炼铁界专家一致认为“高炉长寿是一个系统工程，高炉炉缸长寿也是系统工程”。设计、材料、施工等是先天因素，操作、维护等是后天因素。高炉长寿必须两者密切配合、共同努力、相互提携。

高炉长寿和预防炉缸炉底烧穿事故发生是一个涉及面很广的系统工程。在高炉一代炉役中，高炉设计方案选定、设计、制造、施工、开炉、操作、生产管理、维护、配套工程等一系例的环节均应做到先进可靠，才能实现真正的长寿。其中任何环节达不到要求，都可能造成整个系统的失败，最后达不到长寿目标。

判及早“诊断”了解原因

高炉炉底烧穿的前兆和判断

高炉炉底烧穿是最为严重的高炉事故。高炉烧穿是一个过程，炉衬被侵蚀是需要时间的。炉衬侵蚀不可避免，但是，烧穿是可以避免的。现如今，高炉的设计采用炉底冷却装置，炉底烧穿逐渐减少，除非炉底冷却装置失效或高炉使用含铅很高的炉料。

炉缸容易在哪里烧穿？我国目前常见的炉底、炉缸的侵蚀为蘑菇形侵蚀和象脚形侵蚀两种类型。炉缸象脚形侵蚀，象脚区域最薄弱，容易烧穿。此区域是冷却强度最弱的地方，在两块冷却壁之间，这里最容易成为烧穿的突破点。他同时也指出，并不是所有烧穿，都发生在冷却壁之间，但相对较弱的冷却强度区域，烧穿几率最大。

炉缸烧穿前的征兆是炉缸靠近冷却壁或冷却水管的温度或热流急剧升温，应非常警惕并立即采取措施。当铁水接近冷却壁时，冷却壁温度或冷却壁热流强度会急剧上升，铁水一旦接触冷却壁，烧穿很难避免。

对此，专家建议：随着砖衬的侵蚀，铁水逐渐接近冷却壁，冷却壁的进出水温差越来越高，通过冷却壁的热流强度也越来越高。若炉缸部位冷却壁热流强度升高或此区域的温度升高，必须重视并连续观察。若升高快速，说明侵蚀在继续，应判明真相，及时采取措施。若不采取措施，有可能导致烧穿。

炉缸破损、高炉烧穿的原因

国内近几年炉缸炉底烧穿的几点原因：

第一，先天性的设计缺陷导致炉缸烧穿。设计的原因有很多种：炉缸冷却强度与炭砖的导热能力和冶炼强度不匹配；结构上存在缺陷；检测手段缺乏；炭砖选用不当，导热与微气孔不匹配；铁口布置不当等。

第二，冷却系统设计、制造和安装施工存在不足。目前冷却壁结构的炉缸炉底有较大缺陷。

第三，投产后操作维护存在不足。操作对高炉烧穿有很大影响，其中不利的操作包括：不能严格控制有害元素的入炉量；冷却设备漏水，运行不顺畅；不能维持经济的冶炼强度和利用系数；炉缸压浆的技术水平不高；不能长期保持铁口有足够深度；不能保证足够的冷却强度及水温差在线监控。

防注意各环节的合理操作

炉缸烧穿的预防措施

优化设计、规范操作、加强维护———这是预防炉缸烧穿的三点措施。

高炉长寿必须分别从炉体结构、材料、设备、管理、操作方面综合采取措施，例如提高炉底炭砖致密程度（高导热性）、增加炉缸深度、提高炉缸侧壁和炉底的冷却强度、强化侧壁温度管理、合理的上下部调剂等等，综合的措施才能延长高炉的寿命。

在实际生产中，要想达到高炉长寿，最重要的是提高操作技术，维持操作稳定。高炉稳定顺行是高效、长寿的根本。要防止未还原的炉料进入炉缸，防止不饱和碳素的铁水与炭砖接触；结合铁口使用方法和冷却强度保持炉缸部位的黏滞层和凝结层，极力抑止炉缸部位炭砖的侵蚀；采取最佳的综合技术措施，来预防炉缸事故。

高炉炉缸严重侵蚀、烧穿有一个长期的过程。因此，应该在日常操作中严格坚持标准化作业，并密切关注、尽早发现各种异常现象，例如水温差高、炭砖温度高、各出铁口的炉渣不均匀等，并迅速釆取措施。

此外，近年来我国高炉大型化发展迅猛，特别是高炉炉缸扩大以后炉芯的体积也呈3次方增大，炉芯对高炉操作和寿命的影响就凸显出来。对于大型高炉，采取活跃炉缸中心的操作就是最有效的护炉措施。因此应及时处理炉缸堆积，充分估计含钛矿护炉对炉芯透气性、透液性的影响，增进对钛化合物的特性了解。对在操作上要采取活跃炉缸炉芯的措施，避免炉底中心堆积、温度偏低，保持适当的炉底中心温度。

同时，控制合理的边缘气流和稳定的热负荷对炉缸长寿也有重要作用。

国外预防高炉烧穿的经验

欧洲高炉通过控制气流分布，改进耐火材料和冷却系统，使炉身和炉腰区域的磨损得到严格的控制，普遍采取局部修补维持炉型。

在炉缸设计方面，侧壁使用高性能微孔炭砖，加陶瓷杯保护；炉底使用不定型炭砖；扩大死铁层深度和高强度冷却系统。

在工艺控制方面，稳定操作条件，通过规范出铁制度和提高焦炭质量来控制渣铁流动方式，避免炉缸过度磨损和局部磨损。

此外，国外还运用炉缸炉底排列热电偶、EMF测量、炉壳应力表、液位模型和磨损模型等先进的监测技术，而高炉喷补是北美普遍采用的维护技术手段。

完善监测系统，做到早发现、早解决

近年来，国内有些高炉常发生意外烧穿事故，之前却没有任何先兆，专家们认为这其中一个原因是监测系统未能发挥作用，炉缸区域测温点太少，使局部侵蚀或烧穿未能及早发现，造成高炉烧穿没有先兆。如何避免高炉烧穿事故，专家一致强调高炉状态监测的重要性。

重点区域重点监测。炉缸烧穿多在象脚侵蚀区，一般在炉缸二段冷却壁铁口以下的盛铁水区域，这个重点区域必须重点监测。要加强对炉缸炭砖温度、炉缸各部位水温差的监测，在实际监测过程中应遵循以下原则：一是采用一点双支电偶，以便监测炭砖侵蚀情况；二是钻孔深度进入炭砖150mm，两点电偶深度分别为50mm和150mm；三是铁口区域尤其铁口下方侵蚀严重的地方是安装监测装置的重点部位。

数值模拟，合理预测。用二维计算模型模拟高炉的侵蚀曲线，为钢厂的高炉高效长寿生产提供借鉴。其具体思路是：预设侵蚀形状，循环计算温度场，逐步逼近真实曲线。其基本求解过程是通过给定结构参数、材料导热系、初始侵蚀边界曲面等条件建立传热数值计算模型，做数值传热正解计算，求解侵蚀模型温度场。然后提取计算结果中相应点的温度值，若收敛，终止计算，输出侵蚀边界曲面数据，绘制侵蚀形貌。当然，这种计算方法需要足够多的热电偶数据才能保证计算结果的精确性，然而中小高炉热电偶布置较少，计算结果不够准确。

别因“小”失“大”。专家指出，炉缸侵蚀状况的判断，事故发生的前兆都可以通过监测及时掌握，并采用对应措施来防止事故的发生。高炉建设或大修的投资很高，而监测设施占投资成本的比例很小。国内有部分高炉因缺失监测措施造成烧穿事故。因此建议所有高炉，尤其是2000m3以上的大中型高炉注意完善监测系统。

重视炭砖的选择、安装与施工

炭砖质量是高炉寿命的一个重要影响因素。目前业界达成的共识是：高炉不再选用自焙炭砖，因为炉内不具备炭砖的焙烧条件，要用焙烧好的微孔炭砖。在选择炭砖时，不仅要强调提高炉缸炉底炭砖的导热系数，也要重视炭砖的微孔度和抗铁水熔蚀性能。与炉底水冷管相邻的炭砖可选用石墨质炭砖，强化该处导热。其余部位不应选用含石墨质的炭砖，这是因为石墨易熔入铁水，炉役后期或者铁水钻入都会发生铁水与这种炭砖的接触，发生熔损渗碳反应。

炉缸耐材砌筑前应对冷却系统通水、试漏，在试压合格后方能砌砖，防止水流对炭砖的影响。随着炭砖机加工精度提高，不论使用大块炭砖还是小块炭砖，均应将砌筑砖缝控制在5mm之内，建议适当提高砌筑标准。改进铁口区冷却和窜气结构设计，改进炉缸冷却壁与炉皮间填料选用，防止高炉出铁时铁口喷溅，维持铁口有足够的深度。炭砖与冷却壁之间的炭捣料热导率应与炭砖相当，炭砖导热系数与微孔指标应科学兼顾。

高炉炼铁仍要坚持精料方针

据了解，有部分钢铁企业因使用劣质、低价铁矿石（含铁品位低、含有害杂质高、含Al2O3高等）造成渣量大、风口破损多、休风率高，并对燃料比产生较大的负面影响，严重影响了高炉长寿。针对这种情况，中国金属学会王维兴指出，大型高炉所要求的原燃料质量是苛刻的，这是冶金学基本原理所决定的。他建议，应控制再建巨型高炉，并且坚持高炉炼铁要以精料为基础的方针。买低品位矿应有个度。要用技术经济分析的办法进行科学计算和评价，找出合理采购铁品位的数值，而且要考虑对炼钢、轧钢以致对整个生产的影响。同时，不要再尝试使用高于有害元素含量允许值的物料；加强日常监测，严格控制入炉有害元素，长期坚持锌负荷和碱负荷检测。要科学评价铁矿石的经济性，采购不能只看铁品位，还要看有害杂质含量、脉石中Al2O3和SiO2的含量，最终算出实际经济品位。

补问题出现后的补救措施

发现问题及时进行特殊处理

当高炉炉役后期或者局部侵蚀，使炭砖砖衬厚度变得很薄，到达危险的状态，采取正常的生产操作维护不能有效控制侵蚀的发展时，必须及时采取特殊的护炉措施：

一是降低产量，减少风量和氧气量，可是仍然要保持足够的鼓风动能，保证炉缸中心活跃。二是通过降低喷煤量，提高焦比，休风凉炉，堵局部侵蚀部位上部的风口。三是加强冷却，加强局部侵蚀部位的冷却更有效。四是如果出铁口下部或周围局部侵蚀，应调整出铁制度，并增加打泥量。五是使用含钛矿护炉。六是炉缸或炉底压浆。七是做好大修的准备。

合理进行钛化物补炉

对于钛化物补炉，一些专家认为这是延长高炉寿命的合理方法，但存在一些缺陷。若炉顶加钛矿，钛矿从炉顶下降到炉缸，分布在炉内各个部分，使得作用时间滞后，作用效果大大削弱。同时，钛矿需要量增加，渣铁质量下降，而且时常在炉身黏结，影响高炉顺行，还会造成高炉燃料比明显升高。

用钛化物补炉，如果方法正确，可有效延长高炉寿命。众多经验表明，铁水含Ti在0.08%~0.12%，补炉作用明显；含Ti在0.15%~0.25%，作用更有效。更高的含Ti量，虽然补炉效果甚佳，但容易形成炉缸堆积，破坏高炉行程。有的高炉因入炉Ti数量过多，造成炉缸热结、黏铁水罐和铁沟，不能正常生产。因此在补炉过程中，要经常进行钛平衡。

尽早、持续地加钛护炉不失为保护炉缸、实现高炉长寿的一个手段。针对炉顶喷钛的缺点，他指出，可以借鉴国外技术，采用高炉煤钛混喷护炉，在喷吹煤种中混入含钛物料，随煤粉一起喷入高炉，进行炉缸的保护。或者采用局部风口喷钛护炉，以解决炉缸局部温度过热的问题。同时，现在业界还在开展煤钛混喷和局部风口喷钛技术的开发。

使用含钛矿护炉要慎重。用含钛矿石护炉，对保护炉底中心比较有效，而维护侧壁比较困难。这说明使用钛矿护炉须有针对性，同时采取相应的措施。

思不同方式、不同材质的选择

高炉的冷却系统对于高炉长寿起着重要的作用。对于冷却系统和耐火材料的选择，专家们持有不同的看法。

水量和温差之辩

冷却系统运行状况、水温差等是生产中判断炉缸砖衬厚度等的有效依据。炼铁工作者历来重视冷却系统，但在实际生产过程和研究中产生了一定的分歧，即小水量大温差与大水量小温差的分歧。

有业内人士提出这样的研究结果：在炉役初期，冷却系统的总热阻较大，冷却水与管壁间的对流换热热阻所占的比例甚小，此时增加冷却水量意义不大；在炉役后期，随着砖衬的减薄，冷却系统的总热阻减小，冷却水与管壁间的对流换热热阻所占的比例逐渐变大，此时增大冷却水量有一定的作用。其计算结果表明，即便是在炉役后期，冷却水与管壁之间的对流换热热阻占总热阻的比例依然很小，增大冷却水量所起的作用是非常有限的。高炉冷却水管中水量分配不均，不均匀性随水量的增大而增大，一方面造成水的脉动及影响水动力特性，另一方面使得局部水温差升高。因此，有专家认为，提高冷却强度的作用是有限的。当砖衬厚度为0.55m，正常情况下冷却水流速大于0.8m/s时，继续加大水量意义不大，而降低冶炼强度的作用效果显著。另有专家认为，从理论研究的角度来说，当温差足够大时，应用小水量就可以达到良好冷却的效果。

业内也同时存在不同的观点。有专家认为，冷却水在冷却器内流动，并通过对流传热将热量带走，因此冷却效果好坏要看水的流动状态———紊流，即水在水管内的流速和水管排列状况。当炉缸侧壁被侵蚀到一定程度，特别是炉役后期，残余炭砖的厚度不大，热流强度已达到警戒值时，采取高压水强化冷却是很有效果的。而这种作用的原理是，加大水量和水速可以冲破水的局部沸腾这种对冷却系统有害的现象。因此冷却系统在设计时必须为之加大水量留有足够的余地。

对于冷却系统中水流的水量和温差问题有待科研工作者和现场施工人员进一步研究、探讨。

气隙作用机理之辩

关于气隙怎样影响冷却系统的运行，与会专家也从不同的角度进行了分析，并提出了对气隙作用机理的不同看法。

有专家指出，模拟结果显示：炉役初期，气隙的存在对冷却系统传热影响不大，热量可绕过气隙传输，仅对气隙边缘的热量分布有较小的影响，影响程度随气隙宽度、长度的增大而增大；炉役末期，气隙的存在对温度场的分布影响增大，但对冷却系统整体温度场分布影响有限，仅对气隙局部有显著影响，气隙边缘温差较大，而并不会隔断热量的传输，但热应力集中易破坏砖衬。气隙的最大危害在于气隙边缘砖衬热应力集中，使砖衬破损，耐材性能大大降低，而非阻碍热量的传输。

另有专家认为：从炉缸侧壁冷却带走热量的多少，关键是看炉衬中是否存在气隙，气隙有多少。因为气隙是冷却传热过程中热阻最大的地方。在筑炉和球墨铸铁、普通铸铁冷却壁内都出现气隙，而其大小又无法测定。其中尤以砖缝间、炭砖与冷却壁间、冷却壁中、无缝钢管与铸铁本体之间、生产中的炭砖本身所产生的气隙等影响最大。气隙的存在影响传热，炉衬内的温度场发生变化，给生产判断造成错误同时炉衬内高温区迅速扩大，炭砖侵蚀速度加快。在有气隙存在的前提下，想用加大水量来强化冷却是徒劳的，因此须很好解决气隙问题。

虽然存在不同的观点，但对气隙的影响大家有一个共识：气隙的存在会导致砖衬热应力集中，加快炭砖的侵蚀速度。同时，气隙的存在降低了冷却系统的导热效率，但降低的程度须进一步研究。

冷却壁：铸铁还是铜？

据业内人士介绍，炉缸冷却器形式众多，现在广泛采用铸铁冷却壁，少数高炉使用铜冷却壁。目前使用的铸铁冷却壁最大的问题是钢质无缝钢管与铸铁之间的矛盾：一是如果铸铁本体与钢管直接接触，钢管渗碳变脆，在外力和热应力作用下钢管破裂漏水；二是钢管与铸铁本体之间存在气隙，出现大热阻影响冷却传热，造成铸铁本体温度上升，当铸铁温度达到570℃~750℃就变质而剥落。据《中国冶金报》记者了解，铜冷却壁解决了以上两个矛盾，提高了冷却效果，这是专家建议使用铜冷却壁的根据。较多专家建议，在炉缸的关键部位，例如铁口周边的冷却器最好使用铜冷却壁。

然而，有专家根据传热计算和生产经验总结认为，只要炉缸侧壁的结构合理、耐材较好、筑炉质量好，铸铁冷却壁与铜冷却壁都能很好工作，现有高炉的长寿命都还是在使用铸铁冷却壁的情况下获得的。影响冷却壁工作好坏的有水速、水质、冷却壁内水管排列、冷却壁有无死角等，这里起决定作用的是水速和有无死角。因此，该专家认为炉缸没有必要使用铜冷却壁。

另有专家指出，铜冷却壁确实存在一些内在问题，如对磨损的敏感性，特别是炉腹部分。已发现过每月10mm的磨损速率，这会在数月内导致灾难性泄露，尤其是对超薄铜冷却壁。这是由于铜冷却壁缺少对渣皮的锚固功能，使得焦炭在炉衬上局部滑动。

高炉气流的冲刷磨损，热应力与热震，化学侵蚀特别是K2O、Na2O、Zn等物质的作用是炉墙损坏的主要因素，也被认为是铜冷却壁损坏的主要因素。而在生产中高冶炼强度下的边缘气流过大是根本原因，特别是在使用低价劣质矿后，含Fe料及焦炭质量下降，为保持炉况顺行采取适当发展边缘气流的操作制度。

对此，有专家提出，铜冷却壁过早损坏，主要不是铜冷却壁本身的问题，有可能是生产操作不当导致。不要全盘否定过去的中壁高炉，在薄壁高炉未成熟前，不宜“一刀切”都改成薄壁；也不宜全盘否定球墨铸铁冷却壁，将高炉的冷却壁全改成铜质。

炭砖：小块还是大块？

在高炉炉缸炭砖的使用方面，专家们也探讨了这样一个问题：是使用大块炭砖还是小块炭砖效果好？这是因为在当前高炉炭砖使用过程中出现了环裂，这是炭砖的一种固有特性，即在800℃~900℃的部位出现脆性带，在应力作用下产生裂缝，在炉内炉缸侧壁温度带分布较均匀的情况下出现环裂。为抑制、消除环裂，将炭砖做成小块用于高炉炉缸。

有业内人士告诉《中国冶金报》记者，小块砖的使用在世界炼铁界并没有被完全认同。欧洲和日本、俄罗斯很少用或不用，而在中国应用较多，但也出现了一些问题。

有专家指出，在小块砖质量优秀、砌筑规范、操作管理到位的情况下，对炉缸侧壁寿命确实有延长的作用。但是它并没有彻底解决炭砖产生裂缝的问题。在小块炭砖通过铁水的高温作用而形成一个杯状整体时，仍然发现炉缸侧壁有环裂。而没有形成整体时众多砖缝成为传热的热阻，不利于炉缸寿命的延长。

而在我国高炉上出现的“短命”炉缸，正是发生在应用小块炭砖或焙烧炭块的高炉上。因此，有专家建议，不论哪种结构的全炭侧壁和陶瓷杯壁，还是使用大块炭砖为好。

来源：中国冶金报