科创中国

高炉作为最大的高温高压单体反应器，是钢铁生产中资源和能源的主要消耗体，其效率和地位是其它工艺不能完全替代的。近年来国内外高炉炉缸烧穿等严重事故时有发生，炉缸侧壁温度升高问题较为普遍，严重制约高炉安全长寿发展及高炉低碳高效运行。目前中国有上百座高炉需要每年进行有效安全维护。然而传统的维护技术燃料消耗高，护炉成本高，冶炼效率低，严重影响铁水质量。从国家安全生产战略角度出发，本项目重点研究了高炉炉缸保护层基础理论、高炉炉缸活跃状态评估与调控技术、高炉炉缸传热体系优化技术以及高炉炉缸保护层三维监控预警平台的建立。项目揭示了以超结构形式存在的富钛保护层和富石墨碳保护层形成机制，系统构建了高炉炉缸保护层理论体系，提出了以“石墨碳析出控制”为核心的炉缸自修复创新理念，形成了以“石墨碳析出势”为判定标准的护炉诊断技术。随后围绕高炉炉缸如何形成稳定存在的富石墨碳保护层技术难点展开研究，从调控炉缸活跃状态以促进铁液渗碳、优化炉缸传热体系以促进铁液析碳两方面入手，采用解剖研究、理论分析、实验研究、模拟分析等多种方式进行耦合研究，开发了高炉炉缸铁液渗碳/析碳系列调控技术，形成了一套以稳定“富石墨碳保护层”为核心的高炉安全长寿自修复理论与关键技术。

（1）提出了高炉安全长寿自修复创新理念：揭示了以超结构形式存在的富钛保护层和富石墨碳保护层形成机制，构建了高炉炉缸保护层理论体系，提出了以“石墨碳析出控制”为核心的炉缸自修复创新理念和以“石墨碳析出势”为判定标准的护炉诊断技术。（2）开发了高炉炉缸铁液渗碳调控技术：提出了以炉缸渣铁滞留表征高炉炉缸活跃状况的新方法，开发了炉缸活跃状况优化系列调控技术，实现以改善炉缸活性促进铁液渗碳的目的。（3）研发了高炉炉缸铁液析碳调控技术：建立了高炉炉缸冷却体系能力评价模型，优化了冷却系统均匀供水模式，研发了高导热、高耐蚀、利于石墨碳沉积的碳复合耐火材料，开发了解决炉缸气隙难题的石墨墙结构，提出了铁液对流换热系数计算方法及控制措施，实现以降低耐火材料热面温度促进铁液析碳的精准调控。（4）建立了高炉炉缸保护层三维监控预警平台：建立了高炉炉缸炭砖侵蚀速率方程，解析了高炉炉缸保护层消蚀及生成对炭砖微裂纹形成的影响规律，提出了高炉炉缸保护层合理厚度调控区间，构建了协同冷却系统、铁液环流、炉缸活性三位一体的炉缸保护层三维监控预警平台，保障高炉安全稳定生产。

目前国内多数钢铁企业针对高炉炉缸侧壁温度升高等安全问题，多采用降低产量、钛矿护炉、堵风口等维护措施多管齐下，无法准确掌握各护炉措施的具体维护效果，具有一定盲目性，导热燃料比高，护炉成本高，冶炼强度低。采用本研究形成的高炉安全长寿自修复理论与关键技术，能够针对企业高炉自身情况，调整护炉方式及操作参数范围，监测炉缸活跃状态、炭砖残厚及保护层厚度，从而进一步优化方案，保障高炉运行安全，降低燃料消耗。

该技术针对不同高炉设计、生产条件等特点，通过高炉炉缸保护层三维监控预警平台，能够准确及时提供高炉炉缸护炉调控方向，优化护炉状态。因此，高炉安全长寿自修复理论与关键技术对国内钢铁企业高炉来说具有广泛的应用前景，特别是对炉缸侧壁温度升高的企业高炉来说，实现高炉安全生产的同时降低燃料消耗，对于高炉炉役中后期的安全低耗冶炼生产具有重要的意义。本课题的研究成果紧密贴合钢铁企业需，在保障行业安全和面临低碳、环保、降本增效的发展新常态条件下，具有广阔的推广前景。

科技成果领头人张建良具有教授职称，为全国优秀科技工作者，享受国务院特殊津贴，冶金先进科技工作者；已发表相关国际论文200多篇，近年来获得国家级奖励1项，省、部级科技奖励22项，先后主持和参与160余项科研项目，其中包括“十一五”国家科技支撑计划重大项目、国家自然科学基金重点项目，国家高技术重大专项、国家自然科学基金面上项目、国际合作项目等。研发团队中教授人数达10人，教授级高工1人，副教授5人，讲师两人，全日制研究生约75人，其中博士生17名，硕士生58名，是一支在国内外炼铁领域有一定影响的老中青结合的炼铁科研团队。张建良教授炼铁新技术科研梯队长期从事高炉安全长寿研究等相关研究，其石墨碳护炉相关研究成果应用于武钢、沙钢集、太钢、首钢京唐、首钢股份、天钢联合等大型钢铁企业高炉取得了良好的经济效益。

项目成果先后在武汉钢铁有限公司、江苏江苏沙钢集团有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、首钢京唐股份有限公司、北京首钢股份有限公司、天津天钢联合钢铁有限公司等多家企业10余座高炉上成功应用，采用石墨碳自修复技术代替传统的低冶强操作等维护技术，保障高炉安全低碳高效稳定运行，部分高炉寿命达到甚至超过15年以上，与传统护炉技术对比，采用石墨碳自修复技术护炉可降低燃料比10kg/t，产量提升5%以上，取得了显著的经济效益，直接经济效益达到10亿元以上。

通过校企合作模式，和钢铁企业共同进行技术开发项目，助力钢铁企业实现技术创新升级。