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摘要：與煉鐵同仁探討當(dāng)前國內(nèi)大環(huán)境下煉鐵所遇到的分歧和問題，糾正概念上的誤導(dǎo)。本文由三部分系統(tǒng)闡述：1）精料技術(shù)，2）科學(xué)評價高爐生產(chǎn)效率，3）目前國內(nèi)高爐生產(chǎn)一代爐齡偏短、事故頻發(fā)的分析。精料曾經(jīng)是高爐煉鐵的重要手段和目標(biāo)，但是由于低成本煉鐵，對精料技術(shù)產(chǎn)生了懷疑，甚至由于部分企業(yè)、專家的鼓吹使得精料技術(shù)有了倒退，買礦的低成本并不代表煉鐵的低成本。每個高爐都有自己的生產(chǎn)特點，科學(xué)計算的方法的分析、認識本高爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀，并且有理可依的正確提高生產(chǎn)效率。高爐長壽是一個系統(tǒng)復(fù)雜的工程，中部、下部都有相應(yīng)的問題，本文著重介紹了高爐中部的掛渣系統(tǒng)影響因素，爐缸側(cè)壁的保護方法。高爐爐缸的維護是建立在檢測系統(tǒng)之上的，因此，檢測數(shù)據(jù)是科學(xué)判斷的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：煉鐵；高爐；精料；生產(chǎn)效率；長壽；
3.扭轉(zhuǎn)高爐一代爐齡短，且頻繁出現(xiàn)事故現(xiàn)象
高爐長壽是一個系統(tǒng)工程，它由設(shè)計、筑爐、檢測、操作等多方面因素綜合形成的結(jié)果。有關(guān)這方面的解釋，我們已在過去幾次會議介紹過，因篇幅限制，不再重復(fù)，現(xiàn)在高爐建成投產(chǎn)以后如何來維護，克服存在問題而避免事故，延長高爐壽命。
調(diào)研表明生產(chǎn)中決定壽命的是兩個部位：高爐中部的爐身下部，爐腰爐腹部位和高爐下部爐缸側(cè)壁部位。前者表現(xiàn)為渣皮頻繁脫落，銅冷卻壁大量過早燒壞而被迫停爐。后者表現(xiàn)為側(cè)壁溫度身高異常，殘余厚度300mm左右，嚴重時出現(xiàn)漏鐵，甚至燒穿而被迫停爐。
3.1高爐中部問題
生產(chǎn)中這部位要維持穩(wěn)定的渣皮來保護。因此對影響渣皮的因素要做全面了解，并采取有效的措施來保護，經(jīng)過我們的研究，影響渣皮的因素較多，分析如下：
（1）爐氣溫度對渣皮的影響
爐氣溫度溫度升高導(dǎo)致爐氣與冷卻壁熱面熱量交換增大，冷卻壁本體溫度升高，不利于爐渣在冷卻壁表面的凝結(jié)；
銅冷卻壁本體測溫?zé)犭娕嫉臏囟饶芤欢ǔ潭壬戏磻?yīng)冷卻壁熱面狀況及掛渣情況，但其測量值低于冷卻壁本體最高溫度，因此不能以之作為判斷冷卻壁是否安全工作的標(biāo)準(zhǔn)。
爐氣溫度溫度升高導(dǎo)致爐氣與冷卻壁熱面熱量交換增大，渣皮厚度逐漸減薄；煤氣溫度頻繁波動導(dǎo)致渣皮厚度頻繁變化，易引起渣皮整體脫落。
（2）冷卻制度對渣皮的影響
銅冷卻壁對冷卻水流速的變化比較敏感：在水流速值較小時（<1.5m/s），增大水流速能顯著降低冷卻壁本體溫度，保護冷卻壁;而水流速較大時(>1.5m/s)，水速的增大對冷卻壁的降溫效果很微弱。
爐氣溫度越高，增大水速對冷卻壁的降溫效果越明顯。
冷卻水溫度的降低能顯著降低銅冷卻壁本體溫度，冷卻水溫度每降低1℃，壁體溫度也將降低約1℃。
在水流速值已經(jīng)較大時，應(yīng)采取降低冷卻水進水溫度的方式來調(diào)節(jié)冷卻壁本體溫度，而非盲目追求高水速。
由于渣皮導(dǎo)熱率很小（約1.2~2.0W/(m·K)），因此冷卻水流速及冷卻水溫度的變化對渣皮厚度的影響很小；
調(diào)整冷卻制度的意義在于調(diào)整冷卻壁本體溫度，保護冷卻壁不被燒壞，而非調(diào)整渣皮厚度。
（3）爐渣性質(zhì)對渣皮的影響
爐渣在冷卻壁熱面凝固的臨界溫度定義為“掛渣溫度”；
掛渣溫度越高，冷卻壁本體溫度越低；較高的掛渣溫度能提高冷卻壁對爐氣溫度的適應(yīng)能力：
掛渣溫度1050℃：臨界溫度1370℃；
掛渣溫度1100℃：臨界溫度1395℃；
掛渣溫度1150℃：臨界溫度1430℃；
掛渣溫度越高，渣皮厚度越大，但渣皮厚度隨爐溫波動而顯著變化；
掛渣溫度越低，渣皮厚度越小，但渣皮厚度隨爐溫波動的變化較小；
掛渣溫度不宜過高，也不宜過低，應(yīng)保證適宜的掛渣溫度以保證厚度合適且穩(wěn)定的渣皮。
爐渣導(dǎo)熱率越高，渣皮的厚度越大；
對于不同的爐料結(jié)構(gòu)，所能形成的渣皮厚度不同，爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整時，應(yīng)多關(guān)注冷卻壁渣皮厚度的變化及冷卻壁本體溫度的變化
（4）鑲磚材質(zhì)對渣皮的影響
爐氣溫度較低時，鑲磚導(dǎo)熱率的變化對冷卻壁本體溫度影響較小；
爐氣溫度較高時，鑲磚導(dǎo)熱率的變化對冷卻壁本體溫度的影響較大，且爐溫越高，影響越明顯。
鑲磚導(dǎo)熱率變化對筋肋位置渣皮厚度的影響較小，但對燕尾槽位置渣皮厚度有較大影響；
燕尾槽內(nèi)鑲磚被爐渣取代后，筋肋和燕尾槽位置渣皮厚度均明顯減小；
銅冷卻壁熱面爐襯可不采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，但燕尾槽內(nèi)應(yīng)采用導(dǎo)熱率較高，且壽命較長的鑲磚。
（5）渣皮厚度變化對其穩(wěn)定性的影響
冷卻壁本體應(yīng)力值隨著渣皮厚度的增大呈現(xiàn)先下降，后上升的趨勢，在計算條件下，渣皮厚度約20mm時冷卻壁本體應(yīng)力值最小；
在各渣皮厚度條件下，冷卻壁本體應(yīng)力均隨著爐氣溫度的升高而升高；
冷卻壁渣皮厚度并非越大越好，而應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)以降低冷卻壁本體應(yīng)力，延長冷卻壁使用壽命。
銅材與爐渣的結(jié)合能力很弱，因此冷卻壁主要依靠爐渣與鑲磚的結(jié)合實現(xiàn)掛渣；
渣-磚界面應(yīng)力值隨著渣皮厚度的增大呈現(xiàn)先下降，后上升的趨勢，在計算條件下，渣皮厚度約28mm時渣-磚界面應(yīng)力值最小；
為保證爐渣與鑲磚穩(wěn)定結(jié)合，應(yīng)保持渣皮厚度在合適的范圍內(nèi)且維持穩(wěn)定。
（6）水速變化對渣皮穩(wěn)定性的影響
冷卻水流速增大后，冷卻壁熱面溫度降低，但渣層的溫度梯度增大，導(dǎo)致渣層應(yīng)力值有所上升，但上升幅度很小；
在渣皮厚度較小時，水流速的增大對渣-磚界面應(yīng)力的影響較大；渣皮厚度較大時，水速的變化基本不影響壁體及渣-磚界面應(yīng)力的大小。
渣-磚界面應(yīng)力的頻繁波動易導(dǎo)致渣皮脫落，因此應(yīng)盡量保持水流速的穩(wěn)定（尤其在渣皮厚度較小時）。
（7）爐型結(jié)構(gòu)對渣皮的影響
冷卻水流速變化對冷卻壁本體及渣-磚交界面處應(yīng)力的的影響
“等效爐腹角”：風(fēng)口頂端和爐腹-爐腰折點連線與水平線之間夾角；
在經(jīng)過軟熔帶整流前，隨著等效爐腹角的增大，煤氣流速逐漸增大，對冷卻壁沖刷加強，影響渣皮穩(wěn)定性及冷卻壁壽命。
采用薄壁爐襯后，無法依靠操作形成合理操作爐型，原始設(shè)計爐型即為操作爐型，目前國內(nèi)許多高爐存在爐腹角過大的問題，可依靠加長風(fēng)口進行調(diào)整，即調(diào)整“等效爐腹角”。
冷卻水流速變化對冷卻壁本體及渣-磚交界面處應(yīng)力的的影響
軟熔帶位置越高，冷卻壁熱面煤氣流速越大，對冷卻壁的沖刷作用越強，影響渣皮穩(wěn)定性及冷卻壁壽命。
不同的軟熔帶形狀及位置均會影響冷卻壁熱面煤氣流速，對冷卻壁穩(wěn)定掛渣產(chǎn)生影響。
通過調(diào)研搞清楚影響因素，我們提出渣皮的合理操作措施的建議如下：
①.上部調(diào)劑：利用合理的裝料制度控制邊緣煤氣流，打開中心，減少邊緣煤氣流對渣皮的沖刷，并提高煤氣利用率。
②.選擇合理的爐料結(jié)構(gòu)，調(diào)整軟熔帶位置，保證合理的煤氣流分布；
③.選用合理的造渣制度，控制爐渣的流動性及掛渣溫度；
④.下部調(diào)劑：適當(dāng)縮小風(fēng)口面積和風(fēng)口長度，并適當(dāng)采用斜風(fēng)口，使鼓風(fēng)動能增加，吹透中心，抑制邊緣煤氣流；
⑤.噴煤和富氧合理結(jié)合：富氧后風(fēng)口回旋區(qū)體積減小，邊緣發(fā)展；增加噴煤量可使?fàn)t缸煤氣量增大，回旋區(qū)體積增大，利于中心發(fā)展。因此，可在條件允許的情況下提高富氧，并配合以合理的噴煤量。
⑥.高風(fēng)溫操作：高風(fēng)溫帶入熱量替代了部分焦炭燃燒熱量，CO減少，爐缸溫度較高而爐身、爐腰、爐腹溫度下降，利于渣皮穩(wěn)定存在。
⑦.冷卻水速的增大和冷卻水溫的降低對銅冷卻壁本體降溫效果明顯，但對渣皮厚度的調(diào)整作用不大。水速和水溫的波動易引起爐渣和壁體鑲磚結(jié)合位置應(yīng)力的波動，因此應(yīng)盡量保證水速及水溫的穩(wěn)定。
3.2高爐下部爐缸側(cè)壁問題
生產(chǎn)實踐和對高爐長壽問題調(diào)研，煉鐵工作者得出共識，建立穩(wěn)定的爐缸保護層以隔離鐵水和炭塊工作面的直接接觸，避免炭球被鐵水快速溶損，并在一代爐齡期間精心維護和維護時最關(guān)鍵的。我們將在今年昆明煉鐵年會上來討論這個問題，這里簡單說明，供參考。
在爐缸保護層形成的機理上有共識內(nèi)容也有分歧觀點。共識之處是保護層是通過冷卻炭塊工作面溫度下降，通過鐵水與炭塊工作面的熱交換，將靠近工作面的鐵水溫度下降。隨著鐵水溫度的下降，鐵水析出石墨和高熔點的化合物（例如鈦礦護爐的TiC，TiN，Ti(C，N)）形成黏稠的保護層隔離了主流鐵水與炭塊的直接接觸而保護爐缸側(cè)壁。
分歧之處是一部分專家認為保護層是凝固在炭塊表面的固態(tài)保護層，認為生產(chǎn)中保護層沒有凝結(jié)在炭塊工作面，而只是黏稠狀的液態(tài)保護層，凝固層是高爐停爐后溫度下降才凝固的。
不論哪種觀點在爐缸形成穩(wěn)定保護層是爐缸長壽的關(guān)鍵，因此對影響保護層生成與穩(wěn)定存在的因素要有足夠的了解。
通過我們的研究，影響因素主要有：爐缸側(cè)壁的冷卻，高爐的冶煉強度，生鐵成分，爐缸狀態(tài)，出鐵操作等。
（1）爐缸側(cè)壁的冷卻
保護層的形成和穩(wěn)定存在的決定性因素之一是炭塊工作表面能否達到形成保護層的溫度，中冶賽迪王剛等的兩個圖說明了冷卻的狀態(tài)和影響因素，希望大家很好的理解。
氣隙的熱阻很大，影響傳熱，從而也影響碳磚表面溫度。氣隙的大小與碳磚表面溫度和保護層厚度成反比。消除氣隙是降低碳磚表面溫度和穩(wěn)定保護層厚度的重要手段。
冷卻時降低碳磚表面溫度的重要手段，前面已說明冷卻的重要意義，研究冷卻對碳磚熱面溫度的結(jié)果如圖：
王剛等對保護層厚度與碳磚殘厚和氣隙厚度的情況研究后提出評估高爐狀態(tài)的意見，可供參考。
綜合炭磚殘厚、保護層厚度、氣隙厚度情況，分為非常好、好、一般、不好、差、很差、極差7級。
（2）冶煉強度
過高的冶煉強度是影響高爐長壽的負面因素，單位時間內(nèi)強大的鐵水環(huán)流使炭磚工作表面溫度升高，不利于形成保護層，而且已形成的，在鐵水環(huán)流的沖刷下變薄，甚至消失，給環(huán)流鐵水磨損碳磚創(chuàng)造機會，碳磚被逐步滲蝕，剝落而減薄，最終形成象腳型（或稱蒜頭型）侵蝕，生產(chǎn)中側(cè)壁溫度急劇升高，就是這樣造成的。我們長期提倡維持與冶煉條件相適應(yīng)的爐腹煤氣量生產(chǎn)以求形成穩(wěn)定的保護層。我們也提出在爐缸側(cè)壁出現(xiàn)警界狀態(tài)時，應(yīng)降低冶強，危險時應(yīng)降低冶強20%，一直維持到停爐大修。
（3）生鐵成分
生鐵成分的影響主要是[C]和[Si]，在加鈦礦護爐時還有[Ti]。
高爐煉鐵生產(chǎn)的鐵水，其含碳是無法控制的，過去認為高爐鐵水是飽和含碳的，但實際上高爐鐵水中含碳并沒有達到100%的飽和度，高的達到了94%，低的只有90%。這樣欠飽和度達到6%~10%，欠飽和度的鐵水在爐缸內(nèi)與碳磚接觸就要滲蝕炭塊。欠飽和度越大的鐵水就會將保護層內(nèi)的石墨碳溶解而破壞保護層，欠飽和度低的鐵水對保護層的形成和穩(wěn)定存在是有利的，我國寶鋼3號高爐第一代鐵水飽和度在93%以上，它長壽達19年。
鐵水中的[Si]與碳的關(guān)系是，[Si]越高，[C]以石墨狀態(tài)存在于鐵水中就越多，鑄造生鐵就是實例。因此，[Si]高易于析出石墨碳形成保護層。過低的[Si]和稍高的[S]是對保護層的形成和穩(wěn)定存在是不利的，某些高爐生產(chǎn)低[Si]生鐵0.2%以下而生鐵中[S]達到0.05%以上，爐缸側(cè)壁受到嚴重侵蝕是不可取的。根據(jù)研究，我們提出，在加鈦護爐時，要將[Si]提高到0.5%，才使護爐有明顯效果。
[Ti]的影響表現(xiàn)在加鈦后在爐缸內(nèi)形成高熔點的TiC，TiN和Ti(C,N)化合物，比較少的質(zhì)點懸浮于鐵水中，與[Si]，[C]等形成的鈦球團促使保護層的形成和穩(wěn)定存在，但要起作用需要鐵水中的[Ti]在0.1%以上。在警戒狀態(tài)時還要提高到0.2%~0.25%，要充分發(fā)揮護爐作用。加鈦護爐還要將[Si]提高達到[Ti]+[Si]=0.6%~0.7%。
（4）爐缸狀態(tài)
正常生產(chǎn)時要求有活躍的爐缸狀態(tài)：t理=2200±50℃，焦炭進入燃燒帶時的溫度tc=75%t理，具有儲備熱＞630kJ/kg生鐵。與此同時中死料柱要有良好的透氣性和透液性，使高溫煤氣能穿透中心而加熱焦炭，鐵水，爐渣達到tL=0.75t理，t鐵水=tc-2000±50℃，t渣=t-150±50℃，同時出鐵時鐵水能穿過死料柱而減少環(huán)流，減少高速環(huán)流對保護層的沖擊。
（5）出鐵
搞好除鐵和維護好出鐵口是維持穩(wěn)定保護層的重要內(nèi)容，這要求我們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)理念，減少出鐵次數(shù)（大型高爐6~8t/min，中小高爐4~5t/min）維持合適的出鐵口深度（出鐵口前形成的泥炮厚度，大高爐不超過1000mm，以800mm尾號，中小高爐不超過800mm，以600mm為好）選擇好炮泥，炮泥質(zhì)量應(yīng)保證開口順利，堵口有效，而且至少要保證20min出鐵穩(wěn)定，此外要避免風(fēng)口，冷卻壁漏水。
總之要使保護層形成和穩(wěn)定存在，必須要有完善的冷卻系統(tǒng)，要維持與冶煉條件相適應(yīng)的冶煉強度，增加鐵滴滴落時間，提高鐵水碳飽和度，要保持爐缸活躍，特別是保證死料柱有良好的透氣性和透液性減少鐵水環(huán)流，爐前精心操作。加鈦護爐是要保證[Ti]+[Si]=0.6%~0.7%。
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