現(xiàn)代高爐長壽技術(shù)的理論思考

目前，高爐煉鐵仍是生產(chǎn)效能最高的煉鐵工藝。在未來資源、能源、環(huán)境可承載的條件下，實現(xiàn)高爐煉鐵的綠色化、智能化轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展，必須建立新的發(fā)展理念。耗散結(jié)構(gòu)和自組織理論是研究復(fù)雜開放系統(tǒng)演變過程機理及其規(guī)律的新理論，對于指導(dǎo)高爐煉鐵協(xié)調(diào)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義。本文闡述了系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)和自組織理論的核心觀點，提出了高爐煉鐵物質(zhì)流通量參數(shù)、能量流通量參數(shù)、熱流通量參數(shù)的概念及其物理意義。指出了未來高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展理念、目標(biāo)及方向，論述了運用自組織理論，通過高爐爐體功能、結(jié)構(gòu)和效率的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)高爐全壽命周期的動態(tài)自組織優(yōu)化。提出并探討了構(gòu)建具有自組織特性的“自感知-自適應(yīng)-自保護(hù)-自維護(hù)”爐體結(jié)構(gòu)的方法及其路徑。

關(guān)鍵詞  耗散結(jié)構(gòu)  開放系統(tǒng)  自組織  高爐 長壽 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1  引言

現(xiàn)代高爐煉鐵已有近200年的歷史，經(jīng)歷了多次重大的技術(shù)變革與創(chuàng)新，不斷演進(jìn)發(fā)展，漸趨至臻完善。當(dāng)前，在全球范圍內(nèi)，高爐煉鐵工藝流程仍占有主導(dǎo)地位，預(yù)計到21世紀(jì)中葉，高爐煉鐵工藝流程的主導(dǎo)地位將不會發(fā)生根本性變化，高爐仍然是鐵礦石還原和優(yōu)質(zhì)生鐵的主流生產(chǎn)裝置。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國作為世界第一產(chǎn)鐵大國，高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步及其成就全球矚目，在高爐大型化、裝備現(xiàn)代化等方面取得重大進(jìn)展舉世公認(rèn)；高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)不斷提升，許多大型高爐都已進(jìn)入國際先進(jìn)行列[1]。應(yīng)當(dāng)看到，在高爐煉鐵技術(shù)取得長足進(jìn)步的同時，高爐壽命依然在不同程度上成為制約高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的短板，一些現(xiàn)代化大型高爐投產(chǎn)不久就出現(xiàn)了爐缸燒穿或銅冷卻壁大量損壞等嚴(yán)重事故，高爐安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅[2]。在研究解析高爐異常破損原因、采取有效措施延長高爐壽命的同時，應(yīng)當(dāng)建立起新的高爐長壽技術(shù)理念、理論和方法，構(gòu)建自感知-自適應(yīng)-自維護(hù)-自修復(fù)的高爐長壽技術(shù)理論體系，從根本上解決制約高爐壽命的關(guān)鍵技術(shù)難題，形成現(xiàn)代高爐長壽關(guān)鍵共性技術(shù)，并在工程實踐中實施應(yīng)用，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步延長高爐壽命，實現(xiàn)高爐煉鐵綠色化、智能化多目標(biāo)協(xié)同發(fā)展。

2  高爐煉鐵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展理念

未來鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須充分研究市場需求、產(chǎn)品競爭力和資源-能源-環(huán)境的承載能力，實現(xiàn)低碳綠色化發(fā)展[3]。對于具體的鋼鐵廠而言，要根據(jù)全廠的產(chǎn)量規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、總圖布局，以實現(xiàn)物質(zhì)流、能量流和信息流動態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)、高效耦合運行為目標(biāo)，合理確定高爐的座數(shù)和高爐容積[4]。在鋼鐵行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整、淘汰落后、轉(zhuǎn)型升級的宏觀經(jīng)濟形勢下，不宜過分追求鋼鐵廠產(chǎn)能和產(chǎn)量，要轉(zhuǎn)變以粗放型產(chǎn)能規(guī)模擴張的發(fā)展道路，堅持走集約化、綠色化、智能化、品牌化的可持續(xù)發(fā)展之路。

高爐大型化和裝備現(xiàn)代化是中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要方向和路徑，必須堅持鋼鐵廠流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化前提下的大型化，以實現(xiàn)鋼鐵制造流程的動態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)、集約高效、耗散優(yōu)化為目標(biāo)。未來中國鋼鐵工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化，將以去產(chǎn)能、減量化發(fā)展為前提，淘汰落后、流程優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)升級勢在必行。因此在高爐設(shè)計建造過程中，應(yīng)當(dāng)以整個鋼鐵制造流程協(xié)同優(yōu)化的視角，站在鋼鐵廠生存發(fā)展的全局性戰(zhàn)略層次上，以構(gòu)建鋼鐵制造全流程要素-結(jié)構(gòu)-功能-效率協(xié)同優(yōu)化為關(guān)注點，實現(xiàn)燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、煉鋼、軋鋼以及全廠能源系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，同時注重流程網(wǎng)絡(luò)的耗散優(yōu)化、重構(gòu)優(yōu)化和時空關(guān)系，使物質(zhì)流、能量流和信息流實現(xiàn)高效耦合“層流式”運行，提高運行效率和運行質(zhì)量。總體看來，未來中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，必須堅持以去產(chǎn)能、減量化為基本方針，持續(xù)開展鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，通過淘汰落后、技術(shù)改造和裝備升級，優(yōu)化鋼鐵制造流程及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建鋼鐵制造流程耗散優(yōu)化的自組織體系，實現(xiàn)市場-產(chǎn)品-質(zhì)量與資源-能源-環(huán)境的和諧有序發(fā)展。

3  高爐爐體的功能優(yōu)化

3.1  高爐煉鐵的物理本質(zhì)

高爐煉鐵是鐵氧化物（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦等）以焦炭（及煤粉）作為主要燃料和還原劑，在高爐內(nèi)經(jīng)過一系列的物理-化學(xué)反應(yīng)和冶金傳輸過程，生產(chǎn)出液態(tài)生鐵的冶金工藝過程，焦炭是高爐煉鐵工藝不可或缺的料柱骨架。其物理本質(zhì)是鐵素物質(zhì)流在碳素能量流的驅(qū)動和作用下，按照設(shè)定的運行程序，沿著特定的流程網(wǎng)絡(luò)動態(tài)-有序、協(xié)同-連續(xù)運行，實現(xiàn)鐵素物質(zhì)流和碳素能量流在整個流程范圍內(nèi)流動并轉(zhuǎn)變/轉(zhuǎn)換的過程。

高爐冶煉進(jìn)程是典型的豎爐逆流移動床過程，下降爐料與上升煤氣流在相向運動過程中，經(jīng)過一系列的物理-化學(xué)反應(yīng)與傳輸過程，完成鐵氧化物的還原和滲碳，最終形成液態(tài)生鐵。由此可見，高爐煉鐵區(qū)別于非高爐煉鐵的重要工藝特征，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是采用焦炭作為主要燃料、還原劑、滲碳劑和料柱骨架；二是其產(chǎn)品為液態(tài)生鐵。

3.2  高爐爐體的功能解析

3.2.1  冶金反應(yīng)器

對于高爐-轉(zhuǎn)爐長流程鋼鐵廠而言，高爐在整個鋼鐵制造流程中的作用至關(guān)重要，是全流程物質(zhì)流和能源流轉(zhuǎn)變/轉(zhuǎn)換的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。因此，高爐冶煉過程要求是連續(xù)-穩(wěn)定運行，穩(wěn)定順行成為高爐操作的核心要素。

高爐冶煉過程的冶金傳輸過程及反應(yīng)和物質(zhì)流、能量流的轉(zhuǎn)變/轉(zhuǎn)換都是在高爐爐體內(nèi)完成的，高爐爐體是一個復(fù)雜的高溫、高壓、密閉冶金反應(yīng)器，高爐冶煉則是多元-多相（態(tài)）復(fù)雜巨系統(tǒng)，是復(fù)雜的、開放的、遠(yuǎn)離平衡的不可逆過程，是有大量物質(zhì)、能量和信息輸入/輸出的耗散結(jié)構(gòu)。高爐爐體的本質(zhì)功能，是保障高爐冶煉進(jìn)程連續(xù)穩(wěn)定運行的高效長壽冶金反應(yīng)器，其生產(chǎn)效率和質(zhì)量要滿足鋼鐵廠對鐵水供應(yīng)的需求；其壽命周期要持續(xù)15~20年甚至更長。

3.2.2  高爐爐體的流程結(jié)構(gòu)

經(jīng)過近200年的演進(jìn)，現(xiàn)代高爐已經(jīng)形成了爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸、死鐵層“六段式”的爐體結(jié)構(gòu)，爐體每個部位都有著不同的功能和作用。對于高爐冶煉過程而言，連續(xù)穩(wěn)定運行是其重要的工藝特征。正是在這樣一個特定的高溫、高壓、密閉的流程結(jié)構(gòu)中，大通量物質(zhì)流和能量流的輸入/輸出，并完成物質(zhì)流、能量流的轉(zhuǎn)變/轉(zhuǎn)換。下降爐料從爐喉到爐缸，物質(zhì)的形態(tài)、成分、溫度、性能等因子發(fā)生了巨大變化；焦炭（煤粉）在風(fēng)口前燃燒形成高爐煤氣，煤氣流與下降爐料逆行向上運動，經(jīng)過爐缸、爐腹、爐腰、爐喉至爐頂，能量的形態(tài)、矢量、勢量等因子也發(fā)生了巨大變化。基于耗散結(jié)構(gòu)和冶金流程工程學(xué)理論，可以將高爐爐體視為一個物質(zhì)流和能量流做動態(tài)-有序、協(xié)同-連續(xù)流動的流程路徑（結(jié)構(gòu)），進(jìn)而言之，高爐爐體是高爐煉鐵工序中核心關(guān)鍵的流程結(jié)構(gòu)。在這個流程結(jié)構(gòu)中，既有鐵礦石、焦炭、煤粉、熱風(fēng)等物質(zhì)或能量的輸入，也有鐵水、爐渣、煤氣等物質(zhì)或能量的輸出。同時，在高爐冶煉過程中，伴隨著物質(zhì)和能量的輸入/輸出，信息也在不斷地輸入/輸出。從微觀尺度分析，高爐冶煉過程表現(xiàn)為質(zhì)量傳輸、熱量傳輸、動量傳輸和一系列物理-化學(xué)冶金反應(yīng)工程的集成；從宏觀尺度分析，高爐冶煉過程表現(xiàn)為物質(zhì)流（特別是鐵素物質(zhì)流）、能量流（特別是碳素能量流）和信息流在高爐爐體特定的物理空間內(nèi)做動態(tài)耦合運行。

因此，高爐爐體作為高爐冶煉的核心流程結(jié)構(gòu)，從高爐生產(chǎn)運行角度看，高爐爐體結(jié)構(gòu)直接影響高爐的穩(wěn)定、順行，進(jìn)而影響高爐生產(chǎn)的高效、優(yōu)質(zhì)、低耗和長壽。從冶金流程工程學(xué)角度看，高爐爐體結(jié)構(gòu)則直接影響整個鋼鐵制造流程的物質(zhì)流、能量流和信息流動態(tài)耦合運行的效率和效果。由此可以推論，高爐長壽不僅是高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行的重要基礎(chǔ)和前提，在整個鋼鐵制造流程的時空尺度上，高爐長壽也是維持冶金流程長期連續(xù)、協(xié)同穩(wěn)定、動態(tài)運行的基礎(chǔ)和前提。

3.3  高爐爐體的功能集成

組成高爐爐體的各個子系統(tǒng)（單元），其功能和作用也不盡相同。爐殼是保障高爐爐體具有一定強度和剛度且具有承壓密封功能的鋼結(jié)構(gòu)，其功能是固定爐體冷卻器，支撐爐頂設(shè)備、煤氣上升管，承受爐體附屬設(shè)備的荷載，因此爐殼是維持高爐爐體的基本結(jié)構(gòu)（骨架結(jié)構(gòu)）。冷卻對于現(xiàn)代高爐爐體長壽至關(guān)重要，爐體冷卻結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷演進(jìn)發(fā)展，目前現(xiàn)代高爐已形成了以冷卻壁為主流的爐體冷卻模式，特別是在爐腹至爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)域采用銅冷卻壁，使高爐爐腹至爐身區(qū)域從厚壁結(jié)構(gòu)演進(jìn)為薄壁結(jié)構(gòu)，甚至演化為“無襯結(jié)構(gòu)”，從而減少甚至擺脫了對耐火材料的依賴。依靠銅冷卻壁的高效冷卻作用，以快速形成保護(hù)性渣皮作為“動態(tài)自生爐襯”，為高爐長壽奠定了基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)說通過冷卻壁材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，銅冷卻壁的研發(fā)和應(yīng)用，使高爐冷卻壁的功能實現(xiàn)優(yōu)化，爐體高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻效率得到優(yōu)化，進(jìn)而實現(xiàn)了爐體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

毋庸置疑，銅冷卻壁的應(yīng)用實現(xiàn)了高爐冷卻壁結(jié)構(gòu)-效率-功能的協(xié)同優(yōu)化。冷卻器的主要功能是為耐火材料內(nèi)襯提供有效的冷卻，降低耐火材料內(nèi)襯的熱應(yīng)力和熱面溫度，促進(jìn)在耐火材料內(nèi)襯熱面形成自生的、動態(tài)的保護(hù)性渣皮（渣鐵殼），進(jìn)而延長耐火材料內(nèi)襯的使用壽命。對于爐腹至爐身中下部區(qū)域，當(dāng)冷卻壁內(nèi)側(cè)的爐襯侵蝕消失以后或取消銅冷卻壁內(nèi)側(cè)爐襯結(jié)構(gòu)時，依靠冷卻壁的有效傳熱，能夠在冷卻壁熱面直接形成動態(tài)性渣皮，即所謂“動態(tài)自生爐襯”。與此同時，冷卻器還有保護(hù)爐殼、降低爐殼溫度，從而延長爐殼使用壽命的作用。高爐內(nèi)襯是由耐火材料構(gòu)成的高爐冶金反應(yīng)器的磚襯砌體（局部也可以是不定型耐火材料），一般是由若干種異質(zhì)-異構(gòu)、功能不同的耐火材料所組成。隨著銅冷卻壁的廣泛應(yīng)用，爐腹至爐身區(qū)域普遍采用薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，爐襯厚度一般100~150mm，而且與冷卻壁鑲磚融為一體，成為磚壁一體化薄壁結(jié)構(gòu)。還有不少高爐開爐之前，僅在高爐爐腹至爐身區(qū)域的冷卻壁熱面噴涂一層厚度約100mm的不定型耐火材料保護(hù)層，取消了磚襯砌體和冷卻壁的鑲磚結(jié)構(gòu)。直至目前，高爐爐缸爐底耐火材料內(nèi)襯仍是不可或缺且無法替代的結(jié)構(gòu)，而且對爐缸爐底耐火材料內(nèi)襯的材質(zhì)、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)要求更加嚴(yán)格，具有導(dǎo)熱性、抗鐵水滲透性和抗鐵水熔蝕性優(yōu)異的炭磚則是必不可少的功能材料。

高爐爐缸是高爐冶煉過程的起始和終結(jié)，也是高爐冶煉進(jìn)程中冶金傳輸和物理-化學(xué)反應(yīng)最為集中的區(qū)域，是典型的多元-多相態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)。爐缸爐底還是高溫液態(tài)渣鐵積聚的區(qū)域，爐缸爐底內(nèi)襯工作條件惡劣，承受著高溫?zé)釕?yīng)力、鐵水滲透、化學(xué)侵蝕、機械沖刷磨損等各類破壞作用。而高爐爐缸爐底的使用壽命決定著高爐一代爐役壽命，是延長高爐壽命的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，延長高爐壽命的技術(shù)難點和重點就是要有效延長高爐爐缸爐底的使用壽命。

4  耗散結(jié)構(gòu)與爐體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4.1  耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高爐爐體冷卻耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計方法和思維進(jìn)路應(yīng)當(dāng)是：①采用純水（或軟水）密閉循環(huán)冷卻技術(shù)；②參照高爐爐體熱流強度進(jìn)行傳熱學(xué)計算得出爐體總的最大熱流通量，再計算出冷卻水量、冷卻水溫差，進(jìn)而設(shè)定出進(jìn)水溫度與出水溫度；③根據(jù)冷卻水的換熱量，確定出冷卻水熱交換器的能力、型式和規(guī)格；④計算脫氣罐、膨脹罐、穩(wěn)壓罐等罐組的容量及結(jié)構(gòu)參數(shù)；⑤設(shè)計冷卻系統(tǒng)工藝流程，初步確定供回水管網(wǎng)參數(shù)，計算管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力損失；⑥根據(jù)計算管網(wǎng)系統(tǒng)阻力計算結(jié)果，確定循環(huán)泵組的優(yōu)化配置（揚程、臺數(shù)、工作制度及布置方式）；⑦設(shè)計系統(tǒng)各關(guān)鍵節(jié)點的流量、壓力、溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的自動采集與處理，構(gòu)建信息流網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)具備智能化調(diào)控的功能；⑧評估冷卻系統(tǒng)的頂層設(shè)計，重點關(guān)注冷卻系統(tǒng)的安全性和可靠性，確定備用電源供電、配置事故差油泵、供回水管道安全供水可靠性分析評價等[7]。

4.2  爐體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高爐爐體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的核心關(guān)鍵，是要構(gòu)建具有自組織特性的“自感知-自適應(yīng)-自維護(hù)-自修復(fù)”的爐體長壽結(jié)構(gòu)。高爐的結(jié)構(gòu)特性和連續(xù)運行的工藝特征，使高爐爐體結(jié)構(gòu)必須長期適應(yīng)高爐冶煉過程的各種影響和破壞，具備抵抗惡性事故的可靠性、安全性和耐久性。遵循自組織理論，高爐爐體的功能拓展與功能集成是現(xiàn)代高爐區(qū)別于傳統(tǒng)高爐的重要之處，現(xiàn)代高爐的多功能化和功能集成體現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)質(zhì)鐵水生產(chǎn)、高效能源轉(zhuǎn)換和消納廢棄物并實現(xiàn)資源化的功能。因此，功能優(yōu)化是現(xiàn)代高爐煉鐵發(fā)展理念的重要創(chuàng)新。毋庸置疑，高爐爐體是實現(xiàn)高爐煉鐵“高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、安全”多目標(biāo)優(yōu)化的載體。

為適應(yīng)高爐功能優(yōu)化，爐體結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)當(dāng)以全壽命周期的時間尺度，從高爐的設(shè)計、建造、運行、維護(hù)各個階段都必須給予足夠的重視。高爐爐體靜態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化重點是高爐設(shè)計和建造，尤其是高爐爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計，關(guān)乎到高爐的全壽命周期。高爐爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)就是構(gòu)建高效協(xié)同的高爐爐體自組織體系，應(yīng)當(dāng)建立耗散結(jié)構(gòu)自組織體系優(yōu)化的理念，遵循冶金學(xué)、傳熱學(xué)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，采用概念設(shè)計-頂層設(shè)計-動態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計-仿真優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)計方法，經(jīng)過綜合-權(quán)衡-選擇-評估-決策的過程，以高爐全壽命周期和高爐爐體整體結(jié)構(gòu)為關(guān)注點，注重頂層設(shè)計，通過空間結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化實現(xiàn)爐體綜合功能的協(xié)同優(yōu)化。

爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的思路和方法是：①以物質(zhì)流和能量流通量參數(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計合理的高爐內(nèi)型，為高爐穩(wěn)定順行和高效長壽奠定基礎(chǔ)；②高爐爐體結(jié)構(gòu)的選擇與確定；③高效冷卻器參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計；④爐缸爐底的冷卻和耐火材料結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化；⑤采用傳熱學(xué)和材料力學(xué)數(shù)值仿真計算方法評估驗證冷卻器與爐缸爐底內(nèi)襯的溫度場、應(yīng)力場等；⑥高爐爐殼傳熱學(xué)和彈塑性力學(xué)數(shù)值仿真計算、材質(zhì)選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.3  高爐運行與維護(hù)的自組織

高爐建造過程中，必須以工程設(shè)計為依據(jù)，科學(xué)組織、統(tǒng)籌管理，兼顧質(zhì)量、進(jìn)度、成本等要素，精細(xì)施工、精益管理，不宜片面追求工期進(jìn)度或降低成本，應(yīng)以質(zhì)量為核心實現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化。無數(shù)的案例證實，高爐施工建造過程的質(zhì)量問題和安全隱患，是造成高爐短壽、出現(xiàn)惡性事故的直接原因，損失慘重、教訓(xùn)深刻，必須加強工程建造管理，提高施工水平，保證高爐一代爐役期間生產(chǎn)安全穩(wěn)定。

高爐長壽的實質(zhì)就是保持高爐一代爐役期間的合理操作爐型[8]。高爐投產(chǎn)以后，根據(jù)高爐爐型的演變進(jìn)程可以劃分為操作爐型形成期、操作爐型穩(wěn)定期和操作爐型維護(hù)期三個階段。高爐生產(chǎn)中，要通過精料、爐料分布控制、煤氣流分布控制、爐體冷卻與熱負(fù)荷管理、渣鐵流動控制等措施，保持高爐全壽命周期的合理操作爐型。高爐生產(chǎn)操作的調(diào)控，實質(zhì)上就是對高爐冶煉過程的“他組織”，是物質(zhì)、能量和信息的輸入過程。高爐冷卻系統(tǒng)的調(diào)控、含鈦物料的加入等措施則主要是為了維護(hù)高爐爐體長壽，在高爐運行的狀態(tài)下，通過高爐系統(tǒng)的自組織特性和自組織體系，促進(jìn)形成動態(tài)的、自生的“保護(hù)性渣皮”，即所謂“自生爐襯”，通過自生爐襯的動態(tài)生成-漲落，實現(xiàn)高爐爐體具有自組織功能的自維護(hù)和自修復(fù)，從而延長高爐壽命[9]。

未來高爐智能化的一個重要特征是要建立起自感知-自適應(yīng)-自維護(hù)-自修復(fù)的爐體結(jié)構(gòu)，在自動化、數(shù)字化、信息化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建高爐爐體溫度、壓力、流量、應(yīng)力/應(yīng)變的精準(zhǔn)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析處理，形成基于高爐冶煉-爐體長壽耦合的信息流管控體系，精準(zhǔn)操作、精準(zhǔn)護(hù)爐，實現(xiàn)與鐵素物質(zhì)流、碳素能量流和集成信息流高效耦合運行的協(xié)同管理。

5  結(jié)語

（1）高爐煉鐵要實現(xiàn)綠色化、智能化發(fā)展，必須建立新的技術(shù)發(fā)展理念，以適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的要求。在資源、能源和環(huán)境可承載的前提下，加大供給側(cè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，淘汰落后產(chǎn)能和工藝裝備，推動技術(shù)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型升級。

（2）運用耗散結(jié)構(gòu)自組織理論，構(gòu)建高爐煉鐵動態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)和耗散優(yōu)化的流程體系，創(chuàng)新具有“自感知-自適應(yīng)-自維護(hù)-自修復(fù)”功能的長壽爐體結(jié)構(gòu)，積極采用高爐長壽創(chuàng)新理念、理論和方法，以高爐一代爐役全壽命周期為視角，注重高爐的概念設(shè)計、頂層設(shè)計和動態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計，促進(jìn)物質(zhì)流、能量流和信息流流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實現(xiàn)高效耦合運行。

（3）高爐運行過程中，通過大數(shù)據(jù)、信息流的智能化管理，提高精準(zhǔn)化智能操作水平，動態(tài)在線監(jiān)測和調(diào)控爐體運行狀態(tài)，增強高爐爐體的自組織性和自組織功能，保障高爐冶煉穩(wěn)定順行，進(jìn)而實現(xiàn)高爐煉鐵高效、優(yōu)質(zhì)、長壽、安全多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化。