引言：北京科技大学张建良教授团队数十年坚守，攻克了如何在高有害元素含量、高冶炼强度、高休风率、低入炉品位矿条件下实现安全长寿冶炼这一世界级难题。相关成果获得2022年冶金科技进步一等奖，入选2022年度世界钢铁工业十大要闻。
习近平总书记在党的二十大报告中强调，提高公共安全治理水平，坚持安全第一、预防为主，建立大安全大应急框架，完善公共安全体系，推动公共安全治理模式向事前预防转型。2022年，我国累计生产生铁8.64亿吨，其中95%以上的生铁由高炉生产。高炉作为最大的单体高温高压反应器，是钢铁生产工序流程中资源和能源的主要消耗体，保障高炉安全生产事关人民福祉和经济社会发展大局。
高炉炉缸烧穿现场
目前中国有900余座在役高炉，随着冶炼强度的不断攀升，每年都有上百座高炉需要安全维护，近年来国内外也发生了多起高炉炉缸烧穿等严重事故，造成重大经济损失甚至人员伤亡，极大阻碍了高炉安全长寿生产的发展进程。高炉一旦发生炉缸侧壁温度升高等现象，过去往往采取加钛护炉等操作，导致燃料比升高，冶炼强度下降，生产成本增加，给生产带来诸多不利影响。如何在高有害元素含量、高冶炼强度、高休风率、低入炉品位矿条件下实现安全长寿冶炼，是长期困扰炼铁界的关键问题。我校张建良教授团队数十年坚守，攻克了这一世界级难题。相关成果获得2022年冶金科技进步一等奖，入选2022年度世界钢铁工业十大要闻。
探索求本质
如果把高炉类比做人，当人生病时，有时通过吃药治疗，但是药三分毒，吃药会给人体造成不同程度的伤害，但有时候并不需要吃药，过一段时间病自然就好了。同理，对于高炉而言，有时候出现危险征兆，现场并未采取任何维护措施，一段时间后危险征兆自然就解除了。那么，高炉是否也具有自愈功能呢？假如有自愈功能，其背后的机理是什么？如何人为控制高炉的自愈能力，保障高炉安全生产呢？要弄明白这些问题，唯有进入高炉内部一探究竟。
高炉是一个高温高压黑箱，内部状况不可能通过现有监测手段获取，这是弄清高炉运行机制的关键难点。团队借助高炉停炉大修时机，克服重重困难，深入高炉内部，实地详细勘察，以期弄清高炉内部真实状态。在一次实地踏勘时，团队发现大部分高炉内部耐火材料热面存在一些银白色物质，团队敏锐觉察到，这些银白色物质或许就是解开高炉自愈之谜的关键。
富石墨碳保护层形成机制
通过取样分析，这种银白色物质均为石墨碳，团队将其命名为石墨碳保护层。随后，团队成员不畏困难，多次利用高炉大修时机，深入到不同企业、不同容积高炉内部，包括首钢5500高炉、宝钢4350高炉、太钢4350高炉、迁钢4000高炉、兴澄特钢3200高炉、莱钢3200高炉、本钢2680高炉、湘钢2680高炉、国丰1780高炉、方大特钢1050高炉等，深入勘察后发现，对于长寿型高炉，均存在大量石墨碳保护层，而对于短寿高炉，很少发现石墨保护层。那么高炉内部存在的石墨，是不是高炉长寿的关键呢？团队通过全面取样、详细检测、深入分析，模拟高炉实际工况开展大量高温实验，结合理论计算研究，首次解析了石墨碳形成原因及机制，结果与实际高度吻合，团队认为高炉炉缸石墨碳的形成即是高炉自愈的本质。
廿载磨一剑
项目研究技术路线
基于“高炉炉缸石墨碳的形成即是高炉自愈的本质”这一创造性判断，团队二十年如一日，进行了大量的高炉破损调查及高炉解剖研究，提出了高炉炉缸自修复理论，并进一步结合高炉生产实际，建立了炉缸保护层理论体系，揭示了炉缸耐火材料热面石墨碳析出的自保护机制，通过“石墨碳析出势”对炉缸石墨碳护炉进行定量化诊断，并从调控炉缸活跃状态以促进铁水渗碳和优化炉缸传热体系以降低耐火材料热面温度两个方面实现高炉炉缸的自修复，并建立了高炉炉缸保护层三维可视化监控预警平台，形成了一整套高炉安全长寿自修复调控技术。
冷却结构优化及水量分配均匀性研究
该项目在基础理论原始创新、技术调控措施、在线监控平台建设等方面首次提出了一套高炉安全长寿冶炼自修复技术，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，部分高炉寿命可以达到甚至超过15年，与传统护炉技术对比，采用石墨碳自修复技术护炉可降低钛矿护炉带来的产量损失、降低燃料比、降低入炉所需的钛矿量，并稳定炉缸侧壁温度长期处于安全温度范围内，有效地保障了高炉的安全长寿运行，实现高炉安全低碳冶炼。目前，研究成果已应用于国内20余座高炉，创造效益超过15.2亿元。
敢探“无人境”，敢闯“无人区”，项目团队以一片丹心护安全，用不变坚守破困局，世界级难题因他们而不再是中国冶金安全的威胁。他们的成果虽隐于黑暗，难以窥见，但却事关千家万户，国泰民安。
（供图：科转院）
（责编：付云笛、薛浪）
