現(xiàn)代大型高爐長壽有兩個限制性環(huán)節(jié)：一個是爐缸、爐底容易燒穿；另一個是爐腹、爐腰及爐身下部壽命短。高爐生產(chǎn)實踐證明，隨著冶煉強度不斷提高，因爐腹、爐腰及爐身下部冷卻器的燒毀或爐缸、爐底的燒穿而導致的高爐停爐事故屢見不鮮。爐身下部冷卻器及爐缸、爐底燒毀的機理主要是鐵水的沖刷、氧化和化學侵蝕。只要將鐵水與冷卻器及爐缸、爐底隔離，便可阻止渣鐵的侵蝕。
爐身下部冷卻器的設計
爐身下部的冷卻器有各種類型。按結構劃分，有冷卻壁式、冷卻板式及板一壁結合式等；按材質(zhì)劃分，有鑄鐵質(zhì)、銅質(zhì)等。筆者應用經(jīng)實驗驗證的冷卻器溫度場計算軟件計算了爐襯內(nèi)表面溫度和熱流通量的分布，分析了冷卻器結構參數(shù)(包括本體厚度、肋間距、鑲磚面積、水管直徑及中心間距和水管位置等)、操作參數(shù)、冷卻介質(zhì)、爐襯厚度和爐襯材質(zhì)、渣鐵殼厚度等因素對冷卻器溫度分布的影響。
改變冷卻壁結構參數(shù)可降低冷卻壁熱面溫度。具體來說，增加冷卻水管直徑或縮短冷卻水管間距和冷卻水管至冷卻壁熱面的距離或者減小鑲磚厚度和鑲磚面積都將減小冷卻壁本體的熱阻，增強其冷卻能力，降低冷卻壁熱面溫度，減小冷卻壁內(nèi)部的溫差和熱應力，使冷卻壁熱面易形成渣鐵殼。
冷卻器中使用銅冷卻板時，冷卻板的垂直間距對溫度場有顯著影響。采用六通道銅冷卻板且爐襯為半石墨碳磚時，爐襯熱面最高溫度、冷卻板最高溫度和爐殼最高溫度隨冷卻板垂直間距的變化。可見：①冷卻板最高溫度受垂直間距的影響不大，維持在80～90℃之間；②爐襯熱面最高溫度隨著冷卻板垂直間距的增大而升高。當冷卻板的垂直間距為0.45mm時，其最高溫度未超過800℃，離870℃等溫線相差甚遠，足以保證在爐襯熱面凝結一層渣鐵殼；③隨著冷卻板垂直間距的增大，爐殼最高溫度有所提高，但提高的幅度很小。
碳磚厚度是影響爐缸熱阻的重要因素之一。爐缸熱阻越小，1150℃等溫線越有可能被推向爐缸內(nèi)部。渣鐵殼厚度隨碳磚厚度的變化。從圖中可以看到兩點：①從高爐操作來看，在爐缸、爐底使用銅冷卻壁或鑄鐵冷卻壁的差異出現(xiàn)在高爐操作后期(即爐缸、爐底磨損到一定厚度時才能顯示出來)。當爐缸、爐底碳磚厚度小于1500mm時，使用銅冷卻壁比使用鑄鐵冷卻壁更容易凝結渣鐵殼；②從設計來看，碳磚過厚時碳磚熱面難以形成渣鐵殼，碳磚很快被侵蝕，經(jīng)濟上不合算。適宜的碳磚厚度有利于在高爐爐缸、爐底形成渣鐵殼，從而延長高爐爐缸和爐底的使用壽命。
結論
數(shù)學模型及計算機數(shù)值模擬的結果表明，通過優(yōu)化爐身下部冷卻器及爐缸、爐底結構和材質(zhì)，能夠保證在冷卻器熱面及爐缸爐底熱面凝結一層渣鐵殼，它能阻擋渣、鐵水及煤氣流對冷卻壁、爐缸、爐底的侵蝕，延長高爐壽命。