完成人

　　张建良、董汉东、杜　屏、焦克新、王红斌、邹忠平、徐　萌、肖志新、雷　鸣、刘征建、聂荣恩、陈令坤、王　凯、贾国利、赵永安

　　完成单元

　　北京科技大学、武汉钢铁无限公司、江苏沙钢团体无限公司、首钢团体无限公司、山西太钢不锈钢股分无限公司、首钢京唐钢铁结合无限义务公司、中冶赛迪工程手艺股分无限公司、北京首钢股分无限公司、天津市新天钢结合特钢无限公司、巩义市第五耐火材料无限公司 

　　钢铁财产是公民经济的首要支柱财产，为我国钢铁行业的疾速增添奠基了根本。进入21世纪以后，跟着经济和财产手艺的高速成长，我国生铁从2000年的1.30亿吨，增添到2021年的8.68亿吨，生铁产量坚持高速增添。虽然非高炉手艺也在不时成长和前进，但高炉炼铁仍占天下炼铁产量的95%以上，其还是今朝最高效、低耗、情况友爱的主导炼铁装备。

　　高炉作为钢铁工艺流程中最大的单体装备，其宁静长命运转对钢铁企业成长相当首要。十九大报告中，习近平总布告夸大成立宁静成长理念，宏扬性命至上、宁静第一的思惟。钢铁财产作为公民经济的首要支柱财产，在2017年2月，国务院办公厅就宣布了《对于印发宁静出产“十三五”计划的告诉》，将金属冶炼列为重点管理范畴。最近几年来，跟着中国炼铁手艺的前进、钢铁行业供应侧鼎新的推动和财产布局的不时优化，高炉的大型化、高效化成为我国高炉成长的趋向，高炉的宁静出产变得出格首要。

　　高炉作为一个密闭低温高压的“黑匣子”，外部产生着庞杂多变的物理化学变更，高炉炉缸的腐蚀不可防止。近年，国际多家钢铁企业高炉呈现炉缸侧壁温度非常下降的景象，高炉非常腐蚀构成的宁静变乱频发，出格是产生了多起高炉炉缸烧穿变乱，使得高炉宁静高效出产变得愈发坚苦。外洋进步前辈高炉一代炉役（无中修）寿命可达15年以上，此中巴西图巴朗1号高炉运转寿命到达了28.4年。而我国的高炉长命程度与支流的高炉长命方针另有必然差异，普通一代炉役（无中修）寿命低于10年，仅局部高炉完成10~15年的长命方针。表1为国际外长命高炉寿命对照，能够晓得国际高炉宁静长命运转手艺有待进步。

表1-1 国际外长命高炉寿命及目标

　　出格是，在新情势前提下，高炉面对的洽商题目是，若安在高无害元素含量、高冶炼强度、高休风率、低入炉档次矿前提下完成宁静长命冶炼。高炉炉役中前期炉缸宁静掩护致使产量下降、燃料比下降，一旦产生烧穿等宁静变乱将构成庞大丧失，烧穿现场如图1所示。高炉宁静长命是集设想、操纵、掩护和监测为一体的体系工程，影响身分浩繁，且长命实质并未清楚。是以，有须要从根基道理及手艺开辟角度深切研讨，以期完成高炉宁静长命。

图1 高炉炉缸烧穿现场

　　保证高炉宁静长命冶炼首要存在四大手艺难点，即传统护炉方式结果不抱负，炉缸长命根本实际软弱，炉缸长命掩护办法经历化和炉缸掩护层监控手腕缺失。基于以上困难，近20年来，名目组基于20余座高炉破坏查询拜访及高炉剖解研讨，成立了炉缸掩护层实际体系，揭露了炉缸耐火材料热面石墨碳析出的自掩护机制，经由进程“石墨碳析出势”对炉缸石墨碳护炉停止定量化诊断，并从调控炉缸活泼状态以增进铁水渗碳，和优化炉缸传热体系以下降耐火材料热面温度两个方面完成高炉炉缸的自修复，并成立了高炉炉缸掩护层三维可视化监控预警平台，其手艺线路如图2所示。

图2 名目研讨手艺线路

　　该名目从根本实际原始立异、手艺调控办法、在线监控平台扶植等方面初次提出了一套高炉宁静长命冶炼自修复手艺，在国际多座高炉利用后，胜利下降并不变炉缸侧壁温度在宁静温度以下，同时强化冶炼下降燃料耗损，完成高炉宁静低碳冶炼。其功效首要立异性以下：

　　经由进程高炉破坏查询拜访及高炉剖解研讨，构建了由富钛层、富石墨碳层、富渣层和富铁层构成的高炉炉缸掩护层实际体系。从掩护层构成特色和炉缸掩护角度动身，初次提出以“石墨碳析出节制”为焦点的炉缸自修复立异理念。并构成了插手少许含钛物料强化石墨碳析出的低钛护炉或无钛护炉自修复手艺。

图3 掩护层种别及构成前提

　　揭露了富石墨碳掩护层构成机制，成立了富石墨碳掩护层天生模子，并剖析了掩护层构成能源学纪律。提出了以“石墨碳析出势”为鉴定规范的护炉诊断手艺，同时明白了炉缸铁液到达碳饱和，与耐材热面温度低于掩护层构成温度是富石墨碳掩护层构成的两个须要前提，能够经由进程调控炉缸活性增进铁液渗碳和优化炉缸传热体系增进铁液析碳两个须要办法构成掩护层，完成炉缸自修复。

图4 富石墨碳掩护层构成机制

　　在表征方式方面，名目组初次研发了低温渣铁穿焦尝试装配，摹拟高炉炉缸渣铁协同穿过焦炭层的滴落进程，提出了以渣铁滞留表征高炉炉缸活性的新方式，并成立了炉缸渣铁滞留率和滞留量模子，定量计较了多变量非线性高炉操纵轨制关头参数对炉缸活性的影响纪律及影响权重。

图5 渣铁滞留率影响身分

　　在操纵调控方面，名目组开辟了包含原燃料粒度及机能管控、高风速大动能、渣铁活动节制及渣铁排放管控的炉缸活泼状态调控的系列手艺，增进铁液渗碳，进步铁液碳饱和度，为炉缸自修复奠基根本。在铁焦渗碳方面，经由进程低温尝试和份子能源学摹拟，了了了铁液渗碳途径及铁液组分对铁液渗碳的感化机制，明白增进铁液渗碳的影响身分。即增添焦炭灰分中碱性物资，改良焦炭灰分活动性，增大铁液-焦炭界面的有用打仗面积等，进步铁液渗碳速度。恰当进步铁液中Si、Ti含量，下降S、Mn、P含量，进步铁液碳饱和度。

图6 铁液组分对铁液渗碳感化机制

　　名目组提出了以冷却强度和冷却效力为目标，评估高炉炉缸冷却体系冷却才能的新方式，可有用防备炉缸冷却体系呈现核态沸腾和膜态沸腾，并提出处理供水不平均题目的优化手腕。完成了支管冷却水流量误差从原设想的30%以上降至10%以下，有益于加重炉缸的周向不平均腐蚀，增进富石墨碳掩护层的周向平均性构成。

图7 冷却布局优化及水量分派平均性研讨

　　研发了兼具炭砖高导热与陶瓷材料高耐蚀、且利于石墨碳堆积的碳复合耐火材料；同时开辟了处理炉缸气隙困难的石墨墙布局及气隙管理优化手艺，为石墨碳的析出奠基根本。

图8 冷却布局优化及水量分派平均性研讨

　　名目组同时提出了一种计较高炉炉缸铁液对流换热系数的新方式，和铁液对流换热系数与各出产参数的量化干系方程，了了差别出产参数对炉缸耐材热面温度影响纪律及权重，为耐材热面温度节制指明标的目的。

图9 对流换热系数影响

　　成立了高炉炉缸炭砖持续性腐蚀速度方程，明白温度和碳含量等身分对炭砖腐蚀影响机制；了了高炉炉缸炭砖中断性腐蚀影响机制，揭露炉缸掩护层消蚀及天生对炭砖微裂纹构成影响纪律。

图10 炭砖腐蚀机制研讨

　　统筹高炉炉缸设想及高炉操纵手艺，构建了协同冷却体系、铁液环流、耐材设置装备摆设三位一体的高炉炉缸掩护层三维监控预警平台，平台分为高炉炉缸活性监控、耐火材料热面温度监控、掩护层监控预警三大体系，完成高炉炉缸掩护层的可视化在线监控及自修复节制。

图11高炉炉缸掩护层三维监控预警平台

　　接纳石墨碳自修复手艺取代传统的低冶强操纵等掩护手艺，保证高炉宁静低碳高效不变运转，局部高炉寿命到达乃至跨越15年以上，与传统护炉手艺对照，接纳石墨碳自修复手艺护炉可下降钛矿护炉带来的产量丧失、下降燃料比、下降入炉所需的钛矿量，并不变炉缸侧壁温度持久处于宁静温度规模内，有用的保证了高炉的宁静长命运转，给钢铁企业带来了明显的经济效益。今朝，已利用于国际10余座高炉，缔造效益跨越15.2亿元。