摘要：与炼铁同仁探讨当前国内大环境下炼铁所遇到的分歧和问题，纠正概念上的误导。本文由三部分系统阐述：1）精料技术，2）科学评价高炉生产效率，3）目前国内高炉生产一代炉龄偏短、事故频发的分析。精料曾经是高炉炼铁的重要手段和目标，但是由于低成本炼铁，对精料技术产生了怀疑，甚至由于部分企业、专家的鼓吹使得精料技术有了倒退，买矿的低成本并不代表炼铁的低成本。每个高炉都有自己的生产特点，科学计算的方法的分析、认识本高炉生产的现状，并且有理可依的正确提高生产效率。高炉长寿是一个系统复杂的工程，中部、下部都有相应的问题，本文着重介绍了高炉中部的挂渣系统影响因素，炉缸侧壁的保护方法。高炉炉缸的维护是建立在检测系统之上的，因此，检测数据是科学判断的基础。

关键词：炼铁；高炉；精料；生产效率；长寿；

3.扭转高炉一代炉龄短，且频繁出现事故现象

高炉长寿是一个系统工程，它由设计、筑炉、检测、操作等多方面因素综合形成的结果。有关这方面的解释，我们已在过去几次会议介绍过，因篇幅限制，不再重复，现在高炉建成投产以后如何来维护，克服存在问题而避免事故，延长高炉寿命。

调研表明生产中决定寿命的是两个部位：高炉中部的炉身下部，炉腰炉腹部位和高炉下部炉缸侧壁部位。前者表现为渣皮频繁脱落，铜冷却壁大量过早烧坏而被迫停炉。后者表现为侧壁温度身高异常，残余厚度300mm左右，严重时出现漏铁，甚至烧穿而被迫停炉。

3.1高炉中部问题

生产中这部位要维持稳定的渣皮来保护。因此对影响渣皮的因素要做全面了解，并采取有效的措施来保护，经过我们的研究，影响渣皮的因素较多，分析如下：

（1）炉气温度对渣皮的影响

炉气温度温度升高导致炉气与冷却壁热面热量交换增大，冷却壁本体温度升高，不利于炉渣在冷却壁表面的凝结；

铜冷却壁本体测温热电偶的温度能一定程度上反应冷却壁热面状况及挂渣情况，但其测量值低于冷却壁本体最高温度，因此不能以之作为判断冷却壁是否安全工作的标准。

炉气温度温度升高导致炉气与冷却壁热面热量交换增大，渣皮厚度逐渐减薄；煤气温度频繁波动导致渣皮厚度频繁变化，易引起渣皮整体脱落。

（2）冷却制度对渣皮的影响

铜冷却壁对冷却水流速的变化比较敏感：在水流速值较小时（<1.5m/s），增大水流速能显著降低冷却壁本体温度，保护冷却壁;而水流速较大时(>1.5m/s)，水速的增大对冷却壁的降温效果很微弱。

炉气温度越高，增大水速对冷却壁的降温效果越明显。

冷却水温度的降低能显著降低铜冷却壁本体温度，冷却水温度每降低1℃，壁体温度也将降低约1℃。

在水流速值已经较大时，应采取降低冷却水进水温度的方式来调节冷却壁本体温度，而非盲目追求高水速。

由于渣皮导热率很小（约1.2~2.0W/(m·K)），因此冷却水流速及冷却水温度的变化对渣皮厚度的影响很小；

调整冷却制度的意义在于调整冷却壁本体温度，保护冷却壁不被烧坏，而非调整渣皮厚度。

（3）炉渣性质对渣皮的影响

炉渣在冷却壁热面凝固的临界温度定义为“挂渣温度”；

挂渣温度越高，冷却壁本体温度越低；较高的挂渣温度能提高冷却壁对炉气温度的适应能力：

挂渣温度1050℃：临界温度1370℃；

挂渣温度1100℃：临界温度1395℃；

挂渣温度1150℃：临界温度1430℃；

挂渣温度越高，渣皮厚度越大，但渣皮厚度随炉温波动而显著变化；

挂渣温度越低，渣皮厚度越小，但渣皮厚度随炉温波动的变化较小；

挂渣温度不宜过高，也不宜过低，应保证适宜的挂渣温度以保证厚度合适且稳定的渣皮。

炉渣导热率越高，渣皮的厚度越大；

对于不同的炉料结构，所能形成的渣皮厚度不同，炉料结构调整时，应多关注冷却壁渣皮厚度的变化及冷却壁本体温度的变化

（4）镶砖材质对渣皮的影响

炉气温度较低时，镶砖导热率的变化对冷却壁本体温度影响较小；

炉气温度较高时，镶砖导热率的变化对冷却壁本体温度的影响较大，且炉温越高，影响越明显。

镶砖导热率变化对筋肋位置渣皮厚度的影响较小，但对燕尾槽位置渣皮厚度有较大影响；

燕尾槽内镶砖被炉渣取代后，筋肋和燕尾槽位置渣皮厚度均明显减小；

铜冷却壁热面炉衬可不采用优质耐火材料，但燕尾槽内应采用导热率较高，且寿命较长的镶砖。

（5）渣皮厚度变化对其稳定性的影响

冷却壁本体应力值随着渣皮厚度的增大呈现先下降，后上升的趋势，在计算条件下，渣皮厚度约20mm时冷却壁本体应力值最小；

在各渣皮厚度条件下，冷却壁本体应力均随着炉气温度的升高而升高；

冷却壁渣皮厚度并非越大越好，而应控制在合理的范围内以降低冷却壁本体应力，延长冷却壁使用寿命。

铜材与炉渣的结合能力很弱，因此冷却壁主要依靠炉渣与镶砖的结合实现挂渣；

渣-砖界面应力值随着渣皮厚度的增大呈现先下降，后上升的趋势，在计算条件下，渣皮厚度约28mm时渣-砖界面应力值最小；

为保证炉渣与镶砖稳定结合，应保持渣皮厚度在合适的范围内且维持稳定。

（6）水速变化对渣皮稳定性的影响

冷却水流速增大后，冷却壁热面温度降低，但渣层的温度梯度增大，导致渣层应力值有所上升，但上升幅度很小；

在渣皮厚度较小时，水流速的增大对渣-砖界面应力的影响较大；渣皮厚度较大时，水速的变化基本不影响壁体及渣-砖界面应力的大小。

渣-砖界面应力的频繁波动易导致渣皮脱落，因此应尽量保持水流速的稳定（尤其在渣皮厚度较小时）。

（7）炉型结构对渣皮的影响

冷却水流速变化对冷却壁本体及渣-砖交界面处应力的的影响

“等效炉腹角”：风口顶端和炉腹-炉腰折点连线与水平线之间夹角；

在经过软熔带整流前，随着等效炉腹角的增大，煤气流速逐渐增大，对冷却壁冲刷加强，影响渣皮稳定性及冷却壁寿命。

采用薄壁炉衬后，无法依靠操作形成合理操作炉型，原始设计炉型即为操作炉型，目前国内许多高炉存在炉腹角过大的问题，可依靠加长风口进行调整，即调整“等效炉腹角”。

冷却水流速变化对冷却壁本体及渣-砖交界面处应力的的影响

软熔带位置越高，冷却壁热面煤气流速越大，对冷却壁的冲刷作用越强，影响渣皮稳定性及冷却壁寿命。

不同的软熔带形状及位置均会影响冷却壁热面煤气流速，对冷却壁稳定挂渣产生影响。

通过调研搞清楚影响因素，我们提出渣皮的合理操作措施的建议如下：

①.上部调剂：利用合理的装料制度控制边缘煤气流，打开中心，减少边缘煤气流对渣皮的冲刷，并提高煤气利用率。

②.选择合理的炉料结构，调整软熔带位置，保证合理的煤气流分布；

③.选用合理的造渣制度，控制炉渣的流动性及挂渣温度；

④.下部调剂：适当缩小风口面积和风口长度，并适当采用斜风口，使鼓风动能增加，吹透中心，抑制边缘煤气流；

⑤.喷煤和富氧合理结合：富氧后风口回旋区体积减小，边缘发展；增加喷煤量可使炉缸煤气量增大，回旋区体积增大，利于中心发展。因此，可在条件允许的情况下提高富氧，并配合以合理的喷煤量。

⑥.高风温操作：高风温带入热量替代了部分焦炭燃烧热量，CO减少，炉缸温度较高而炉身、炉腰、炉腹温度下降，利于渣皮稳定存在。

⑦.冷却水速的增大和冷却水温的降低对铜冷却壁本体降温效果明显，但对渣皮厚度的调整作用不大。水速和水温的波动易引起炉渣和壁体镶砖结合位置应力的波动，因此应尽量保证水速及水温的稳定。

3.2高炉下部炉缸侧壁问题

生产实践和对高炉长寿问题调研，炼铁工作者得出共识，建立稳定的炉缸保护层以隔离铁水和炭块工作面的直接接触，避免炭球被铁水快速溶损，并在一代炉龄期间精心维护和维护时最关键的。我们将在今年昆明炼铁年会上来讨论这个问题，这里简单说明，供参考。

在炉缸保护层形成的机理上有共识内容也有分歧观点。共识之处是保护层是通过冷却炭块工作面温度下降，通过铁水与炭块工作面的热交换，将靠近工作面的铁水温度下降。随着铁水温度的下降，铁水析出石墨和高熔点的化合物（例如钛矿护炉的TiC，TiN，Ti(C，N)）形成黏稠的保护层隔离了主流铁水与炭块的直接接触而保护炉缸侧壁。

分歧之处是一部分专家认为保护层是凝固在炭块表面的固态保护层，认为生产中保护层没有凝结在炭块工作面，而只是黏稠状的液态保护层，凝固层是高炉停炉后温度下降才凝固的。

不论哪种观点在炉缸形成稳定保护层是炉缸长寿的关键，因此对影响保护层生成与稳定存在的因素要有足够的了解。

通过我们的研究，影响因素主要有：炉缸侧壁的冷却，高炉的冶炼强度，生铁成分，炉缸状态，出铁操作等。

（1）炉缸侧壁的冷却

保护层的形成和稳定存在的决定性因素之一是炭块工作表面能否达到形成保护层的温度，中冶赛迪王刚等的两个图说明了冷却的状态和影响因素，希望大家很好的理解。

气隙的热阻很大，影响传热，从而也影响碳砖表面温度。气隙的大小与碳砖表面温度和保护层厚度成反比。消除气隙是降低碳砖表面温度和稳定保护层厚度的重要手段。

冷却时降低碳砖表面温度的重要手段，前面已说明冷却的重要意义，研究冷却对碳砖热面温度的结果如图：

王刚等对保护层厚度与碳砖残厚和气隙厚度的情况研究后提出评估高炉状态的意见，可供参考。

综合炭砖残厚、保护层厚度、气隙厚度情况，分为非常好、好、一般、不好、差、很差、极差7级。

（2）冶炼强度

过高的冶炼强度是影响高炉长寿的负面因素，单位时间内强大的铁水环流使炭砖工作表面温度升高，不利于形成保护层，而且已形成的，在铁水环流的冲刷下变薄，甚至消失，给环流铁水磨损碳砖创造机会，碳砖被逐步渗蚀，剥落而减薄，最终形成象脚型（或称蒜头型）侵蚀，生产中侧壁温度急剧升高，就是这样造成的。我们长期提倡维持与冶炼条件相适应的炉腹煤气量生产以求形成稳定的保护层。我们也提出在炉缸侧壁出现警界状态时，应降低冶强，危险时应降低冶强20%，一直维持到停炉大修。

（3）生铁成分

生铁成分的影响主要是[C]和[Si]，在加钛矿护炉时还有[Ti]。

高炉炼铁生产的铁水，其含碳是无法控制的，过去认为高炉铁水是饱和含碳的，但实际上高炉铁水中含碳并没有达到100%的饱和度，高的达到了94%，低的只有90%。这样欠饱和度达到6%~10%，欠饱和度的铁水在炉缸内与碳砖接触就要渗蚀炭块。欠饱和度越大的铁水就会将保护层内的石墨碳溶解而破坏保护层，欠饱和度低的铁水对保护层的形成和稳定存在是有利的，我国宝钢3号高炉第一代铁水饱和度在93%以上，它长寿达19年。

铁水中的[Si]与碳的关系是，[Si]越高，[C]以石墨状态存在于铁水中就越多，铸造生铁就是实例。因此，[Si]高易于析出石墨碳形成保护层。过低的[Si]和稍高的[S]是对保护层的形成和稳定存在是不利的，某些高炉生产低[Si]生铁0.2%以下而生铁中[S]达到0.05%以上，炉缸侧壁受到严重侵蚀是不可取的。根据研究，我们提出，在加钛护炉时，要将[Si]提高到0.5%，才使护炉有明显效果。

[Ti]的影响表现在加钛后在炉缸内形成高熔点的TiC，TiN和Ti(C,N)化合物，比较少的质点悬浮于铁水中，与[Si]，[C]等形成的钛球团促使保护层的形成和稳定存在，但要起作用需要铁水中的[Ti]在0.1%以上。在警戒状态时还要提高到0.2%~0.25%，要充分发挥护炉作用。加钛护炉还要将[Si]提高达到[Ti]+[Si]=0.6%~0.7%。

（4）炉缸状态

正常生产时要求有活跃的炉缸状态：t理=2200±50℃，焦炭进入燃烧带时的温度tc=75%t理，具有储备热＞630kJ/kg生铁。与此同时中死料柱要有良好的透气性和透液性，使高温煤气能穿透中心而加热焦炭，铁水，炉渣达到tL=0.75t理，t铁水=tc-2000±50℃，t渣=t-150±50℃，同时出铁时铁水能穿过死料柱而减少环流，减少高速环流对保护层的冲击。

（5）出铁

搞好除铁和维护好出铁口是维持稳定保护层的重要内容，这要求我们转变传统理念，减少出铁次数（大型高炉6~8t/min，中小高炉4~5t/min）维持合适的出铁口深度（出铁口前形成的泥炮厚度，大高炉不超过1000mm，以800mm尾号，中小高炉不超过800mm，以600mm为好）选择好炮泥，炮泥质量应保证开口顺利，堵口有效，而且至少要保证20min出铁稳定，此外要避免风口，冷却壁漏水。

总之要使保护层形成和稳定存在，必须要有完善的冷却系统，要维持与冶炼条件相适应的冶炼强度，增加铁滴滴落时间，提高铁水碳饱和度，要保持炉缸活跃，特别是保证死料柱有良好的透气性和透液性减少铁水环流，炉前精心操作。加钛护炉是要保证[Ti]+[Si]=0.6%~0.7%。