高爐存在有上百年歷史，隨著科學技術的發展，特別是隨著流體力學、傳熱學、傳質學、燃燒學及物理化學的發展，人們對高爐內部流動、傳熱、傳質及化學反應的認識越加深刻。高爐的壽命和效率不斷得到提高，在市場競爭充分發展的今天，從高爐的設計、選材、砌筑、烘爐及操作等方面更深層次問題正在被不斷提出和討論，這些討論和研究對提高我國煉鐵設計及操作水平、提高我國鋼鐵產業競爭力、豐富煉鐵學科有重要意義。本文就目前高爐設計及操作過程中存在的一些問題談談陋見，供有識之士批評指正。

（1）大高爐操作的核心之一就是保證整個爐缸的熱量充沛

爐缸的活躍性實質上是指高爐整個爐缸熱量充沛、焦炭粒度及焦堆空隙度適度，該熱量及焦堆空隙度能夠保證渣水、鐵水及煤氣流動順暢。如圖1所示為高爐內部料層分布及回旋區局部圖。對于大型高爐，高爐爐缸邊緣布置幾十個風口，高爐回旋區長度約1米到2米之間，一般說來爐缸邊緣的活躍性是沒有問題的，離燃燒帶中心越遠的地方溫度將會越低，因此，高爐爐缸中心溫度有可能是最低的。

高爐爐缸直徑分別為5米，10米，15米的爐缸，其風口回旋區長度大約為1米，1.5米，2米。對于直徑15米的爐缸，高爐中心附近至少還有直徑11至13米的圓柱體中沒有直接燃燒著的高爐煤氣火焰，值得注意的是沒有高爐煤氣直接燃燒火焰的區域面積將會是94.99m²到132.67m²之間，這就需要爐缸中心附近這些沒有火焰的區域，通過良好的焦炭空隙度將高溫煤氣流引導到中心，這也是為何中心要加焦及中心要降低礦焦比，越大的高爐需要越好焦炭的緣故。燃燒帶上方的高爐區域是高爐爐料的快速移動區，對提高高爐效率有利，總之，由此可見，增加回旋區長度對提高整個爐缸活躍性有重要作用。

 圖1高爐內部料層分布及回旋區局部圖

（2）大高爐操作的核心之二就是保證整個爐缸圓周工作均勻

直徑分別為5米，10米，15米的爐缸，其周長分別為15.7米，31.4米，47.1米；其周長隨直徑線性增加，保證高爐圓周工作均勻越來越困難。為了實現高爐爐缸圓周工作均勻，除了要保證原燃料透氣性在高爐圓周分布基本均勻（布料）外，還要保證風口在高爐周向間距小、每個風口面積及長短均勻。

（3）斜風口及長風口

決定高爐燃燒帶長度除了原燃料因素外，主要是鼓風的動量，使用斜風口導致高爐鼓風的水平速度或動量（表示為mvcosq，其中m-鼓風的質量流量，v-鼓風速度，q-風口傾斜角度；cos3°=0.9986，cos5°=0.9961，cos7°=0.9925，cos10°=0.9848）均有降低，分別使用斜3°、5°、7°、10°的風口，水平方向的動量分別降低0.14%，0.39%，0.65%及1.52%，而垂直方向的動量分別增加5.2%，8.7%，12%，17%。由于鼓風水平動量的減少，增加鼓風垂直方向動量只能加強風口回旋區的高度，縮短回旋區長度，加強鼓風與爐缸鐵水的熱量交換，提高爐缸邊緣鐵水溫度及環流速度，加速爐缸侵蝕，對提高爐缸中心附近溫度及活躍爐缸中心益處不大。斜風口制造及安裝困難，風口二套受力更加不均，縮短二套壽命。

在原有風口長度的基礎上增加其長度的是將原有回旋區向高爐中心平移，風口長度增加100mm，回旋區長度大約也平移100mm左右，對活躍爐缸中心意義不大，因為爐缸活躍的根本所在是將高溫煤氣流“引導”到爐缸中心，而不是過去常常說的“吹透”中心，提高高爐中間及中心焦炭區域的空隙度是根本。增加風口長度對保護爐墻冷卻設備、穩定邊緣煤氣流量及降低邊緣熱負荷有益。但是風口過長，邊緣煤氣流減少，由于料罐下料過程產生爐料偏析，邊緣區域原燃料粒度較小，焦炭負荷較重，導致邊緣礦石間接還原及余熱不佳，最終可能會導致爐缸邊緣變涼。因此，合適的風口長度需要保證爐墻各段水溫差及溫度穩定在冷卻設備安全工作的臨界溫度以內，并且保持較高的溫度。

“十字”測溫設備通過溫度分布判斷高爐上部煤氣流分布，是調整高爐布料矩陣的重要依據之一。它對布料的影響是非常有限的，由于熱電偶是常規測溫設備，測量值準確可靠。結合爐墻熱負荷或熱電偶，也可以判斷高爐上下部煤氣流分布是否一致，保障高爐布料設備安全可靠運行，是大高爐必要的測溫設備。

高爐用純銅冷卻壁由于其高導熱性，在正常工作狀態，其熱面溫度低于150°C是不會燒毀的。由于邊緣煤氣流大幅度波動，導致冷卻壁熱面溫度波動，促使純銅冷卻壁變形，拉斷冷卻水管，導致其漏水并使其熱面溫度進一步升高，增大其變形，最終燒毀?？棺冃毋~鋼復合冷卻壁熱面使用純銅，背板使用高強度鋼。冷卻能力相當于銅冷卻壁，抗變形相當于鋼冷卻壁。

另外，冷卻壁渣皮的穩定性決定于爐墻附近的邊緣煤氣流的溫度，冷卻壁的進出水量及冷卻水溫度對其影響較少。

炭磚導熱系數是炭磚最重要的指標之一，大量短命的高爐都是由于炭磚的導熱系數低造成的。在微孔或超微孔化與導熱系數的選擇方面，應該首先選擇導熱系數?？乖F水實驗證實在高爐可選擇的耐火材料方面沒有渣鐵水侵蝕不壞的（無論是炭磚、陶瓷材料、炭與陶瓷結合的材料）。高爐要想長壽，只有在其耐火材料表面凍結一層渣鐵殼。隔離渣鐵水與耐火材料的直接接觸，只要爐缸耐火材料熱面溫度低于1150°C，耐火材料熱面就會凝結渣鐵殼（基本的鐵碳相圖便可證實這一點）。

大塊炭磚和小塊炭磚各有優缺點：在大塊炭磚砌筑時磚與磚較小塊炭磚之間間隙少，但大塊炭磚由于制造工藝困難，內、外部質量均勻性較小塊炭磚差，大塊炭磚難以頂砌高爐冷卻設備；而小塊炭磚容易頂砌高爐冷卻設備。最佳方式是靠近冷卻壁采用小塊炭磚，靠近爐缸中心采用大塊炭磚，即實現了頂砌冷卻壁，也減少了磚之間間隙。

寶鋼、鞍鋼、武鋼及京唐大高爐死鐵層深度均在3米左右。較深的死鐵層深度對實現死焦堆浮起，減少環流，保證爐缸活躍性及形成“蒜頭狀”侵蝕有重要作用。增加0.5米的死鐵層深度，增加壓力約0.035MPa。該壓力是壓不垮炭磚的。死鐵層也不易太深，太深導致爐底附近鐵水變涼，不利于爐缸活躍。

陶瓷杯和陶瓷墊是大高爐實現“揚冷避熱保溫型”爐缸爐底的重要手段之一。無論是大塊陶瓷杯磚或墊還是小塊陶瓷杯或墊，只要其與流動的液態渣鐵水直接接觸，在其前面不能夠凝結渣鐵殼，它們都會被侵蝕殆盡。

800°C到900°C不但是炭磚的堿金屬侵蝕脆化溫度范圍，而且也是陶瓷質耐火材料的堿金屬侵蝕脆化溫度，因為該溫度區間是堿蒸汽析出液態堿金屬的范圍，根據熱力學計算可知，只有液態堿金屬才能夠與炭磚及陶瓷質材料反應，使其膨脹碎裂。將800-900°C推出爐缸爐底以外，會導致爐缸爐底變涼并難以操作。要實現高爐長壽就必須杜絕或嚴控堿金屬入爐量。

高爐使用600°C熱風烘爐，為了烘干炭磚之間的炭糊，特別是冷卻壁附近的碳素搗料，建議應停止冷卻壁中的冷卻水進行烘爐，在保證冷卻壁溫度不超過其臨界損壞溫度前提下，盡可能提高爐缸爐底耐火材料溫度。

當爐料從布料溜槽進入高爐空區，爐料不是以單顆粒進入高爐空區落入料面，而是以爐料的顆粒集合，即以一定的料流寬度落入料面。布料過程檔位與檔位的角差對應的便是料流寬度，布料應該以料流寬度確定檔位并建立布料矩陣。高爐開爐布料檢測應包括料流寬度、料面形狀等主要參數的測定。研究發現大小顆粒的混合會減小散料層的空隙度。布料過程中由于原燃料粒度不均勻，不同粒級顆粒的混裝會減小料柱的透氣性。因此在布料過程中，可以根據原燃料顆粒的大小，采用分級入爐的布料方式，改善散料層的透氣性。

 氣溫及濕度直接影響高爐理論燃燒溫度及煤氣成分，在風溫不變的情況下，將氣溫、濕度與噴煤量聯系起來，減少理論燃燒溫度的波動，保證高爐穩定順行。

高爐雖然已經有上百年歷史，但我們對高爐的認識仍感膚淺。隨著科學技術的不斷進步，必將深化我們對高爐的認識，逐步理解高爐，完善高爐，掌握高爐。