延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

冶金高爐爐缸使用壽命是決定冶金成本的關鍵因素，因此，延長冶金高爐爐缸使用壽命、降低冶金成本是增加企業效益的必經之路[1]。

由于冶金高爐自身大型化和復雜化的特點，冶金高爐爐缸整體結構也十分復雜，冶金高爐爐缸的使用壽命問題成為冶金行業未來發展中備受關注的焦點問題。在我國，目前常見的冶金高爐爐缸結構為：大塊炭磚、陶瓷杯以及熱壓小塊炭磚，傳統冶金高爐爐缸爐底結構普遍存在分割化問題，在實際應用過程中，容易出現氣隙現象，縮短冶金高爐爐缸使用壽命，已經無法滿足當今冶金行業的需要。而在影響冶金高爐爐缸使用壽命的眾多因素中，冶金高爐爐缸爐底的結構形式是延長高爐爐缸使用壽命主要因素之一。為了幫助國內冶金企業有效延長冶金高爐爐缸使用壽命，提高我國高爐冶金企業的競爭力，本文進行了延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究。

1 冶金高爐爐缸使用壽命影響因素

影響冶金高爐爐缸使用壽命的因素主要包括：冷卻設備漏水、冷卻壁背部填料間隙、風口損壞以及鋅在高爐內的循環富集。因此，本文提出的延長冶金高爐爐缸使用壽命方法針對以上三點冶金高爐爐缸使用壽命影響主要因素進行設計。具體內容，如下文所述。

2 延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法

2.1 選擇最佳冶金高爐爐缸結構

為延長冶金高爐爐缸使用壽命，必須選擇最佳的冶金高爐爐缸結構。本文選擇的冶金高爐爐缸整體結構具體示意圖，如圖1所示。

圖1 冶金高爐爐缸結構示意圖

根據圖1所示，冶金高爐從上至下共分為：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸。本文冶金高爐爐缸整體采用優質碳磚加上陶瓷杯結構，并在爐身、爐腰、爐腹3個部位部設銅冷卻壁。為防止冶金高爐爐缸在使用過程中出現冷卻設備漏水的情況，在冶金高爐1-10段采用軟水密閉循環冷卻系統，提高冷卻設備的緊密度[2]。在此基礎上，在冶金高爐爐底部分鋪滿炭磚，避免炭磚受到侵蝕，有效防止了冷卻設備漏水問題。在爐缸部位鋪設微孔炭磚，提高炭磚的耐滲透力。在爐缸部位，加設陶瓷杯，極大限度上減小磚塊表面的溫度，防止出現裂縫，縮短冶金高爐爐缸的使用壽命。不僅如此，通過陶瓷杯自身良好的保溫性能，能夠將冶金高爐爐缸的熱損降至最低，實現節能降耗，進而延長冶金高爐爐缸使用壽命。在選擇最佳冶金高爐爐缸結構的過程中，還要綜合考慮到爐缸容積，小型冶金高爐爐缸可選擇陶瓷杯冶金高爐爐缸結構，中型或大型冶金高爐爐缸需要在陶瓷杯的基礎上，加設熱壓小塊炭磚，杜絕了高爐爐缸冷卻設備漏水的問題，提升了冶金高爐生產自動化水平和智能化水平，延長了冶金高爐爐缸使用壽命。通過選擇冶金高爐爐缸結構，防止爐溫波動，使冶金高爐爐缸內的溫度適中保持在固定范圍內，避免溫度過高或過低，造成冷卻設備漏水的現象。

2.2 冶金高爐爐缸爐底加設微孔炭磚

為解決冷卻壁背部填料間隙導致冶金高爐爐缸使用壽命縮短的問題，可以在冶金高爐爐缸爐底加設微孔炭磚，通過微孔炭磚將出現冷卻壁背部填料間隙的可能性縮減幾乎為零，從根本上延長冶金高爐爐缸使用壽命。運用高爐L3系統，避免在冶金高爐運行過程中，爐缸死鐵層過淺導致冷卻壁背部填料間隙增大，直至無法滿足爐缸內壁的熱流負荷，縮短冶金高爐爐缸使用壽命[3]。在加設微孔炭磚時，需要活躍爐缸，形成初始氣流分布，提高冶金高爐爐缸安全、穩定的運行環境。通常情況下，利用冶金高爐爐缸爐底加設微孔炭磚，能夠降低由于崩滑料出現異常爐況，導致冶金高爐爐缸使用壽命受到不利影響。結合冶金高爐爐缸的基本結構參數，必須嚴格控制加設微孔炭磚的數量，使其與不同爐役階段下的冶金高爐爐缸產量保持平衡關系，避免一味地加設微孔炭磚導致冶金高爐爐缸自身無法承受，進而直接造成冶金高爐爐缸停用。

2.3 定期進行冶金高爐爐缸休風

考慮到冶金高爐爐缸風口的使用壽命能夠直接決定整個冶金高爐爐缸的使用壽命，而風口的使用壽命作為冶金高爐爐缸中的短板問題，存在壞損幾率大、隨機性高的特點。因此，要想延長冶金高爐爐缸使用壽命，必須對其給予足夠的重視。冶金高爐爐缸風口長時間處于工作狀態下，必須通過定期進行休風，避免由于疲勞過大直接癱瘓。在冶金高爐爐缸休風的過程中，需要利用熱流儀檢查冶金高爐爐缸整體狀態，尤其是高爐爐襯厚度，一旦發現高爐爐襯過薄的現象必須第一時間進行維護。在此過程中，必須明確的是在冶金高爐爐缸的鐵口正上方嚴禁進行任何的修復行為，避免由于休風導致冶金高爐爐缸爐內堵塞，致使冶金高爐爐缸無法正常運行，縮短其使用壽命。一般情況下，冶金高爐爐缸休風的期限為半年一次即可。

2.4 添加含鈦物料保護冶金高爐爐缸

冶金高爐爐缸在運行過程中，不可避免的會產生大量的鋅，為防止鋅在高爐內的循環富集，侵蝕冶金高爐爐缸結構，降低冶金高爐爐缸使用壽命，本文采用添加含鈦物料的方式保護冶金高爐爐缸，延長冶金高爐爐缸使用壽命。含鈦物料具有不粘渣鐵，不易侵蝕的特性，能夠沉積在冶金高爐爐缸爐底，形成一層保護膜，有效防止鋅在高爐內的循環富集。因此，添加含鈦物料保護冶金高爐爐缸是延長冶金高爐爐缸使用壽命的有效途徑。綜上所述，有必要加大含鈦物料在冶金高爐爐缸中的使用，為延長冶金高爐爐缸使用壽命提供了先決條件。至此，完成延長冶金高爐爐缸使用壽命方法的設計。

3 實驗

3.1 實驗準備

以某冶金高爐爐缸作為實驗對象，其具體參數，如表1所示。

表1 某冶金高爐爐缸型號參數

根據表1所示，在基本參數一定的前提下，首先使用本文方法設計冶金高爐爐缸，設為實驗組；再使用傳統方法設計冶金高爐爐缸，設為對照組。將兩種冶金高爐爐缸投入使用，測試兩種冶金高爐爐缸的使用壽命。為縮短測試所需時間，將兩冶金高爐爐缸帶入RewqPLC軟件進行虛擬測試，RewqPLC軟件能夠根據冶金高爐爐缸的各項參數，綜合評估出其在實際應用過程中的使用壽命。設置測試次數為7次，記錄測得的冶金高爐爐缸使用壽命。

3.2 實驗結果與分析

根據上述設計的實驗步驟，采集實驗數據，將兩種冶金高爐爐缸的使用壽命進行對比。為更加直觀地表現出兩種冶金高爐爐缸使用壽命的差異，將RewqPLC軟件下得出的實驗結果整理為對比表，如表2所示。

表2 冶金高爐爐缸使用壽命對比表

通過表2可得出如下的結論：本文設計的冶金高爐爐缸使用壽命明顯高于對照組，證明設計方法可以延長冶金高爐爐缸使用壽命。通過驗證結果，證明所設計的方法可以滿足設計要求，可以廣泛應用于冶金方面。

4 結語

通過實驗分析結果表明，本文設計的方法在延長冶金高爐爐缸使用壽命中的具體優勢已經顯現出來，有必在現實中廣泛投入使用。經過延長冶金高爐爐缸使用壽命的方法研究，希望能夠在延長冶金高爐爐缸使用壽命的同時，提高冶金的效率。在后期的發展中，應加大本文設計方法在延長冶金高爐爐缸使用壽命中的應用。基于此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對于該方法的研究還不足，今后還要對其進行進一步研究，為延長冶金高爐爐缸使用壽命的進一步優化提供參考依據。