徐平坤

（廣州耐火材料廠，廣東 廣州510300）

盡管各國(guó)研究開(kāi)發(fā)了很多煉鐵方法，但由于高爐煉鐵工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、產(chǎn)量大、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、能耗低，仍是現(xiàn)代煉鐵的主要方法，高爐煉出的生鐵約占生鐵總產(chǎn)量的95%以上。高爐冶煉過(guò)程包含復(fù)雜的物理化學(xué)變化。煉鐵原料從高爐爐頂加入后，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、 鐵氧化物的還原和熔化、 鐵和渣下滴流動(dòng)及分離、焦炭燃燒及產(chǎn)生反應(yīng)等過(guò)程而獲得生鐵。冶煉過(guò)程是在高溫下連續(xù)進(jìn)行的。高爐爐體從上到下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸及爐底等部位。各部位的溫度：爐底一般在1 450～1 500 ℃，爐缸部位特別是風(fēng)口區(qū)在1 700～2 000 ℃，爐腹、爐腰區(qū)域1 400～1 600 ℃，爐身上部 600～800 ℃。各部位砌體分別承受：爐料下降的磨損和撞擊等機(jī)械作用、上升煤氣含有粉塵的沖刷和磨損作用、 堿金屬氧化物蒸汽的侵蝕作用、燃燒煤氣分解時(shí)的炭素沉積作用、熔融金屬和爐渣的化學(xué)侵蝕和滲入作用。其損壞機(jī)制因部位不同而異，選用的耐火材料材質(zhì)亦應(yīng)有相應(yīng)的變化。隨著鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，高爐朝著大型化、高效化和長(zhǎng)壽化發(fā)展，逐步采用富氧噴煤、高風(fēng)溫操作、高壓爐頂?shù)刃碌囊睙捈夹g(shù)。高爐爐襯的工作條件發(fā)生了重大變化，其耐火材料的使用壽命降低，特別是爐身下部及爐腰、爐腹部位，壽命更短。為了適應(yīng)這一發(fā)展，高爐用耐火材料也有較大變化，長(zhǎng)壽新型、高效耐火材料逐漸被應(yīng)用，高爐壽命也逐漸提高。實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽化、大型化是煉鐵工業(yè)的重要目標(biāo)，隨著我國(guó)鋼鐵冶金行業(yè)節(jié)能降耗和節(jié)能減排工作不斷深化和強(qiáng)力推進(jìn)，開(kāi)發(fā)高爐用長(zhǎng)壽化耐火材料已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，不用到國(guó)外購(gòu)買(mǎi)耐火材料[1]。高爐大型化更明顯，2005 年國(guó)家發(fā)改委的鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中規(guī)定：新建高爐的最小容積不應(yīng)小于1 000 m3，自此，我國(guó)高爐邁向大型化的發(fā)展道路。到現(xiàn)在為止，我國(guó)已擁有 9 座 5 000 m3以上高爐，最大為 5 860 m3（江蘇沙鋼）。

1 高爐（本體）內(nèi)襯用耐火材料的選擇與高爐長(zhǎng)壽

高爐長(zhǎng)壽是系統(tǒng)工程，高爐本體耐火材料在其中發(fā)揮重要作用，因此，高爐內(nèi)襯必須按部位選擇合適的耐火材料[2-4]。

1.1 選擇耐火材料的原則

必須遵循的原則是耐火材料內(nèi)襯與該部位的熱流強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，耐火材料與該部位的侵蝕機(jī)理相對(duì)應(yīng)，緩解和延緩破損速度，延長(zhǎng)高爐壽命，選用價(jià)格低，性價(jià)比高的耐火材料。20 世紀(jì)50 年代以前，大多數(shù)高爐爐襯用黏土磚砌筑，使用壽命較短，有時(shí)引發(fā)爐壁、爐缸或爐底燒穿事故。50 年代以后，爐底和爐缸大量使用炭質(zhì)耐火材料，有的在爐腰、爐腹及爐身下部也用炭質(zhì)耐火材料，使?fàn)t役明顯延長(zhǎng)，很少發(fā)生燒穿事故。但隨著高爐大型化和強(qiáng)化冶煉技術(shù)的發(fā)展，爐襯耐火材料的工作條件越來(lái)越惡化，對(duì)內(nèi)襯用耐火材料提出更高要求。20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，研制了許多新型耐火材料，供高爐選擇。長(zhǎng)壽命新型、高效耐火材料逐漸被應(yīng)用，高爐壽命也逐漸提高。

1.2 各部位選擇耐火材料

（1）爐喉和爐頂用耐火材料。爐喉一般采用水冷或無(wú)水冷鋼磚（鑄鋼件），水冷鋼磚與爐殼之間充填澆注料。無(wú)水冷鋼磚安裝時(shí)用澆注料配合施工。爐頂，即煤氣封罩，一般采用金屬錨固件加耐磨的耐火噴涂料。

（2）爐身用耐火材料。爐身上部和中部溫度較低，普遍采用低氣孔率黏土磚，高密度高鋁磚，磷酸浸漬黏土磚，硅線石磚及抗剝落高鋁磚等。也有在爐身上部采用2～3 段代襯鑲磚冷卻壁（即取消內(nèi)襯耐火磚）；代襯冷卻壁使用范圍甚至擴(kuò)大到高爐整個(gè)上部砌體（包括爐腹、爐腰和爐身）。爐身下部溫度較高，有大量低熔物形成，以及灼熱爐料下降磨擦堿蒸汽侵蝕等作用，過(guò)去采用優(yōu)質(zhì)黏土磚、高鋁磚、剛玉磚等?，F(xiàn)在大型高爐都選用氮化硅結(jié)合碳化硅磚、自結(jié)合碳化硅磚及Sialon 結(jié)合碳化硅磚。由于這幾種碳化硅磚價(jià)格很高，鞍鋼等單位開(kāi)發(fā)了鋁炭磚，采用特級(jí)高鋁礬土熟料、 鱗片狀石墨及碳化硅為主要原料，酚醛樹(shù)脂結(jié)合、機(jī)壓成型、燒成或不燒的致密鋁炭磚，特別是燒成微孔鋁炭磚，價(jià)格便宜，使用效果很好。

（3）爐腰用耐火材料。爐料在此部位已部分還原造渣，渣侵蝕比較嚴(yán)重，而且溫度也比較高（1 400～1 600 ℃）。以前用黏土磚、高鋁磚，現(xiàn)在中、小型高爐大多數(shù)用鋁炭磚，甚至微孔鋁炭磚。大型高爐多選用氮化硅結(jié)合碳化硅磚、 反應(yīng)結(jié)合碳化硅磚，也有用Sialon 結(jié)合剛玉磚。對(duì)于冷卻板結(jié)構(gòu)內(nèi)襯也有用石墨磚。

（4）爐腹用耐火材料。這部位溫度更高，受熱輻射，熔渣侵蝕，還有堿金屬侵入、碳的沉積而引起化學(xué)作用。爐腹是高爐壽命最短的部位之一。以前多用高鋁磚和剛玉磚，現(xiàn)在大中高爐采用燒成鋁炭磚及燒成微孔鋁炭磚，大型高爐多用氮化硅結(jié)合碳化硅磚或Sialon 結(jié)合碳化硅磚。

（5）爐缸、爐底用耐火材料。爐缸部位特別是風(fēng)口區(qū)為高爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域，在1 700～2 000 ℃，爐底一般在1 450～1 500 ℃。爐缸除受高溫作用外，主要是受到渣鐵的化學(xué)侵蝕與沖刷，爐底主要以鐵水的滲入侵蝕為主，同時(shí)也有堿和鋅的侵入。爐缸風(fēng)口帶采用剛玉莫來(lái)石磚或棕剛玉磚、硅線石磚，在渣鐵接觸的熱面即采用前兩種磚，而在冷面選用致密炭磚或石墨化、半石墨化炭磚，也可選用小塊微孔炭磚、模壓炭磚，爐底選用半石墨化炭磚、微孔炭磚。

鐵口區(qū)工作條件惡劣，采用與爐缸用耐火材料材質(zhì)相匹配的鐵口組合磚砌筑，有炭質(zhì)、半石墨碳—碳化硅質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、碳化硅質(zhì)等。

1.3 不定形耐火材料

（1）澆注料。有些小高爐內(nèi)襯采用澆注料，特別是日本鋼管公司一座高爐在爐身上部使用高密度澆注料，經(jīng)過(guò)6 年后發(fā)現(xiàn)少量剝落。目前高爐使用黏土質(zhì)澆注料用于爐喉鋼磚內(nèi)部空腔及鋼磚與爐殼之間空隙，高鋁質(zhì)自流澆注料用于爐喉鋼磚后面、爐頂撒水管及短管。

（2）噴涂料。爐腹中部以上內(nèi)側(cè)等部位均可采用噴涂料，提高高爐爐體的氣密性，保護(hù)爐體鋼殼。

（3）灌漿料。主要是堵縫、造襯，快速修補(bǔ)。

（4）搗打料。有炭質(zhì)搗打料和碳化硅質(zhì)搗打料，用于炭磚與冷卻壁之間的縫隙填充，以及大型高爐爐底水冷管中心線以上及爐底封板以上找平層的填充搗打。還適用于爐缸冷卻壁間填充及爐缸以上冷卻壁間填充搗打。

（5）耐火緩沖料。主要是緩沖膨脹應(yīng)力，高爐緩沖料有高鋁質(zhì)和碳化硅質(zhì)緩沖料。

（6）炭素填料。以冶金焦、煤焦油等炭素材料為主構(gòu)成的填料，主要用于填充高爐爐底板下面，冷卻板兩側(cè)等部位。

（7）鐵屑填料。以黏土熟料細(xì)粉、鐵屑、鐵精礦粉為主要原料，加入超微粉，用水泥或水玻璃結(jié)合的散狀料體。用于填充冷卻壁之間、爐喉鋼磚之間，以及冷卻壁與出鐵口框，風(fēng)，渣口大套之間的縫隙。

（8）耐火泥漿。高爐用耐火泥漿種類較多，一種是砌筑爐體的耐火磚接縫黏結(jié)和修補(bǔ)。一般是采用與耐火磚同材質(zhì)的泥漿，如砌筑炭磚，就用炭質(zhì)泥漿或含碳泥漿，砌筑黏土磚，采用以黏土熟料為基料，軟質(zhì)黏土或化學(xué)結(jié)合劑結(jié)合的黏土質(zhì)耐火泥漿，還有砌筑隔熱耐火制品的隔熱耐火泥漿，砌筑碳化硅磚的碳化硅質(zhì)耐火泥漿等；另一種是壓入泥漿，采用擠壓方法施工的膏狀或漿狀不定形耐火材料，它是由耐火粉料、結(jié)合劑和外加劑組成，使用時(shí)加水或液態(tài)結(jié)合劑調(diào)和后可用，壓入高爐不同部位有不同材質(zhì)的壓入料，如高鋁質(zhì)壓入料多用于爐身，爐缸、爐腹等部位多用于炭質(zhì)壓入料； 另外還有一種以可壓縮的耐火原料為主的緩沖耐火泥漿，緩沖耐火磚砌筑體的熱膨脹應(yīng)力等。

2 我國(guó)高爐內(nèi)襯可以完全使用國(guó)產(chǎn)耐火材料，無(wú)需進(jìn)口

寶鋼1#高爐是日本新日鐵公司設(shè)計(jì)，爐體耐火材料全套由日本引進(jìn)，即炭磚為日本NDK，其余為日本黑崎公司制造。一代爐齡10 年8 個(gè)月。大修后第二代爐體采用當(dāng)時(shí)最好的耐火材料，炭磚仍是日本NDK，其余是法國(guó)SAVOIE 公司制造。隨著首鋼、本鋼、 太鋼等大型高爐引進(jìn)美國(guó)UCAR 公司生產(chǎn)的熱壓炭磚，取得令人滿意的使用效果。為此，甚至一些小高爐也引用外國(guó)產(chǎn)品。

我國(guó)是耐火材料生產(chǎn)大國(guó)，耐火材料品種齊全，技術(shù)力量雄厚，從20 世紀(jì)80 年代中開(kāi)始，對(duì)高爐用耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量提高及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)十分重視，武鋼研究院對(duì)20 余座高爐破損情況調(diào)查認(rèn)為：武鋼與多家耐火廠合作開(kāi)發(fā)系列化微孔炭質(zhì)和硅鋁質(zhì)高爐用耐火材料，使用性能達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平，完全能替代進(jìn)口耐火材料，對(duì)高爐長(zhǎng)壽、耐火材料國(guó)產(chǎn)化做出重要貢獻(xiàn)[5-6]，具體情況如下。

2.1 炭磚

有半石墨炭磚、微孔炭磚、超微孔炭磚、石墨磚和模壓小炭磚等。國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了使用性能對(duì)比試驗(yàn)，半石墨炭磚因高爐大型化已淡出使用。

（1）微孔炭磚。普通微孔炭磚中，日本 BC-7S 和法國(guó)AM-102 炭磚是國(guó)際名牌產(chǎn)品，寶鋼1#和2#高爐、武鋼5#高爐使用壽命達(dá)10 a 以上。炭磚的平均孔徑 0.01～0.13 μm，抗堿優(yōu)良，導(dǎo)熱系數(shù)高。我國(guó)的微孔炭磚是用寧夏的無(wú)煙煤，煅燒后灰分最低，用它做原料，添加Si 粉和Al2O3粉，經(jīng)過(guò)混碾、壓型、燒成等工藝過(guò)程。國(guó)產(chǎn)的微孔炭磚質(zhì)量指標(biāo)接近日本和法國(guó)產(chǎn)品水平，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。武鋼4#高爐使用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品壽命也在10 a 以上。

（2）超微孔炭磚。高爐用炭磚向超微孔、高導(dǎo)熱方向發(fā)展。日本BC-8SR 和德國(guó)7RDN 代表國(guó)際水平，炭磚的平均孔徑 0.1 μm，＜1 μm 孔容積率＞85%。武漢科技大學(xué)研究人員圍繞這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致研究，認(rèn)為采用高溫（2 200 ℃）電煅無(wú)煙煤作骨料，鱗片狀石墨、 棕剛玉粉和硅粉作基質(zhì)，酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑，引入氧化鋁微粉，1 100～1 400 ℃燒成，成功研制出新型炭磚。平均孔徑 0.08 μm，＜1 μm 氣孔容積約90%，熱導(dǎo)率 26～30 W/（m·K），同時(shí)有優(yōu)良的抗鐵水侵蝕性能，綜合性能指標(biāo)超過(guò)代表世界水平的日本BC-8SR 和德國(guó)7RDN 炭磚。蘭州碳素廠與武鋼合作生產(chǎn)這種超微孔炭磚，在武鋼3 200 m3高爐使用，效果很好。

表1 微孔炭磚性能指標(biāo)

（3）半石墨炭磚。采用電高溫煅燒的寧夏無(wú)煙煤做原料，添加適量的石墨碎塊來(lái)提高熱導(dǎo)率，中溫瀝青結(jié)合劑，工藝過(guò)程與普通炭磚相同，制品的性能指標(biāo)達(dá)到日本RC-5 水平，主要用于高爐爐底和爐缸鐵口以上部位。

（4）模壓小炭磚。以美國(guó) NMA、NMD 熱模壓小炭磚為代表的國(guó)際名牌產(chǎn)品，我國(guó)應(yīng)用的比較多，使用效果好，但價(jià)格昂貴。我國(guó)某廠生產(chǎn)的模壓炭磚，利用高鋁磚的工藝條件，采用電煅燒的無(wú)煙煤、石墨為原料，加入Si 粉和剛玉粉，酚醛樹(shù)脂結(jié)合，模壓成型，1 500 ℃燒成的小炭磚。采取降低電煅無(wú)煙煤電阻率＜500 MΩ·m，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，使制品600 ℃熱導(dǎo)率平均 22.67 W/（m·K），耐壓強(qiáng)度 33.87～36.82 MPa，抗鐵水蝕損指數(shù)11.44%～17.43%（平均14.87%），平均孔徑＜1 μm，達(dá)到和超過(guò)美國(guó) NMA 和德國(guó)7RDN 微孔炭磚指標(biāo)。主要用于高爐爐缸部位。

（5）鋁炭制品。鋁炭制品是用白剛玉或亞白剛玉和鱗片狀石墨為主要原料，加入碳化硅、金屬Si、Al 粉等抗氧化劑，瀝青或樹(shù)脂為結(jié)合劑，泥料混合均勻后，在150 MPa 壓力下成型，然后經(jīng)230 ℃熱處理1 h，再埋炭1 400～1 500 ℃燒成的Al2O3-C 復(fù)相耐火材料，抗渣鐵及堿的侵蝕能力強(qiáng)，廣泛用于中小高爐爐腰等部位。

（6）微孔鋁炭磚。采用高溫煅燒鋁礬土熟料、電熔白剛玉細(xì)粉、鱗片狀石墨粉為原料，加入Si 粉，酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑。在混合之前，骨料和樹(shù)脂結(jié)合劑要加熱，泥料混合均勻，用壓磚機(jī)沖壓成型，磚坯體積密度控制＞2.8 g/cm3，表面光滑，尺寸精確，＜1 μm 孔隙率 70%以上，熱導(dǎo)率高，室溫下為 14～16 W/（m·K），熱振穩(wěn)定性好，1 100 ℃—水冷循環(huán)100 次無(wú)裂紋。這種磚在武鋼高爐爐腰中、下部和爐腰區(qū)域使用，效果較好。

（7）碳化硅磚。由于結(jié)合相不同，碳化硅磚品種較多。黏土和低檔莫來(lái)石結(jié)合的碳化硅磚逐漸被淘汰，而高爐主要用Si3N4結(jié)合和Sialon 結(jié)合的碳化硅磚。

其一，Si3N4結(jié)合碳化硅磚是用碳化硅和Si 粉做原料，經(jīng)氮化燒成的制品。要求碳化硅原料含SiC＞97%，硅粉含 Si＞98%。碳化硅與 Si 粉配料、混合、成型、干燥后，磚坯在氮化爐中1 350～1 450 ℃燒成，在燒成過(guò)程中通入氮?dú)?，爐內(nèi)的溫度、壓力、氣氛要嚴(yán)格控制；寶鋼在風(fēng)口水冷銅套內(nèi)襯使用國(guó)產(chǎn)Si3N4結(jié)合碳化硅磚，實(shí)用效果優(yōu)于日本產(chǎn)品。

其二，Sialon 結(jié)合碳化硅磚在按顆粒合理配比的碳化硅料中，配入Si3N4和Al2O3粉，加入結(jié)合劑進(jìn)行混合、成型后在還原氣氛中燒成，制得以α-SiC 為骨架、以Sialon 為基質(zhì)的耐火制品。由于Sialon 存在于粒子之間，使制品的強(qiáng)度提高，抗熱震性增強(qiáng)。由于Sialon 結(jié)合制品比Si3N4結(jié)合制品燒成溫度高，制品的顯微結(jié)構(gòu)有差異，結(jié)合相β-Sialon 主要呈條柱狀或短柱狀，形成網(wǎng)絡(luò)，將碳化硅顆粒緊密結(jié)合；而Si3N4結(jié)合碳化硅磚，Si3N4主要為纖維狀晶體，比表面積大，活性高，抗氧化能力不如柱狀晶體穩(wěn)定。制品的性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

（8）剛玉莫來(lái)石磚。在我國(guó)對(duì)剛玉莫來(lái)石磚的生產(chǎn)工藝方法有多種，其中兩種方法生產(chǎn)的制品質(zhì)量較好。其一，以板狀剛玉為骨料，電熔剛玉、α-Al2O3微粉為基質(zhì)，添加高硅有機(jī)物，采用有機(jī)物與無(wú)機(jī)膠體的復(fù)合結(jié)合劑，高壓成型，1 700 ℃高溫?zé)?，其制品的抗熱振性? 100 ℃～水冷）超過(guò) 70 次，高溫（1 450℃，0.5 h）抗折強(qiáng)度達(dá)19.1 MPa。這是由于添加的游離SiO2與α-Al2O3反應(yīng)形成莫來(lái)石，加上板狀剛玉顆粒有1~10 μm 閉口氣孔，提高了抗熱振性。其二，用莫來(lái)石做骨料，燒結(jié)剛玉、紅柱石、石英、黏土等做細(xì)粉，采用振動(dòng)成型，1 550～1 650 ℃燒成，制品含 Al2O3（w）81.92%，耐壓強(qiáng)度 101 MPa，抗熱振性（1 100 ℃～水冷）＞40 次。

表2 國(guó)內(nèi)外Si3N4 和Sialon 結(jié)合碳化硅制品理化指標(biāo)

（9）剛玉制品。

一是Sialon 結(jié)合剛玉制品。20 世紀(jì)80 年代初，法國(guó)SAVOIE 公司研制成功Sialon 結(jié)合剛玉制品。90 年代初，我國(guó)也研制成功并大量生產(chǎn)，用于高爐內(nèi)襯。其生產(chǎn)方法大致是：配料制造以剛玉做顆粒和細(xì)粉，配入 α-Al2O3和 SiO2微粉、Si3N4粉組成基質(zhì)，以Y2O3為助燒劑配料制磚，磚坯在氮?dú)饣蚵裉康臍夥罩?，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)制備β-Sialon 結(jié)合剛玉耐火制品。也有用燒結(jié)合成法，即用剛玉顆粒與SiO2微粉、金屬Al 粉等配料制磚，磚坯在氮?dú)庵型ㄟ^(guò)自蔓延原位合成β-Sialon 結(jié)合剛玉制品。還有將先合成的Sialon 粉與剛玉配料，燒制β-Sialon 結(jié)合的剛玉耐火制品。

二是微孔剛玉制品。我國(guó)研制的高爐陶瓷杯用微孔剛玉磚是用電熔致密剛玉和棕剛玉做主要原料，酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑，并選擇A、B 添加物，高壓成型，1 500 ℃燒成的剛玉制品，再經(jīng)過(guò)機(jī)床精磨后預(yù)組裝供陶瓷杯使用。形成微孔的條件是：成型時(shí)磚坯的氣孔盡可能小，并且要少；依靠粒度很?。?～10 μm）添加物成型時(shí)填充氣孔，1 500 ℃燒成過(guò)程中A、B 添加物生成硅鋁酸鹽化合物，熔化和氣化滲入氣孔中。酚醛樹(shù)脂在高溫下碳化析出的炭與添加物反應(yīng)生成化合物，使剛玉磚有很高的強(qiáng)度。我國(guó)對(duì)高爐陶瓷杯用微孔剛玉磚制定了標(biāo)準(zhǔn)（YB/T 4134-2005）。實(shí)際生產(chǎn)的微孔剛玉磚理化指標(biāo)與法國(guó)產(chǎn)品對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 我國(guó)與法國(guó)的微孔剛玉陶瓷杯理化指標(biāo)

法國(guó)的微孔剛玉磚是以棕剛玉為原料的低水泥結(jié)合澆注料預(yù)制塊。我國(guó)的微孔剛玉磚已成功用于武鋼、杭鋼、柳鋼、天鋼等公司的高爐，并取得很好的使用效果。

（10）低氣孔率黏土磚、磷酸浸漬黏土磚、致密高鋁磚、澆注料等各種不定形耐火材料，屬于我國(guó)的大宗產(chǎn)品，無(wú)論從質(zhì)量上或數(shù)量上都能滿足高爐的要求。在此就不一一介紹了。

3 高爐水冷技術(shù)進(jìn)步，助高爐長(zhǎng)壽

水冷是內(nèi)襯壽命穩(wěn)定的重要因素[7-8]。一般爐身下部采用水冷作業(yè)，即鑄鐵冷卻壁+耐火磚結(jié)構(gòu)，使高爐壽命達(dá)8～10 a，國(guó)外有些高爐壽命達(dá)20 a 以上。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)了高爐爐身水冷模塊技術(shù)，其技術(shù)核心是用厚壁無(wú)縫鋼管彎制成型直接焊接在爐壁上，再澆注耐火澆注料而成為冷卻模塊，應(yīng)用在高爐中部和爐腰等部位，替代傳統(tǒng)的鑄鐵壁+耐火磚結(jié)構(gòu)，可以縮短工期10 d 以上，又減少了施工量，總費(fèi)用降低50%以上，并且保證有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命。

高爐壽命很大程度取決于爐體冷卻系統(tǒng)的冷卻效率，效率高低主要是爐墻的熱面溫度能否穩(wěn)定地降到化學(xué)侵蝕及機(jī)械破損臨界溫度以下，形成穩(wěn)定的渣壁。在軟熔帶形成的高熱負(fù)荷區(qū)和爐缸、鐵口異常侵蝕區(qū)，爐墻熱面溫度降到渣鐵凝固點(diǎn)以下尤為重要，因?yàn)槭歉郀t壽命的關(guān)鍵部位。

經(jīng)過(guò)多年努力得出，延長(zhǎng)爐身下部壽命的根本辦法在于采用“無(wú)過(guò)熱”的冷卻設(shè)備——銅冷卻壁，認(rèn)為銅冷卻壁可以承受500 kW/m2的熱流強(qiáng)度沖擊。爐腹、爐腰及爐身下部采用銅冷卻壁是高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽行之有效的措施。由于銅熱導(dǎo)率一般在240～340 W/（m·K），綜合導(dǎo)熱能力，銅壁比球墨鑄鐵壁高40 倍以上，銅壁表面在數(shù)十分鐘內(nèi)形成渣壁，渣壁熱導(dǎo)率低，而使炭磚熱端溫度降低。將鐵水凝固線溫度（1 150 ℃）乃至堿金屬和鋅對(duì)高爐內(nèi)襯起破壞作用的溫度（800～1 030 ℃）向熱端推移，形成穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層，延長(zhǎng)高爐壽命。

目前，國(guó)內(nèi)外大型高爐比較流行銅冷卻壁，加薄壁爐襯的結(jié)構(gòu)形式。這樣不僅達(dá)到人工造襯的保護(hù)目的，還加大死鐵層厚度，由2.0 mm 左右增大到3.5 mm。爐缸部位使用高導(dǎo)熱耐火磚和強(qiáng)化冷卻效果已在新建高爐長(zhǎng)壽技術(shù)中推廣應(yīng)用，并取得效果。

4 高爐內(nèi)襯修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)步

高爐在爐役中后期，爐腹、爐腰和爐身下部?jī)?nèi)襯磚局部破損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)爐皮發(fā)紅等現(xiàn)象。在這種情況下，要對(duì)內(nèi)襯進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)，對(duì)高爐長(zhǎng)壽起著重要作用[9-11]。如寶鋼1#高爐開(kāi)展的熱態(tài)維修作業(yè)，取得較好效果。

（1）熱噴補(bǔ)。在高爐休風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行噴補(bǔ)作業(yè)，可用濕法或半干法進(jìn)行噴補(bǔ)。濕法：噴補(bǔ)料與水在攪拌機(jī)內(nèi)事先混合好，成為可泵送的自流料，經(jīng)管道等運(yùn)送到噴槍頭，在噴出同時(shí)與液態(tài)促凝劑迅速混合，噴至修補(bǔ)面；半干法：噴補(bǔ)料通過(guò)高壓空氣送至槍口附近，同時(shí)水也送到該處，料與水快速混合，噴射到修補(bǔ)的高爐內(nèi)襯表面。寶鋼1#高爐中后期在氣流沖刷、物料磨損等作用下，爐喉形狀變成不規(guī)則，為此，寶鋼用自制的噴補(bǔ)機(jī)對(duì)爐喉進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)，噴槍在爐內(nèi)上下移動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)，使?fàn)t喉恢復(fù)原來(lái)形狀。

（2）灌漿料。生產(chǎn)中爐體磚襯，砌泥和填料的永久性收縮，使砌體之間，砌體與爐殼之間形成空隙和裂紋，導(dǎo)致煤氣泄漏，甚至爐殼局部過(guò)熱發(fā)紅，因此要經(jīng)常性地對(duì)爐體壓入灌漿料維護(hù)爐體。一般爐缸、爐底壓入炭質(zhì)灌漿料，風(fēng)口以上部位用高鋁質(zhì)灌漿料。經(jīng)維修后，煤氣泄漏及溫升現(xiàn)象得到控制。

（3）硬質(zhì)壓入料。硬質(zhì)壓入，即在維修部位爐殼開(kāi)孔，使用高壓（18.8 MPa）雙缸往復(fù)式壓入設(shè)備，對(duì)爐身中、下部，爐腰、爐腹部位壓入復(fù)合樹(shù)脂結(jié)合的鋁炭質(zhì)硬質(zhì)壓入料，若大面積爐殼發(fā)紅，可用兩臺(tái)壓入機(jī)同時(shí)作業(yè)。

硬質(zhì)壓入造襯技術(shù)，以簡(jiǎn)便、快捷、有效的特點(diǎn)，成為日常維修最常用的技術(shù)手段之一。高爐每次休風(fēng)時(shí)，爐身開(kāi)孔，壓入硬質(zhì)壓入料。不僅適合冷卻板式高爐、也適合冷卻壁式高爐，并結(jié)合微型冷卻器技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了硬質(zhì)壓入造襯技術(shù)的適用范圍及造襯效果。

（4）含鈦料護(hù)爐。高爐爐底和爐缸侵蝕到一定程度要采用含鈦料護(hù)爐，起護(hù)爐作用的是料中TiO2的還原產(chǎn)物。TiO2在爐內(nèi)高溫還原氣氛中，可直接被還原為元素鈦，然后再生成 TiC、TiN 及固溶體 Ti（CN）。這些化合物在爐缸、爐底生成，發(fā)育集結(jié)，與鐵水及鐵水中析出的碳等凝結(jié)在離冷卻壁比較近的侵蝕嚴(yán)重的爐缸、 爐底磚縫和內(nèi)襯表面，形成保護(hù)層。因?yàn)檫@些化合物熔點(diǎn)很高，能起保護(hù)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

高爐長(zhǎng)壽是人們一貫追求的目標(biāo)?？墒沁^(guò)去主要用黏土磚和高鋁磚+球墨鑄鐵冷卻壁的中小高爐壽命普遍不高，一般壽命在 4～6 年。20 世紀(jì) 80 年代建設(shè)寶鋼4 063 m3大型高爐，采用日本的先進(jìn)技術(shù)，高爐內(nèi)襯不同部位分別選用不同檔次的炭質(zhì)、 碳化硅質(zhì)、 剛玉質(zhì)等耐火材料，1#高爐壽命達(dá)12.5 a，攀鋼1#高爐爐齡接近14 a。在這期間我國(guó)高爐用耐火材料的生產(chǎn)技術(shù)水平迅速提高，高檔次的耐火材料無(wú)論質(zhì)量和品種上都趕上和超過(guò)進(jìn)口材料水平。因此，也提高了煉鐵工作者的信心，如湛江5 050 m3高爐，設(shè)計(jì)無(wú)中修的一代爐齡22 a；首鋼京唐鋼鐵5 500 m3高爐一代爐役設(shè)計(jì)壽命25 a 等。不過(guò)與國(guó)外相比仍有差距，如日本一座4 500 m3高爐實(shí)際壽命已達(dá)20 a 以上，將目標(biāo)定為30 a。