中冶南方一直致力于高爐核心技術的開發(fā)和應用，為新建高爐和高爐大修改造提供整體技術方案，助力高爐實現(xiàn)安全、長壽、高效生產。
經過數(shù)十年的科技創(chuàng)新，中冶南方掌握了一批具有自主知識產權、處于國內外先進水平的高爐專有技術。
其中最具有代表性的，包括迭代升級的冷卻技術——聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術；一系列長壽技術——磚壁合一薄內襯技術、無剪切冷卻壁固定技術、長壽爐缸技術。這些技術精準覆蓋爐缸、爐腹、爐腰、爐身等關乎高爐長壽的重點部位。
01 聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術
聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術是一項系統(tǒng)工程，能夠為高爐在高負荷冶煉過程中提供安全保障。
該系統(tǒng)根據高爐內各冷卻設施熱負荷特點和阻損匹配原則，將冷卻壁、爐底水冷系統(tǒng)、風口系統(tǒng)、熱風閥系統(tǒng)等，通過并聯(lián)與串聯(lián)的整合方式巧妙地合并成一個系統(tǒng)。
其核心技術主要包括：系統(tǒng)工藝參數(shù)的確定、系統(tǒng)的阻力計算、管網分區(qū)及水量平衡匹配技術、系統(tǒng)脫汽及排汽技術、系統(tǒng)壓力平衡技術、自動補水及系統(tǒng)破損報警技術、水管破損快速修補技術等。
通過對這些核心技術的系統(tǒng)集成，可以有效保證聯(lián)合軟水系統(tǒng)的正常運行。
圖1 聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術流程
經過長期實踐，中冶南方創(chuàng)新開發(fā)的聯(lián)合軟水系統(tǒng)具有水量小、投資低、運行費用低、冷卻效率高等特點。
與獨立軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)相比，聯(lián)合軟水系統(tǒng)的運行水量可降低50%以上，總投資可減少18%-20%；相較于采用其它冷卻系統(tǒng)，聯(lián)合軟水系統(tǒng)運行費用可削減30%-50%。
第一代聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術于2001年開發(fā)并應用，冷卻效率高、能源消耗少、水質穩(wěn)定、管道腐蝕率低，使高爐冷卻技術躍上了新的臺階。
第二代聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術大幅度減少了運行水量、降低了泵組揚程，進一步降低了運行費用和工程投資，并且極大增強了整個冷卻系統(tǒng)的安全系數(shù)；獲得了中國五礦集團2020年度專利獎二等獎和湖北省首屆專利獎銀獎。
02 磚壁合一薄內襯技術
冷卻設備的選擇與高爐原燃料條件和操作模式密切相關，需綜合考慮抗熱震性能、導熱性能、耐磨性能、掛渣性能等核心要素。
中冶南方開發(fā)的第四代鑄鐵冷卻壁，更新了冷卻壁材質、改善了冷卻壁結構、優(yōu)化了外形尺寸，使鑄鐵冷卻壁的應力減小、抗疲勞能力提高。
同時，中冶南方率先在爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區(qū)域，以及爐缸異常侵蝕區(qū)，設計使用了具有高導熱、耐熱震和耐高熱流沖擊等性能的銅冷卻壁，從而形成了中冶南方獨特的高爐全冷卻壁技術風格。
中冶南方開發(fā)和應用的新式冷卻壁，能夠將磚襯直接鑲嵌在冷卻壁的燕尾槽中，從而實現(xiàn)磚壁合一的組合結構。磚壁合一技術改變了傳統(tǒng)的高爐內砌磚的厚內襯結構，實現(xiàn)了高爐的薄內襯化。
磚壁合一型式冷卻壁的出現(xiàn)，是冷卻壁技術的一次飛躍，與軟水密閉循環(huán)冷卻技術配合使用，可為現(xiàn)代化大型高爐實現(xiàn)15-20年壽命提供強有力的保障。
中冶南方磚壁合一薄內襯技術的突出優(yōu)勢在于，取消了爐腹以上的砌磚工程，可以始終保持穩(wěn)定的操作爐型，充分體現(xiàn)了穩(wěn)定生產、降低投資、縮短建設工期、延長高爐壽命的優(yōu)勢。
2016年起，中冶南方聯(lián)合設備制造商相繼開發(fā)出耐磨銅冷卻壁和無滲碳層的高導熱鑄鐵冷卻壁。
耐磨銅冷卻壁具有耐磨、更易形成穩(wěn)定渣皮的特性，克服了銅冷卻壁因渣皮不穩(wěn)而導致過早磨損的缺點；無滲碳層高導熱鑄鐵冷卻壁，取消了壁體與鑄入水管間的防滲碳層，可以提高鑄鐵冷卻壁的綜合導熱系數(shù)1倍以上。
03 無剪切冷卻壁固定技術
高爐爐腹以上區(qū)域，尤其是爐腹、爐腰及爐身下部，是爐內工況最為惡劣的區(qū)域，承受著高熱負荷和多變的熱流沖擊，溫度波動異常頻繁，由此產生的熱應力是導致高爐冷卻壁損壞的主要原因。
為了延長冷卻壁使用壽命，中冶南方開發(fā)了無剪切冷卻壁固定技術，通過特殊工藝，使得冷卻壁的膨脹方向與爐殼膨脹方向一致，有效適應爐體受熱產生的變形。
如此一來，帶來消除傳統(tǒng)螺栓固定方式中壁體受熱產生的彎曲變形，減小對灌漿層的破壞，減少爐役后期爐身煤氣泄漏的危害等多個優(yōu)勢，尤其能夠克服爐殼與冷卻壁變形不相適應導致的冷卻水管被爐殼剪斷的弊病。
該技術保證了冷卻壁的使用壽命，為實現(xiàn)一代爐役不換冷卻壁、不中修提供充分支撐。
這種安裝方式自武鋼5號高爐第一代爐役成功應用以來，已經在100多座高爐得到檢驗，沒有發(fā)生一起由于爐殼與冷卻壁間的相對運動導致水管剪斷而出現(xiàn)破漏的現(xiàn)象。
04 爐缸長壽技術
爐缸壽命是困擾高爐操作者的普遍性問題，不僅是制約高爐壽命的重要因素，也是影響安全生產的關鍵要素。
爐缸破損調查發(fā)現(xiàn)，鐵水滲透和沖刷溶蝕是導致高爐炭磚破損的重要原因，并且不同高爐的異常侵蝕位置并不相同。
以高效、長壽為目標，中冶南方提出以具備抗侵蝕能力的傳熱體系為核心的爐缸長壽設計理念和整體解決方案。在設計長壽爐缸時，始終針對具體的高爐條件，對爐缸結構進行優(yōu)化，并且把超微孔化、抗鐵水侵蝕、高導熱作為選取炭磚的第一選擇，實現(xiàn)了高冶煉強度條件下的高爐爐缸長壽。
為進一步提高爐缸壽命，中冶南方和武鋼在國內率先推出了“石墨墻”爐缸長壽技術。
“石墨墻”結構保證了冷卻壁與超微孔炭磚間導熱能力，從而大大加強了對陶瓷杯的保護，也加強了在陶瓷杯損壞后在炭塊熱面形成穩(wěn)定凝固保護層的能力。并且，“石墨墻”可作為冷卻壁的安全防護，避免發(fā)生惡性安全事故。
“石墨墻”爐缸長壽技術率先在武鋼高爐使用，取得了非常好的效果。采用“石墨墻”結構的武鋼有限7號高爐已經連續(xù)生產超過16年、8號高爐已經連續(xù)生產近13年，爐缸狀態(tài)保持良好，有望實現(xiàn)20年的長壽目標。
采用高爐長壽綜合技術的典型實例
01 采用中冶南方軟水密閉循環(huán)冷卻技術、磚壁合一薄內襯技術、無剪切冷卻壁固定技術的高爐冷卻壁運行情況良好，典型實例如下：
02 采用中冶南方軟水密閉循環(huán)冷卻技術、磚壁合一薄內襯技術、無剪切冷卻壁固定技術的某2500m3高爐生產11年后，冷卻壁磨損痕跡清晰，但槽肋完好且無一塊冷卻壁損壞漏水。
03 采用中冶南方爐缸長壽技術的高爐爐缸運行情況良好，典型實例如下：
