攀钢一高炉大修采用的长寿化技术分析

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。

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。