2.3 耐材砌筑结构及炭砖质量 （1）除了2.2中的问题再看典型实例： 2008年至2019年国内发生 7 座 2500m³~4350m³大高炉炉缸烧穿，没有一座高炉超过9年寿命，这7座高炉中有3座高炉是使用UCAR炭砖，2座CGL炭砖，2座是NDK炭砖，都是引进世界上顶级水平的炭砖，全世界再也找不出更好的炭砖了。同时也说明不全是炭砖质量问题，应当说在使用结构上有不足之处。图3示出国外同一公司设计的两座高炉结构： 1）美钢联 Gary14 号大型高炉（见图3a），直炉缸炉壳结构，炭砖水平通缝投产不到4年炉缸烧穿（橙色点为烧漏处）。 2）其后改进了高炉设计（见图3b），采用斜炉壳、大小炭砖复合砌筑、 加上陶瓷杯实际上是3道屏降取得长寿的佳绩。 （2）炉缸环炭不能太薄有的高炉炉缸环炭厚度有的只有550mm 太薄，薄壁炉衬结构不应当指炉缸炉衬，而是指炉腹以上部位，建议炉缸环炭铁口区域厚度不能小于1400mm，炉底炭砖在2000mm 左右。UCAR 的设计赞成薄壁环炭，是因为 NMA、NMD 都是不焙烧炭砖，要在高炉中来焙烧。 1）炉底炭砖由下至上，其导热系数由大至小。但当前最下层满辅石墨炭砖是否需要把导热系数做到100W，造价高且功能过剩，做到30W应当是够的。 2）炉缸环炭砌筑由冷面至热面，其导热系数也应由大至小，靠近冷面及铁口组合炭砖不宜用UCAR的NMD，它是靠添加人造石墨来提高导热系的不焙烧炭砖，石墨易渗入铁水，钻铁以及炉役后期炭砖侵蚀速度会加快。宝钢 3 高炉当年第一代炉役其NMD用得极少，是很有力的证明。 3）对微孔炭砖和超徽孔炭砖的导热系数不宜要求过高，炭砖厂家为了达到合同值就大量添加电极石墨来满足高导热系数，而添加的石墨又易渗入铁水造成炭砖熔损加快。应重视其他指标的规定。 4）消除中间热阻层，炉缸炭砖砌筑中的炭素捣料层因施工难度及规范上不足，加之高导热的炭捣料质量不佳，往往达不到要求，反而成为了热阻层，有碍热量的传导，危害甚大。应加强炭捣料的生产和施工方法的认识和管理，特别要创新生产出高导热高致密的浇注料。 5）从一些炉缸烧穿和铁口烧穿的实例看，还有一不足之处就是全炭炉缸炉底的高炉铁口组合砖反而采用导热能力差的高铝质砖，而此处的冷却壁又采用铜质的，自相矛盾。过去的综合炉缸炉底结构的高炉铁口虽采用高铝组合砖，其铁口框架内有三块偏水箱相配合的。
2.4 炉体冷却结构 （1）水质：我国长江和珠江流域的地表水其硬度低，过去的高炉基本上可采用开路工业水冷却，但现在这些地区地表水总硬度超过 220mg/L，不宜直接引用了，需和北方等地区一样经处理改成软水或工业除盐水，为节约用水应改成闭路循环或联合闭路循环冷却系统。说明我国地表水质在恶化，不能直接用于高温炉窑的冷却器冷却用水。 （2）水速：众多运行高炉炭砖温度超标后采用增加水量、提水速、降低进口水温都取得护炉的好效果，新建或大修高炉的冷却水速仍应保证大于 2.0m/s，且对炉役后期还要留有余地。某高炉的铜冷却壁已使用22年没损坏，其冷却水速高出它企业50%，新建的大型高炉水速己提到 2.5~2.7m/s，应当说是长寿基础条件。 1）炉体冷却比表面积或冷却壁冷却比表面积：炉壳外部喷淋水冷却和夹壳式水箱冷却，这两种冷却形式其冷却比表面积可达 1.0。其他冷却形式的冷却比表面积都小于 1.0。我国高炉在炉壳内安装冷却壁，业内普遍使用的计算方法简化成：πD/管间距（通水冷却水管周长和两冷却水管间距之比，取等高度），明显的是冷却水管的热面和冷面都考滤进来了，其冷却比表面积较前两种冷却形式要小一半。 2）我国当前这种4进4出的竖式冷却壁存在两个不足：一是冷却比表面积小；二是炉壳开孔强度低，使得高炉炉壳越来越厚。见表1的举例。 3）由表1可看出宝钢3号高炉使用的弧形卧式10进10出水管形式的铸铁冷却壁，有冷却壁冷却比表面积大，炉壳开孔强度好的优点，值得在炉缸部位推广应用。鞍钢3号高炉冷却比表面太小是造成开炉 2.8年炉烧穿的主要原因之一，宝钢4号高炉第一代炉役开炉不久炭砖温度超标难于控制，强化护炉也只能运行9 年不得不提前大修炉缸。 4）宝钢在湛江高炉炉腹及以上区域采用冷却水管为6进6出竖式球墨铸铁冷却壁，从2015年开始己成功地使用，尚无一损坏。不仅替代了铜冷却壁，且也取代了传统的双排冷却水管铸铁冷却壁，其冷却比表面达到了1.2，同时很好地解决了炉壳开孔强度变差的限制。这一创新值得学习，推广和应用。 3 改进铜冷却壁设计与安装方法 （1）铜冷却壁导热能力强，但其延伸率大，易变形，在炉内被磨坏和剪切、拉断水管，我们的安装技巧尚没全面掌握，铜冷却壁不能太长，应取铸铁壁的上限值。 （4）足够的冷却比表面积和水流速度。管间距在210mm 的铜冷却壁，采用圆孔与椭圆孔的通道相差甚大，如当前50mm圆孔通道面积是 30mm×85mm 椭圆孔的通道面积98%,但冷却壁冷却比表面积比分别为0.748和1.945，相差2.6倍，相同水速的条件下，比表面积越大者壁体温度越低，也越易形成渣皮，风口的冷却水量和水速（4.0m/s）远大于冷却壁，这是值得讨论的，沙钢2500m³炉子铜壁的水速大于它高炉水速 50%。建议铜壁水速在 2.5±0.2m/s 水平。
4 结束语 实现高炉高效长寿是一系统工程，需多学科、多工序的联合攻关，优化高炉设计是实现高效和长寿的第一基石。笔者仅从现场实际中提出高炉建设设计中应重视的部分问题，道理上没深入分析，供同仁们参考。生产第一线的同志，不能只注重制造、安装质量和操作维护水平，更应注意设计和选型最基本的环节，减少高炉先天不足。建设出一批经得起考验的高效长寿高炉，组建出中国长寿高炉的“标准”炉型，扭转长期疲于护炉和担心烧穿的局面。
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