1 概述
高炉长寿技术要保证高炉一代寿命15-20年，炉容产铁13000-15000t/m3或（300-450）×103 t/m2炉缸面积；
高炉长寿是一个系统工程，它涉及设计、选材、验材、安装筑炉、仪表监测、生产管理与操作等多个方面，哪一个方面不到位，都影响高炉寿命。
高炉至今仍然是个黑箱，虽然冶金过程热力学与动力学、传输原理、电子技术等先后应用到生产实践中已有相当长的时间，但是仍然有不少问题没有彻底搞清楚，例如高炉内反应、传热、流体运动、破损等机理。相关人员根据自己的实践和研究，对高炉内的现象做出不同的解析，形成不同的观点、流派。不同流派的观点，在一定程度上提高了高炉寿命，但也存在完全相反的现象。
2 高炉长寿
2.1 防止铁水流对炉缸侧壁砖衬侵蚀技术
现在对炉缸侵蚀甚至烧穿的共识机理是：出铁过程中，铁水环流对侧壁砖衬的机械冲刷和不完全饱和碳的铁水对炭砖的熔蚀。防止这种侵蚀发生的最根本措施是隔离铁水与炭砖的接触，在隔离技术上出现两种完全不同的技术观点：
①通过冷却将铁水与炭砖接触表面温度降到1150℃以下，使铁水在炭砖表面形成薄铁皮层来隔离铁水与炭砖的接触，这样不仅可形成铁皮层，还可以形成渣层来保护。这种观点采用全炭微孔，甚至超微孔炭砖，而且努力提高其导热系数，以使表面温度降到1150℃以下。
②利用陶瓷质砖衬来隔离铁水与炭砖的接触，由于炭砖难于实现抗铁水熔蚀，只有人为地在炭砖表面砌一层陶瓷砖，这就是陶瓷杯壁，只要炭砖的抗铁水熔蚀性能达到陶瓷质耐材时，陶瓷杯是有用的。
这两种技术观点支撑的炉缸炉底结构都有长寿的记录，但是采用任何一种技术措施实现长寿都是有条件的，不是在任何条件下都能达到长寿，有的高炉不仅不长寿，反而短期内出现渗铁、漏铁甚至烧穿。
下面就支撑这两种技术措施的观点谈谈看法：
（1）高炉炉缸侧壁上无凝固保护层
生产中的高炉侧壁炭砖上是没有凝固保护层的，尤其是铁口周边地区，但是存在着粘滞层。该粘滞层起到了隔离铁水主流与炭砖的接触、减弱主流铁水对炭砖的侵蚀、但不能消除侵蚀的作用。如果因某些原因，粘滞层遭到冲击而进入铁水主流，不饱和碳铁水流才会对炭砖机械冲刷和溶解形成象脚形侵蚀。
生产者和研究者发表论文称有凝固层存在，他们在高炉停炉大修破损调查，拆炉时见到了凝固层，不仅有铁而且还有渣。我们认为，这种凝固层是在放残铁时或放残铁后，上部料柱中残余渣铁下滴，遇到低温侧壁凝固在上面的，而不是生产时凝结在上面的。
（2）炉缸炉底的耐材质量
不论是全炭砖还是陶瓷杯结构都用优质炭砖作为主要砖衬。目前的共识是要用焙烧好的微孔炭砖，国内外在研制微孔炭砖上取得很大成绩，为延长高炉炉缸寿命提供了基础。
但是，有好的微孔炭砖，高炉炉缸炉底仍然出现问题、甚至事故的原因主要是：
① 生产炭砖厂家的产品质量并没有达到要求，高炉使用低质炭砖后很快出现问题。优质炭砖要用电煅烧无烟煤作为原料，添加超微金属粉压块焙烧而成，一些厂家为降低成本，在诸多方面偷工减料，焙烧也达不到要求，有的炭砖严格地说是自焙型的。一些厂家生产的炭砖外型不规范，砌筑时出现很大细缝，成为传热过程的热阻，造成炭砖工作热面温度过高等。
② 炭砖中人工石墨过多，它抗铁水熔蚀性能差，一旦炭砖成为工作热面与铁水直接接触，较快地被铁水熔蚀而出现炉缸侧壁侵蚀过快，造成这种现象是原因是追求炭砖的高导热系数。要使炭砖表面形成凝固层就得提高炭砖导热系数，在这一观点的支撑下，生产厂要求炭素厂生产高导热系数炭砖、炭素厂就添加人工石墨制造。本来炭砖中的石墨应该是无烟煤电煅烧过程中炭转化成石墨。但电煅烧的过程中因温度、时间的限制，石墨化程度是有限的，炭素厂为达到客户要求就只有添加人工石墨。所以现在的炭砖应叫半石墨砖、石墨砖。因为它不是炭砖生产过程“石墨化”的产品，而是添加石墨的产品。这类产品导热系数很高，但它并没有起到应有的作用，因为炉缸侧壁内存在很大高热阻的气隙，阻碍了热量的传递，炭砖具有再高的导热系数也无济于事。反而因气隙热阻使炭砖工作表面温度升高，在强烈的铁水流作用下，快速地被冲刷和侵蚀，造成事故，缩短炉缸寿命。
在炭砖使用中存在着使用大块炭砖还是小块炭砖的争论。产生这一争论的原因是在炭砖使用过程中出现了环裂，这是炭砖的一种固有特性，即在800-900℃的部位出现脆性带，在应力作用下产生裂缝，炉内炉缸侧壁温度带分布较均匀的情况下出现环裂，为抑制、消除环裂，将炭砖做成小块。这是UCAR制造小块砖的来由。
小块砖在世界炼铁界并没有完全认同。欧洲、日本、俄罗斯很少使用或不使用小块砖。但中国在UCAR和一些生产商的宣传下风靡一时，但是应该说它并没有解决实质性问题，且带来很多负面影响。
在小块砖质量优秀、砌筑规范、操作管理到位的情况下，对炉缸侧壁寿命有延长。但是它并没有彻底解决炭砖产生裂缝的问题。在小块炭砖通过铁水的高温作用而形成一个杯状整体时，仍然发现炉缸侧壁有环裂。相反没有形成整体时，众多砖缝成为传热的热阻，不利于炉缸寿命。
我国高炉出现的短命炉缸，正是在小块炭砖或“焙烧”炭块的高炉上。彻底解决的方法是让炭块中的温度场中不出现形成脆性带的温度带。从这个角度看，陶瓷杯是有效的措施。我们认为不论哪种结构的全炭侧壁和陶瓷杯壁，还是使用大块炭砖为好。
那么，既然陶瓷杯壁隔离了铁水与炭砖的接触，应该保护好炭砖，为什么当前多座拥有陶瓷杯高炉出现了事故，或杯壁内侧的炭砖内出现溶洞式侵蚀。
某些专家将这样的现象归于陶瓷杯结构，认为陶瓷杯危害了高炉炉缸寿命，他们的理由是陶瓷杯壁内出现溶洞，陶瓷杯壁阻碍了炉渣在炭砖表面形成保护层，炭砖与陶瓷杯壁间形成环裂带等。我们不认同这样的观点，因为未完全饱和铁水对炭砖的熔蚀是普遍规律，只要铁水与炭砖长时间接触都会发生，在不用陶瓷杯壁的全炭结构上也出现溶洞式侵蚀，甚次阻碍形成炉渣壁保护层。
连铁壳保护层都难于形成更不用说炉渣壁，出现问题的高炉大部分在铁口以下1m以上的地区，少数在铁口以下两侧（第二风口下方），这里怎么会有炉渣；铁口以下都被铁水填满，炉渣不可能到达。既然无炉渣，怎么会结成渣壁。再说陶瓷杯壁隔离铁水与炭砖接触远胜于渣壁。我们认为专家们指出的使用陶瓷杯壁后出现的问题是存在的，但其原因不是陶瓷杯的问题。主要问题是：
① 设计上有两个方面的缺点：陶瓷杯壁砖没有锁住；陶瓷杯壁与炭砖间的缝没有处理好。
② 陶瓷杯壁的刚性质量差：选用的炭砖不当，例如早期的自焙炭砖和自焙炭块，现在的石墨炭砖和半石墨炭砖，或供应商供应的炭砖质量差。
③ 砌筑质量差，尤其是使用小块炭砖，砖缝很多。
④ 某种原因使水漏到炭砖层发生水煤气反应，C+H2O→CO+H2，将炭砖熔蚀。
实践表明，在解决上述问题后，陶瓷杯对延长炉缸炉底寿命是起好作用的。
现在出现用高质量高Al质耐火砖代替普通粘土砖作为全炭炉缸侧壁的保护层，而且厚度也在增加。我们认为这是亚陶瓷杯结构。因此，只要在设计上解决问题，陶瓷质杯壁砖质量有保证，砌筑严格规范，在新型耐火材料成功前，陶瓷杯结构是好的选择。
在炉缸炉底结构上有了优质耐材，就不宜过厚，现在炉底采用水冷高导热炭砖、普通炭砖和陶瓷垫结构，大型高炉有2000mm足够。在死铁层达到（0.2-0.25）d缸的情况下，有好的焦炭保证死料柱有良好的透液性时，炉底是安全的。但是使用含Pb、Zn、K、Na高的原燃料时，要特别重视炉底管理，炉缸侧壁维持在1400-1600mm就足够了，用增加厚度来延长其寿命是不科学的，是浪费耐材。铁口周边的寿命决定于出铁状况和铁口维护管理。出铁状况是指出铁次数和出铁速度的控制，铁口维护管理指的是铁口深度、炮泥质量等。
（3）炉缸炉底炉缸冷却
冷却是高炉长寿的有力保证。同样有效的冷却也是炉缸寿命长短的决定性因素之一。冷却系统运行状况、水温差等是生产中判断炉缸砖衬厚度等的有效依据。
在炉缸出现问题和事故后的分析中，存在不同的观点，在炼铁界中产生了分歧：即小水量大温差与大水量小温差的分歧。
从传热的基本原理来说，在相同的炉墙结构下两种制度带走的总热量基本相同。众多的计算都说用冷却水量大小来说明冷却好坏，我们认为加大水量可以是炉墙工作热面上形成凝固保护层等观点是片面的。冷却水在冷却器内流动，通过对流传热，将热带走，因此冷却效果好坏是水的流动状态-紊流，是水在水管内的流速和水管排列状况。
从炉缸侧壁冷却带走热量的多少，关键是炉衬中是否存在气隙，气隙是冷却传热过程中热阻最大的地方。模拟计算式没有考虑这些。在筑炉和球墨铸铁/普通铸铁冷却壁内都出现气隙，但无法测定其大小。其中尤以砖缝间隙、炭砖与冷却壁间、冷却壁皮、无缝钢管与铸铁本体之间、生产中炭砖产生的裂隙等影响最大。气隙的存在影响传热，炉衬内的温度场发生变化，给生产判断造成错误，同时炉衬内高温区迅速扩大，炭砖侵蚀速度加快。
在有气隙存在的前提下，想用加大水量来强化冷却是徒劳的，因此要很好解决气隙问题。
应当提出的是炉缸侧壁被侵蚀到一定程度，特别是炉役后期，残余炭砖的厚度不大时，热流强度已达到警戒值时，采取高压水强化冷却的效果是很明显的。
（4）冷却器
现在广泛采用铸铁冷却壁，少数高炉使用铜冷却壁。很多专家建议，在炉缸的关键部位，例如铁口周边的冷却器最好使用铜冷却壁，从传热角度来说，目前使用的铸铁冷却壁最大的问题是钢质无缝钢管与铸铁之间的矛盾：
◆ 如果铸铁本体与钢管直接接触，钢铁渗C变脆，在外力和热应力作用下钢管破裂漏水。
◆ 钢管与铸铁本体之间存在气隙，出现大热阻，影响冷却传热，造成铸铁本体温度上升，当铸铁温度超过570-750℃，就变质而粉裂剥落。
铜冷却壁解决了这个矛盾，提高了冷却效果，这是建议使用铜冷却壁的根据。
从传热计算和生产实践经验得出，只要炉缸侧壁的结构合理、使用耐材较好、筑炉质量好，铸铁冷却壁与铜冷却壁都能很好工作，我们认为炉缸没有必要使用铜冷却壁。
（5）检测
炉缸侵蚀状况的判断、事故发生的前兆都可以通过检测及时掌握，并采用相应措施来防止事故的发生。报道中称，无征兆漏铁、烧穿，这是观察不细或失误。其原因是：设计中没有完善的检测，业主为省投资不要求完善的检测设施，或者管理不善，原有的检测设施损坏而不更换等。高炉建设或大修的投资很高，检测设施占的比例很大，配备完善的监督和检测手段可以及时发现异常，及早采取措施，避免事故的发生，否则事故发生造成的损失远大于检测设施的投入。高炉炉缸检测多种多样，温度监测是目前最主要的手段。建议所有高炉都应有完善的检测设施。
2.2 高炉中部炉墙破损
过去高炉中部（炉身中下部、炉腰）破损快，通过中修维护延长高炉一代寿命。现在取消中修，因此维护中部炉墙寿命也十分重要。在厚壁或中厚壁结构时，造成炉衬过早的损坏主要是两大方面：①高炉边缘气流的侵蚀：机械冲刷及磨损、热应力和热震造成剥落，高温超过劣质材料的荷重软化温度后的熔融；②化学侵蚀：最主要的碱金属和氟化物的侵蚀占了40%以上，析碳反应占了20%，Zn、ZnO、SiO作用占了10%-20%。一般来说，高铝砖和碳化硅砖在3年左右炉衬被侵蚀50%的厚度，然后在冷却作用下达到平衡。所谓达到平衡是渣皮可稳定地结在残余的砖衬上，如果冷却壁不损坏可使高炉获得较长的寿命，但是由于铸铁冷却壁固有的先天缺陷及生产中制造质量差，安装不科学不合理，高炉生产中边缘气流过分强烈，冷却壁时有损坏而造成高炉不能安全生产，被迫中修更换损坏的冷却壁和砖衬。现在高炉已逐步转向薄壁，采用铜冷却壁和100-150mm的砖衬或喷涂层，依靠铜冷却壁先天的无气隙，热导率高等优势，保证冷却正常运行，而用渣皮来工作。人们期望这样可以获得长寿的中部。可是在我国的生产实践中，出现了一些问题：渣皮频繁脱落，不能稳定的粘结在炉墙上；有的高炉铜冷却壁过早的损坏，这冲击了人们的信念，即采用铜冷却壁与SiC质耐火材料配合可获得长寿高炉。
铜冷却壁过早损坏的主要原因有：
① 铜冷却壁损坏的主要因素是：高炉气流的冲刷磨损、热应力与热震、化学侵蚀，特别是K2O、Na2O、Zn等侵蚀作用。
② 使用铜冷却壁后，薄壁高炉的炉型不够成熟。在厚壁和中厚壁高炉上，有砖衬被侵蚀形成操作炉型，而薄壁没有了这个过程，设计上就要一步到位，即设计炉型就是操作炉型。虽然高炉大修前停炉破损调查做了很多工作，但未能总结出合理的操作炉型，因为停炉前的炉型并不是最适合的炉型，是恶化了的炉型。就铜冷却壁烧坏来说，现在的薄壁高炉炉型不适应的参数可能是炉腹角，目前炉腹角过大，应该减小，以减少燃烧带形成的高温煤气流对炉腹、炉腰的冲击。
③ 高冶炼强度下的边缘气流过大是根本原因，特别是在吃低价劣质矿后，含铁料及焦炭质量下降，为保持炉况顺行才去适当发展边缘气流的操作制度。
总之，铜冷却壁过早损坏主要不是铜冷却壁本身的问题，是操作上的问题，当然铜冷却壁也不是已达到最佳水平，也有一些问题需要研究提高以适应高炉生产。在薄壁未成熟前，不要全盘否定过去的中壁高炉，不宜一刀切都改成薄壁，也不宜全盘否定球墨铸铁冷却壁，将高炉的冷却壁全都改成铜质。
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