高炉砌体的设计应根据炉容和冷却结构，以及各部位的工作条件选用优质耐火材料。耐火材料质量的选择和砌筑质量对高炉寿命有极大的影响。不同容积的高炉和高炉不同部位要选用不同的耐火材料。提高炉缸、炉底和炉身中、下部砌体质量是延长高炉寿命的重要条件。在购买耐火材料时不但要有冷性能,还要有热性能,以及使用寿命的保证。

风口带宜采用组合砖结构。炉缸、炉底应采用或炭砖与陶瓷材料复合式结构，并采用优质炭砖砌筑。

严把耐材质量和施工质量关

(1)重视碳砖质量：重视导热率、透气性、抗氧化率、抗碱性、抗渣铁溶蚀性等;从发生烧穿事故的高炉碳砖检测来看，普遍存在微气孔指标差、抗渣铁溶蚀性差等问题。

(2)炉缸碳砖的砌筑要严格按照规范执行，要严格控制外形尺寸、充分焙烧，避免因为侵蚀而常常形成气隙热阻，阻碍了炉缸热量的导出，甚至为铁水渗透提供了通道;

(3)格外重视炭素捣打料的低温性能，尤其注意：捣打料工作温度一般较低，用高温下的导热性来评价是不科学的。

1.炉身上部

炉身上部宜采用镶砖冷却壁。炉身上部砖衬要受到炉料下降的冲击和磨损，还要受到煤气流上升时的冲刷，同时还有碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀等。为此，该部位选择高致密度的黏土砖或磷酸黏土砖或高铝砖。炉身上部宜采用镶砖冷却壁。

该部位要用球墨铸铁冷却壁代替支梁或水箱，可明显改善这一区域的冷却条件，可以较好地维护好该部分炉型，达到延长高炉长寿的目的。

2.炉身中下部和炉腰

本部位宜采用强化型铸铁镶砖冷却壁、铜冷却壁或密集式铜冷却板，也可采用冷却板和冷却壁组合的形式。这区域的炉衬主要是受碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀，初成渣侵蚀，炉料和炉墙热震引起的剥落和高温煤气流的冲刷等。

该部分宜采用超高氧化铝耐火材料，如刚玉莫来石砖、铬铝硅酸盐结合制成的耐火砖;半石墨化——碳化硅砖、Si3N4-SiC砖、铝碳砖或高铝砖。1994年，武钢与耐火厂研制成功微孔铝碳砖，价低和性能好，在鞍钢、包钢等钢铁企业中得到推广。碳化硅砖具有导热系数高，抗热震性好的特点，适宜在炉体中下部使用。

过去，炉身下部和炉腰采用高质量耐火材料，来抵御高温和化学侵蚀。近年来，该部位采用铜冷却壁，对热量进行疏导，让铜冷却壁形成稳定的渣皮来保护冷却设备，来实现高炉的长寿。在开炉时，在铜冷却壁之外砌筑一层厚50cm的耐火砖或不定型耐火材料，就可以使该部分的使用寿命在15～20年。铜冷却壁的导热性好，冷却壁体温度均匀，表面工作温度很低，一旦渣皮脱落，也能快速形成稳定的渣皮，淡化了高炉内衬的作用，有利于采用薄壁结构。所以，采用铜冷却壁，对延长高炉寿命有着明显的效果，已经得到国内外炼铁界的普遍认同。但铜冷却壁价格高，在高冶炼强度下，一些高炉也出现过不同程度的问题。宝钢湛江5000m3级高炉不使用铜冷却壁，可降低成本，也有实现高炉长寿的把握。

炉腹宜采用铸铁冷却壁或铜冷却壁，也可采用密集式铜冷却板或铸钢冷却壁。

炉腰和炉身中、下部的冷却设备宜采用强化型镶砖铸铁冷却壁、铸钢冷却壁、铜冷却壁或密集式铜冷却板，也可采用冷却板和冷却壁相组合的薄炉衬炉体结构形式。

高炉砌体设计应根据炉容和冷却结构，以及各部位的工作条件合理选用耐火材料。风口带宜采用组合砖结构。炉缸、炉底应采用炭砖或炭砖与陶瓷材料复合式结构，并采用优质炭砖砌筑。

3.炉缸、炉底

《高炉炼铁工程设计规范》中提出：高炉炉底宜采用水冷，炉缸、炉底侧壁应设置有效冷却设施，宜采用炉壳开孔少、界面少、容易施工、传热可靠的冷却方式。采用冷却壁方式时应注意冷却壁间及冷却壁与炭砖间的不定形材料的选择和施工方法的选择，防止生产过程中出现气隙，影响炉缸的传热体系工作效应。

炉缸、炉底应采用全碳砖或复合碳砖炉底结构，并应采用优质碳砖砌筑。大型高炉采用碳砖、SiC砖对延长高炉寿命极为重要。在采用铜冷却壁之后,高炉长寿的薄弱环节已从炉身中下部、炉腰、炉腹转移到炉缸部位。所以加大对延长炉缸寿命已成为高炉长寿工作的重点工作。近年来，我国一批高炉出现炉缸水温差升高的现象，甚至烧穿。应当采取综合措施，解决这方面问题。

风口带宜采用组合砖结构，一般使用刚玉莫来石砖，或棕刚玉砖，也可用热压碳砖NMA或NMD砖。

高炉炉缸侵蚀的原因有：化学侵蚀、水蒸汽的氧化、锌和碱金属、热应力的破坏。

采用高导热性的微孔碳砖，并对炉缸冷却壁实行强化冷却，使渣铁形成凝固的1150℃温度残存于碳砖之中，并要使之远离冷却壁。目前国内外高炉炉缸、炉底结构是有3种基本类型：一为大块碳砖砌筑，炉底设陶瓷垫;二是热压小块碳砖，炉底设陶瓷垫;三是大块或小块碳砖砌筑，炉底设陶瓷杯。上述3种结构形式均有高炉长寿的实践实例。

国内外高炉均已采用高导热碳砖、微孔碳砖和陶瓷垫结构。高喷煤比的高炉，在操作上强调要活跃炉缸中心，又要求炉底中心要保持适当的温度。因此，人们逐渐重视陶瓷垫的阻热作用，也重视陶瓷垫寿命的提高，希望能获得炉底中心温度的适中。

强化冷却形成凝固层理论：在炉缸侧壁采用有高导热的耐火材料[600℃，18.4W/(m•K)，20℃，60～80W/(m•K)]。进行强化冷却之后，高导热耐材、低孔隙度就能阻止渣铁的渗透，并具有高抗碱性能，可吸收部分热应力，配有高效的水冷却系统条件下，就能将炉缸的热量迅速地传递给冷却水，将热量带出炉外，可有效地降低炉缸壁的温度梯度，从而在炉缸侧壁炉衬耐材的热面形成一层稳定的凝结保护层(即铁水凝固1150℃以下的等温线，使炉底形成稳定的“铁壳”保护层)，抵抗炉缸侧壁的“象脚”侵蚀，进而获得炉缸长寿，其关键是炉缸侧壁的导热能力。这部分选择耐材的重点是导热性、防渗透性和防止发生环形裂纹的优质耐材。对炉缸的维护，是强调发挥冷却的效果，及时对炉缸冷却壁水温差和炉皮温度进行监测，经常对容易形成空隙的部位进行灌浆。

带炉底冷却的综合炉底是比较合理的结构。在冷却管上有碳捣层，其上面砌上2～3层碳砖。对于不同部位要使用不同性能的碳砖。铁口以下是容易受到严重侵蚀的地方，要用抗渗透性高的微孔碳砖;炉底的最底层要用具有高导热性的碳化硅砖;其他部位是采用普通碳砖或微孔碳砖。对于铁口以下的炉底周边碳砖的长度要增大，以提高其抵抗铁和碱金属对此处的强烈渗透和侵蚀能力;砖与砖之间的缝隙要将宽缝改为细缝(<0.5mm)进行砌筑。

对于有“陶瓷杯”的综合炉底结构，学术上有争议。一些人认为“陶瓷杯”的作用大,应予加强;另一些人认为，“陶瓷杯”在一定时间内会消失掉，碳砖是起主导作用的，在炉缸侧壁也使用高抗铁水渗透和高导热性、高密度的压小碳砖。总体上评述，两种方式各有优缺点，均可实现高炉长寿，经济代价有所差异。

高质量的微孔、超微孔碳砖(高密度的碳化硅砖是在大于1400℃,8小时以上条件下的焙烧)和压小块碳砖得到推广之后，我国高炉寿命得到显著提高。

美联碳生产的小块微空碳砖，热压成型，未经高温焙烧，就其本质来说是类似于我国自烧炭砖，它适用于全碳结构，不适用于陶瓷杯结构;如将其用于陶瓷杯结构，碳砖就没有焙烧的机会，一旦陶瓷杯损坏，铁水接触碳砖就易造成溶蚀而出现漏铁或烧穿事故;如用在全碳结构，碳砖可得到自焙烧，砖质量好，砌筑规范，可以获得长寿，宝钢3号4350m3高炉用它，炉龄达到19年，我国自产的这种热压微孔小块碳砖，质量是好的，并不比美联碳的差，但部分高炉的寿命短，其原因在于砌筑质量差，也就是筑炉管理缺失或不到位，砌筑用浆不当，砖缝过大造成投产后出现气隙，甚至铁水沿砖缝渗透。

学术上，对使用小块热压微空碳砖，有不同看法。认为在800℃焙烧温度下，碳砖不能得到炭化，砌筑缝隙大，又使用陶瓷杯，炉缸碳砖没有形成最佳状态，会影响高炉炉缸寿命。

国内大中型高炉基本上是否定了采用炭料捣打炉底，自焙烧制碳砖的工艺技术。

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炉身静压在酒钢1号高炉操作中的实践应用

张丰红

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关 735100）

摘要：炉身静压作为重要的操作参数应用于高炉操作过程中，经过一年多的高炉操作实践经验总结，炉身静压在指导高炉操作中具有超前性，针对性及准确性的优点，合理掌握并运用炉身三层静压对高炉的影响，在高炉操作过程中对判断煤气流变化，预防悬料、管道产生等有很好的参考价值。

关键词：炉身静压；高炉操作；实践应用

1 高炉静压力的引入

酒钢1号高炉在设计过程中引入了炉身静压的概念，并作为重要的操作参数应用于高炉操作过程中。经过一年多的高炉操作实践经验总结，炉身静压在指导高炉操作中具有超前性，针对性及准确性的优点，对判断高炉在纵横两个断面上压力与气流变化，减少炉况大幅波动及避免炉况失常，具有重要的参考价值。高炉炉身静压设备分别设在高炉冷却壁的5段铜冷却壁（炉腹部位）、7段双层镶砖冷却壁（炉身中下部）和10段单层镶砖冷却壁（炉身上部位）三层位置，每层分别周向均匀开4个取压孔共计十二点通到炉内取压。此三层压力变化分别代表高炉滴落带，软熔带及块状带的压力波动。

2炉身静压检测技术的原理

炉身静压检测技术的工作原理是把高炉看作是一个有压容器，向有压容器吹入高于炉内压力的气体时，P吹与P炉之间有以下比例关系[1]：P吹-P炉=KZQ。其中，K为常量系数；Z为沿程阻力，当吹扫管确定后，Z可以看做常量；Q为吹扫气体流量， 如果恒流量吹扫，也可作为常量，所以KZQ是个常量，将KZQ项表示为△P也就是压损。吹扫公式就成为P吹-P炉=△P，改变形式就成为：P炉=P吹-△P，公式中△P不用计算法取得，而是用停吹法取得的。关闭切断阀时，停止吹扫，此时P吹和P炉近似相等。也就是吹扫压力和炉内压力相等，取出P吹值。用停吹前的P吹值减去停吹时的P吹值即为△P值， 将△P值代入即可得出此点的炉内压力值。一般通过校静压值时停吹一次，停吹时间1～2s，停吹、开通吹扫等动作控制可由计算机控制自动完成。

3 炉身静压在高炉操作中的实际应用

高炉炉身静压力的波动能够提前表现出炉内块状带、软熔带及滴落带的压差和透气性变化，为我们处理高炉异常炉况争取了宝贵时间，能够帮助我们减少炉况波动和异常炉况的进一步恶化。一层静压即5段静压反映的是炉内滴落带的透气性，在三层静压力中是最接近高炉热风压力的，但其对炉内压力波动比热风压力更灵敏；二层静压即7 段静压是对炉内软熔带透气性的反映，在高炉操作过程中其变化对炉况影响尤为重要；三层静压力即10段静压力则与原燃料强度有直接关系，静压力的波动直接反映了块状带的透气性变化，能够有效的预防上部悬料和管道的产生。

3.1 防范炉况失常，判断失常原因

通常情况下，静压变化反映的时间要比热风压力的反映时间早2～10s，一层5段静压（图1上部白线）与热风压力最为接近，其对炉况热行反映比热风压力更灵敏；二层7段静压（图1 中间蓝色）则对炉墙渣皮脱落，炉内软熔带位置变化反映明显，它的大幅波动对炉况影响很大，对滑尺及崩料，特别是因管道而造成的悬料，可以提前2～4s预知，这就为超前防范炉况失常的发生提供了可能。三层10段静压（图1下部绿线）短时间内一般变化不大，但如果改变冶炼时间跨度，长时间来看，可以判断出炉料强度的变化或装料制度的影响。当三层静压值短时间内都有波动时，说明炉内已经处在危险的边缘，要及时采取措施，尽快消除造成炉况波动的因素。

3.2 判断高炉压力波动的准确位置

由于每层炉身静压取值分别取自圆周四个方向压力，从而能够准确地判断出高炉各段周向气流的稳定程度，上下三层压力变化则反映出径向的波动，而热风压力变化只能反映炉内气流的整体变化。气流稳定的主要表现为各点静压曲线平滑无尖峰，运行平稳，同层静压值相差不大。图2、3显示的是一层5段和二层7段的静压曲线，可以看出当时一层5段静压（白线）相对平稳，而二层7段的东南方向发生了大幅波动，说明在软熔带附近的西北方向透气性变好，炉内出现掉渣皮后滑尺现象，这为我们作下一步调整指明了方向，而单纯的热风压力波动是无法判断出准确位置的（实际反应炉内出现了料尺变快的现象此时注意炉温及煤量变化）。

3.3 判断管道行程

管道行程是高炉断面某局部气流过分发展的表现。按部位分类可分为上部管道行程、下部管道行程、中心管道行程、边缘管道行程等，按形成原因又可分为炉热、炉凉、炉料粉末多，强度差，布料不正确引起的管道行程。

管道行程时高炉热风压力在一定范围内波动是正常的，但有时风压的波动却预示着管道行程即将发生， 如何区别正常波动还是因管道产生的波动，炉身静压可以提供明确依据。炉况热行时，风压慢爬，这时一层5段、二层7段各点静压值若同时上升，这种情况一般不会是管道行程；但是如果是某个方向的静压值突然冒尖，风压不断下降，风量自动增加，则预示着此方位局部管道的发生，而如果是四个方向同时急剧增加，热风压力又急剧下降则有出现中心管道的可能。

3.4 预判悬料的发生

高炉悬料是指炉料下降停止时间超过两批料（料尺打横10min）以上时叫悬料。悬料分为：上悬料，下悬料，热悬料和冷悬料，以及顽固悬料。坐料三次或三次以上未解决的悬料是顽固悬料。悬料在四小时以上称为恶性悬料。悬料前炉况难行，风压突然升高，风量减少，顶压降低。风压急剧升高，风量随之减少，料尺打横，已形成悬料。风口焦炭呆滞，个别风口有生降。料尺下降不正常，下下停停，停顿后突然塌落，停顿，10min以上时为悬料。下料速度逐渐减慢，料尺越来越宽，最后打横。有时是料尺连续滑尺，而后打横。一般悬料，高炉只是表现不接收部分风量，严重悬料时不接受风量。上部悬料为：有崩料和管道行程，风压梢降后突然间升高。风口工作正常，风口前焦炭仍活跃。坐料放风时风量未到零，料已下来。坐料对炉温影响不大。下部悬料为：悬料前1～1，5h风压已渐升，出现难行和崩料。

高炉悬料前期，有时单从热风压力及透气性变化上无法作出准确的判断，这时候可能只是表现出风压和压差的逐步升高，透气性缓慢降低，而炉身静压能够预先产生台阶性的升高，在悬料前则会剧烈的波动，有急剧上升的尖峰，并且能够从静压波动位置判断悬料位置。如图4显示的是一次高炉悬料过程， 从风压风量上看悬料前风压只是缓慢升高，料线也基本正常，而此时的一层5段、二层7段炉身静压已经大幅上升，说明在软熔带位置透气性差，在没有采取措施的情况下就会导致悬料事故的发生。

3.5 渣皮的脱落和软熔带位置变化的判断

静压曲线拐点位置可认为是软熔带根部的近似位置见图5，炉内操作看一层、二层静压变化频繁，频繁变动的静压反应出渣皮的脱落和软熔带位置在不断的变化，如果软熔带的频繁变化势必造成炉内气流的不稳定，当一层静压变化大时软熔带下移，意味着上部间接还原带加长，煤气利用变好，此时在操作中应该采取减煤，如果风量小应该争取风量的措施， 当二层静压变化大时软熔带在上移，意味着上部间接还原带变短，煤气利用差，此时应该采取加煤措施，如果滑尺还应该采取控制风量进行赶料线。

3.6 判断高炉“操作炉型”

操作炉型的稳定是高炉炉况稳定的基础。高炉纵向各部位的气流时时刻刻都在发生变化，只是变化的幅度有大有小，小范围小幅度的波动是正常的，是炉内煤气流适应外部条件变化的自我调整，但一旦量变积累到一定程度， 必然发生质的变化，最终体现在操作炉型发生变化。在某一时段内（≤3d），炉身静压四点曲线值高低顺序是固定的，不会发生变化，但随着气流的不断变化，三点曲线值得高低排列顺序有可能发生改变，只要这种改变不是短在的、频繁的，我们就可以认为是“操作炉型”发生了变化。如果四点曲线值仍然能够保持平行运行，炉况没有大的波动，可以认为是“操作炉型”的自我调整，不会对高炉炉况发生负面影响；但如果四点曲线值偏差越来越大， 高炉压量关系吃紧，可以认为“操作炉型”发生大幅度变化，气流有偏行的可能，操作者就要通过调整上部和下部制度加以纠正。

3.7 为超前防范炉况失常提供可能

炉况各种变化通过静压的反应部位及时间见表1。高炉冶炼中由于操作制度的不匹配，原燃料物理性质的波动，入炉料称量的误差以及其他操作因素的变化，炉况随时都有波动，必须及时发现，及时控制和调节。通常情况下，静压变化反映的时间要比风压的反映时间至少早2～10s，特别是因管道而造成的悬料，可以提前2～4min预知，这就为超前防范炉况失常的发生提供了可能，使炉况的调剂措施大幅度超前，大大提高了炉况的顺行指数。

4存在的问题

1）炉身静压设备能够正常运行的关键是避免取压孔堵塞。如果N2压力和流量不能保证，取压孔很容易堵塞，影响正常使用，应利用高炉休风机会人工打开取压孔进行清理，直至通畅为止。

2）目前1号高炉三层炉身静压在取值方面与炉内实际压力存在一定误差，只能通过其变化趋势对炉内状况作出判断。

3）炉身静压某些时候出现大幅波动，而高炉顺行状况并未出现异常，这是我们尚未分析清楚的，需要更进一步的观察总结。

参考文献：

[1] 李传辉.应用炉身静压监测技术判断高炉炉况[J].炼铁，2005（5）：54-55.

[2] 谢广安.炼铁工艺[M].中国工人出版社，2004.