延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法研究

（中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北 石家庄 050021）

冶金高炉炉缸使用寿命是决定冶金成本的关键因素，因此，延长冶金高炉炉缸使用寿命、降低冶金成本是增加企业效益的必经之路[1]。

由于冶金高炉自身大型化和复杂化的特点，冶金高炉炉缸整体结构也十分复杂，冶金高炉炉缸的使用寿命问题成为冶金行业未来发展中备受关注的焦点问题。在我国，目前常见的冶金高炉炉缸结构为：大块炭砖、陶瓷杯以及热压小块炭砖，传统冶金高炉炉缸炉底结构普遍存在分割化问题，在实际应用过程中，容易出现气隙现象，缩短冶金高炉炉缸使用寿命，已经无法满足当今冶金行业的需要。而在影响冶金高炉炉缸使用寿命的众多因素中，冶金高炉炉缸炉底的结构形式是延长高炉炉缸使用寿命主要因素之一。为了帮助国内冶金企业有效延长冶金高炉炉缸使用寿命，提高我国高炉冶金企业的竞争力，本文进行了延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法研究。

1 冶金高炉炉缸使用寿命影响因素

影响冶金高炉炉缸使用寿命的因素主要包括：冷却设备漏水、冷却壁背部填料间隙、风口损坏以及锌在高炉内的循环富集。因此，本文提出的延长冶金高炉炉缸使用寿命方法针对以上三点冶金高炉炉缸使用寿命影响主要因素进行设计。具体内容，如下文所述。

2 延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法

2.1 选择最佳冶金高炉炉缸结构

为延长冶金高炉炉缸使用寿命，必须选择最佳的冶金高炉炉缸结构。本文选择的冶金高炉炉缸整体结构具体示意图，如图1所示。

图1 冶金高炉炉缸结构示意图

根据图1所示，冶金高炉从上至下共分为：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。本文冶金高炉炉缸整体采用优质碳砖加上陶瓷杯结构，并在炉身、炉腰、炉腹3个部位部设铜冷却壁。为防止冶金高炉炉缸在使用过程中出现冷却设备漏水的情况，在冶金高炉1-10段采用软水密闭循环冷却系统，提高冷却设备的紧密度[2]。在此基础上，在冶金高炉炉底部分铺满炭砖，避免炭砖受到侵蚀，有效防止了冷却设备漏水问题。在炉缸部位铺设微孔炭砖，提高炭砖的耐渗透力。在炉缸部位，加设陶瓷杯，极大限度上减小砖块表面的温度，防止出现裂缝，缩短冶金高炉炉缸的使用寿命。不仅如此，通过陶瓷杯自身良好的保温性能，能够将冶金高炉炉缸的热损降至最低，实现节能降耗，进而延长冶金高炉炉缸使用寿命。在选择最佳冶金高炉炉缸结构的过程中，还要综合考虑到炉缸容积，小型冶金高炉炉缸可选择陶瓷杯冶金高炉炉缸结构，中型或大型冶金高炉炉缸需要在陶瓷杯的基础上，加设热压小块炭砖，杜绝了高炉炉缸冷却设备漏水的问题，提升了冶金高炉生产自动化水平和智能化水平，延长了冶金高炉炉缸使用寿命。通过选择冶金高炉炉缸结构，防止炉温波动，使冶金高炉炉缸内的温度适中保持在固定范围内，避免温度过高或过低，造成冷却设备漏水的现象。

2.2 冶金高炉炉缸炉底加设微孔炭砖

为解决冷却壁背部填料间隙导致冶金高炉炉缸使用寿命缩短的问题，可以在冶金高炉炉缸炉底加设微孔炭砖，通过微孔炭砖将出现冷却壁背部填料间隙的可能性缩减几乎为零，从根本上延长冶金高炉炉缸使用寿命。运用高炉L3系统，避免在冶金高炉运行过程中，炉缸死铁层过浅导致冷却壁背部填料间隙增大，直至无法满足炉缸内壁的热流负荷，缩短冶金高炉炉缸使用寿命[3]。在加设微孔炭砖时，需要活跃炉缸，形成初始气流分布，提高冶金高炉炉缸安全、稳定的运行环境。通常情况下，利用冶金高炉炉缸炉底加设微孔炭砖，能够降低由于崩滑料出现异常炉况，导致冶金高炉炉缸使用寿命受到不利影响。结合冶金高炉炉缸的基本结构参数，必须严格控制加设微孔炭砖的数量，使其与不同炉役阶段下的冶金高炉炉缸产量保持平衡关系，避免一味地加设微孔炭砖导致冶金高炉炉缸自身无法承受，进而直接造成冶金高炉炉缸停用。

2.3 定期进行冶金高炉炉缸休风

考虑到冶金高炉炉缸风口的使用寿命能够直接决定整个冶金高炉炉缸的使用寿命，而风口的使用寿命作为冶金高炉炉缸中的短板问题，存在坏损几率大、随机性高的特点。因此，要想延长冶金高炉炉缸使用寿命，必须对其给予足够的重视。冶金高炉炉缸风口长时间处于工作状态下，必须通过定期进行休风，避免由于疲劳过大直接瘫痪。在冶金高炉炉缸休风的过程中，需要利用热流仪检查冶金高炉炉缸整体状态，尤其是高炉炉衬厚度，一旦发现高炉炉衬过薄的现象必须第一时间进行维护。在此过程中，必须明确的是在冶金高炉炉缸的铁口正上方严禁进行任何的修复行为，避免由于休风导致冶金高炉炉缸炉内堵塞，致使冶金高炉炉缸无法正常运行，缩短其使用寿命。一般情况下，冶金高炉炉缸休风的期限为半年一次即可。

2.4 添加含钛物料保护冶金高炉炉缸

冶金高炉炉缸在运行过程中，不可避免的会产生大量的锌，为防止锌在高炉内的循环富集，侵蚀冶金高炉炉缸结构，降低冶金高炉炉缸使用寿命，本文采用添加含钛物料的方式保护冶金高炉炉缸，延长冶金高炉炉缸使用寿命。含钛物料具有不粘渣铁，不易侵蚀的特性，能够沉积在冶金高炉炉缸炉底，形成一层保护膜，有效防止锌在高炉内的循环富集。因此，添加含钛物料保护冶金高炉炉缸是延长冶金高炉炉缸使用寿命的有效途径。综上所述，有必要加大含钛物料在冶金高炉炉缸中的使用，为延长冶金高炉炉缸使用寿命提供了先决条件。至此，完成延长冶金高炉炉缸使用寿命方法的设计。

3 实验

3.1 实验准备

以某冶金高炉炉缸作为实验对象，其具体参数，如表1所示。

表1 某冶金高炉炉缸型号参数

根据表1所示，在基本参数一定的前提下，首先使用本文方法设计冶金高炉炉缸，设为实验组；再使用传统方法设计冶金高炉炉缸，设为对照组。将两种冶金高炉炉缸投入使用，测试两种冶金高炉炉缸的使用寿命。为缩短测试所需时间，将两冶金高炉炉缸带入RewqPLC软件进行虚拟测试，RewqPLC软件能够根据冶金高炉炉缸的各项参数，综合评估出其在实际应用过程中的使用寿命。设置测试次数为7次，记录测得的冶金高炉炉缸使用寿命。

3.2 实验结果与分析

根据上述设计的实验步骤，采集实验数据，将两种冶金高炉炉缸的使用寿命进行对比。为更加直观地表现出两种冶金高炉炉缸使用寿命的差异，将RewqPLC软件下得出的实验结果整理为对比表，如表2所示。

表2 冶金高炉炉缸使用寿命对比表

通过表2可得出如下的结论：本文设计的冶金高炉炉缸使用寿命明显高于对照组，证明设计方法可以延长冶金高炉炉缸使用寿命。通过验证结果，证明所设计的方法可以满足设计要求，可以广泛应用于冶金方面。

4 结语

通过实验分析结果表明，本文设计的方法在延长冶金高炉炉缸使用寿命中的具体优势已经显现出来，有必在现实中广泛投入使用。经过延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法研究，希望能够在延长冶金高炉炉缸使用寿命的同时，提高冶金的效率。在后期的发展中，应加大本文设计方法在延长冶金高炉炉缸使用寿命中的应用。基于此次研究时间有限，虽然取得了一定的研究成果，但对于该方法的研究还不足，今后还要对其进行进一步研究，为延长冶金高炉炉缸使用寿命的进一步优化提供参考依据。