(中冶东方工程技术有限公司，内蒙古 包头 014010)
摘 要：传统高炉设计中的冷却设备与炉衬结构已经不能满足现代高炉长寿的要求，长寿应当靠合理的设计与科学的管理，形成稳定的渣皮才是高炉长寿最有效的技术措施，所以，笔者认为，砖壁合一的薄壁炉衬结构，配以软水密闭循环冷却技术，应是高炉设计的发展趋势。
关键词：高炉；砖壁合一；薄壁炉衬；冷却壁；长寿
中图分类号：TF063+.4 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0162—01
随着高炉冶炼的强化，现代高炉的寿命问题成为炼铁工作者普遍关注的课题。现代高炉的寿命一般要求达到15～20年，甚至20年以上。对于炉缸、炉底而言，由于新技术、新材料及合理砌筑结构的形成与应用，已完全能够满足现代高炉对长寿的要求，而炉腹及其以上区域，传统的冷却设备与炉衬结构已经不能满足现代高炉长寿的需要。成为限制高炉长寿的瓶颈。
因此，必须用新的技术、新的观念来更新高炉设计。形成稳定的渣皮才是延长高炉寿命最有效的方法。砖壁合一的薄壁炉衬结构以及铜冷却壁和软水技术的配合，已广泛普及采用。并取得非常好的长寿效果。
1 砖壁合一的薄壁炉衬结构的布置形式
砖壁合一的薄壁炉衬结构主要运用范围是炉腹及其以上区域，归纳起来，有两种结构形式。
1.1 第一种为全铸铁冷却壁形式：从炉腹至炉身中、上部冷却壁全部为砖壁合一冷却壁，材质为球墨铸铁，无凸台设计，内衬直接镶嵌在冷却壁中，炉身最上部采用2～3段倒Ｃ型光面冷却壁，材质为耐磨铸铁或灰口铸铁。在炉腹、炉腰和炉身下部，由于热负荷、热震性较大，设计采用双层水冷管冷却壁。并在炉体内侧再砌筑或喷涂一层耐火材料，作为开炉时的保护层。该种形式一般用于中小型高炉。
1.2 第二种为铸铁冷却壁和铜冷却壁混合形式，铸铁冷却壁布置与第一种方式基本一致，而在炉腹、炉腰、炉身下部采用铜冷却壁。铜冷却壁由于导热性好，抗热负荷冲击能力强，采用单层冷却即可满足要求。该种形式多用于大型高炉。
铜冷却壁与球墨铸铁冷却壁相比较有以下优点：铜冷却壁在工作温度下导热系数是球墨铸铁的10余倍，综合导热系数比球墨铸铁冷却壁高45倍。250℃为最高工作温度，在150℃时可长期工作。现场测量正常工作在100℃以下。在渣皮脱落的情况下，壁体热面温度9min达到最高170℃，再用11min渣皮完全形成，壁体恢复到正常温度，整个周期20min，铸铁则需几个小时。显然铜冷却壁的使用可以显著提高高炉寿命。当然，铜冷却壁的价格是球墨铸铁冷却壁价格的10倍，虽然前期投入多些，但是在使用中增产生铁的效益和减少休风的隐形效益，再加上寿命的提高。长远效益是非常高的。球墨铸铁冷却壁虽然没有铜冷却壁好，但其结构
形式及冷却能力仍较传统模式先进的多。
2 砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内型
砖壁合一的薄壁炉衬高炉由于内衬很薄，在实际生产中，不管内衬的侵蚀与否，其内型变化不大，设计内型就是高炉一代炉役的操作内型，正因为如此，砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内型设计与传统内衬结构高炉的内型有很大不同。对传统高炉而言，由于内衬厚，在实际生产中，内衬侵蚀后实际工作炉型与设计炉型有很大差别，设计时炉腹及炉身角相对较大，而真正的最佳内型是在生产后2～4年的实际内型，这时高炉内型的特点是：炉腰扩大，炉身及炉腹角变小、实际高径比相对降低，此时，高炉生产顺行，容易接受风量，喷煤效果好，焦比低、产量高。因此，在砖壁合一的薄壁炉衬高炉的设计中，要适当扩大炉腰直径，缩小炉腹
及炉身角，设计中炉身角一般控制在81°30″～83°，炉腹角一般控制在75°～80°。
3 砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内衬
在欧洲许多国家，由于原料条件好，操作管理水平高，把砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内衬材料看的并不重要，不少高炉的内衬仅是一层50～100mm厚的喷涂料。但在国内，由于原料条件差，操作管理水平不高，特别是开炉初期，炉况波动大，渣皮不稳定，这时若有一定厚度的内衬，对冷却壁初期的保护是有利的。另一方面，砖衬虽然寿命不长，但若选择材质和结构合理，仍可维持2～3年，所以对于砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内衬还是要给予一定的重视，根据内衬破损机理，有针对性的选择耐火材料。
炉腹区域内衬的破损机理主要是冲刷、侵蚀。要求该区域耐火材料应有很好的抗侵蚀、抗冲刷能力。赛隆刚玉、铬刚玉等刚玉砖具有抗压、抗折、抗侵蚀、抗冲刷、抗热震能力强的优点，因此在此区域采用刚玉材料是比较合理的。
炉身中下部及炉腰区域，除机械冲刷和化学侵蚀外，热震也是破坏内衬的重要因素，赛隆SiC砖具有导热性高，抗抗热震、抗冲刷、抗侵蚀能力强等特点。因此在此区域采用材料是比较合理的。但是，炭质材料都有不宜挂渣的缺点。因此在该区域采用此类材料，还需镶嵌一定数量的陶瓷材料，效果会更好。
炉身中部，除机械冲刷外，热震是破坏内衬的最主要因素，Si3N4-SiC砖和烧成微孔铝炭砖具有很高的抗热震性，同时具有较强的抗冲刷性能，使用效果比较好。炉身上部主要破坏机理是机械冲刷和碱金属破坏。一般采用磷浸粘土砖或AI2O3-SiC砖。
砖壁合一的薄壁炉衬高炉的内衬砖，直接镶嵌在冷却壁上，砖的尺寸高一般在150～200ｍｍ之间，厚一般在150～250ｍｍ之间，宽一般在100～150ｍｍ之间较为合适。
4 砖壁合一的薄壁炉衬高炉的支撑技术
砖壁合一的薄壁炉衬高炉还必须有一系列相关技术作为支撑，这些技术主要有：
4.1 软水密闭循环冷却技术：再好的冷却壁及内衬结构，如果没有好的冷却介质及合理的冷却系统作为支撑，长寿都是一句空话。对于砖壁合一的薄壁炉衬高炉而言，软水冷却是其唯一选择，因为砖壁合一冷却壁为了做到无过热化，水管直径很大，且高热负荷区采用双层冷却，若采用工业水冷却水量将比软水冷却大出很多，且工业水结水垢后，对冷却壁的破坏非常大。
4.2 冷却壁制造技术：不管是铸铁冷却壁还是铜冷却壁，其制造难度均较常规冷却壁高的多。对于铸铁冷却壁而言，除了常规的防渗炭技术和球墨化技术外，还有大直径钢管的弯制技术、冷却壁整体及局部精度控制技术，内衬热镶技术等。缺少任何一项，都不能满足铸铁冷却壁的制造要求。对于铜冷却壁其制造难度更大，世界上也只有个别厂家可以制造。我国目前也只有个别厂家生产。因此冷却壁的制造技术也是砖壁合一的薄壁炉衬高炉的技术支撑之一。
4.3 冷却壁的固定技术。由于内衬薄，冷却壁从一开始就基本处于强热负荷状态，因此冷却壁的热膨胀较大，解决好冷却壁水冷管与炉壳开孔间的相对位移显的尤为重要，传统冷却壁一般采用四点螺栓固定，实际生产中，一定数量的冷却壁因为水冷管剪断而引起破坏，砖壁合一的冷却壁的固定方式，采用固定点、滑动点、及浮动点相结合的固定方法，根据各水管膨胀位移量的不同，分别设置波纹膨胀器和变形套管，彻底杜绝水管被剪断现象的发生。另外一些支撑技术还包括冷却壁温度的实时监测，冷却水温度及高炉热负荷实时监测等许多相关技术。只有众多支撑技术共同作用，才能发挥该结构的技术优势。
5 结语
随着我国经济的跨越式发展，对钢铁需求的不断增加，传统高炉结构已不能满足现代高炉的寿命需求，砖壁合一的薄壁炉衬高炉技术由于其能显著提高高炉寿命，必将同软水密闭循环冷却、铜冷却壁成为现代高炉发展的主流趋势。
［参考文献］
［1］ 向钟庸，王筱留.高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践［M］.北京：冶金工业出版社，2007.
［2］ 周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京：冶金工业出版，2002.
