魏志江
（河鋼宣鋼 河北 宣化075100）
摘要：對影響高爐長壽的原因進行了分析并提出了改進措施，以與感興趣的同行研討。
關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；操作；管理；高爐長壽；耐火材料；施工；維護；研討
1 概述
近年來，我國鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量高速增長，且隨著機械化、智能化新質(zhì)生產(chǎn)力在高爐煉鐵界的廣泛應(yīng)用，煉鐵工藝技術(shù)得到不斷完善和提升，高爐技術(shù)經(jīng)濟指標得到很大進步。但是，我國高爐長壽技術(shù)發(fā)展極不平衡。高爐平均壽命僅是5-10年，個別高爐壽命更短。寶鋼、武鋼、首鋼等企業(yè)的部分高爐壽命已經(jīng)達到15年以上，有些高爐開爐5-6年甚至更短時間內(nèi)就開始中修、大修，高爐平均壽命遠遠低于國外先進水平，據(jù)不完全統(tǒng)計，2000年以來，我國有近50座高爐發(fā)生爐缸燒穿事故，也發(fā)生了一些由于爐腹、爐腰或者爐身下部的冷卻壁損壞多而被迫提前進入大中修的情況。高爐是鋼鐵行業(yè)中投資最大、能耗最高的關(guān)節(jié)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，延長高爐使用壽命對降低生產(chǎn)成本，提高鋼鐵企業(yè)競爭力起著至關(guān)重要的作用。其中，高爐爐缸壽命是高爐長壽的主要因素之一；高爐上下部所有的冷卻壁壽命和工藝技術(shù)操作與管理保證長期順行是另一原因；耐火材料質(zhì)量及壽命以及施工和維護是關(guān)鍵原因所在。
2 影響高爐長壽的原因分析及措施
2.1 影響高爐長壽的原因分析及措施
2.1.1 爐缸死鐵層深度的原因分析及措施
過去在“鐵水環(huán)流理論”指導(dǎo)下，普遍認為：爐缸死鐵層深度的深淺對爐缸壽命影響較大，即略深的死鐵層有利于降低鐵水環(huán)流對爐底和爐缸的侵蝕速度，反之亦反。而且認為，死鐵層深度為爐缸直徑的 25%-30%之間是有利于延長高爐壽命的。目前，我國新建的高爐死鐵層深度約為爐缸直徑的 20%-23%，遠低于當前日本和歐洲高爐爐缸死鐵層深度，按照經(jīng)驗，死鐵層深度為爐缸直徑的 25%左右即可滿足生產(chǎn)需要。但是，現(xiàn)在“鐵水環(huán)流理論”面臨著挑戰(zhàn)，因為，鐵水環(huán)流現(xiàn)象已經(jīng)被許多實踐證明其實是不存在的?，F(xiàn)有侵蝕理論過分夸大鐵水環(huán)流的作用，過分強調(diào)高冶煉強度對于爐缸的侵蝕。但諸多證據(jù)表明，大部分炭磚是在保護層存在的情況下被侵蝕的，與鐵水環(huán)流沒有關(guān)系。爐缸保護層極少發(fā)生完全融化和脫落。保護層最多的破壞形式是不完全破壞：熱面少部分融化，整體大部分升溫軟化，在鐵水壓力下外推，壓實炭磚熱面粉化層后重新加厚。象腳區(qū)陶瓷杯短壽的原因是炭磚氣化消失，陶瓷杯失去支撐，然后坍塌漂浮。焦炭與鐵水密度差別巨大；死焦堆的焦炭顆粒之間沒有很強的結(jié)合力，死焦堆沒有整體性。在鐵水的強大浮力作用下，圓錐形死料堆下部外圍的焦炭必然分散上浮，改變死焦堆的外形（無法呈現(xiàn)圓錐形），且周期性置換過程中的形態(tài)變化，下大上小的圓錐體根本無法穩(wěn)定漂浮在鐵水中，必然側(cè)翻。環(huán)流理論的假設(shè)不符合基本的浮力學(xué)原理。如果爐缸嚴重堆積，焦炭可能充滿爐缸，呈圓柱形。見圖一、圖二。
山東某高爐，大修開爐后指標欠佳，2022年年底扒爐時，在爐底竟然發(fā)現(xiàn)了2年前開爐時的炭化枕木也佐證了不存在鐵水環(huán)流問題。見圖三。
2024年3月中原某鋼企的420立方米高爐在計劃檢修近20天的情況下，在檢修完畢后，還未送風(fēng)生產(chǎn)的情況下，鐵口區(qū)域爐缸燒穿了。還有一些高爐在堵著冷卻壁異常上方的風(fēng)口、有的甚至在休風(fēng)狀態(tài)下發(fā)生了爐缸燒穿事故。這些都足以證明鐵水環(huán)流理論的不全面性。
鐵水比焦炭的密度大得多，即使死料柱是一個穩(wěn)固的整體，在浮力的作用下，正圓錐形的死料柱在鐵水中必然翻轉(zhuǎn)。
死料柱主要是由焦炭組成的，焦炭顆粒之間沒有結(jié)合力，在浮力的作用下，正圓錐形死料柱下部邊緣部分的焦炭必然分散上浮，改變死料柱形狀，形成上部大、下部小的倒圓錐形或者鍋底形。這樣象腳區(qū)的環(huán)流通道就大幅加寬了，計算的鐵水環(huán)流速度應(yīng)該是象腳區(qū)比其它區(qū)域更小。
死料柱的下沉深度很難到達象腳區(qū)。如果死料柱長期下沉到鐵口以下，出鐵時應(yīng)該頻繁出現(xiàn)卡焦、噴焦的情況。如果死料柱本來就沒有下沉到象腳區(qū)，那么象腳區(qū)就不存在環(huán)流。
有人反復(fù)做一些簡單的模擬試驗，結(jié)果如下：
一是密度較小的固體顆粒，始終無法在密度較大的液態(tài)中形成正圓錐形的組團；二是即使在容器中放置類似死料柱，從容器標高的中間部位出液，容器底部的液體根本沒有出現(xiàn)肉眼可見的環(huán)流。
所以,象腳區(qū)可能根本不存在鐵水環(huán)流；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，對于凝鐵保護層也不會有實質(zhì)性的破壞能力；象腳區(qū)即使有輕微的環(huán)流，象腳區(qū)的環(huán)流速度比爐缸中部標高段的環(huán)流速度應(yīng)該更小，象腳區(qū)的炭磚侵蝕速度應(yīng)該更慢。鐵水環(huán)流理論存在明顯缺陷，矛盾重重。煉鐵屆應(yīng)該走出鐵水環(huán)流理論的死胡同，重新認識、探究象腳侵蝕的成因和治理措施。補齊侵蝕理論的短板，實現(xiàn)爐缸長壽的目的。
其實，象腳區(qū)侵蝕主要是隱形水侵蝕所造成的。
圖1 環(huán)流理論將死焦堆設(shè)想成圓錐形且完全沉坐
圖2 死焦堆保持穩(wěn)定的浮力學(xué)形態(tài)
圖3 2年前開爐時的炭化枕木還在爐底的例證
另外，國內(nèi)許多爐底或者爐缸燒穿后修補的炭素搗打料，在下次大修前，扒爐至曾經(jīng)的象腳區(qū)燒穿通道口處，看到當時搶修修補的炭素搗打料仍然完好，沒有被所謂的環(huán)流沖刷走的現(xiàn)象也很多。
圖4 隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過程示意
圖5 隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過程描述
⑴隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚問題
由于高爐竄煤氣（煤氣中含水）及其他隱形水侵蝕象腳區(qū)炭磚過程描述（見圖四和圖五）：高爐普遍存在串氣情況，而且無法根治。串氣產(chǎn)生的冷凝水沿爐殼內(nèi)壁逐步滲透到爐缸下部冷面，通過爐缸縫隙自炭磚冷面向炭磚熱面滲透，在120℃區(qū)域變成高壓蒸汽，逐步向炭磚熱面滲透，在720℃以上區(qū)域與炭磚發(fā)生反應(yīng)，侵蝕炭磚。
爐底的溫度較低，無法發(fā)生水煤氣反應(yīng)。爐缸冷面也是如此
象腳區(qū)具備水煤氣反應(yīng)的溫度條件，冷凝水到達象腳區(qū)將侵蝕炭磚。
沉積到爐缸下部的冷凝水是持續(xù)不斷的，但在單位時間內(nèi)的數(shù)量是有限的。象腳區(qū)的水煤氣反應(yīng)是連續(xù)的，冷凝水水位維持在象腳區(qū)位置，因此主要侵蝕象腳區(qū)。
隱形水侵蝕的特點:一是隱蔽性及誤導(dǎo)性。隱形水侵蝕是在保護層存在的情況下發(fā)生的，側(cè)壁溫度及熱流強度無法及時、準確地產(chǎn)生反應(yīng)。往往是側(cè)壁溫度較低、受控，熱流強度不高，給高爐操作人員產(chǎn)生誤導(dǎo)；二是定位性。宏觀而言，隱形水侵蝕卡在爐缸象腳區(qū)（寬臉型侵蝕區(qū)）；微觀而言，爐缸下部哪里的縫隙多，隱形水更容易到達，那里的侵蝕就更嚴重； 哪里的串煤氣情況更嚴重，其下部的侵蝕就更快；鐵口是串煤氣的出口，鐵口周圍縫隙最多，因此鐵口下部侵蝕往往最嚴重。三是持續(xù)性。高爐送風(fēng)開爐以后，隱形水就持續(xù)產(chǎn)生，持續(xù)不斷侵蝕象腳區(qū)炭磚。冶強越高，隱形水產(chǎn)生越多，侵蝕速度越快。
⑵爐役末期象腳侵蝕的在線治理
抑制隱形水侵蝕的通用措施。結(jié)合隱形水的產(chǎn)生、流向、侵蝕機理及侵蝕過程，防治隱形水侵蝕的途徑如下：
一是減少隱形水產(chǎn)量：采取措施抑制風(fēng)口串煤氣量，減少冷凝水的來源；二是采取措施，減少冷卻設(shè)備滲水、漏水；三是抑制隱形水的傳輸：四是采取措施抑制隱形水從冷卻壁前后向爐缸下部沉積；五是采取措施抑制隱形水自爐缸炭磚冷面向熱面的滲透；六是設(shè)法及時排出爐缸下部沉積的冷凝水（也包括設(shè)備的滲漏水）；由于頻繁壓漿，爐缸下部的冷凝水常常難以排出；隱形水在向下流動的同時，也沿水平方向流向炭磚熱面；僅僅依靠爐底排水對抑制象腳侵蝕的效果比較有限；七是爐役末期冷卻壁前后溫度升高，爐底往往只能排出蒸汽，難以有效消除水害；抑制隱形水侵蝕需要采取其他合理措施；八是提高爐缸炭磚的抗水氧化性能；九是新建及大修的高爐，采用預(yù)防隱形水侵蝕的技術(shù)措施；十是在役高爐應(yīng)及時采取在線治理措施，抑制象腳侵蝕。爐役初期采取在線治理措施，可以保護陶瓷杯不坍塌；爐役中、后期采取在線治理措施，可以有效保護炭磚，延長高爐壽命。
⑶爐役末期象腳侵蝕的在線治理
圖6 炭磚保護劑(液體狀態(tài))在線注入示意
⑷爐役末期象腳侵蝕的在線治理方法
爐役末期，象腳區(qū)殘余炭磚厚度較小，炭磚冷面、冷卻壁熱面區(qū)域溫度較高。如果溫度達到100℃以上，上部產(chǎn)生的隱形水到達象腳區(qū)將二次氣化，難以繼續(xù)沉積到爐底，因此爐底排水失去大部分作用，但水蒸氣仍然繼續(xù)侵蝕象腳區(qū)炭磚。
基于隱形水侵蝕的機理、侵蝕過程及爐役末期爐缸的實際狀況，河南有家公司解決了象腳區(qū)由于高爐竄煤氣（煤氣中含水及其他隱形水）侵蝕象腳區(qū)問題，見圖六，研發(fā)出針對性的在線治理方法：
⑸炭磚保護劑(液體狀態(tài))在線注入
在高爐正常生產(chǎn)過程中（或者短暫休風(fēng)的情況下），以較低的壓力（0.7MPa）從象腳區(qū)壓漿孔對冷卻壁熱面區(qū)域注入流動極佳的炭磚保護劑，保護劑呈還原性，其物理、化學(xué)特性可以阻斷隱形水的破壞，可以抑制炭磚的進一步侵蝕。
炭磚保護劑350℃以下呈液態(tài)，密度比水小，流動性好，在較低的壓力下（0.7MPa）即可以進入爐底及環(huán)炭內(nèi)部的氣隙內(nèi)。
液態(tài)保護劑的導(dǎo)熱系數(shù)是氣隙內(nèi)煤氣導(dǎo)熱系數(shù)的十倍左右，氣隙內(nèi)充滿液態(tài)
保護劑后將顯著改善傳熱條件，提升冷卻效果，起到類似壓漿的作用。
在低溫區(qū)域（350℃以下），保護劑以液態(tài)形式長期存在。由于密度比水小，高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的隱形水將穿過液態(tài)保護劑下沉到爐底，象腳區(qū)炭磚冷面的氣隙內(nèi)保持液態(tài)保護劑。爐底排水時保護劑仍然保存在爐缸冷面氣隙內(nèi)。
在高溫區(qū)域，保護劑氣化后形成保護性氣氛。氣態(tài)保護劑的密度是水蒸氣的8倍左右，能夠有效隔絕、水蒸汽自炭磚冷面向熱面?zhèn)鬏敚⒊尸F(xiàn)還原性，能夠抑制水蒸汽對于炭磚的侵蝕；
氣態(tài)保護劑在700℃以上區(qū)域逐步裂解、析炭，填充高溫區(qū)磚縫及炭磚熱面氣隙，改善環(huán)炭系統(tǒng)的傳熱。
基于爐役末期爐缸的實際安全狀況和運行情況，以較低的壓力在象腳區(qū)注入流動性極好的炭磚保護劑，形成液態(tài)、氣態(tài)共同作用的保護性氣氛，可以有效阻斷水及水蒸汽對于殘?zhí)康睦^續(xù)侵蝕，并一定程度改善傳熱條件。
⑹炭磚保護劑在線治理爐缸侵蝕的優(yōu)點
一是采用炭磚保護劑治理爐缸侵蝕成本低廉，易于實施；二是可以替代鈦礦護爐、壓漿等治理措施；三是可以在線實施治理，不影響高爐正常生產(chǎn)；四是相對于鈦礦護爐等措施，炭磚保護劑在線治理對高爐爐況及高爐操作不產(chǎn)生負面影響；五是相對于壓漿措施，炭磚保護劑加注壓力低，介質(zhì)流動性非常好，不會造成局部壓力過高，不會損害爐缸殘余炭磚；六是可以大幅延長爐缸壽命，為計劃大修爭取充裕的時間；七是避免鈦礦護爐等其他治理措施造成的煉鐵成本抬升。
2.1.2爐底、爐缸碳磚、陶瓷杯的質(zhì)量和砌筑質(zhì)量的原因分析及措施
國內(nèi)外生產(chǎn)實踐和理論研究表明，炭磚是現(xiàn)有技術(shù)條件下最適合延長高爐爐缸壽命的磚襯，得到了國內(nèi)外高爐的廣泛應(yīng)用。目前常用炭磚主要有微孔炭磚、超微孔炭磚和小塊炭磚。
爐底、爐缸砌筑要嚴格按照施工要求進行砌筑，保持炭磚完整，縫隙達標 (縫隙<1mm)，搗打料要搗打密實，碳素膠泥要涂抹均勻;要加強對現(xiàn)場施工 質(zhì)量的監(jiān)督和檢查。碳磚質(zhì)量、砌筑質(zhì)量的差異也是影響高爐壽命的重要因素。
砌磚爐底爐缸的橫縫雖然影響長壽，但是受重力擠壓后影響小于豎縫對長壽的影響。隨著工程質(zhì)量把關(guān)越來越嚴格，除了個別工程有質(zhì)量問題外，施工質(zhì)量影響也在減少了，而爐底爐缸整體澆筑避免了豎縫的主要影響和橫縫的次要影響，所以，近年來爐底爐缸整體澆筑的高爐越來越多，而用炭磚的越來越少，但是，用炭磚的象腳區(qū)侵蝕問題是有補救辦法的，前面已經(jīng)進行了論述。
因此，高爐生產(chǎn)技術(shù)工作者制定并與工程監(jiān)理和施工方嚴格執(zhí)行《高爐砌筑質(zhì)量驗收標準》，對于施工質(zhì)量嚴格把關(guān)，是決定高爐長壽的其中一個重要因素。
2.1.3高爐操作與維護的原因分析及措施
⑴高爐開爐前的烘爐工作的影響原因分析及措施
高爐開爐投產(chǎn)前，要對高爐進行烘爐。烘爐的目的就是使高爐磚襯、膠泥和搗打料等水分緩慢蒸發(fā)出來，讓磚襯緩慢受熱預(yù)膨脹擠壓密實縫隙，讓炭搗料升溫到干燥溫度具備一定的強度和建立良好的傳熱體系。高爐烘爐效果的差異，也是影響高爐壽命的主要原因之一。
所以，嚴格按照耐火材料廠家提供的烘爐曲線要求的時間進度烘爐是保證高爐長壽的又一個主要的基礎(chǔ)因素。
⑵高爐操作制度的原因分析及措施
高爐操作制度是高爐煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)，科學(xué)合理的操作制度，不但能夠保持高爐長期穩(wěn)定順行，取得良好的經(jīng)濟技術(shù)指標，還有利于形成合理的操作爐型，形成穩(wěn)定的保護性渣皮，起到護爐的作用。
一般長期發(fā)展邊緣的操作制度，爐況穩(wěn)定性較差，爐墻渣皮不穩(wěn)定，風(fēng)口、冷卻壁破 損較多，隱形水流到的地方，極易造成該處的爐缸側(cè)壁碳磚等耐火材料受到侵蝕，形成“象腳狀”侵蝕。爐缸中心活躍，爐芯溫度高的高爐侵蝕狀一般呈“鍋底狀”。 另外，高爐長期的不順行會造成爐墻結(jié)厚或者結(jié)瘤，處理結(jié)厚和結(jié)瘤毀損壞或者影響冷卻壁及耐材壽命的。
綜上所述，保證科學(xué)合理的操作制度及科學(xué)的設(shè)備維護與管理、保持高爐長期穩(wěn)定順行是高爐長壽的技術(shù)和裝備保證。
⑶高爐冷卻制度及冷卻壁質(zhì)量的原因分析及措施
生產(chǎn)實踐表明，高爐冷卻系統(tǒng)對高爐碳磚的長壽與否起著重要的作用。相應(yīng)提高冷卻強度，控制合理的水溫差、有利于穩(wěn)定爐缸熱量場延長高爐使用壽命。反之冷卻強度較低，水溫差較高的情況下，冷卻效果大打折扣，高溫渣鐵將加快對耐材的侵蝕，不利于高爐長壽。
因此，冷卻壁水質(zhì)必須滿足高爐生產(chǎn)的國際標準，且冷卻水流速大于2.5m/s（銅冷卻壁要大于3.5m/s）。只要滿足此流速就不存在冷卻導(dǎo)熱傳導(dǎo)不足的問題，因為,鑄鐵冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)在35W/(m.K)左右(鑄銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)在350W/(m.K)左右,為鑄鐵的10倍左右),遠高于耐火材料微孔炭磚最好的20 W/(m.K)左右的導(dǎo)熱系數(shù)。另外，對冷卻壁的材質(zhì)成分等驗質(zhì)把關(guān)要嚴格按照《高爐冷卻壁驗收規(guī)范》從嚴執(zhí)行。
⑷爐前工作的原因分析及措施
爐前鐵口操作與維護，保持較合理的鐵口深度和完整的泥包，可減緩渣 鐵對鐵口區(qū)域爐墻的侵蝕，反之，鐵口經(jīng)常斷漏、鐵口過淺，會導(dǎo)致高溫渣鐵加快對鐵口區(qū)耐材的沖刷侵蝕。另外，爐底、爐缸耐火材料除受高溫熱震作用外，還受到渣鐵的化學(xué)侵蝕與機械沖刷的破壞。
所以，要求高爐爐前工嚴格執(zhí)行《鐵口維護管理規(guī)定》，實現(xiàn)高爐鐵口正常工作是高爐長壽的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。
⑸爐料的質(zhì)量與入爐有害元素的侵蝕的原因分析及措施
高爐入爐料的質(zhì)量和有害元素對高爐壽命有較大的影響，一般焦炭質(zhì)量好，爐缸中心工作活躍、爐缸邊緣侵蝕較慢，反之，焦炭質(zhì)量較差，鼓風(fēng)動能降低，且高爐長期不順，爐缸中心堆積，爐缸中心死區(qū)溫度低，造成高爐被迫疏導(dǎo)邊緣煤氣流、配加錳礦或者螢石等洗爐劑洗爐，加劇了邊緣侵蝕爐缸側(cè)壁象腳區(qū)。
另外，爐料帶入的鉀、鈉、鉛、鋅等有害元素在爐內(nèi)大量富集，造成碳素沉和化學(xué)反應(yīng)，使耐火材料組織脆化，降低耐材強度。
據(jù)有關(guān)研究資料顯示:高爐內(nèi)耐火材料的侵蝕機理及其所占比例大體為: 堿金屬和鋅侵蝕占40%;CO、H2O等氧化作用占20%;耐磨損性占10%; 導(dǎo)熱性差占10%;熱震損壞占15%;其中堿金屬和鋅對耐材的破壞作用最大。
因此，如果按照國際標準控制高爐鋅負荷（噸鐵入爐ZnO的kg數(shù)）小于噸鐵0.2kg/t（一些企業(yè)放寬了上限，但也不應(yīng)該高于高爐鋅負荷小于噸鐵0.3kg/t，個別民營企業(yè)為了降低采購成本允許小于0.5kg/t不利于長壽），要求（KO+NaO）小于噸鐵0.5kg/t，否則容易造成爐墻上部站街；要求鉛的含量小于0.1kg/t，鉛易還原，但易沉積破壞爐底。另外，要做好每周或者每月鉀鈉鉛鋅平衡表，以利于判斷處理爐況并對采購政策作出及時調(diào)整，以利于爐況順行和高爐長壽。
原燃料強度的影響：一般來說，原燃料強度好（對于1000立方米以上高爐焦炭熱強度60~65%，反應(yīng)性21~26%，普碳鋼冶煉的高爐所使用燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度大于76%（不銹鋼冶煉高爐所用中低鎳鐵燒結(jié)礦47%以上）；對于1000立方米以下高爐焦炭熱強度55~65%，反應(yīng)性23~28%，普碳鋼冶煉高爐所用燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度隨著爐容變化在72~78%之間（不銹鋼冶煉高爐所用中低鎳鐵燒結(jié)礦47%~52%之間），爐容越小承受能力越強，全焦冶煉的比噴吹燃料的承受能力強），有利于上疏導(dǎo)中心煤氣流分布的布料角度，反之亦反。
焦炭的熱強度低了高爐透氣性變差影響順行，太高了沒有必要，反而價格高浪費成本；焦炭反應(yīng)性高了強度難保，過分低了影響C+CO2=2CO的反應(yīng)速率，從而導(dǎo)致下料速度變慢。有些企業(yè)把高低不同的熱強度及高低不同的反應(yīng)性的不同焦炭按照不同的比例使用，使得綜合的熱強度及綜合的反應(yīng)性達到要求的范圍，也能保證了爐況順行。
焦炭粒度、燒結(jié)礦粒度的問題：按照冶金學(xué)原理回歸統(tǒng)計分析結(jié)論：大顆粒級的散料占到總量的65%以上時候，其孔隙度最小，原因是此時的空隙被小顆粒級的填充的最嚴密。在高爐生產(chǎn)過程中，焦炭是高爐下部唯一呈固態(tài)的物質(zhì)，因此，焦炭的粒度對高爐內(nèi)良好的透氣性十分重要，粒度越均勻，粒度范圍愈窄小，高爐內(nèi)料柱透氣性愈好。經(jīng)驗表明，焦炭礦石和燒結(jié)礦的粒度要匹配，焦炭的平均直徑是礦石直徑的3倍時，透氣性最佳。當大型高爐的礦石粒度為10～25mm，則入爐焦炭的平均粒度應(yīng)為50mm左右。
高爐煉鐵實踐已經(jīng)證明：焦炭粒度40~80mm的含量占50~60%即可。小于50%和大于60%都不利于高爐順行。燒結(jié)礦10~16和16~25mm的總量應(yīng)該在50~65%，低于50%或者高于65%都不利于高爐順行。
⑹耐火材料質(zhì)量對高爐長壽影響的原因分析及措施
要求高爐各部位的耐火材料按照施工設(shè)計圖紙說明的要求嚴格執(zhí)行，其中最主要的指標是：熔點（℃）、荷重軟化點（荷重變形溫度℃）、FeO含量這三個指標堆高爐長壽影響最大，其他的指標也必須滿足施工圖紙說明的要求。
必須派駐技術(shù)人員從耐火材料的原料合格采購到生產(chǎn)出廠前的全過程取樣抽合格。
⑺耐火材料形式和施工形式及施工質(zhì)量對高爐長壽的影響分析及措施
從耐火材料形式來看，目前整體澆筑態(tài)勢上升，因為其克服了橫豎峰等影響，但也免不了日常的護爐措施；對于已經(jīng)使用碳磚砌筑的高爐來說，除了日常護爐之外，可通過上述所論述的“爐役末期象腳侵蝕的在線治理方法”彌補不足；從施工質(zhì)量來看，有冷卻壁本體質(zhì)量和其安裝質(zhì)量影響、有耐火材料指標不合格或者施工期間存放時候著水等影響、有施工沒有達到或者勉強達到要求的影響。
所以，耐火材料廠家必須要按照施工圖紙說明的質(zhì)量要求，以及高爐建設(shè)單位（甲方）的驗收標準執(zhí)行到位，確保耐火材料指標達標。高爐建設(shè)單位（甲方）和施工方必須按照施工圖紙要求的說明進行把關(guān)、驗收和安裝、砌筑，特別是建設(shè)高爐單位，要有各類技術(shù)人員組成的專門的質(zhì)量把關(guān)驗收小組，特殊情況，一事一議，并要形成會議紀要備案備查，便于今后對癥下藥采取有效的措施。
⑻生產(chǎn)組織和設(shè)備管理維護對高爐長壽的影響分析及措施
生產(chǎn)組織必須計劃性要強，并有對意外停產(chǎn)休風(fēng)的影響降低到最低程度的協(xié)調(diào)組織能力；設(shè)備計劃檢修、日常點檢、潤滑和維護要嚴格按照制度考核管理，不能由于設(shè)備的問題造成高爐頻繁休風(fēng)而影響其長壽。
2.2高爐護爐的原因分析與措施
2.2.1高爐常態(tài)化護爐的原因分析與措施
大多數(shù)高爐，在爐役前期高爐爐型規(guī)整，采取強化冶煉的措施，因為不能及時發(fā)現(xiàn)爐缸、爐底緩慢侵蝕的狀況，所以，忽略了日常對高爐爐型的維護，往往到了高爐爐缸、爐底溫度升高異常才引起重視。通常采取的措施是：降低冶煉強度、堵住異常部位的對應(yīng)風(fēng)口、提高爐溫控制并配加釩鈦礦和提高冷卻強度等護爐措施。護爐期間，往往因爐溫高、冶煉強度低、鈦負荷高等因素引起爐況波動，不僅完全打亂了高爐生產(chǎn)秩序，往往效果并不理想。爐役已經(jīng)到了末期，錯過了最佳的護爐時機。
鑒于上述原因，提出了常態(tài)化護爐理念，并且近年來已經(jīng)已經(jīng)在多座2000m3左右級高爐上進行了生產(chǎn)實踐。生產(chǎn)實踐表明，高爐通過常態(tài)化護爐形成穩(wěn)定合理的操作型。高爐自開爐期間就開始在爐料內(nèi)常態(tài)化配加含鈦精分。 高爐歷經(jīng)多年來高強度生產(chǎn)冶煉，爐況穩(wěn)定順行，取得良好的經(jīng)濟技術(shù)指標的同 時，達到了風(fēng)口、冷卻壁全年“零”破損的先進記錄，實現(xiàn)了爐缸、爐底溫度非常穩(wěn)定的理想狀態(tài)。
一是通過在燒結(jié)礦或球團礦里配加海沙或含鈦精分，提高入爐鈦負荷。一般入爐鈦負荷控制在6kg/tFe 左右為宜。根據(jù)爐缸爐底多維侵蝕監(jiān)測智能分析系統(tǒng)的情況 進行適量調(diào)整入爐鈦負荷；二是掌控好熱制度與造渣制度，鐵水和爐渣成分的控制范圍：鐵水 [Si]0.2%-0.4%，[Ti]0.08%-0.12%，S:0.01%-0.035%，T鐵:1490℃-1530℃，爐渣堿度:R2:1.22±0.02倍，R3:1.5±0.02倍；三是軟水進出水水溫差控制在1-2℃，控制適宜的進水溫度和冷卻強度；四是采用“復(fù)合型等截面積布料”（平臺+漏斗）裝料制度，發(fā)展中心、抑制邊緣氣流；五是保持適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能（以2500立方米高爐為例，適宜的鼓風(fēng)動能在10000-15000kgm/s），充分活躍爐缸；六是控制有害元素入爐量，根據(jù)生產(chǎn)情況和有害元素排出率進行控制入爐鋅負荷和堿負荷。通過發(fā)展中心氣流提高鋅、堿金屬的排出能力，避免有害元素在爐內(nèi)大量富集；七是改進鐵口耐材質(zhì)量，爐前鐵口通道采用耐高溫、耐腐蝕的硅溶膠納米結(jié)合剛玉料對鐵口通道道進行澆筑，加強爐前管理，維護好鐵口深度，及時出凈渣鐵；八是加強爐內(nèi)工長操作水平，確保爐況長期穩(wěn)定順行，各項參數(shù)控制在合理的要求范圍內(nèi)。
2.2.2必須加強高爐爐缸、爐底實時檢測和護爐
冶金行業(yè)的高爐煉鐵被列為工礦企業(yè)的高危行業(yè)，尤其是高爐爐缸、爐底被安全監(jiān)管部門列入冶金行業(yè)重大危險源之一。倘若發(fā)生爐缸、爐底燒穿安全事故，會嚴重危及企業(yè)人身和財產(chǎn)安全，造成損失巨大，甚至企業(yè)會面臨巨額罰款和停產(chǎn)整頓風(fēng)險。所以鋼鐵企業(yè) 務(wù)必對高爐爐缸、爐底安全進行有效管控，確保高爐生產(chǎn)安全。因此加強高爐爐缸、爐底實時檢測和護爐是保證高爐長壽的主要措施。
現(xiàn)在許多高爐采用了先進的智能化爐缸爐底侵蝕 分析系統(tǒng)，能夠及時反饋并掌握高爐爐缸、爐底侵蝕的實時狀態(tài)，可以通過對高爐操作制度調(diào)整、改善原燃料條件、加釩鈦礦護爐等措施對高爐爐缸爐底進行維護。對高爐生產(chǎn)安全和延長高爐使用壽命有著重大指導(dǎo)意義。其原理一是根據(jù)水溫差和熱流強度的變化情況，實時監(jiān)測渣皮的穩(wěn)定性，間接反映出爐內(nèi)氣流的分布，為高爐操作提 供準確參數(shù)依據(jù)，方便及時調(diào)劑，減免因高爐操作者未能及時判斷渣皮脫 落而對高爐爐溫控制造成影響；二是通過對冷卻壁各部位熱流強度分析，可有效指導(dǎo)爐內(nèi)操作，避免爐腰等部位結(jié)厚情況的發(fā)生；三是采用多維冗余算法，結(jié)合多種熱工參數(shù)(熱電偶、熱負荷、爐殼溫度)， 精確診斷爐缸內(nèi)襯侵蝕狀態(tài)，判斷爐 缸侵蝕的休眠區(qū)及活躍區(qū)；四是對爐缸爐底進行三維網(wǎng)格劃分、物理建模和數(shù)學(xué)建模，建立每個節(jié)點的 三維非穩(wěn)態(tài)傳熱微分控制方程，自動計算和求解爐缸爐底三維溫度場、耐材侵蝕厚度、渣鐵殼厚度以及每個坐 標點的物理坐標、耐材類型、當前溫度、耐材厚度、渣鐵殼厚度；五是耐材導(dǎo)熱系數(shù)自動調(diào)整功能，采用爐缸整體三維傳熱方程測算，非定常導(dǎo)熱系數(shù)，更加符合高爐運行，過程中耐材性能的變化規(guī)律;三維診斷的優(yōu)點:使定解方程相互耦合,能識別凹陷侵蝕 和爐角侵蝕,精度高；六是根據(jù)高爐工藝特點，設(shè)置不同位置 溫度監(jiān)測點的預(yù)警標準，并通過圖標 顏色、文字提示等方式對各溫度監(jiān)測點溫度單點超標情況進行自動預(yù)警。
通過實時檢測，為高爐工作者提供采取對應(yīng)措施護爐的科學(xué)依據(jù)。
3 結(jié)語
⑴高爐長壽問題受到耐火材料質(zhì)量問題及其施工質(zhì)量問題、冷卻壁質(zhì)量及其安裝質(zhì)量問題、高爐生產(chǎn)組織以及工藝技術(shù)操作和設(shè)備等維護管理考核等諸多因素的影響，只有分析清楚原因，才能對癥下藥地采取有效的措施，從而實現(xiàn)高爐長壽的目的。
⑵建議高爐采取智能化檢測系統(tǒng)來保證高爐長壽更加有效地實現(xiàn)長壽目標。