宝钢3号高炉长寿设计与操作维护实践

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1、冶金之家网站宝钢3号高炉长寿设计与操作维护实践梁利生1，陈永明1，魏国2，沈峰满2(1.宝钢股份炼铁厂，上海200941；2.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)摘要：宝钢3号高炉1994年9月20日投产，至今已稳定运行了18a，创造了多项宝钢高炉技术经济指标纪录和国内最长寿高炉记录。经过多年来的探索与实践，形成了具有3号高炉自身特点的长寿设计和操作维护综合技术。主要长寿措施有：合理的炉型和冷却系统设计；强化入炉原燃料质量管理，优化操业配置，确保炉况稳定顺行；保证足够的冷却强度、改善并稳定纯水水质；采取安装微型冷却器、硬质压入、人工造壁、更换破损冷却壁、稳定铁口深度、适当压浆、完善炉

2、缸监控等多种长寿维护措施，确保炉体炉缸状态良好，从而有效延长高炉寿命。关键词：高炉；长寿技术；冷却系统；操作制度宝钢3号高炉于1994年9月20日投产，有效容积为4350m3，为当时国内最大的高炉。设计一代炉龄12a，年产铁水325万t。3号高炉投产以来，认真吸取1、2号高炉先进的操作经验，并根据不同时期的生产条件，积极探索适合3号高炉特点的操作制度，从而确保3号高炉炉况稳定顺行，取得一流的技术经济指标。在炉况稳定顺行的基础上，操作人员不断探索和实践3号高炉长寿维护技术，截止到2012年10月，3号高炉已稳定运行了18a，累计产铁量达到6541万t，单位炉容产铁量达到15030t/m3，成为国

3、内最长寿的高炉。3号高炉目前仍在生产中，炉体炉缸长寿状态总体良好，计划2013年9月停炉大修，届时一代炉役寿命将达到19a，单位炉容产铁量15800t/m3，平均利用系数2.28t/(m3·d)。国外高炉的寿命普遍要比国内高，尤其是日本有多座高炉寿命已经超过20a，如千叶6号高炉(4500m3)一代炉役寿命为20年9个月，高于宝钢3号高炉，但单位炉容产铁量(13386t/m3)和平均利用系数(1.76t/(m3·d))低于宝钢3号高炉，其单位时间的有效产铁量并不高。我们认为，只有在强化冶炼的基础上尽可能延长高炉服役时间才能给企业带来更大的经济效益，衡量一座高炉的长寿水平要把一代炉役寿命、单位炉

4、容产铁量和平均利用系数三者综合起来考察才更有意义。1炉型及冷却系统设计高炉设计、制造、施工技术是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的先决条件。合理的内型、先进的内衬、高效的冷却、可靠的检测是高炉设计时所要解决的最根本问题[1]。3号高炉设计时遵循结构合理、选材适当、配置优化的原则，并注重高炉整体的长寿优化和有效匹配，从而达到高炉各部位同步长寿的目的。1.1炉型合理的操作炉型对于高炉稳定顺行并获得良好的技术经济指标和延长高炉寿命都有着至关重要的意义[2]。宝钢3号高炉在进行炉型设计时，已经充分考虑到投产后形成实际操作炉型的合理性，除了遵循一般高炉的设计原则之外，特别在高径比(Hu/D)、死

5、铁层深度、炉腹角及炉身角等方面进行了设计优化。与1、2号高炉相比，3号高炉高径比(Hu/D)由2.199降低到2.072，这样可以降低煤气流速和炉料的粉化，有利于炉况的稳定顺行和长寿。3号高炉在增加炉缸高度的同时加深了死铁层深度(由1.8m增加到2.985m)，这样有利于炉缸铁水流场及温度场的合理分布，减少铁水环流对炉缸侧壁和炉底的冲刷侵蚀[3]。随着炉腰直径的扩大，宝钢高炉的炉腹角和炉身角都有减小的趋势，见图1所示，但炉身角减少并不明显。减少炉腹角利于炉腹煤气的顺畅排升，减小热流冲击，有利于在炉腹区域形成稳定的保护性渣皮，从而保护冷却设备[4-5]冶金之家网站。由于3号高炉炉身上部采用水冷壁

6、(薄壁)、炉身中部以下采用新日铁第3代冷却壁(厚壁)，为了获得合理的操作内型，在冷却壁和耐火砖的砌筑方式上进行了优化，并对薄壁与厚壁的交界处进行了圆滑过渡的处理，有利于煤气流分布的控制[6-7]。1.2炉衬为了保证高炉的长寿和充分发挥耐火材料的功能，3号高炉在设计时根据炉体不同部位的工作环境、耐火材料内衬的破损机制及冷却系统的配置选用了合适的耐火材料炉衬。3号高炉在炉底采用了石墨化炭砖结合普通大块炭砖，炉缸侧壁采用美国UCAR热压小块炭砖NMA，铁口区采用NMD。炉腹、炉腰和炉身下部采用了国产的Si3N4结合SiC砖，其内砌黏土质保护层。3号高炉原设计炉腹、炉腰、炉身下部的炉衬及冷却壁镶砖采用

7、半石墨耐火材砖，后来因外汇短缺，加上国内生产困难，改用国产的Si3N4结合的SiC砖。但该砖抗热震性差，与高炉渣的润湿性能较差，不易稳定挂渣，渣皮容易脱落，频繁的热应力冲击造成炉衬和镶砖过早剥落，影响冷却壁水管的寿命。所以3号高炉在炉腹、炉腰、炉身下部等高热负荷区域采用Si3N4结合的SiC砖并不合理，近年来一些新建或大修的大型高炉普遍采用抗热震性好、挂渣能力强的石墨砖，冷却壁镶砖采用Sialon