r s i t y，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 t CL d n a)Ab s t r a c t；B a s i n g o n t h e a n a l y s i s o f t he f u r n a c e s e r v i c e fi f e c o n s t i t u t i o n，t h i s p a p e r p r e sen t s a s y s t e ma t i c a l a n a l y s i s a nd d i s c u s s i o n o f f a c t o r s u n d e r t h e i n f l u e n c e o f t h e b l a s t f u r n a c e s e r v i c e l i f ei n c l u d i n g o f t h e me a s u r e s t o b e t a k e n t o p r o l o n g t h i s l i f e Th e r e s u l t s h o ws t h e a r r a n g e-me n t t h a t i s r e f e r r e d t o a s a c o o l i n g d e v i c e c o n s i s t i n g o f p l a t e s t o g e t h e r wi t h t h e wa l l s i n c o mb i-n a t i o n C a l l s o l v e t h e i n e f f i c i e n c y c a u s e d b y t h e c oo l i n g wa l l b u i l t i n t h e c o n v e x p l a t f o r mI n a d-d i t i o n，t h e p a p e r p r o p o s e s a me t h o d t o p r o l o n g t h e s e r v i c e l i f e o f t h e b l ast f ur n a c e c y fi n d e r an d b o t t o m Ke y WO l d S；b l a s t f u r n a c e；s e r v i c e l i f e；f u r na c e c y l i n d e r a n d b o t t o m i r e f r a c t o r y ma t eri a l 责任编辑：博春玲(上接第 5 2页)De t e r mi n e Sup p or t i ng an d Pr o t e c t i ng Sc he me o f De e p Ba s e Pi t wi t h Fu z z y S i m i l ar Pr e c e d ab l e Ra t i o Z HANG Xu a n ，LU Pe i y i n。(1 Y i n g k o uE l e c t r k I)o w S u p p l y B u r e a uY i n g k o u 1 1 5 0 0 0，Ch i n a；2 C i v i l En g i n e e r i n gD e p t i nD a l in Un i v e r s i t y T e c h n o l o g y，D山n 1 1 6 0 2 4，Cla i m)Ab s t r a c t：Ap p l y i n g f u z z y s i mi l a r p r e c e d a b l e r a t i o me t h o d，t h e p a p e r p r o p o s e d t h e s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m O n mu l t i o b j e c t i v e s o p t i mi z a t i o n o f d e t e c mi n g s u p p o r t i n g a n d p r o t e c t i n g s c h e me o f d e e p b a se p i t，wh i c h i s a f f e c t e d a n d li n t e d b y mu l t i f u z e y f a c t o r s He r e f o r e，a s y n t h e t i c d esi g n i s f o u n d O n t h e sol u t i o n t o t h e o p t i mi z a t i o n o f s u p p o r t ing a n d p r o t ec t i n g t h a t p i t me n t i o n Ke y wo r d s：f u z z y s i mi l ar p r e c e d a b l e r a t i o n；sch e me o f d e e p b a se p i t s u p p o r t i n g a n d p r o t e c t-i n g；mu l t i o b j e c t i v e s o p t i mi z a t i o n 责任编辑：孙林 维普资讯 http:/