摘 要：文章从设计的角度从高炉炉型结构、死铁层厚度、炉体内衬、炉体冷却、增加出铁口等方面阐述了攀钢一高炉大修采用的长寿化技术，使冶炼钒钛磁铁矿高炉一代炉龄无中修寿命达到15 a，可为类似工程提供参考。
　　关键词：高炉；钒钛磁铁矿；长寿；设计
　　中图分类号：tf576 文献标识码：a 文章编号：1006-8937（2012）20-0114-02
　　高炉长寿技术一直是炼铁工作者研究的重点课题，一代炉龄使用寿命越长，就意味着经济效益的不断提高。随着我国炼铁技术的进步，国内高炉逐渐向大型化发展，出现了沙钢5 800 m3世界第一大高炉以及首钢5 500 m3等大容积高炉，高炉的设计能力、装备水平、施工质量、管理维护层次和使用寿命等方面均有显著提高。但较之国外优秀高炉的长寿水平（无中修15～20 a），目前国内高炉的一代炉龄一般低于10年，仅少数高炉可实现10～15a的长寿目标。
　　攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿，炉容1 000～2 000 m3，其一代炉龄寿命维持在8～10 a左右。由于原料的特殊性，炉容的扩大在当前攀钢冶炼技术及操作水平下已基本达到瓶颈，为了提高效益必须延长高炉寿命。
　　1 攀钢一高炉大修历史
　　攀钢一高炉为国内外第一座冶炼高钛型钒钛磁铁矿普通大型高炉。其设计有效炉容1 000 m3，1965年开工建设，1970年7月1日建成投产，采用攀枝花本地钒钛磁铁矿冶炼。其第一代炉役采取的主要长寿化措施有：
　　①普通粘土砖、大块碳砖相结合的复合结构炉底。WwW.11665.CoM
　　②炉体冷却第1～3段（炉底、炉缸部位）为光面冷却壁，第4～5段（炉腹、炉腰部位）为镶砖冷却壁，第6段（炉身下部）为光面冷却壁套支梁式水箱的复合结构，第7～11段（炉身中部）为四层支梁式水箱，第11段顶部到炉喉钢砖以下没有设计冷却结构，为全高铝砖砌筑。
　　1978年进行了第一次大修，炉容维持不变，炉底改为全粘土砖结构，炉身下部改为三段镶砖冷却壁。
　　1989年进行了第二次大修，炉容扩至1 200 m3，炉身下部改为三段带大头的镶砖冷却壁，炉身中部采用铸钢冷却水箱，炉体砖衬为粘土砖及高铝砖。
　　2002年进行了第三次大修，炉容扩至1 280 m3，炉体冷却第1～3段（炉底、炉缸部位）采用三段灰铸铁光面冷却壁，第4～5段（炉腹、炉腰部位）由两段镶砖冷却壁改为两段纯铜冷却壁，第6段（炉身中下部）采用乌克兰模块结构，炉身上部采用两段光面冷却壁；炉底为改进型全粘土砖炉底（3层致密粘土砖加6层超致密粘土砖）。
　　攀钢一高炉在第四代炉役中，由于新技术的应用，且在生产操作中加强管理、减少入炉原料粉末、提高矿石品位、加大喷煤量等措施，取得了良好的技术经济指标。2009～2011年利用系数达到了2.6，今年最高月利用系数达到了2.7的攀钢高炉最好水平。鉴于攀钢一高炉第四代炉役已近11a，且已达到第三次大修设计使用年限，将于2013年进行第四次大修。
　　2 攀钢一高炉大修采用的长寿化技术
　　2.1 优化的炉型结构
　　攀钢一高炉（1 280 m3）内型设计在结合攀钢二高炉（1200 m3）、三高炉（1 200 m3）、四高炉（1 350 m3）、新三高炉（2 000 m3）炉体内型改进经验，着重考虑冶炼钒钛磁铁矿特性、顺应高富氧大喷煤的发展趋势，兼顾炉体全冷却壁薄壁炉墙结构的要求，充分利用煤气化学能，改善料柱透气性，对炉体内型进行了优化。炉缸直径d=8.47 m，炉腰直径d=9.45 m，有效高度hu=24.6 m，炉腹角β=80°43′25″，炉身角α=83°34′17″，高径比hu/d=2.603。对比攀钢一期高炉高径比2.70，炉体更趋于矮胖型，以适应大风量和高压操作，符合高炉发展趋势。
　　2.2 增高死铁层厚度
　　死铁层的厚度直接影响出铁时铁水在炉缸的流动速度，直接影响铁水对炉底砖的冲刷程度。攀钢一高炉原设计死铁层厚度为825 mm，为炉缸直径的9.8%，而新建的优秀高炉死铁层厚度一般为炉缸直径的20%左右。根据2011年检测数据，炉底4点最高温度达到1010℃。根据莫依逊科公式计算：a=d/k1×1/u×lg（t1/t2），代入数据得出炉底剩余厚度233 mm，因为检测点在第3层砖顶部，3层炉底砖厚度1 200 mm，计算炉底剩余总厚度1 459 mm。炉底总共9层砖总厚度3 625 mm，减去计算结果得出炉底高温点最大侵蚀深度2 266 mm。由此可知，攀钢一高炉经过10 a的冶炼，其炉底侵蚀严重，炉底温度高。因此，大修设计死铁层厚度增加至1 600 mm，为炉缸直径的19%。增加

死铁层厚度有利于炉缸死料柱上浮，减少铁水环流对炉缸侧壁砖衬的不利影响，死铁层厚度1 600 mm跟攀钢二高炉（1 200 m3）保持一致。
　　2.3 改进型复合结构炉底、炉缸
　　根据攀钢采用普通高炉冶炼钒钛磁铁矿的多年攻关经验，若炉底砖衬、炉缸结构、炉身下部与炉腰结合部过渡段冷却壁的寿命达到15 a，即可实现一代炉龄15 a的目标。
　　①采用改进型复合结构炉底。炉底砖衬结构在上代炉役基础上改进：减少一层超致密粘土砖，增加一层复合莫来石砖，砖衬共9层，总厚度3 609 mm。第l～2层采用半石墨大炭块，第3～4层采用超致密粘土砖，第5～7层采用复合莫来石砖，第8～9层采用超致密粘土砖。复合型结构炉底是在研究攀钢高炉炉底侵蚀特点基础上，经数次大修改进形成的专有长寿技术措施。
　　②采用全复合莫来石结构炉缸。为了延长炉缸寿命，增强抗渣铁冲刷能力，提高对高钛型渣铁侵蚀抗性，炉缸全部采用复合莫来石砖砌筑。18个风口采用棕刚玉异形组合砖，1个渣口、2个铁口采用黄刚玉异型组合砖。该种结构在攀钢高炉应用效果良好，实践证明完全胜任15年的长寿目标。
　　2.4 全冷却壁薄壁炉墙结构
　　攀钢一高炉（1 280 m3）本次大修采用全冷却壁薄壁炉墙结构，从炉底至炉喉共设计12段冷却壁。在炉底砖下埋设水冷管（间距500 mm）的炉底冷却形式。第1～3段（炉底、炉缸部位）设计3段光面冷却壁：第1段高度h1=2 500 mm，第2段高度h2=2 500 mm，第3段高度h3=2570 mm；光面冷却壁材质为灰铸铁（ht150），壁体厚度δ=120 mm，内铸φ44.5×6无缝钢管；其中2个铁口部位采用四小块异型双层水冷冷却壁，渣口、风口带采用双层冷却水管。第4-6段（炉腹、炉腰、炉身下部与炉腰结合部）为高热负荷区，需要高冷却强度，设计3段纯铜镶砖冷却壁。第4段高度h4=2 100 mm，共36块；第5段高度h5=2 200 mm，共36块；第6段高度h6=1 600 mm，共36块；纯铜冷却壁厚δ=125 mm，冷却壁热面开槽镶砖，槽深30 mm，冷镶si3n4-sic砖（或采用现场捣打碳化硅填料）。纯铜冷却壁有两种制造方法，一种为纯铜（99.5%）连铸板坯经轧制、钻孔加工、焊接铜密封塞子而成，质量较高，也是最早开发的制造方法；另一种是用铸造方法，该法可制造椭圆孔道，但制造质量难以保证。通过比较，设计推荐第4、5、6段采用轧制、水通道采用复合孔形设计，单面钻孔加工的铜冷却壁。第7～11段（炉身中部）设计5段镶砖铸铁冷却壁，每段高度h7-11=2 000 mm。镶砖铸铁冷却壁材质为铁素体球墨铸铁（qt400-18），壁体厚度δ=340 mm，热面镶si3n4-sic砖。第12段（炉身上部）设计一段带有“г”形结构的过渡冷却壁，高度h12=2 180 mm，材质为铁素体球墨铸铁（qt400-18），壁体厚度δ=290 mm热面镶高铝砖。为了有效防止冷却元件结垢、减少检修次数、延长使用寿命，在冷却壁供水管路上设置管式超声波水过滤器和超声波防垢器。

　　近年来，新建或改造高炉多采用了全冷却壁薄壁炉墙结构。该结构的特点是高炉操作内型平滑，炉体冷却均匀，有利于高炉高产、节能、长寿。炉身与炉腰结合部是业内公认的制约高炉长寿的主要环节之一。
　　铜冷却壁的工作原理是依靠挂渣皮工作，攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿较冶炼普通矿的软熔带低(大致在炉腰、炉腹部位)且窄，形成高热负荷区域。攀钢一高炉在炉腹、炉腰及炉身下部4～6段冷却壁采用了纯铜冷却壁，旨在加强高热负荷区域冷却效果，提高关键部位冷却壁寿命。
　　2.5 软水密闭循环冷却系统
　　新建的高炉大多运用了软水密闭循环冷却系统（如首钢5 500 m3高炉），其水量消耗少、动力消耗低，冷却可靠性高、效率高。软水密闭循环系统克服了汽化冷却和工业水自然循环冷却的固有缺点，把他们的优势集于一身。回路压力的增加，提高了水的沸点，同时降低了局部泡核沸腾的可能性，水可以在欠热度条件下工作，在高炉应用之后获得了令人满意的效果。
　　攀钢—高炉一直使用工业水开式循环冷却水系统，水质较差，腐蚀、沉积物的存在影响高炉冷却壁的使用寿命，并且增加了高炉的检修次数。冷却水循环量大，蒸发损耗的水量大，动力消耗高，成本也高。本次攀钢一高炉大修新增软水密闭循环冷却系统，其系统一次性充满后，只需补水2～5 m3/h，节约能源，降低能耗。况且，软水不结垢，水中无悬浮物，能保证冷却设备的冷却效果，对高炉长寿有积极的作用。整个系统

是密闭循环，受外界影响较小，系统运行稳定，冷却效果稳定，对高炉长寿亦有好处。
　　2.6 新增一个铁口及蓄铁式出铁主沟的应用
　　攀钢一高炉大幅度强化冶炼，利用系数最高可达2.7t/m3·d（平均2.5），单铁口日通铁量达到3 200 t/d，渣铁比580 kg/t。通铁量的增大导致铁口清渣铁工作困难，生产组织压力大，且单铁口制约了攀钢一高炉进一步提高冶炼强度，成为高炉提高生产指标的瓶颈，所以提出了新增一个铁口及出铁场的方案。
　　由于全钒钛磁铁矿冶炼，每次出完铁均需清渣铁沟工作，若2个铁口轮流出铁，可大大减缓清沟工作压力、降低劳动强度，方便炉前生产组织，延长铁口使用寿命，也能为一高炉进一步强化冶炼和长寿打下良好基础。
　　通铁量高，使用寿命长是考察高炉铁沟的主要指标。优质的铁沟不但使用了高档次的al2o3 sic-c 质浇注料，还应用了蓄铁式出铁主沟。攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿，其渣铁含钛高，粘度大，流动性差。因此，出铁主沟设计坡度较大，一般为12%，撇渣器出口沟底标高等于撇渣器进口主铁沟沟底标高。由于入炉原料结构的逐渐改变，攀钢高炉的冶炼特点日趋接近普通高炉，这就为本次大修设计将普通出铁主沟改为蓄铁式创造了条件，其改造步骤为：
　　①抬高撇渣器出口端沟底标高，使其高于撇渣器进口处主沟底的标高。
　　②主铁沟从出铁口向撇渣器方向2 m处开始，改变原坡度均匀下降的设计，使沟底坡度减小（从12%降至7.5%），以便在高炉每次出完铁水后主沟内能够存留足够的铁水。这种蓄铁式出铁主沟大大改善耐火材料的急冷急热环境，耐火材料可以得到更好的烧结，更利于耐火材料的长寿。改造应用蓄铁式出铁主沟后，每次新出铁水从铁口喷出并抛物线落下时，铁水不是直接落在沟底耐火材料上，而是落在了残存的铁水表面（含渣液），这将给沟底耐火材料以极好的缓冲，对延长耐火材料寿命有极大好处。
　　3 结 语
　　攀钢一高炉（1 280 m3）第四次大修在上代炉役（2002～2013）基础上对炉体结构进行了进一步优化，采取了增高死铁层厚度，全冷却壁薄壁炉墙结构，软水密闭循环冷却系统，增加一个铁口，改造蓄铁式出铁主沟等适宜攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿特点的高产、长寿技术措施。按照目前一高炉第四代炉役使用11 a来看，本次大修设计上采用上述长寿化措施加之设备制造、施工、生产操作及管理维护水平的提高，一代炉龄15 a的目标是可以实现的。
　　参考文献：
　　[1] 杨佳龙,李怀远,李国清.武钢4号高炉采用的长寿技术[j].炼铁,2000,(1).