畢業(yè)論文 高爐長壽技術的探討

1、 學科代碼： 080201 學 號： 082302010072貴 州 師 范 大 學（本 科）畢業(yè)論文 題 目:高爐長壽技術的探討 學 院：材料與建筑工程學院 專 業(yè)：冶金工程 年 級：2008級 姓 名：鄭茂驍 指導教師：洪 流 完成時間：2013年5月14日目 錄44中文摘要5Abstract 6引 言61.緒 論61.1.延長高爐壽命的意義61.2.延長高爐壽命的目標61.3.影響高爐壽命的因素2.有害元素對高爐的影響及去除672.1.有害元素的來源72.2.有害元素對高爐的危害2.2.1.鋅的危害72.2.2.堿金屬的危害782.2.3.鉛的危害92.3.降低高爐內有害元素的措施3.選

2、擇性能優(yōu)良的耐火材料93.1.爐底、爐缸的耐火材料的選擇993.1.1.爐底、爐缸的侵蝕機理103.1.2.爐缸、爐底對耐火材料的要求3.1.3.爐缸、爐底所用耐火材料103.2.爐身中下部耐火材料的選擇103.2.1.爐身中下部侵蝕機理103.2.2.爐身中下部對耐火材料的要求113.2.3.爐身中下部所用耐火材料113.3.爐身上部耐火材料113.3.1.爐身上部的破損機理113.3.2.調節(jié)煤氣流對爐身上部的保護及耐火材料的選用114.冷卻技術114.1.冷卻技術在高爐中的作用124.2.高爐冷卻的方式124.3.冷卻原理124.3.1.自然循環(huán)汽化冷卻工作原理124.3.2.軟水密閉循

3、環(huán)冷卻工作原理134.3.3.工業(yè)水開路循環(huán)冷卻工作原理134.3.4.外部噴淋的工作原理134.4.冷卻方式的比較及選擇134.5.冷卻水質的要求144.6.高爐冷卻壁144.6.1.高爐冷卻壁的作用144.6.2.高爐冷卻壁的種類及特點144.6.3.鑄鐵冷卻壁144.6.4.鋼冷卻壁144.6.5.銅冷卻壁155.高爐爐型的設計155.1.加深死鐵層深度155.2.適當加高爐缸高度155.3.加深鐵口深度165.4.降低爐腹角166.高爐操作制度166.1.爐缸熱制度166.1.1.影響熱制度的主要因素176.1.2熱制度的選擇186.2.送風制度186.2.1.風量調節(jié)186.2.2.

4、風溫調節(jié)196.2.3.富氧鼓風196.2.4.鼓風濕分196.2.5.噴吹燃料206.2.6.風壓206.3.裝料制度206.3.1.料線206.3.2.料批質量216.4.造渣制度216.4.1.造渣制度選擇原則216.4.2.爐渣成分與生產操作的關系22結 論23參考文獻24致 謝高爐長壽技術的探討鄭茂驍中文摘要：通過分析當今國內國外對延長高爐壽命的研究所取得的成果，得出提高高爐壽命是一個系統(tǒng)的工程，涉及高爐精料、煤氣流分布的調節(jié)、提高耐火材料的性能、加強爐體的冷卻、選擇合理的操作制度及日常維護等，只有將許多延長高爐壽命的技術和設備有機地結合起來，才能實現(xiàn)高爐長壽。關鍵詞：高爐長壽；有害

5、元素；煤氣流分布；耐火材料； 高爐冷卻Abstract:through the analysis of the current domestic to extend the service life of the foreign blast furnace, the results, improve the service life that blast furnace is a system project, which involves the blast furnace gas flow distribution of boars, adjusting and improving the

6、 performance of the refractory materials, strengthening the furnace cooling, selection of rational operation system and daily maintenance etc, only will extend the service life of the many blast furnace technology and equipment organically, to achieve the blast furnace longevity.Key words: the blast

7、 furnace long; The harmful elements; The gas flow distribution; Refractory materials; Furnace cooling引 言鋼鐵作為工業(yè)的骨架，在國民經濟中扮演著重要的角色，而高爐的壽命的長短直接關系著鋼鐵企業(yè)效益的好壞，為了提高我國鋼鐵企業(yè)在國際市場的競爭力，努力提高我國的高爐壽命已是一個十分重要的任務。我國2008年公布的高爐煉鐵工藝設計規(guī)范中明確指出：高爐煉鐵一代爐役的工作年限應在15年以上，在一代爐役期間，單位高爐容積產量應達到或高于1萬噸1。在現(xiàn)階段，我國大多數(shù)高爐并沒有達到上述目標。而在國外，許多高

8、爐通過改進高爐爐體冷卻裝置和爐底耐火材料質量等措施，已出現(xiàn)了爐役超過20年的高爐。日本川崎公司千葉6號高爐（4500m3）和水島2號、4號高爐都取得了20年以上的長壽實績2 ，雖然我國近年來在高爐長壽方面取得了較大的進步，但相比較而言，但我國大多數(shù)高爐裝備的長壽水平則較低，管理技術相對滯后，在高爐強化冶煉時高爐壽命得不到保障，造成大量的經濟損失。所以，延長我國高爐壽命已是擺在各位專家及學者面前一重要的課題。1.緒 論1.1. 延長高爐壽命的意義 隨著經濟全球化的發(fā)展，行業(yè)競爭的加劇，先進的冶金技術及高效的管理手段在高爐上得到應用，高爐生產不斷強化，實現(xiàn)高爐高產，優(yōu)質高效，低耗長壽的目標。以最低

9、的投入獲得最高的效益，加大企業(yè)在行業(yè)中的競爭能力，走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已是當代冶金行業(yè)的主題。 在高爐生產中，新建一座大型高爐投資需要數(shù)十億元，而一座高爐的大修也需要數(shù)億元，而高爐的大修，導致高爐停爐而無法正常生產，產量下降，不僅帶來經濟上的損失，而且也造成資源的消耗和能源的浪費。由此可見，延長高爐壽命能夠減少經濟投入，降低生產成本，也是實現(xiàn)可繼續(xù)發(fā)展的重大舉措。1.2.延長高爐壽命的目標依據(jù)現(xiàn)有的高爐設備、操作和維護技術，可以實現(xiàn)下列目標：(1)一代爐齡（不進行中修）在20年以上。(2)高爐日常能處于高效化、自動化、連續(xù)化、長壽化，生產過程環(huán)境友好的穩(wěn)定生產狀態(tài)，一代高爐單位爐容產鐵量在1.5萬

10、t/m3以上；(3)采取一切有效的技術措施，最大限度地縮短高爐大修工期（大型高爐要在2個月以內），優(yōu)化停爐和開爐操作技術，實現(xiàn)科學停爐和快速投產，減少因高爐大修對企業(yè)的不利影響3。1.3.影響高爐壽命的因素 延長高爐壽命是一個系統(tǒng)的工程，包括高爐的優(yōu)化設計、高爐原料中有害元素的處理、耐火材料的性能、良好的冷卻方式、高爐操作的科學性和穩(wěn)定性、爐體的維護和管理，應急事故的科學處理等。上述各因素之間有著內在關聯(lián)因素，相互影響，也有互補的作用。2.有害元素對高爐的影響及去除2.1.有害元素的來源 在高爐冶煉中，有害元素來源主要由鐵礦石、焦炭等原料帶入，有害有素在礦石中常以復雜硅酸鹽和硫化物存在，而常規(guī)

11、燒結中很難除去。2.2.有害元素對高爐的危害 有害元素侵蝕磚襯及爐體，造成爐皮開裂，冷卻板損壞。由于有害元素在爐內富集，在爐身中下部軟融帶附近，有害元素吸附或滲透進入磚縫，造成磚襯被侵蝕和異常膨脹，使冷卻板暴露在高溫氣流中易受沖擊而損壞。如果原燃料質量下降，有害元素入爐量增加，在爐內大量富集，對磚襯的破壞力度加大。有害元素的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面。2.2.1.鋅的危害 鋅在常以硫化鋅狀態(tài)存在，在大于1000的高溫區(qū)被還原成鋅，沸點（907）很低，被還原后氣化進入煤氣，部分隨鋅隨煤氣逸出爐外，部分在管道和爐體上部聚集，大部分鋅又被氧化成氧化鋅被爐料吸收再度下降還原，形成循環(huán)。Zn在隨煤氣排除

12、時，部分鋅蒸汽沉積在高爐上部磚襯縫隙中，氧化后體積膨脹，破壞爐襯，是冷卻壁水管非正常損壞的原因之一；尤其是當鋅在高爐內有大量存在時，大量的鋅主要隨煤氣排除，在管道中凝集，造成管路堵塞，給高爐運行來帶不變，同時引起爐頂煤氣壓力異常波動，煤氣流偏行4。2.2.2.堿金屬的危害堿金屬的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）堿金屬的吸附首先從焦炭的氣孔開始，而后逐步向焦炭內部擴散，隨著焦炭在堿金屬蒸汽內暴露的時間延長，堿金屬的吸附量逐漸增多，焦炭基質部分擴散的堿金屬會侵蝕到石墨晶體內部，破壞原有的結構，使焦炭產生較大的體積膨脹，導致焦炭破碎，焦炭反應性增加，反應后強度降低5。 （2） 堿金屬主要是以硅酸

13、鹽的形態(tài)存在，由原燃料帶人高爐，當爐料下達高溫區(qū)或爐缸時，堿金屬被還原，消耗大量的熱量，使燃耗增加。堿金屬粘附于爐襯上，既導致高爐結瘤，影響高爐布料，破壞煤氣流分布，易塌料、懸料，也使爐殼熱流強度降低，又破壞磚襯6。堿金屬不斷循環(huán)富集，最終導致爐內堿金屬不斷增加，對高爐的危害越來越嚴重。2.2.3.鉛的危害 鉛主要由礦石帶人，在礦石中常以硫化物存在（如方鉛礦），燒結過程中很難排除，鉛在高爐中幾乎全部被還原，密度高達11.34tm³，比鐵的密度(7.9 tm³)大,熔點很低(327)，沸點為1540，在高溫區(qū)部分氣化進入煤氣，上升到低溫時被氧化為氧化鉛隨爐料下降，在爐中形成循

14、環(huán)富集，沉于死鐵層之下，容易引起爐底磚上浮，破壞爐底磚縫，有可能會造成爐底燒穿7。2.3.降低高爐內有害元素的措施 為延長高爐壽命，必須盡可能的降低堿金屬在原燃料中的含量，降低堿金屬在高爐內的影響，可采取以下措施。 （1）減少有害元素的入爐量。制定嚴恪的原燃料采購標準，盡可能采用含有害元素較低的原料。 （2）原料堿金屬含量較高時，對原料進行脫堿，減少焦沫及礦沫的入爐，燒結礦和球團礦中的堿金屬可以用氯化焙燒的方法將其分離出來，氯化鈣加入燒結礦和球團礦中，能夠將其中的堿金屬變成相應的氯化物（如氯化鈉和氯化鉀），生成物的熔點很低（分別是800和770），沸點也低（1465和1437）8，對燒結礦和球

15、團礦的脫堿是有利的，脫堿產物會沉積在廢氣流經的各種設備上，要注意對這些設備進行定期整理，防止管道結瘤和腐蝕管道。 （3） 高爐排出堿金屬的主要渠道是爐渣，控制好爐渣堿度。通過降低爐渣堿度到1O5115之間，爐渣流動性良好，對排堿有利。提高渣中MgO（1215）含量，能夠降低渣中K2O、Na2O的活度，從而提高排堿率，渣中MgO含量增加1，渣中堿金屬氧化物含量增加0.21，有利于堿金屬從爐渣中排出，渣中適當增加MgO含量，既利于改善渣的流動性又有利于排堿； （4）控制煤氣流分布，在高爐冶煉中，煤氣量大，溫度高的地方爐料的含堿量也高。限于舊的操作觀念，為了防止爐墻粘結和保證風量，采取開放兩道氣流的

16、裝料制度，邊緣輕負荷，中心加焦，礦石大量分布在中間環(huán)帶，邊緣氣流較大，爐襯的侵蝕較為嚴重，為了壓制邊緣，應打開中心氣流，增加富氧和適當提高鼓風動能，提高風溫，裝料制度逐步向重邊緣放中心的方向轉變，使高爐氣流得到很好的控制，有效地保證了中心氣流強勁，邊緣穩(wěn)定。這樣可減少邊緣氣流分布，減少堿金屬對爐襯的侵蝕。 （5）適當降低爐頂壓力，鋅隨煤氣排出高爐是高爐排鋅的主要途徑。爐頂壓力較高，不利于排鋅。所以適當降低爐頂壓力，提高煤氣流速，提高排zn率。但在高爐強化冶煉時要求具有一定的爐頂壓力，如果爐頂壓力較低，會給高爐的產量帶來一定的影響。故此方法在高爐實際生產中不常用。 （6）原料中含鉛量較大時，由于

17、大部分鉛被還原沉積于爐底，可在爐底增加排鉛口，定期排鉛。 （7）生產管理：建立嚴格的監(jiān)控制度，定期檢測化驗爐料、爐渣、爐塵或煤氣中有害元素含量，并及時跟蹤其在高爐內的收支平衡情況。對于負荷高出煉鐵操作要求的，應建立定期排堿措施。3.選擇性能優(yōu)良的耐火材料耐火材料的性能，很大程度上影響了高爐的壽命。耐火材料除了具有高的抗爐料的機械磨損外，抗堿金屬、鋅和爐渣的侵蝕以及抗爐內附著物脫落的熱震是爐身競爭耐材必須具備的基本品質。高爐的不同部位，對耐火材料的要求也不相同。3.1.爐底、爐缸的耐火材料的選擇3.1.1.爐底、爐缸的侵蝕機理 爐缸是盛裝鐵水和熔渣的地方，是高爐內襯破損嚴重的主要區(qū)域之一，高爐一

18、代爐役的壽命也主要取決于高爐爐底、爐缸內襯的破損程度。爐缸內襯除受高溫作用外，還主要受到渣鐵的化學侵蝕與沖刷，爐底主要以鐵水的滲入侵蝕為主。在鐵水侵入的同時，堿和鋅也侵入，可引起耐火磚脆化，從而使高爐爐底耐火材料發(fā)生嚴重破壞。大致可概括為： （1）鐵水對碳磚的滲透侵蝕。鐵水滲透到碳磚的氣孔中，生成FexC一類的脆性物質，造成碳磚熱面脆化，物理性能下降9。 （2）鐵水環(huán)流的機械沖刷。尤其是高爐出鐵時鐵水流動會對爐缸、爐底炭磚產生流動沖刷侵蝕。 （3）熱應力對碳磚的侵蝕。高爐破損時，鐵水對炭磚進行滲透和溶蝕，其破壞作用是很大的。在炭磚內滲入鐵水的情況下，溫度升降時鐵水熔化，溫度降低時凝固。鐵水凝固

19、時體積收縮，熔化時體積膨脹，膨脹-收縮反復發(fā)生就會在炭磚內產生熱疲勞應力。 （4）熔渣對碳磚的沖刷和化學侵蝕。堿金屬和鋅的化學侵蝕是主要的影響因素。 （5）K，Na，Zn等有害元素的侵蝕以及鐵水對碳磚的侵蝕，其中鐵水對碳磚的侵蝕最為嚴重。3.1.2.爐缸、爐底對耐火材料的要求 由于爐缸、爐底具有上述化學的、熱力的、機械的作用。所以，爐缸用耐火材料的性能應滿足如下要求： (1)耐高溫性，鐵水溫度1500左右，爐渣溫度更高； (2)耐侵蝕性，如高溫爐渣的侵蝕，特別是渣中堿金屬及氧化物時侵蝕性更強，其次是鐵水的侵蝕，還有CO、CO2、H2O的侵蝕； (3)耐沖刷、耐磨性； (4)抗?jié)B透性； (5)高

20、導熱性。3.1.3.爐缸、爐底所用耐火材料 碳質材料是爐缸的常用材料，為了減少鐵水對碳磚的滲透侵蝕，可加入耐鐵水浸蝕的高鋁微粉；為防止外來成分和鐵水浸入，將磚的氣孔微細化。添加劑對炭磚透氣度和導熱系數(shù)的影響是高度顯著的，在燒成過程中，加入的添加劑在基質中進行擴散，來填充顆粒間的孔隙，使氣孔變小或充滿氣孔，炭磚中添加的AI2O3和SiO2，在顆粒交界處生成3AI2O3·2SiO2晶體，并與周圍的顆粒結合在一起，一方面，使顆粒之間的結合得更緊密，增強了耐火磚的強度，從而曾強碳磚應對鐵水的熱應力，另一方面，也起堵塞氣孔的作用。曾強碳磚應對鐵水和堿金屬的侵蝕10，在鐵水和磚的界面上增加提高鐵

21、水粘性的元素，使鐵水停滯流動，抑制損耗。如果在碳磚中預先加入使鐵水粘性高，流動性低的Ti系化合物，會有效地提高碳磚的耐鐵水浸蝕性。降低鐵水與磚的界面溫度，促進磚的表面上形成保護層，制耐火材料損耗。3.2.爐身中下部耐火材料的選擇3.2.1.爐身中下部侵蝕機理 爐腹、爐腰和爐身中下部的爐襯工作條件相近，該部位主要侵蝕原因為爐渣侵蝕，堿金屬侵蝕，爐料和渣鐵的沖刷磨損，既受下降爐料和上升高溫高壓煤氣的磨損以及溫度變化引起的熱沖擊，其中堿金屬和鋅蒸氣造成的碳素沉積和化學反應，能使耐火磚組織脆化，失去強度，對爐身的破壞較為嚴重。3.2.2.爐身中下部對耐火材料的要求根據(jù)爐身下部特定的工作條件，對耐火材料

22、的性能有如下要求： (1)抗渣侵蝕性好 (2)抗堿金屬侵蝕性好 (3)導熱性好 (4)氣孔率低 (5)熱震穩(wěn)定性好3.2.3.爐身中下部所用耐火材料 要求磚襯應有良好的抗氣流沖劇、抗爐科的機械磨損、抗堿金屬和渣鐵的化學侵蝕性廈抗熱莊力破壞的性能。新近研制出的Si3 N4結舍的碳化硅磚，具有高導熱性、高抗堿性、高抗氧化性、高耐磨性及高抗熱震性的特點，是爐身下部較為理想的耐火材料11。3.3.爐身上部耐火材料3.3.1.爐身上部的破損機理 爐身上部主要受到爐料下降的沖擊和磨損，無爐渣保護，受到煤氣流上升時的沖刷和熱應力，同時還有堿金屬、鋅蒸汽流和沉積的碳的侵蝕。其中熱應力的破壞程度最大。熱應力主要

23、來自不均勻的局部邊緣煤氣流，因為無論是怎樣的冷卻方式和多大的冷卻強度，遇到強大的瞬間局部煤氣流沖擊時，因來不及交換熱量而顯得無能為力，爐墻磚襯溫度場必然要發(fā)生大幅波動，產生的熱應力極易導致磚襯破裂。3.3.2.調節(jié)煤氣流對爐身上部的保護及耐火材料的選用 應通過合理的裝料制度和下部調劑手段使煤氣流分步更加合理，有些高爐為了應對爐料惡化，將焦炭布到爐喉邊緣及中心，中間加礦石；或將爐料堆尖放到爐喉半徑的中間環(huán)帶，靠爐料向邊緣、中心溜動完成爐料分布。兩者均形成邊緣、中心過分發(fā)展的煤氣流分布。由于邊緣發(fā)展，嚴重沖刷爐襯，爐襯壽命較短。所以適當發(fā)展中心氣流，限制邊緣氣流可以減少上升氣流對爐身的保護，通過合

24、理的裝料制度，如裝料適當向中心轉移，采用富氧鼓風，可減少氣流對爐身的沖擊。 該部位要求耐火材料透氣系數(shù)小，熱震穩(wěn)定性好，抗堿金屬的侵蝕好，在該處可選用高致密度的黏土磚，磷酸黏土磚或者高鋁磚可以抵制氣流的侵蝕。4.冷卻技術4.1冷卻技術在高爐中的作用 對于高爐爐襯，必須進行冷卻，第一，冷卻可降低耐火材料的溫度，時耐火材料保持一定的強度，維持合理的爐型，第二，促使爐渣形成保護渣皮，保護爐襯，并代替爐襯工作，第三，保護爐殼免受高溫影響。爐腹、爐腰至爐身下部區(qū)域是整個高爐工況條件最惡劣的區(qū)域之一，爐料磨損沖刷、爐渣化學侵蝕、軟融帶根部反復上下移動產生的熱震等破壞機制同時存在，特別是熱震作用使任何耐材在

25、此區(qū)域都難以長期維持存在，最終只能靠形成渣皮來保護冷卻設備實現(xiàn)長壽最有效。因此，能否快速形成穩(wěn)定渣皮是此區(qū)域選擇冷卻設備的關鍵條件。在此部位，我國近年新建和大修的高爐主要采用銅冷卻壁。銅冷卻壁導熱性好、冷卻強度大，在冷卻水量足夠并穩(wěn)定的條件下，工作時冷卻壁體溫度均勻，表面工作溫度一般在40以下，并且能在其熱面形成非常穩(wěn)定的渣皮。即使高爐操作過程中發(fā)生渣皮脫落，也能在短時間內形成新渣皮，在此區(qū)域應用銅冷卻壁能滿足快速形成穩(wěn)定渣皮的要求。 爐身中上部溫度達較高。特別是隨著噴煤量的提高，該區(qū)域的熱負荷急劇升高，但此區(qū)域屬干區(qū)，沒有形成渣皮的條件，是爐襯磨損最嚴重的區(qū)域，是現(xiàn)代高爐長壽的難點之一。目前

26、，這一區(qū)域主要采用第四代鑲磚冷卻壁結構，使磚壁合一。4.2.高爐冷卻的方式目前國內高爐采用的冷卻方式有四種： (1)工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng) ， (2)汽化冷卻系統(tǒng)， (3)軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng) (4)外部噴淋。4.3.冷卻原理4.3.1.自然循環(huán)汽化冷卻工作原理利用下降管中的水和上升管中的汽水混合物的比重不同所形成的壓頭，克服整個循環(huán)過程中的阻力，從而產生連續(xù)循環(huán)，汽化吸熱而達到冷卻目的。4.3.2.軟水密閉循環(huán)冷卻工作原理它是一個完全封閉的系統(tǒng)，用軟水（采用低壓鍋爐軟水即可）作為冷卻介質，其工作溫度5060（實踐經驗4045）由循環(huán)泵帶動循環(huán)，以冷卻設備中帶出來的熱量經過熱交換器散發(fā)于大氣。

27、系統(tǒng)中設有膨脹罐，目的在于吸收水在密閉系統(tǒng)中由于溫度升高而引起的膨脹。系統(tǒng)工作壓力由膨脹罐內的 N2壓力控制，使得冷卻介質具有較大的熱度而控制水在冷卻設備中的汽化。4.3.3.工業(yè)水開路循環(huán)冷卻工作原理由動力泵站將涼水池中的水輸送到冷卻設備后，自然流回涼水池或冷卻塔，把從冷卻設備中帶出的熱量散發(fā)于大氣。系統(tǒng)壓力由水泵供水能力大小控制。4.3.4.外部噴淋的工作原理用于高爐外部噴淋式降溫。4.4.冷卻方式的比較及選擇 (1)汽化冷卻分為兩種循環(huán)方式：自然循環(huán)和強制循環(huán)。汽化冷卻的優(yōu)點為冷卻介質為軟水，可防止結垢。自然循環(huán)不需要動力，在停電情況下仍能繼續(xù)運行。汽化冷卻的缺點：冷卻設備在承受大而多變

28、的熱負荷沖擊下容易產生循環(huán)脈動，甚至可能出現(xiàn)膜狀沸騰，致使冷卻設備過熱而燒壞。汽化冷卻時，冷卻壁本體的溫度比水冷時高，縮短了冷卻壁的壽命。水冷卻的冷卻壁本體的最高溫度已接近珠光體相變的溫度。鑄鐵在760 時，珠光體發(fā)生相變，使鑄鐵機械性能急劇變壞，因此使冷卻壁壽命縮短。 (2)工業(yè)水冷卻的優(yōu)點是傳熱系數(shù)大，熱容量大，便于輸送，成本便宜。 工業(yè)水冷卻的致命弱點是水質差，容易結垢而降低冷卻強度，導致燒壞冷卻設備，水的循環(huán)量大，能耗大。 (3)噴水冷卻，結構輕便簡單易行。我國大中型高爐多作為備用冷卻手段，小高爐用的較多。目前國外一些極薄爐墻或大中型高爐下部，有采用爐殼內砌碳磚，以噴水作為唯一冷卻手段

29、，效果也不錯。 (4)在高爐運行中，采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)最佳，也是目前高爐普遍采用的冷卻方式，具有如下優(yōu)點：軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的冷卻可靠性好。冷卻的可靠性，是衡量冷卻系統(tǒng)優(yōu)劣最重要的標準。不結垢，可以長壽。 水量消耗少。軟水密閉循環(huán)冷流系統(tǒng)中，沒有水蒸發(fā)損失，流失也極小。水泵的軸封處的流失是系統(tǒng)的主要流失點，流失量是系統(tǒng)總容積的1補水量，故水量消耗是極少的。動力消耗低。閉路系統(tǒng)與開路系統(tǒng)不同，其水泵的工作壓力取決于膨脹罐內N2壓力，而水泵揚程是由系統(tǒng)的管路阻力損失決定的，冷卻水的靜壓頭能夠得到完全的利用。 管路腐蝕小。因為它是閉路，空氣進不去。因此，軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)是一種比較經濟的冷卻方

30、法。4.5.冷卻水質的要求 在冷卻過程中，對水質的要求非常嚴格，如果水中雜質過多，尤其是鈣、鎂等容易生成水垢的鹽類物質，容易結垢而降低冷卻強度，使水的循環(huán)量大，能耗大，嚴重時導致燒壞冷卻設備。高爐冷卻對水質的要求為：不含有機械雜質、懸浮物不超過200毫克升，對水系統(tǒng)要求新水暫時硬度15°H（德國°H簡稱度，即在10000份水中含有1份氧化鈣或氧化鎂為一度。也就是1升水中含有10毫克的氧化鈣或氧化鎂為一度），循環(huán)水8°H的軟化水（人為地以某種程度從水中除去了鈣鎂鹽類，如用Na離子交換器置備軟水）12。4.6.高爐冷卻壁4.6.1.高爐冷卻壁的作用高爐冷卻壁是高爐內襯

31、的重要水冷件，安裝在高爐的爐身、爐腰、爐腹、爐缸等部位，不但承受高溫，還承受爐料的磨損、熔渣的侵蝕和煤氣流的沖刷，必須具備良好的熱強度、耐熱沖擊、抗急冷急熱性等綜合性能。冷卻壁能有效地防止爐殼受熱和燒紅，高爐內襯磚被燒蝕后主要靠渣皮保護冷卻壁本身，并維持高爐的安全生產。因此，冷卻壁的材質及性能好壞決定其工作壽命乃至高爐爐身的壽命。4.6.2.高爐冷卻壁的種類及特點 根據(jù)制造材質，高爐冷卻壁有鑄鐵冷卻壁、鋼冷卻壁和銅冷卻壁3大類。4.6.3.鑄鐵冷卻壁20世紀50年代初，我國高爐采用的是原蘇聯(lián)設計的冷卻壁，冷卻壁本體是一般鑄鐵，現(xiàn)代高爐基本不再使用鑄鐵冷卻壁，主要是因為鑄鐵冷卻壁因其材質導熱性差

32、，其內外溫差較大，而且溫差波動也很大，必然產生很大的應力，導致它容易破損，也降低了它的冷卻能力13。4.6.4.鋼冷卻壁鋼冷卻壁材質為低合金鋼，分為鉆孔型鋼冷卻壁和鑄造型鋼冷卻壁，曾在我國鞍鋼、濟鋼、南鋼、首鋼等企業(yè)的高爐上應用，并取得了一定效果。它與鑄鐵冷卻壁相比有著本質上的性能提升，其導熱性能得到較好的改善。而且鋼熔點高，延伸率高，抗拉強度高，抗熱沖擊性能好，更適應高爐爐內的工況,其性能明顯優(yōu)于鑄鐵冷卻壁，但與銅冷卻壁相比還有較大差距14。4.6.5.銅冷卻壁銅冷卻壁是現(xiàn)代大型高爐采用較多，在國外已普遍推廣，性能優(yōu)良的一種冷卻設備，其導熱性好，冷卻能力強，不易破損，與以上冷卻設備相比，銅冷

33、卻壁冷卻強度大，能滿足高爐最大熱負荷的需要，保證了冷卻的町靠性。以上述兩種冷卻壁相比較而言，具有如下特點： (1)銅冷卻壁導熱性好、冷卻強度大。銅的導熱系數(shù)幾乎為鑄鐵的10倍。冷卻壁工作時內外溫差小，其最大溫差不足1000C，不會產生很大的熱應力，且是在90 0C以下的低溫狀態(tài)工作，因此不會產生裂紋15。銅冷卻壁冷卻強度大，生成的爐渣立即在冷卻壁表面形成渣皮，起到保護銅冷卻壁自身的作用。 (2)銅冷卻壁冷卻均勻，在爐內易形成光滑的爐型，可減輕煤氣流和爐料的沖刷磨損。而且能在其表面形成穩(wěn)定的渣皮，即使高爐操作過程中發(fā)生渣皮脫落，也能在短時間內形成新渣皮保護冷卻壁，這種特性是其他常規(guī)冷卻器所不能比

34、擬的。銅冷卻壁作為一種無過熱冷卻器，其使用壽命可以達20-30 年。是建立長壽高爐的理想材料。5.高爐爐型的設計 通過總結高爐破損機理和高爐內化學反應機理，設計中對高爐爐型進行了優(yōu)化，加深了死鐵層深度，以減輕鐵水環(huán)流對爐缸內襯的沖刷侵蝕；適當加大了爐缸高度和爐缸直徑，以滿足高爐大噴煤操作和高效化生產的要求；降低了爐腹角、爐身角和高徑比，使爐腹煤氣順暢上升，改善料柱的透氣性，穩(wěn)定爐料和煤氣流的合理分布，抑制高溫煤氣流對爐腹至爐身外部的熱沖擊，減輕爐料對內襯和冷卻器的機械磨損。有利于高爐的順行，穩(wěn)定及長壽。5.1.加深死鐵層深度實踐證實，高爐爐缸爐底“象腳狀”的異常侵蝕，主要是由于鐵水滲透到炭磚中

35、，使炭磚脆化變質，再加之爐缸內鐵水環(huán)流的沖刷作用而形成的。加深死鐵層深度，是抑制爐缸“象腳狀”異常侵蝕的有效措施。死鐵層加深以后，避免了死料柱直接沉降在爐底上，加大了死料柱與爐底之間的鐵流通道，提高廠爐缸透液性，減輕了鐵水環(huán)流，延長廠爐缸爐底壽命。理論研究和實踐表明，死鐵層深度一般為爐缸直徑的1520。5.2.適當加高爐缸高度高爐在大噴煤操作條件下，爐缸風口回旋區(qū)結構將發(fā)生變化。適當加高爐缸高度，不僅有利于煤粉在風口前的燃燒，而且還可以增加爐缸容積，以滿足高效化生產條件下的渣鐵存儲，減少在強化冶煉條件下出現(xiàn)的爐缸“憋風"的可能性。近年我國已建成或在建的大型高爐都有爐缸高度增加的趨勢，

36、高爐爐缸容積為有效容積的1618。5.3.加深鐵口深度 鐵口是高爐渣鐵排放的通道，鐵口區(qū)的維護十分重要。研究表明，適當加深鐵口深度，對于抑制鐵口區(qū)周圍爐缸內襯的侵蝕具有顯著作用，鐵口深度一般為爐缸半徑的45左右。這樣可以減輕出鐵時在鐵口區(qū)附近形成的鐵水渦流，延長鐵口區(qū)爐缸內襯的壽命。5.4.降低爐腹角降低爐腹角有利于爐腹煤氣的順暢排升，從而減小爐腹熱流沖擊，而且還有助于在爐腹區(qū)域形成比較穩(wěn)定的保護性渣皮，保護冷卻器長期工作?，F(xiàn)代大型高爐的爐腹角一般在80°以內，本鋼；號高爐(2 600m3)爐腹角已降低到75.37°。6.高爐操作制度 選擇合理的操作制度是高爐操作者的基本任

37、務。操作制度是根據(jù)高爐具體條件，如爐型、設備水平、原料條件、生產計劃及品種要求制定的高爐操作準則。合理操作制度能保證煤氣流的合理分布和良好的爐缸工作狀態(tài)，促使高爐穩(wěn)定順行，從而獲得長壽的冶煉效果。 高爐基本操作制度包括：爐缸熱制度、送風制度、造渣制度和裝料制度。高爐操作者應根據(jù)高爐強化程度、冶煉的生鐵品種、原燃料質量、高爐爐型及設備狀況來選擇合理的操作制度，并靈活運用上下部調節(jié)與負荷調節(jié)手段，促使高爐穩(wěn)定順行。6.1.爐缸熱制度 爐缸熱制度是指高爐爐缸所具有的熱量和溫度，它反映了高爐爐缸內熱量收入與支出的平衡狀態(tài)。爐缸熱制度直接反映爐缸的工作狀態(tài)，穩(wěn)定均勻而充沛的熱制度是高爐穩(wěn)定順行的基礎，為

38、高爐長壽提供了保障。爐溫一般指高爐爐渣和鐵水的溫度，爐渣和鐵水的溫度隨冶煉品種、爐渣堿度、高爐容積大小的不同而不同，爐缸溫度可用鐵水溫度來表示，一般為1350-1500 ，又稱為物理熱；也可以用生鐵含硅量來表示，這稱為化學熱。在平衡狀態(tài)下，還原1kg硅所耗的熱量是還原鐵耗熱的8倍。一般情況下，當爐渣堿度變化不大時，二者基本是一致的，即化學熱愈高，物理熱愈高，爐溫也愈高。爐渣溫度一般比鐵水溫度高50-10016。6.1.1.影響熱制度的主要因素 高爐生產中影響熱制度波動的因素很多。任何影響爐內熱量收支平衡的因素都會引起熱制度波動，產生較大的熱應力，從而影響耐火材料及爐體的壽命，使高爐壽命降低。影

39、響因素主要有以下幾個方面： (1)原燃料性質變化：主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭強度、礦石品位、還原性、粒度、含粉率、熟料率、熔劑量等的變化。 礦石品位、粒度、還原性等的波動對爐況影響較大，一般礦石品位提高1，焦比約降低2，產量提高3。燒結礦中FeO含量增加l，焦比升高l5。礦石粒度均勻有利于透氣性改善和煤氣利用率提高。上述因素都會帶來熱制度的變化。 一般情況下，焦炭帶入爐內的硫量約為硫負荷的7080。生產統(tǒng)計表明，焦炭含硫增加01，焦比升高l220；灰分增加l，焦比上升2左右。因此，焦炭含硫量及灰分的波動，對高爐熱制度都有很大的影響。隨著高爐煤比的提高，在考慮焦炭含硫量和灰分對熱制度影響的同

40、時，還應充分考慮煤粉發(fā)熱量、含硫量和灰分含量的波動對熱制度的影響。 (2)冶煉參數(shù)的變動：主要包括冶煉強度、風溫、濕度、富氧量、爐頂壓力、爐頂煤氣CO2含量等的變化。鼓風帶入的物理熱是高爐生產主要熱量來源之一，調節(jié)風溫可以很快改變爐缸熱制度。噴吹燃料也是高爐熱量和還原劑的來源，噴吹燃料會改變爐缸煤氣流分布。風量的增減使料速發(fā)生變化，風量增加，煤氣停留時問縮短，直接還原增加，會造成爐溫向涼；裝料制度如批重和料線等對煤氣分布、熱交換和還原反應產生直接影響。 (3)設備故障及其他方面的變化：下雨等天氣變化導致入爐原燃料含水量增加、入爐料稱量誤差等都能使爐缸熱制度發(fā)生變化。高爐爐頂設備故障，懸料、崩料

41、和低料線時，爐料與煤氣流分布受到破壞，大量未經預熱的爐料直接進入爐缸，爐缸熱量消耗的增加使爐缸溫度降低，爐溫向涼甚至大涼。同樣冷卻設備漏水，導致爐缸熱量消耗的增加使爐缸溫度降低，造成爐冷直至爐缸凍結。因此，為了保證爐缸溫度充足，當遇到異常爐況時，必須及時而準確地調節(jié)焦炭負荷.熱制度的選擇 熱制度的選擇主要根據(jù)高爐的具體特點、冶煉品種和高爐使用原燃料條件來決定。選擇合理的熱制度應結合以下幾方面來考慮： (1) 根據(jù)生產鐵種的需要，選擇生鐵含硅量在經濟合理的水平。冶煉煉鋼生鐵時，Si含量一般控制在0306之間。冶煉鑄造生鐵時，按用戶要求選擇Si含量。為穩(wěn)定爐溫，上、下兩爐Si含量波動應小于01，并

42、努力降低Si含量的標準偏差。 (2)根據(jù)原料條件選擇生鐵含硅量。冶煉含釩鈦鐵礦石時，允許較低的生鐵含硅量。對高爐爐溫的要求不但要選擇鐵水中的Si，還應與鐵水中的Ti綜合考慮，可以用鐵水的Si+Ti來表示爐溫。 (3)結合高爐設備情況選擇熱制度，如爐缸嚴重侵蝕時，以冶煉鑄造鐵為好，因為提高生鐵含硅量，可促進石墨碳的析出，對爐缸有一定的維護作用。 (4)結合技術操作水平與管理水平選擇熱制度，原燃料強度差、粉末多、含硫高、穩(wěn)定性較差時，應維持較高的爐溫；反之在原燃料管理穩(wěn)定、強度好、粉末少、含硫低的條件下，可維持較低的生鐵含硅量。6.2.送風制度 送風制度是指在一定的冶煉條件下，確定合適的鼓風參數(shù)和

43、風口進風狀態(tài)，達到初始煤氣流的合理分布，使爐缸工作均勻活躍，爐況穩(wěn)定順行。歸根結底是確定合理的鼓風動能和風口前的理論燃燒溫度。通過選擇合適的風口面積、風量、風溫、濕分、噴吹量、富氧量等參數(shù)，并根據(jù)爐況變化對這些參數(shù)進行調節(jié)，達到爐況穩(wěn)定順行和煤氣利用改善的目的。這些調節(jié)通常稱為下部調節(jié)。因此，送風制度的穩(wěn)定是煤氣流穩(wěn)定的前提，是爐溫穩(wěn)定和順行的必要條件。6.2.1.風量調節(jié) 風量的調節(jié)作用主要有控制料速、實現(xiàn)計劃的冶煉強度，以保持料速不變；穩(wěn)定氣流，在爐況不順的初期，減少風量是降低壓差、消除管道、防止難行、崩料和懸料的有效手段；爐涼減風控制下料速度，可以迅速穩(wěn)定爐溫，當爐熱而料速減慢時，可酌情

44、加風. 在爐況順行情況下，為獲得高產應使用高爐順行允許的最大風量，即全風作業(yè)保持穩(wěn)定。高爐生產實踐證明，使用風量過小時，由于燃燒的焦炭量和產生的煤氣量過少，這對提高爐溫是不利的。風量必須與料柱透氣性相適應，所以改善料柱透氣性是增加風量的基礎。風量變化直接影響爐缸煤氣體積，因此正常生產時加風一次不能過猛，否則將破壞順行。一般中型高爐每次加風控制在30-50m3/min，間隔時間20-30min。在非特殊情況下，應保持全風操作，不要輕易減風。必須減風時，一次可減到需要水平。在未出渣鐵前，減風應密切注意風口狀況，避免灌渣。6.2.2.風溫調節(jié) 提高風溫可大幅度地降低焦比，是強化高爐冶煉的主要措施。提

45、高風溫能增加鼓風動能，提高爐缸溫度活躍爐缸工作，促進煤氣流初始分布合理，改善噴吹燃料的效果。因此，在高爐生產中，要采用高風溫操作，充分發(fā)揮熱風爐的能力及高風溫對爐況的有利作用；風溫水平不同，提高風溫的節(jié)焦效果亦不同，風溫愈低，提高風溫時降低焦比的效果愈顯著。反之，風溫逐漸提高，降低焦比的效果逐步減小。風溫在1000左右時，增減風溫100，影響焦比為17kg/t 在噴吹燃料情況下，一般不使用風溫調節(jié)爐況，而是將風溫固定在較高水平上，用煤粉來調節(jié)爐溫。這樣可最大限度發(fā)揮高風溫的作用，維持合理的風口前理論燃燒溫度。若當爐溫向熱需要撤風溫時，幅度要大些，一次可撤到高爐需要的水平；爐溫向涼時，提風溫幅度

46、要小，可分幾次將風溫提高到需要的水平，以防造成煤氣體積迅速膨脹而破壞順行。6.2.3.富氧鼓風 富氧后能夠提高冶煉強度，增加產量。由于煤氣含氮量減少，單位生鐵煤氣生成量減少，可以提高風口前理論燃燒溫度，有利于提高爐缸溫度，補償噴煤引起的理論燃燒溫度的下降；增加鼓風含氧量，有利于改善噴吹燃料的燃燒；煤氣中N2含量減少，爐腹CO濃度相對增加，有利于間接反應進行；同時爐頂煤氣熱值提高，有利于熱風爐的燃燒，為提高風溫創(chuàng)造條件。富氧鼓風只有在爐況順行的情況下才能進行，在爐況順行不好(如發(fā)生懸料、塌料等情況及爐內壓差高，不接受風量時)不宜使用富氧。在大噴吹情況下，高爐停止噴煤或大幅度減少煤量時，應及時減氧

47、或停氧。6.2.4.鼓風濕分 鼓風中濕分增加lgm3，相當于風溫降低9，但水分分解出的氫在爐內參加還原反應，又放出相當于3風溫的熱量。加濕鼓風需要熱補償，對降低焦比不利。因此，噴吹燃料的高爐，基本上不采用加濕鼓風。有些大氣溫度變化較大地區(qū)的高爐，采用脫濕鼓風技術，取得爐況穩(wěn)定、焦比降低的良好效果。6.2.5.噴吹燃料 噴吹燃料在熱能和化學能方面可以取代焦炭的作用。但是，不同燃料在不同情況下，代替焦炭的數(shù)量是不一樣的。通常把單位燃料能替換焦炭的數(shù)量稱為置換比。 隨著噴吹量的增加，置換比逐漸降低。這是由于噴吹的燃料在風口回旋區(qū)加熱、分解和氣化時要消耗一定的熱量，導致爐缸溫度降低。噴吹燃料越多，爐缸

48、溫度降低也越多。而爐缸溫度的降低，燃料的燃燒率也降低。因此，在噴吹量不斷增加的同時，應充分考慮由于置換比降低對高爐冶煉帶來的不利影響，并采取措施提高置換比。這些措施包括提高風溫給予熱補償、提高燃燒率，改善原料條件以及選用合適的操作制度。 噴吹燃料進入風口后，其組分分解需要吸收熱量，其燃燒反應、分解反應的產物參加對礦石的加熱和還原后才放出熱量，因此爐溫的變化要經過一段時間才能反映出來，這種爐溫變化滯后于噴吹量變化的特性稱為“熱滯后性”。熱滯后時間大約為冶煉周期的70，熱滯后性隨爐容、冶煉強度、噴吹量等不同而不同。6.2.6.風壓 風壓直接反映爐內煤氣與料柱透氣性的適應情況，它的波動是冶煉過程的綜

49、合反映。目前高爐普遍裝備有透氣性指數(shù)儀表，對爐況變化反應靈敏，有利于操作者判斷爐況。6.3.裝料制度 裝料制度指爐料裝入爐內的方式方法的有關規(guī)定。裝料制度通過變更裝料方法，調節(jié)礦石和焦炭在爐喉邊緣和中心的分布，來保證高爐穩(wěn)定順行和改善煤氣利用，減少爐料和煤氣流對爐壁的沖刷及侵蝕。內容包括料線、料批質量和裝料次序。對無鐘爐頂還有溜槽角度和轉速。裝料制度和送風制度是互相適應，互為補充的，只有上下部制度相適應，高爐才能獲得良好的長壽實績。6.3.1.料線 在高爐操作中，料線應選擇在碰點以上，此時提高料線，將使礦石堆尖向高爐中心延伸而使中心負荷加重。并且因礦石粉末較多的堆尖遠離爐墻而改善邊緣的透氣性，發(fā)展邊緣氣流，對爐身的侵蝕較為嚴重，對高爐的長壽帶來不利的影響，反之則相反。一般情況下，料線不應選擇碰點以下。這會因粉狀爐料反彈力小而集中于爐墻附近，并且浪費高爐有效容積。6.3.2.料批質量 在操作