太鋼5號高爐(4350m3)爐缸直徑14.20m，38個風口，爐缸容積855.14m3，約占高爐容積的20%。爐缸工作狀態主要從以下幾個點來評定：(1)各探尺下料均勻，探尺偏差在0.50m內;(2)各鐵口出鐵過程中，鐵水測溫偏差≯30℃，生鐵硅含量偏差不大于0.20%，爐渣二元堿度偏差不大于0.04;(3)鐵口不卡焦炭和不噴濺;(4)爐底溫度和爐缸側壁溫度在一定范圍內波動，不呆滯;(5)風口圓周工作均勻、明亮活躍，無生降和掛渣現象;(6)鐵口深度穩定且易于控制，各鐵口見渣時間偏差在20min以內，各鐵口排放均衡。爐缸工作狀態不僅對高爐生產的長期穩定順行，技術經濟指標的提高，生鐵質量和爐前作業的改善等有著重要影響，而且事關高爐的生產安全和長壽。
通過分析5號高爐爐底溫度和爐缸側壁溫度，結合爐內壓量關系的適應性，高爐接受高煤比、高利用系數強化冶煉的能力，鐵口工作狀態和排放的均衡穩定性，渣鐵熱量和成分的均勻、穩定性，來對大型高爐爐缸活躍性進行判斷。
1影響爐缸活躍性的因素
1.1焦炭質量
高爐料柱的重力通過死料堆傳遞給爐缸內積存的渣鐵，在爐料重力和鐵水浮力之間的平衡下，死料堆中的部分焦炭沉侵在鐵水中。要研究爐缸工作狀態的活躍性，不但要研究爐缸的環流和中心流，還要研究爐缸區死料堆的性質和工作狀態，而其起決定作用的是焦炭質量。
大型高爐生產要實現爐缸工作狀態的穩定，首先要盡可能實現焦炭質量，特別是焦炭熱態性能指標的穩定。焦炭質量對死料柱透液性和爐缸工作狀態起著關鍵作用。焦炭的高溫性能低，會嚴重影響其在高爐軟熔帶和滴落帶中的骨架作用，降低高爐的整體透氣性[1]。5號高爐爐芯溫度電偶的插入位置在第二層大碳磚下的爐底正中心，稱為爐芯。5號高爐爐底平鋪三層大塊碳磚，加2層陶瓷墊結構，爐缸側壁采用UCAR熱壓小塊碳磚，爐芯溫度在一定程度上可作為爐缸活躍性的一個反映。
在5號高爐，焦炭M10對爐芯溫度作用明顯，即焦炭M10在一段時間處于較高值時，爐芯溫度相對會在較低位運行一段時間，這在2010年9月至2012年4月在5號高爐體現得尤為明顯。5號高爐生產實踐和數據統計分析，爐芯溫度的反應變化比焦炭質量的變化要滯后15～20天的時間。焦炭M10的變化會對爐芯溫度產生顯著影響。良好的焦炭質量是保證爐缸活性的關鍵。死料柱的透液性和爐缸活性主要取決于爐芯焦的粒度，主要是入爐焦炭的強度和粒度。維持較好的焦炭M10和入爐粒級對穩定爐芯溫度，活躍爐缸相當重要，以消除鐵口卡焦和爐芯溫度長期低下的情況。熱態性能指標好的焦炭，在爐內能起到很好的料柱骨架作用，保證爐缸良好的透氣、透液性，有利于爐缸渣鐵排放。
1.2產量和煤比對爐缸活躍性的影響
5號高爐4個鐵口，東、西出鐵場布置，出鐵場兩鐵口間夾角75.7895°，死鐵層深3.0m，爐缸面積利用系數對爐缸工作狀態有直接影響。5號高爐爐缸面積利用系數和爐缸側壁溫度統計見圖2。
2010年后5號高爐爐缸面積利用系數和爐缸側壁標高8.68m～10.68m溫度相關性較強，開爐生產3年后爐缸側壁開始受到一定侵蝕，這與5號高爐生產實際相吻合。5號高爐在爐缸面積利用系數不斷變化過程中，爐缸側壁溫度也處于波動狀態。在高利用系數生產時，控制正常的鐵口深度，確保渣鐵熱量穩定充沛，維持爐缸內渣鐵液面的穩定和良好的透氣、透液性等，對穩定爐缸側壁溫度有一定效果。5號高爐爐芯溫度和煤比統計見圖3。
5號高爐長期180kg/t以上高煤比生產時，爐芯溫度相對會處于較低值，例如，2008年11月至2009年11月和2010年11月至2012年4月這兩個時間段，爐芯溫度相對長期處于較低值。特別是，2010年11月至2012年4月這個時間段，爐芯溫度處于106～118℃這個開爐以來歷史最低階段，期間，2011年10月至11月爐況失常，退全焦負荷一段，爐芯溫度有小幅度上升了10℃，上升到117～126℃。但總體情況是，5號高爐在煤比不斷提高的過程中爐芯溫度呈下降的趨勢，見圖3，此時應該密切關注爐芯溫度和爐缸側壁溫度，爐內壓量關系和鐵口工作狀態等，將上述現象綜合起來分析判斷爐缸工作狀態的活躍性。進入2012年10月，通過對5號高爐爐芯溫度波動情況分析，5號高爐在由煤比200kg/t降低到煤比170～180kg/t時，爐內料柱的未燃煤粉量減少，有助于提高其透氣、透液性，從而對提高爐芯溫度有一定的效果。5號高爐通過分析料柱透氣、透液性并與爐內壓量關系，爐底爐缸各層溫度以及各鐵口工作狀態來監視爐缸工作狀態，查找爐缸狀態發生變化的原因，調整爐缸工作狀態。
1.3爐芯溫度與爐缸側壁溫度對爐缸活躍性的表現
高爐生產要求爐缸活躍，爐缸環流減弱，中心死料堆具有足夠的透液性。希望爐缸側壁的溫度應保持足夠低的水平，而爐底中心的溫度需保持在適當的水平。5號高爐爐芯溫度與爐缸鐵口以下部位側壁溫度相關性很強。
5號高爐爐芯溫度與爐缸側壁標高9.535m、9.68m、10.515m和10.68m這4層溫度關聯性較強，特別是爐缸側壁標高9.535m、9.68m(鐵口標高下1.0m)關聯性更強，即當5號高爐爐芯溫度長期處于較低值時，該處的爐缸側壁溫度將會在波動中上升，對爐缸長壽造成一定的沖擊，故應采取措施激活爐芯溫度。爐缸側壁磚襯的受侵蝕程度，出鐵口中心以上區域相對較輕;出鐵口中心以下區域較重，尤其是在出鐵口中心以下1～2m范圍。控制合理的爐芯溫度下適當的爐缸活性對高爐接受強化冶煉和鐵口以下部位的爐缸長壽有重要的現實意義。爐缸側壁溫度和爐芯溫度有一定的關聯度，爐芯溫度高，反應爐芯的透液性好，爐缸渣鐵環流弱，對爐缸側壁的沖刷弱;爐芯的透液性差，爐芯溫度逐漸降低，爐缸渣鐵環流強，勢必加劇對爐缸側壁的沖刷。對爐芯溫度的管理，把爐芯溫度維持在一定的范圍內，有利于爐缸側壁的維護。
鑒于爐芯溫度和爐缸側壁溫度的關聯性，特別是鐵口標高下1.0m處的爐缸側壁溫度與爐芯溫度相關性強，從爐缸長壽角度考慮，應加強爐缸工作狀態和爐缸侵蝕模型的研究。5號高爐應采取一定的措施來減緩鐵口標高下1.0m處爐缸側壁的侵蝕，即減少爐缸與爐底處的“象腳”侵蝕，使爐缸與爐底形成“鍋底狀”侵蝕，從而延長其壽命。高爐爐缸溫度出現一個“溫度峰”值，即表明爐缸工作狀態的波動程度，將使磚襯暴露在激烈的侵蝕環境中，導致侵蝕發生。爐底溫度下降是爐芯溫度降低和爐缸活躍性下降的信號，是爐底凝鐵層增厚的表現。抬高爐芯溫度、減薄凝鐵層需要大量熱量。通過作高燃料比、保持長時間較高爐溫才能達到此目的。
2探討活躍爐缸的措施
爐缸工作狀態不良，使鐵水環流加劇，是側壁溫度升高的主要原因。爐前作業質量變差在一定程度上能夠導致爐缸側壁溫度升高，同時也是爐缸工作狀態不良的表現，控制側壁溫度升高的操作措施，其出發點都在于激活爐缸中心。據5號高爐生產實踐和文獻，大型高爐活躍爐缸的措施有以下幾個點。
(1)加深死鐵層，盡量使鐵水經過死鐵層，從死焦堆下面流過。這在設計爐型時就要對現有正在生產的各大型高爐的爐缸工作狀態和長壽情況進行大量統計分析，以論證出合理的死鐵層深度。加深死鐵層深度，是抑制爐缸“象腳狀”異常侵蝕的有效措施。死鐵層加深以后，可在一定程度上避免死料柱直接沉降在爐底上，容易形成自由焦炭層，加大了死料柱與爐底之間的鐵流通道，增強了鐵水在整個爐缸中的流動，可在一定程度上減輕鐵水環流，容易維持爐缸的活躍狀態，有利于爐缸爐底壽命的延長。在死鐵層深度淺的高爐上，由于自由焦炭層的反復生成或消除，在爐底側壁溫度與爐底底面溫度之間經一定時間滯后，具有較強的相關關系。
(2)適當加高爐缸高度，高爐在大噴煤操作條件下，爐缸風口回旋區結構將發生改變。適當加高爐缸高度后，不僅有利于煤粉在風口前的燃燒，而且還可以增加爐缸容積，以滿足高效強化生產條件下的渣鐵儲存，減少在強化冶煉條件下出現爐缸“憋風”的可能性。同時，在焦炭質量，焦炭負荷，料柱的透氣性和高爐強化冶煉程度一定的情況下，該項措施能減少死料柱侵入鐵水的深度。5號高爐在高煤比、高利用系數生產時，非常重視爐芯溫度和爐缸側壁各層溫度的變化情況，將它同爐內壓量關系的適應性統一起來考慮高爐在強化冶煉時的接受程度，以調整焦炭負荷。提高焦炭強度和改善其粒度組成，增加死焦柱緩動區的孔隙度，使鐵水容易通過。追求穩定而良好的焦炭質量，不僅有利于大型高爐的順行和強化，也有利于減輕其爐缸侵蝕。
(3)對爐前作業進行細化管理。保持出鐵速度的均衡、穩定，使鐵水穿過死焦堆的速度能滿足出鐵速度的需要。5號高爐通過控制開口鉆頭的大小、開口時間、鐵口出盡情況和打泥量，以控制合理的鐵口深度，減輕出鐵時在鐵口附近形成的鐵水渦流，力求始終保持爐缸內渣鐵液面的穩定，有利于穩定爐缸工作狀態和減緩爐缸侵蝕。大型高爐通過控制渣鐵流速，使爐渣和鐵水保持24h長流，可保持爐缸內渣鐵液面維持相對穩定的狀態，有利于減少鐵水環流對爐缸側壁的侵蝕。在高爐產量和操作條件基本不變的情況下，爐前作業和鐵口維護困難往往是爐缸不活、鐵水環流增強的直觀表現。爐缸側壁溫度上升主要取決于爐底溫度高低、鐵水環流強度和爐缸活躍與否[9]。經過對2010年來5號高爐爐前出鐵次數，鐵口深度穩定性和工作狀態等情況與爐芯溫度進行探索分析，發現一段時期的出鐵次數與爐芯溫度有著一定的關聯性。
(4)爐缸內粘稠層的消除和碳磚的脆化是高爐爐底爐缸侵蝕的主要原因。保持爐缸區長期穩定充沛的熱量，實現爐熱水平的長期穩定，是維持爐缸活性的基本措施。爐缸熱分布的關鍵是中心熱量充足，希望風口前燃燒焦點的溫度不過分高，但沿爐缸直徑方向溫度梯度減小，爐缸整體活躍、熱量充足。達到這種理想的狀態，會使高爐“物慣性”和“熱慣性”增加。即當高爐的熱供給或原料成分有所波動時，在一段時間內對鐵水溫度、[Si]、[S]的影響較小。5號高爐的經驗是，將理論燃燒溫度控制在2180～2250℃，風速在265～275m/s，鼓風動能在160～170kJ/s，生鐵含硅量在0.30%～0.50%，爐渣二元堿度在1.16～1.20，爐渣三元堿度在1.00～1.04，出鐵后期鐵水測溫不低于1510℃。通過控制合理的渣鐵成分和熱量，確保其良好的流動性。死料柱中心不活會導致鐵水靠近側壁流動，從而引起爐缸耐材的嚴重磨損，尤其在鐵水流速過快時。增加鐵口深度，可以減少鐵口下方的爐底角部侵蝕[11]。
(5)5號高爐長期高煤比的生產實踐表明，大型高爐在長期高煤比生產時，要更加注重爐缸工作狀態的活躍性。大型高爐在長期高煤比生產時易導致邊緣氣流發展，如果爐缸活性不足，必然會加劇爐缸側壁的侵蝕，引起側壁溫度升高。長期高煤比生產時活躍爐缸的主要途徑是改善焦炭質量，增加鼓風的穿透能力和選擇合適的風速和鼓風動能，追求爐缸的活躍，同時，進行與其相適應的高爐上部調劑，以控制合理的煤氣流分布，追求高爐操作的“上穩下活。
(6)怎樣實現爐芯溫度的可控化，是大型高爐活躍爐缸的重要方面。在死料柱不活躍時，盡管鐵水溫度和含硅量保持在正常水平，但鐵水碳含量下降，硫含量增加。由于爐芯溫度和爐缸死料柱溫度有一定的相關性，可通過改善料柱溫度和工作狀態，來活躍爐缸。1)、維持爐況順行，減少偏尺、崩料、懸料、管道、渣皮脫落等現象和減少冷卻器漏水;2)、維持足夠且合理的理論燃燒溫度，保持穩定而充沛的中心煤氣流溫度和適當的邊緣煤氣流。根據側壁溫度升高達到的溫度水平，逐步加大入爐焦比，盡可能不用小塊焦。大幅度減少噴煤量和提高焦比可以加快爐缸焦炭的置換，減少噴煤對爐芯焦透液性和鐵水環流的影響。
鐵水滲透侵蝕、鐵水環流沖刷、爐襯溫度分布不同造成的應力環裂以及800℃左右溫度區域的碳磚脆化、爐缸下部象腳型侵蝕等是高爐爐底、爐缸的主要破壞機制。當今隨著中國高爐生產建設越來越趨向大型化，尤其有必要針對大型高爐的爐缸進行設計優化，在生產過程中確保其穩定活躍，減少其被過度侵蝕，以實現大型高爐的穩定長壽。
3結論
(1)煤比對爐芯溫度影響顯著，在高煤比生產情況下，爐芯溫度在通常情況下將會下行，并在較低位狀態下運行。故高煤比生產時，保持穩定充沛的爐缸熱量，良好的渣鐵流動性，減小死料柱冷凝物，實現熱制度和渣型的合理穩定等，有利于爐缸工作狀態的穩定和活躍。
(2)焦炭M10和熱態強度CSR對爐芯溫度作用明顯，從提高爐芯溫度，活躍爐缸的角度出發，應加強焦炭強度的監控，特別是這二個指標低下，長期高煤比生產，并伴隨著爐芯溫度有下行趨勢時，就一定要加強爐缸活性的管理。
(3)影響爐缸工作狀態的因素很多，而且爐芯溫度與爐缸側壁溫度有較強的相關性，實現爐芯溫度的合理控制，研究、設計合理的爐缸結構和提高爐缸活性等，對大型高爐接受強化冶煉和鐵口以下部位的爐缸長壽意義重大。