高炉炉缸寿命的长短决定了高炉一代炉役的周期。高炉生产中只要炉缸不出现险情就可继续生产，炉缸以上干区无论出现冷却壁烧坏或炉皮开裂等毛病都可以通过短期抢修来保证继续生产，有的还可修旧如新。而炉缸出问题则不行，一旦温度超限，采取措施不见效果，就必须停炉大修，否则有烧穿的危险。因此，高炉大修周期由炉缸寿命来决定。

　　近年来，我国高炉炉缸寿命得到大幅度的延长，出现一批10年~19年的长寿高炉。高炉长寿命为国民经济建设和节能减排做出了巨大的贡献，但发展不平衡，还有很多高炉达不到设计寿命，甚至不断发生炉缸烧穿事故，给企业安全、生产经营带来严重的损失。笔者结合鞍钢新3号高炉和国内外一些高炉炉缸烧穿的实际，提出延长高炉炉缸寿命结构上的一些问题，与读者展开讨论。

　　问题之一：炉缸炉壳结构

　　一批1080m3高炉开炉不久，环炭温度急速升高，两年内多座高炉炉缸烧穿，数座高炉被迫2年多就大修炉缸。这批高炉的炉缸是在早年低冶炼强度、低寿命的750m3高炉结构上减薄炉衬演变而成的。炉缸炉壳是直圆柱筒，到风口上扩径成炉腹，这种结构极易造成炭砖上浮和砖缝变大，一旦钻入铁水和Zn蒸汽，环炭温度开炉不久就会升高。究其原因，炭砖的比重为1.55t/m3，而铁水比重是7.6t/m3，相差近5倍，这样，铁水对炭砖起到向上浮的推力作用，炭砖不往上浮就得靠砖与冷却壁之间的磨擦力。这种磨擦力与铁水浮力方向相反且力量较大，好像一块轻质木头漂在水上一样。上世纪80、90年代也曾数次遇到高炉炉底炭砖整体漂浮而炉底烧穿的事故。正确的结构应是从炉底板开始炉缸炉壳是个圆锥型，向上缩小，炉壳给炭砖一斜面向下的分力来约束，限制炭砖上浮。大型高炉炉缸壳体基本上是圆锥台型，中小高炉则忽视了这个问题。

　　另一个问题是，炉缸炉壳有一个向内缩小的拐点来收缩，但收缩位置在风口段下方，太高，起不到作用。曾有数座1780m3高炉开炉2.5年后温度急烈攀升至近900℃甚至出现炉缸烧穿。有同志认为，这是因为炭砖质量不好，施工质量差，冶炼强度过高，有害杂质超标。笔者认为这不全面，这种炉壳结构不佳也应是主要原因之一。

　　为此，建议凡新建或大修高炉，炉壳收缩变径应从炉底满辅炭砖中上部开始收缩，风口段有一段直段后至炉腹处再扩径，如果风口段砖衬太薄，易烧坏炉腹冷却壁冷面水管。

　　问题之二：炉缸炭砖砖衬结构

　　炭砖厚度减薄应有度。笔者认为微孔或超微孔材质的炉缸环炭炭砖厚度最薄处不应小于1000mm，炉底炭砖不能小于2000mm。有两家企业的1780m3高炉，同一张图纸的结构，同一家的超微孔炭砖，陶瓷垫处即象脚区炭砖厚200mm的炉子投产5年多才出现该处温度升高至600℃，而薄200mm的高炉开炉仅2.5年就升至近900℃。因此，减簿要有度。

　　大块炭砖砌筑的炉缸环炭应消除水平通缝。炉缸环炭结构的高炉，其大块炭砖采用水平通缝，铁水和Zn蒸汽易钻到靠近冷却壁处，导致插入300mm的电偶温度升高或无先兆迹象的炉缸烧穿。这种结构的炉子在我国居多，加之炭砖不断减薄，应引起行业的重视。鞍钢10号高炉（2580m3）在14年生产中炉缸没有任何温度升高等险情，其采用大块与小块炭砖复合砌筑，小块半石墨砖紧贴冷却壁砌筑，炭捣料层移至大、小块炭砖之间，进而消除了水平通缝，为鞍钢高炉长寿开创了好局面。因此，当前全大块炭砖砌筑的水平通缝应加以优化。

　　坚持设计好传热的顺序。在炭砖等耐材结构上应坚持炉底砖衬由下至上，导热系数由大到小；环炉缸耐材由冷面至热面，导热系数也应由大到小，防止中间层的热量积累。目前尚有不少高炉做不到这点，有的甚至存在热阻层，炉内热量不能顺利导出，砖衬温度必然高。

　　高度关注炭捣料的材质与施工质量。我国采用大炭砖砌筑的高炉为消除三角缝，多在炭砖与冷却壁之间用炭素捣料捣实来实现热量传递，炭砖导热系数为15w左右，铸铁冷却壁导热系数多在35w水平。如果冷却壁与炭砖之间的捣料层的导热系数小于15w，则形成阻热层，热量导不出去，炭砖层内温度就升高。应注意以下几点：一是炭捣料一定要做到在100℃~200℃时的导热系数大于其热面炭砖的导热系数；二是注重炭捣层的施工质量，400mm厚砖层捣料每次添加厚度应在100mm~120mm，捣实验收后再添加一层，再捣实；三是努力开发高导热、低价格、易施工的浇注料。

　　问题之三：冷却水与冷却器结构

　　冷却水质。黄河以北地区的地表水硬度高，受热后暂时硬度析出造成管壁内结垢，冷却器的冷却效果降低或失去了冷却作用，甚者水管堵塞，因此，不能直接引用，应变成软水或除盐水（工业纯水、软水应有防腐措施，除盐水要有脱氧措施）。长江、珠江流域水质硬度低一些，但近年来硬度也上升到220左右，因此，高炉冷却水建议不再直接采用工业水，应加以处理后再应用，目前，尚有不少企业对此缺少认识和监控。

　　冷却壁与冷却比表面积。鞍钢新3号高炉与宝钢3号、4号高炉炉缸所用耐材及结构为同一家生产的，且都是小块炭砖结构。宝钢3号高炉创造了19年长寿命的典范，而鞍钢新3号高炉开炉2.7年就发生了炉缸烧穿事故，宝钢4号高炉也只生产了9年。是什么原因造成这么大的差别？宝钢3号、4号高炉的操作水平、冶炼强度、用料结构及稳定性、施工质量等可以说应当是相同的，国内外属一流，也找不出不足之处。差在什么地方？表1中列出3座高炉的冷却壁结构及冷却比表面积。

　　宝钢3号高炉的冷却比表面积是宝钢4号高炉第一代、鞍钢新3号高炉第一代的两倍多，表明炉缸铸铁冷却壁的冷却比表面积0.6以上是不够的。宝钢4号高炉第一代只能运行9年应当说明了这一点。建议学宝钢3号高炉，冷却比表面积做到1.3以上，实现宏观上的低水量，微观上的高冷强。

　　卧式冷却壁既保证了炉壳开孔处的强度，又均匀了冷却水温，宝钢4号高炉第一代不但炉缸环炭温度不能受控，压浆还造成炉壳变形。因此，第二代则采用了宝钢3号高炉的结构，应为成功的经验。

　　宝钢4号高炉炉缸第一代用了2段铜冷却壁，实践说明，炉缸用铜冷却壁没达到长寿的目的。因此，若采用铜冷却壁, “湿区”不宜采用钻孔机加工铜冷却壁，每块冷却壁12个~16个焊接孔在炉内受各种应力作用，一旦开焊渗水，将造成恶性事故，宜用铸铜冷却壁。

　　接近20m直径的炉壳内，每1.6m高度上安装卧式排列20块冷却壁，较好地做到了每块冷却壁10进10出的冷却水管，冷却表面是当今冷却壁结构炉缸最大的，虽然水量偏小但流速达到1.8m/s~2.0m/s，是可满足要求的。

　　上述所谓冷却比表面积与炉缸外面喷淋冷却、夹壳式冷却方式不同，我国行业内是用冷却水管外周长再除管间距，即冷、热表面都计算进去了，与这两种结构进行比较应除以2才可相比。

　　冷却水量与水速。水质和冷却比表面积满足要求后，下一个要解决的则是水速高低和水量的匹配问题。

　　笔者认为，水速应保证在2.0m/s±0.2m/s，主要是防止冷却壁局部过热而出现的汽塞现象，尤其是闭路循环冷却系统。水速和冷却比表面积都达到要求，水量就确定了，闭路循环是省水的，但循环用水不省电。此时，如再采用分段式冷却，总水量是增加的，这就应优化匹配，学习武钢的联合循环冷却系统。有些布置对软水闭路的原理有待深入认识和优化。表2例出卧式冷却壁与竖排立式冷却壁达到同样水流密度的比较，这是宝钢根据自身情况计算的结果，供参考。

　　死铁层深度。死铁层深度为炉缸直径的20%，不宜继续加深。有不少实例证明，死铁层过深不一定使炉缸长寿和减少象脚侵蚀，炉缸形成锅底型侵蚀才能长寿。如某1250m3高炉，死铁层设置为2800mm，无陶瓷杯壁，按炉缸直径20%应当是1600mm，开炉4.5年因锌害环炭温度升至1080℃，被迫停炉大修炉缸。结果发现，炉缸侵蚀最严重处仅剩280mm，且从陶瓷垫表面上移了约1400mm。也就是说，加深的死铁层不但没起好作用，反而造成炉底温度过低，炭砖中钻入大量Zn，形成Zn板，将炉底板平均抬高1200mm。

　　笔者呼吁，行业应组织起来，设计和建设出像前苏联和我国上世纪50、60年代那样针对不同炉容的标准炉体结构或叫标准炉型，助力我国向钢铁强国迈进。