近年来，国内新建或大修改造后的部分高炉相继出现了炉缸炉底过热、炉缸内衬异常侵蚀甚至炉缸烧穿等事故，严重影响高炉正常生产和安全运行，造成了巨大的经济损失。合理控制炉缸炉底温度，有效延长炉缸炉底寿命，已经成为我国炼铁工业面临的关键共性技术难题。

　　炉缸炉底的侵蚀机理

　　造成炉缸炉底内衬侵蚀的原因众多，不同的高炉也不尽相同，图1解析了造成高炉炉缸炉底内衬侵蚀的主要原因和机理。除了通常的侵蚀破损原因以外，结合近年来高炉炉缸炉底的破损调查研究，下列原因也不容忽视：

　　一是炉缸炉底温度在线监测措施缺乏。炉缸炉底内衬温度测量点少，热电偶测温点的设置也不尽科学合理；缺乏对冷却壁进出水温差、水流量、热流强度等参数的实时监测，造成不能及时发现炉缸炉底的异常状况，及时采取相应措施，结果往往是造成高炉炉缸烧穿事故的突发。

　　二是炉缸冷却结构设计与配置不合理。用于炉缸炉底区域的冷却壁，其热负荷波动相对平稳，其主要功能是为炉缸炉底内衬提供足够的冷却，控制1150℃等温线的合理分布。用于高炉炉缸炉底的冷却壁与炉腹至炉身下部的冷却壁，其功能和性能要求也不尽相同。炉缸冷却壁要保持合理的冷却强度，使炭砖传递出来的热量能够顺利与冷却水交换并导出，是保障炉缸炉底传热机制顺行的基础。为了强化炉缸冷却，不少高炉开始在炉缸局部区域采用铜冷却壁，但对铜冷却壁的设计结构、安装方式研究不够深入，其结果适得其反。除此之外，铁口区冷却方式结构设计不合理，炉缸冷却壁与炉壳之间填料选用不当，炭砖与冷却壁之间的碳质捣料与炭砖的热导系数不匹配，冷却结构不合理等都会引发炉缸烧穿事故。

　　三是炉缸炉底的可靠性、耐久性与高炉冶炼强化水平不匹配。21世纪初的10年间，我国钢铁工业发展迅猛，产量连年攀升。不少企业追求规模经济效益，以粗放扩张型发展获取经济利益，不少高炉强化冶炼、超负荷生产，甚至不惜以焦比和高炉寿命为代价，高炉投产2年~3年就出现炉缸烧穿。过高产量、超高利用系数，成为高炉短寿的“杀手”之一。

　　四是炭砖选用不合理。炉缸炉底内衬与铁水接触的部位或一代炉役末期要接触铁水的部位，不应选用石墨砖和石墨含量高的炭砖。石墨含量高的炭砖导热性好，但抗铁水熔蚀性差，容易发生炭砖熔损，不易黏结渣铁壳保护内衬。高炉设计时既要重视炭砖的导热性，也要重视炭砖的抗铁水渗透性和抗铁水熔蚀性，注重考查炭砖的气孔孔径、气孔率、透气度和气孔特性等综合指标。当前，新建高炉设计的死铁层不断加深，可以有效缓解炉缸铁水环流的侵蚀，但炉缸炉底要承受较高的铁水静压力，铁水渗透、熔蚀的发生几率也会随之加大。

　　五是高炉操作维护存在不足。由于原燃料条件变化，钾、钠、铅、锌等有害元素在高炉内循环富集，与耐火材料发生化学反应生成化合物，使其体积膨胀，造成炉缸炉底内衬快速损坏。炉体冷却设备漏水，会沿着炉壳渗漏到炉缸，引起炭砖氧化、粉化，这是炉缸炭砖损坏的重要原因之一。铁口深度不够和出铁时铁口喷溅，铁水易从铁口通道进入砖缝，加速炭砖的侵蚀，同时，高温煤气也穿透到炭砖缝隙中，形成局部热点。钢铁企业盲目强化高炉冶炼，导致炉体破损加剧。含钛物料护炉加入量不够，对已经侵蚀的内衬修补不及时，不能形成稳定的保护性再生炉衬。炉缸压浆维护操作不当，压浆压力过高，泥浆的材质不合理，将已经很薄的残余砖衬压碎，或使泥浆从砖缝中压入炉内与高温铁水接触，出现不良后果，进而诱发炭砖渗铁和炉缸烧穿事故。

　　渣铁流动数值模拟解析至关重要

　　一方面，高炉炉缸炉底的侵蚀特征受炉缸炉底内衬结构和耐火材料特性的影响，即温度场、应力场和耐火材料抗渣铁熔蚀性能的影响，而炉缸炉底结构和耐火材料选用是否合理主要取决于原始设计方案；另一方面，在高炉投产后，炉缸炉底的侵蚀特征主要受炉缸内渣铁流场分布的影响，即高炉操作者通过原燃料和生产操作制度的调整以改善炉缸内渣铁流场的分布特点，进而抑制炉缸炉底侵蚀，预防安全事故的发生。因此，对炉缸炉底温度场分布和炉缸内渣铁流动的数值模拟解析研究至关重要。

　　炉缸铁水环流是造成炉缸过热、异常破损的最直接、最重要的原因。为了有效抑制炉缸内铁水的环流，就需要合理增加死铁层的深度，以保证在高炉冶炼过程中死焦柱始终处于悬浮状态，这样使炉底存在“无焦空间”。适当加深炉缸死铁层的深度，一方面可以减轻炉缸内铁水环流；另一方面如果死铁层深度合理，也可以有效降低靠近炉底炭砖的铁水流速和温度，利于减缓铁水流动对炉底炭砖的侵蚀。在当前高炉内型设计中，所设计的死铁层深度一般都设定为炉缸内径的18%~22%，建议通过对死焦柱受力的计算，进一步确定合理的死铁层设计深度。

　　炉缸炉底温度场控制与管理技术

　　炉缸炉底温度场控制与管理是当代高炉实现长寿的重要技术措施，是保障高炉生产稳定、安全的重要支撑技术。这是因为炉缸炉底的侵蚀过程是渣铁流场、温度场、应力场、化学侵蚀以及有害元素破坏等多因素耦合作用的结果，最终导致耐火材料内衬的侵蚀、破损、环裂、减薄等异常现象，这些都会直接快速地反映在温度场分布变化上。

　　温度场监控和管理是炉缸安全预警最直接的判断依据和监测手段。对于不同容积、不同冶炼强度、不同炉缸炉底结构、不同生产操作特点的高炉而言，炉缸炉底安全预警标准也各不相同。科学合理的预警标准，应建立在对炉缸炉底温度场及侵蚀内型的实时计算监测的基础之上。

　　在监测系统的硬件配置及性能方面，要着重优化炉缸炉底测温电偶监测系统、炉缸冷却水温差与热负荷监测系统，弱冷区和监测盲区采用无线吸附式炉壳测温装置。

　　不同内衬结构、不同耐材选择、不同生产操作特点的高炉炉缸，其安全预警标准存在着明显差异，因此仅依靠一次检测硬件数据，对炉缸安全状态进行判断存在着准确性差甚至可能造成误判的问题。为了建立合理有效的炉缸安全预警机制，应进一步依据传热学和炉缸炉底侵蚀机理，建立专业的侵蚀、渣铁壳变化和异常诊断模型软件。

　　智能诊断模型和预警软件应实现如下功能：一是自动对基础硬件检测数据进行采集和滤波，保证侵蚀计算基础数据的准确性；二是自动对炉缸炉底进行网格划分和三维非稳态温度场计算，并能够在模型中考虑铁水的凝固潜热对温度场和侵蚀的影响；三是自动对炉缸炉底的不同横剖面、纵剖面的侵蚀内型进行图像重建和显示；四是能够自动判断炉缸炉底可能出现的环裂、渗铁、气隙等异常；五是能够对侵蚀加剧原因做出智能诊断和维护提示；六是采取炉缸维护手段时，能够自动计算并显示炉缸炉底渣铁壳的生成位置、厚度及形状变化；七是对炉缸炉底侵蚀严重部位进行预警，防止炉缸烧穿事故的发生。

　　炉缸炉底温度过热需“辩证施治”

　　对炉缸炉底温度场进行在线监测管理的目的，是实现高炉全生命周期内的无过热和自保护。应当指出的是，炉缸炉底温度过热的治理标准并非一成不变，而是在高炉整个生命周期的不同阶段，对于炉缸炉底的不同部位，无过热管理标准和对应的维护措施也要随之调整。

　　图2所示为高炉一代炉役生命周期内侵蚀内型的演变规律。不同类型的炉缸炉底虽然在不同阶段的持续时间可能存在差异，但是基本都遵循这一演变进程，相应的在不同阶段，对炉缸炉底无过热的管理和自保护能力的变化也要区别对待。

　　表1为首钢高炉炉缸冷却壁热流强度的控制及采取的防控措施，可见，对于不同传热特性的炉缸，其安全管理标准也相应调整；在不同侵蚀阶段，其对应的护炉措施和热流强度控制也逐渐变化。

　　不同类型的高炉实现炉缸安全长寿生产的本质都是“无过热—自保护”体系的建立，因此，在炉缸炉底温度场安全管理方面，进一步提出更加合理的残衬厚度管理及多级数字化预警机制，即安全预警标准应综合考虑热负荷、电偶温度、侵蚀厚度和渣铁壳，炉缸监测数据记录应分为实时值和历史最高值，并建立工作标准、平衡标准和预警标准三级预警指标，进而依据高炉生命周期不同阶段的侵蚀特征，相应采取不同的炉缸维护手段和生产操作调节措施，以实现高炉的安全高效生产。