高爐的長壽技術(shù)在70年代以后得到了很大發(fā)展，如日本在70年代新建和改建的高爐壽命大都在10年以上，最長的是日本川崎千葉6號高爐（內(nèi)容積4500m3)，于1977年6月投產(chǎn)，到1994年11月以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了17年零4個(gè)月，創(chuàng)造了大型高爐長壽的世界記錄，其壽命有望達(dá)到20年以上。西歐和日本70年代后建的其它高爐壽命也都在10年以上。八十年代以來我國在高爐長壽技術(shù)上也有了很大提高，現(xiàn)在也有一批高爐的壽命已有或?qū)⒁_(dá)到8－10年的水平。如寶鋼1號高爐、梅山1、2號高爐壽命都已達(dá)到或超過8年。
“八五”期間我國高爐的設(shè)計(jì)壽命為8年，“九五”我國高爐壽命的目標(biāo)為12－15年，因此，應(yīng)用成熟可靠的高爐長壽技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。
高爐長壽技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，它與冷卻介質(zhì)，冷卻器，耐火材料，合理的設(shè)計(jì)，施工，高爐的操作與維護(hù)及穩(wěn)定的原燃料條件等密切相關(guān)。
一、高爐長壽技術(shù)的應(yīng)用
高爐長壽技術(shù)在我國已得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，如目前我國新建和改建的高爐大都采用了軟水冷卻技術(shù)、第三代或第四代冷卻壁、在關(guān)鍵部位采用優(yōu)質(zhì)耐火材料，如在爐缸爐底采用UCAR的小塊炭磚和陶瓷杯等，爐身下部、爐腰、爐腹采用碳化硅磚、在操作上以認(rèn)識到了操作與長壽的關(guān)系。
1.冷卻設(shè)備與冷卻系統(tǒng)
冷卻設(shè)備的長壽是高爐長壽的關(guān)鍵，大約在1884年，為延長高爐壽命開始對高爐爐殼采用水冷技術(shù)，從那時(shí)起直到原蘇聯(lián)人發(fā)明了冷卻壁，為延長高爐壽命而采用的冷卻方式主要是爐殼外部噴水和冷卻板。
目前高爐所采用的冷卻器主要有冷卻板、冷卻壁部分高爐在爐缸 采用爐殼外部噴水冷卻。
（1）冷卻板
在冷卻壁應(yīng)用之前，高爐風(fēng)口區(qū)及其以上的爐體部位主要依靠冷卻板（或冷卻箱）冷卻。
冷卻板是呈棋盤式布置插入爐內(nèi)的，相鄰兩塊間的水平距離通常為冷卻板寬的兩倍，其層距雖著高度向上由300mm到600mm或更大。冷卻板的制造形式也有鑄鐵冷卻板、鋼制（焊接）冷卻板、銅制冷卻板、銅制冷卻板有單室單通道、單室雙通道和雙室六通道。冷卻板的冷卻特點(diǎn)是每塊冷卻板單獨(dú)冷卻其覆蓋的爐殼表面積。冷卻板與爐襯則是相互支持和相互依存的關(guān)系。
我國寶鋼1號高爐所采用的冷卻板是非常成功的。在冷卻板安裝結(jié)構(gòu)、氣密性、膨脹補(bǔ)償、更換方便和維持到爐役末期的能力方面都較好。
由于銅冷卻板投資高，因此國外用冷卻板冷卻的高爐，在爐身的中部和上部采用鋼制冷卻板（箱），以降低投資。
80年代后期我國引進(jìn)了軟水和新型冷卻壁技術(shù)，所上高爐大都是冷卻壁冷卻型。但是由于我們的操作過于追求產(chǎn)量，發(fā)展邊緣，使冷卻壁凸臺過早損壞。這種情況的發(fā)生使我們回過頭來對冷卻板有了新的認(rèn)識。如本鋼4號高爐大修，采用了板璧結(jié)合形式，在爐腹?fàn)t腰爐身下部用冷卻板代替冷卻壁的凸臺，起支撐磚的作用，避免了由于熱應(yīng)力損壞凸臺，導(dǎo)致磚襯剝落的可能，其使用情況很好。所以，目前有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，最合理的冷卻結(jié)構(gòu)是板璧結(jié)合形式。
冷卻板有固定式和可更換式。固定式一旦損壞難以更換，但可在圓周上滿布置，可更換式損壞后可以更換，圓周不能滿布置，對磚襯的支撐效果差。我國梅山1、2號高爐所采用的冷卻板均為固定式。其高爐壽命已超過8年。
（2）冷卻壁
冷卻壁應(yīng)用于高爐風(fēng)口以上部位原始于蘇聯(lián)，其后世界各地相繼引進(jìn)蘇聯(lián)專利，并逐步改進(jìn)發(fā)展。我國于50年代開始在高爐上采用冷卻壁，目前除個(gè)別高爐外，冷卻壁已廣泛地用于高爐各個(gè)部位。就世界范圍而言，冷卻壁冷卻的高爐數(shù)目已超過半數(shù)。采用冷卻壁可對高爐進(jìn)行全爐冷卻，并且其熱損失比冷卻板冷卻時(shí)小，冷卻壁冷卻的高爐內(nèi)型比較平滑，有利于合理的爐料分布和順行。
日本新日鐵公司1969年引進(jìn)蘇聯(lián)冷卻壁專利以來，對冷卻壁做了多次改進(jìn)，目前已發(fā)展到根據(jù)高爐不同部位的需要，分別采用不同結(jié)構(gòu)的冷卻壁。該公司從引進(jìn)原蘇聯(lián)冷卻壁（第一代）經(jīng)歷了第二代，第三代發(fā)展到目前的第四代冷卻壁。第四代冷卻壁將冷卻壁與爐襯結(jié)合為一體，并增加了背部蛇形管和角部管冷卻，使每塊冷卻壁的水管數(shù)目達(dá)到10根（第一代冷卻壁為4根）。第四代冷卻壁將“璧”與“襯”合二而一，二者互相保護(hù)，互相依存。冷卻水管的增加使冷卻更加均勻，大大延長冷卻壁的壽命。
我國“七五”所建的一批高爐基本上采用第二代冷卻壁結(jié)構(gòu)，材質(zhì)采用鐵素體基球墨鑄鐵。“八五”期間建的高爐在關(guān)鍵部位采用第三代冷卻壁，其材質(zhì)仍為鐵素體基球墨鑄鐵。
第四代冷卻壁的制造難度大，目前我國寶鋼已引進(jìn)日本的第四代冷卻壁制造技術(shù)，已為寶鋼和鞍鋼提供了冷卻壁，其缺點(diǎn)是價(jià)格太高。
西德在高爐上進(jìn)行了銅冷卻壁的試驗(yàn)，結(jié)果非常令人滿意。1978年德國MAN GHH與THYSSEN公司合作，開發(fā)一項(xiàng)具有重大改進(jìn)的高爐銅冷卻壁。如前所述，冷卻板是單獨(dú)地冷卻其覆蓋爐殼區(qū)域，其優(yōu)點(diǎn)是可更換，冷卻壁是冷卻全爐殼，但不宜更換。
德國人經(jīng)過詳細(xì)的討論后認(rèn)為，冷卻壁冷卻全爐殼的優(yōu)點(diǎn)站主要地位，其不可更換的缺點(diǎn)是可以通過設(shè)計(jì)一種特別長壽的冷卻壁來克服的，就是說，此種冷卻壁的壽命應(yīng)在30－50年。
德國人認(rèn)為，如此長壽的冷卻壁采用鑄鐵是不行的，日本的第四代冷卻壁也難以適合如此長壽的要求，因?yàn)槔鋮s壁冷卻水管的防滲碳層也是一層隔熱層，使冷卻壁的溫度梯度增大，因而增大冷卻壁裂紋的可能。
要使冷卻壁達(dá)到上述要求，有兩個(gè)問題必須解決，一是冷卻壁材質(zhì)，二是隔熱層。德國人的做法是采用250mm厚的軋制銅板，直接在銅板上鉆制水孔。試驗(yàn)是在一個(gè)2000m3級的高爐上進(jìn)行的，在一代爐役（10年）中，冷卻壁損失最嚴(yán)重部位為3毫米，每年平均損失0.3毫米，由此結(jié)果可得出，銅冷卻壁的壽命達(dá)到30－50年是沒有問題的。該公司目前正在進(jìn)行更經(jīng)濟(jì)的銅冷卻壁試驗(yàn)，將冷卻壁厚由原250減到145，大大減少了成本費(fèi)用。
該公司設(shè)計(jì)的銅冷卻壁與鑄鐵冷卻壁相比，在價(jià)格上鑄鐵冷卻壁比銅冷卻壁便宜30％，但銅冷卻壁的壽命卻要比鑄鐵冷卻壁長幾倍。
另外，鋼制冷卻壁的研究也是大有可為的，鋼冷卻壁可避免冷卻水管的滲碳問題，其機(jī)械性能也優(yōu)于鑄鐵冷卻壁，價(jià)格與鑄鐵冷卻壁相當(dāng)。
銅冷卻壁和鋼冷卻壁的試驗(yàn)研究目前在我國業(yè)正在進(jìn)行，其試驗(yàn)已在高爐上進(jìn)行，希望不久會有滿意的結(jié)果。
（3）風(fēng)口冷卻設(shè)備
過去我國高爐風(fēng)口壽命很短，自從80年代后期，消化移植應(yīng)用寶鋼的貫流式風(fēng)口技術(shù)以來，風(fēng)口壽命已有大大延長，目前在大中高爐上所采用的貫流風(fēng)口壽命可達(dá)一年以上。我國目前的貫流式風(fēng)口是單進(jìn)水單出水的結(jié)構(gòu)形式，頭部小室，后部為螺旋狀通道。
西德和日本的高爐目前有的采用雙進(jìn)雙出的雙腔風(fēng)口，此種風(fēng)口的水量較大，但阻損小，故與貫流式風(fēng)口相比動能消耗大致相同。
2.冷卻系統(tǒng)
冷卻器是靠冷卻介質(zhì)來冷卻的，因此，冷卻介質(zhì)的可靠性是非常重要的，在八十年代以前，我國未引進(jìn)軟水技術(shù)，高爐的冷卻采用工業(yè)水，水質(zhì)差，水管易結(jié)垢，造成冷卻效果差，冷卻壁損壞快。八十年代后，我國引進(jìn)軟水以來，高爐冷卻介質(zhì)有了很大進(jìn)步，在可靠性和節(jié)能節(jié)水方面都有了很大進(jìn)步。國內(nèi)和國外的理論和實(shí)踐都充分證明采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)是高爐可靠的冷卻系統(tǒng)，也是節(jié)能節(jié)水的。
軟水冷卻系統(tǒng)在國外發(fā)展有幾十年的歷史，西德的高爐大都采用軟水作為冷卻介質(zhì)，而日本多采用純水作為冷卻介質(zhì)。在我國，北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院最早在太鋼3號高爐爐腰和下部爐身四段冷卻壁采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，繼而在國內(nèi)率先在唐鋼、宣鋼、邯鄲的1260m3高爐和太鋼的1350m3高爐上全部爐墻冷卻壁采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，目前我國新建和改建的高爐大都采用這一技術(shù)。
軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，有下列優(yōu)點(diǎn)：
a、冷卻可靠性好。采用軟水冷卻水管不會結(jié)垢，因而它會保持始終如一的冷卻效果，此外還可根據(jù)需要，維持在較高的欠熱度下工作，爭加可靠性。
b、水量消耗少。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)中沒有任何水的蒸發(fā)損失，流失也極少，因此，系統(tǒng)的水量消耗極少，正常補(bǔ)水量僅為系統(tǒng)總量的0.1%。
c、動力消耗低。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)與工業(yè)水開路不同，其水泵的工作壓力取決于膨脹罐內(nèi)的充N2壓力，而水泵揚(yáng)程是由系統(tǒng)的管路阻力損失而決定的，冷卻水的靜壓頭能夠得到充分利用。
d、管路腐蝕小，冷卻設(shè)備檢漏方便。
在我國目前的情況下，熱交換器的價(jià)格比冷卻塔高，因而，軟水冷卻的投資比開路投資高些。
在冷卻環(huán)路上，西德GHH和日本新日鐵的做法有所不同，西德GHH的做法是全爐冷卻壁為一個(gè)環(huán)路，從下串到上，不能根據(jù)各部位的熱負(fù)荷不同來調(diào)整水量，冷卻水工作壓力較高，管路比較簡單。新日鐵的做法是將系統(tǒng)分為本體系和強(qiáng)化系，本體系和強(qiáng)化系又分為四個(gè)區(qū)，強(qiáng)化系又分為三個(gè)段，分別可以根據(jù)，各個(gè)部位熱負(fù)荷的變化來調(diào)節(jié)各部分的水量，所有冷卻系統(tǒng)盡量降低水壓，如有冷卻壁損壞，讓爐氣進(jìn)入水系統(tǒng)，可方便檢漏。
我國由于是引進(jìn)西德技術(shù)，所以冷卻系統(tǒng)與西德相似，但是寶鋼3高爐和武鋼3200m3高爐在冷卻系統(tǒng)上與西德已有不同，已將冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)和分段。
3.爐襯耐火材料
耐火材料質(zhì)量的好壞是高爐壽命的重要因素，八十年代以前，國內(nèi)高爐耐火材料的研究很少，一般都是采用高鋁磚，粘土磚和普通炭磚砌筑，高爐壽命較短，一代爐役需進(jìn)行2－3次中修。
國外從七十年代開始就對高爐耐火材料進(jìn)行了大量的研究試驗(yàn)，成功地開發(fā)了多種新型高爐耐火材料，使高爐壽命大大延長，出現(xiàn)了十年至十五年的長壽高爐，最典型最成功的是用于爐身爐腹?fàn)t腰的Si3N4結(jié)合的SiC磚，用于爐缸爐底的微氣孔炭磚，如日本的G-11，BC-5，BC-7S，法國的AM-102，AM-101，美國的NMA，NMD，NMS熱壓小塊炭磚，這些都是很好的高爐用耐火材料，特別是美國的熱壓小塊炭磚在我國已有10多座高爐使用。
近幾年法國SAVOIE公司又開發(fā)了陶瓷杯技術(shù)，在爐缸爐底炭磚爐襯內(nèi)砌一層導(dǎo)熱性低的陶瓷質(zhì)耐火材料，阻止熱量向外傳遞，保護(hù)炭磚，從而達(dá)到延長爐缸、爐底壽命的目的，目前國內(nèi)已有幾座高爐使用。
高爐爐身下部、爐腹及爐腰內(nèi)襯的壽命目前已成為影響高爐長壽的重要環(huán)節(jié)，在這一部位采用的Si3N4結(jié)合的SiC磚效果很好，近幾年國外又開發(fā)了SIALON結(jié)合的碳化硅磚和SIALON-Si3N4結(jié)合的碳化硅磚，使用量在逐年增加。
八十年代后，我國高爐耐火材料的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)逐漸得到了重視，現(xiàn)已取得了很大的成績，開發(fā)了一些新型高爐用耐火材料。如,Si3N4結(jié)合的SiC磚用于爐身爐腹?fàn)t腰效果很好。另外，大塊半石墨質(zhì)、石墨質(zhì)微孔炭磚的開發(fā)，目前已成功，現(xiàn)已進(jìn)入批量試制和在高爐上試用階段。性能指標(biāo)基本達(dá)到國外水平的SIALON制品目前也已由洛陽耐火材料研究院研制出。可用來代替Si3N4結(jié)合的SiC磚用在爐身下部、爐腹、爐腰。近年來我國還開發(fā)了許多國外沒有的中國獨(dú)創(chuàng)的耐火材料，如自培炭磚、半石墨化自培炭磚及微孔鋁炭磚、不燒鋁炭磚等。
根據(jù)高爐不同部位，選擇性能不同的優(yōu)質(zhì)耐火材料，使高爐壽命延長，目前，由于耐火材料影響高爐壽命的部位主要有爐底、爐缸及爐身下部、爐腰、爐腹部位。根據(jù)前面所述，這些部位的耐火材料選擇范圍可概括如下：
第一，爐底、爐缸部位：爐底、爐缸的耐火材料有日本的大塊微孔炭磚，如G-11、BC-5、BC-7s，法國的AM-102、AM-101，美國的熱壓小塊炭磚NMA，國內(nèi)可供選擇的優(yōu)質(zhì)耐火材料有新開發(fā)的微孔炭磚，對中小高爐國內(nèi)已有用自培炭磚的經(jīng)驗(yàn)。另外，法國的陶瓷杯是可與上面所述的炭磚結(jié)合的，砌筑在炭磚內(nèi)側(cè)的陶瓷砌體，它可防止鐵水侵入炭磚表面，從而達(dá)到保護(hù)炭磚的目的，其特點(diǎn)是低導(dǎo)熱率。
第二，爐身、爐腰、爐腹：這一部分可供選擇的耐火材料有，Si3N4結(jié)合的SiC磚，SIALON-Si3N4結(jié)合的碳化硅磚，美國的熱壓小塊炭磚NMD、NMS，鋁炭磚，目前我國使用最多的是Si3N4結(jié)合的SiC磚，SIALON-Si3N4結(jié)合的SiC磚國內(nèi)還處于開發(fā)試用階段。
4.高爐爐襯修補(bǔ)技術(shù)
高爐的修補(bǔ)技術(shù)在國外已有了非常成功的經(jīng)驗(yàn)，是高爐長壽的關(guān)鍵技術(shù)之一。國外高爐壽命都在10年以上，長的達(dá)17年以上，這與他們不斷對高爐爐襯進(jìn)行修補(bǔ)是分不開的。國外的長壽高爐已普遍采用了修補(bǔ)技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是不需停爐拆修，只需短期休風(fēng)即可完成。如韓國蒲項(xiàng)3號高爐，內(nèi)容積3795m3，在1986年9月用4天時(shí)間進(jìn)行了修補(bǔ)，使原來約7年的壽命延長到約10年。
對高爐修補(bǔ)后帶來的直接效果是改進(jìn)了布料和煤氣利用，降低了熱損失，改善了順行穩(wěn)定了爐況，從而使產(chǎn)量提高燃料比降低。
高爐的修補(bǔ)方法目前也有多種，如壓力灌漿法、爐外長槍噴補(bǔ)、爐內(nèi)升降平臺噴補(bǔ)及遙控噴補(bǔ)等。在修補(bǔ)前在爐殼上增加冷卻柱，冷卻水管等冷卻器，可加強(qiáng)對噴補(bǔ)料的支撐、固結(jié)和冷卻，使修補(bǔ)效果更好。
高爐修補(bǔ)技術(shù)目前在我國還沒有得到很好的開發(fā)和利用，今后應(yīng)以高爐爐襯修補(bǔ)技術(shù)作為高爐長壽的重要措施之一，利用定期或不定期休風(fēng)進(jìn)行高爐內(nèi)襯修補(bǔ)，使高爐長壽。
我國梅山利用圓柱形冷卻器來修補(bǔ)冷卻壁的方法也是很好的，即保證了冷卻強(qiáng)度的要求，又保證了冷卻壁不再向爐內(nèi)漏水。
5.高爐長壽的操作與完備的監(jiān)測系統(tǒng)分不開
高爐要長壽離不開穩(wěn)定的生產(chǎn)，而穩(wěn)定的生產(chǎn)又和高爐生產(chǎn)的操作人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和操作技能分不開?，F(xiàn)代大型高爐是一個(gè)黑匣子，人們只有通過現(xiàn)代的監(jiān)測手段才能了解高爐的內(nèi)部情況?，F(xiàn)代高爐的設(shè)計(jì)也都具備了完善的監(jiān)測手段，和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，為操作人員增加了耳目，操作人員可根據(jù)所獲的數(shù)據(jù)及時(shí)掌握爐內(nèi)情況，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理問題，防止更大事故發(fā)生。各種數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)的采用會使操作人員的判斷更加敏捷與準(zhǔn)確。
二、高爐長壽的經(jīng)濟(jì)效益
高爐長壽對整個(gè)鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。我國高爐的壽命目前大都為6－8年，期間還要進(jìn)行1－2次中修，每次中修大約用90天，以一座3200m3高爐為例，一次中修高爐將少產(chǎn)鐵51.8萬噸，損失利稅及檢修費(fèi)約3.28億元，如將高爐壽命從6－8年延長到15年，中間又減少一次大修，而一次大修的費(fèi)用對3200m3高爐來說，易地大修按目前的價(jià)格至少要約8億元，再加上停爐減產(chǎn)的損失，其損失將達(dá)18億元左右。由此可見，高爐長壽的經(jīng)濟(jì)效益是很明顯的。
三、今后對策
“九五”期間我國高爐壽命以15年為目標(biāo)，高爐工作者應(yīng)在認(rèn)真貫徹“優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽”方針的基礎(chǔ)上，在高爐長壽方面做好如下工作：
1)進(jìn)一步完善精料技術(shù)，做到入爐原燃料穩(wěn)定，波動小，保證高爐穩(wěn)定運(yùn)行。
2)采用冷卻板的高爐，在關(guān)鍵部位應(yīng)采用銅制雙室六通道冷卻板，以加強(qiáng)冷卻效果。
3)用冷卻壁的高爐，在關(guān)鍵部位應(yīng)采用銅冷卻壁或第四代、第三代冷卻壁，并配合使用鋼冷卻壁和鑄鐵冷卻壁。
4)盡快完成銅冷卻壁和鋼冷卻壁的工業(yè)設(shè)計(jì)。
5)進(jìn)一步發(fā)展高爐內(nèi)襯修補(bǔ)技術(shù)，把高爐修補(bǔ)技術(shù)作為延長高爐壽命的關(guān)鍵措施之一。
6)在關(guān)鍵部位使用優(yōu)質(zhì)耐火材料，即在爐底、爐缸、爐身下部、爐腰、爐腹部位使用國產(chǎn)或進(jìn)口優(yōu)質(zhì)耐火材料。
7)加速我國自己的耐火材料的研制工作，開發(fā)出國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)耐火材料，以取代進(jìn)口耐火材料。
8)提高操作人員的水平，操作人員通過計(jì)算機(jī)所獲的數(shù)據(jù)，應(yīng)能對高爐做出準(zhǔn)確、敏捷的判斷、處理。
9)進(jìn)一步完善軟水冷卻技術(shù)和檢漏技術(shù)。
10)加強(qiáng)施工監(jiān)理工作，提高施工質(zhì)量。
11)加強(qiáng)對爐體冷卻設(shè)備和爐襯的管理，做到及早發(fā)現(xiàn)，及早處理，及早修補(bǔ)。
12)發(fā)展計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，發(fā)展數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)。