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  • 科技成果

    TECHNOLOGICAL ACHIEVEMENTS

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    高爐爐缸為何被燒穿?如何應(yīng)對(duì)?

    發(fā)布時(shí)間:

    2017-10-11 13:12


    針對(duì)強(qiáng)化冶煉的高爐,爐缸被燒穿的原因歸納起來有以下幾點(diǎn):

    第 一大原因是受碳磚性能影響

    目前常用的碳磚(包括微孔與超微孔)有幾個(gè)致命缺點(diǎn):一是抗鐵水熔蝕性差,抗鐵水熔蝕指數(shù)為15%~30%,遠(yuǎn)小于8%的理想指標(biāo)。二是抗水蒸氣氧化能力差,碳磚氧化后表面呈蜂窩狀,嚴(yán)重降低了其導(dǎo)熱性能,使得碳磚得不到冷卻,加速了鐵水對(duì)碳磚的熔蝕。三是抗鋅能力差,抗鋅試驗(yàn)后碳磚的強(qiáng)度幾乎為零。四是強(qiáng)度低,抗熱應(yīng)力較差。

    第二大原因是受施工因素影響

    碳磚多采用樹脂膠泥,常溫下短時(shí)間不能凝固,如果施工速度太快,磚堆自重就容易擠壓下部泥漿,造成泥漿流失或不飽滿,因此,要控制好砌磚速度,嚴(yán)格控制碳磚磚縫。同時(shí),由于泥漿常溫下沒有強(qiáng)度,在砌筑完?duì)t殼灌漿時(shí),灌漿壓力高就容易沖刷泥漿。由于現(xiàn)在的施工工期比十多年前壓縮很多,對(duì)爐缸爐底砌磚的質(zhì)量控制不如過去嚴(yán)格,這應(yīng)當(dāng)引起注意。有的高爐被燒穿部位的碳磚磚縫有3mm~7mm的整塊滲鐵。

    第三大原因是受開爐前的因素影響

    寒冷地區(qū)在冬季施工時(shí),有的高爐爐頂無料鐘齒輪箱冷卻水泵停運(yùn),造成齒輪箱水槽中的水結(jié)冰,水泵恢復(fù)運(yùn)行時(shí),回水就會(huì)溢出水槽進(jìn)入爐缸。有的高爐因?yàn)闋t頂無料鐘齒輪箱冷卻回水槽中的水位計(jì)失靈,進(jìn)水量過大時(shí)回水,從回水槽中溢出進(jìn)入爐缸。有的冷卻壁安裝前沒有試壓檢漏,在碳磚砌筑完后通水才發(fā)現(xiàn)冷卻壁漏水。由于冷卻水進(jìn)入爐缸沒有及時(shí)排凈和進(jìn)一步慢速烘爐,碳磚在潮濕狀態(tài)下工作,使得碳磚和膠泥被快速侵蝕。業(yè)內(nèi)對(duì)高爐烘爐的重要性認(rèn)識(shí)不足,高爐烘爐時(shí)間普遍壓縮了近一半的時(shí)間,使泥漿的強(qiáng)度不足,加上普遍的高壓壓漿對(duì)碳磚砌體泥漿造成損害,使泥漿成了薄弱環(huán)節(jié)。

    第四大原因是受生產(chǎn)因素影響

    過去,高爐開爐后有1個(gè)月~6個(gè)月的慢速達(dá)產(chǎn)期,而近十多年來,高爐開爐后一周左右就快速達(dá)產(chǎn),碳磚及泥漿在爐內(nèi)的進(jìn)一步焙燒時(shí)間大大縮短,碳磚與冷卻壁之間的炭素?fù)v打料或泥漿還沒有干燥,其導(dǎo)熱性能還較低,碳磚就要靠犧牲自身材料來工作,這對(duì)碳磚砌體是非常不利的。

    第五大原因是受設(shè)計(jì)因素影響

    鐵口局部設(shè)計(jì)不合理,鐵口區(qū)厚度不足或者伸入過長,容易引起鐵口局部過快侵蝕。冷卻壁設(shè)計(jì)不合理,水管布置太稀疏,水管直徑小,冷卻水量不足,不能有效傳遞熱量。爐缸側(cè)壁碳磚溫度計(jì)插入太深,爐底碳磚溫度計(jì)在陶瓷墊磚下方,一旦侵蝕到溫度計(jì)位置后,鐵水從溫度計(jì)管流出,引起爐缸被燒穿。陶瓷杯結(jié)構(gòu)形式和材料設(shè)計(jì)不合理,容易造成因陶瓷杯的膨脹過大而引起碳磚砌體的破壞,甚至使風(fēng)口大套中套上頂,拉裂爐底板。

    多措并舉防止?fàn)t缸被燒穿

    要延長高爐爐缸壽命,防止?fàn)t缸短期被燒穿,就應(yīng)當(dāng)針對(duì)上述問題采取有效措施。

    第 一,提高碳磚質(zhì)量是重中之重

    欲提高碳磚質(zhì)量,一是要提高碳磚的抗水蒸氣氧化能力,碳磚與冷卻壁之間的填料(炭素?fù)v打料或泥漿)也要有良好的抗水蒸氣氧化能力和150℃左右時(shí)≥10W/(m·k)的導(dǎo)熱能力。二是要提高碳磚抗鐵水熔蝕能力,抗鐵水熔蝕指數(shù)要<10%。三是要提高碳磚的導(dǎo)熱能力,在800℃下導(dǎo)熱率要≥12W/(m·k)。四是要提高碳磚的抗熱應(yīng)力能力。五是要提高碳磚的抗鋅能力。

    碳復(fù)合磚是一種更加適合高冶煉強(qiáng)度的高爐爐缸爐底安全生產(chǎn)的材料,抗鐵、抗氧化、抗鋅、抗熱應(yīng)力等關(guān)鍵指標(biāo)更適應(yīng)高爐實(shí)際工況。其特點(diǎn)如下:

    微孔化率高。平均孔徑<0.5μm,<1μm孔容積>70%,透氣度趨近于零,可以有效防止渣鐵的滲透侵入損壞。

    導(dǎo)熱性好。導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)13W/(m·K)以上,與國外知名碳磚相當(dāng),但卻不是隨溫度升高導(dǎo)熱性提高,而是相反,正好滿足了爐缸冷卻傳熱的要求。在100℃的環(huán)境中,碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱系數(shù)為17W/(m·K),RB微孔碳磚只有8.6W/(m·K),MG熱壓小碳磚只有6.8W/(m·K)。

    抗鐵熔蝕性優(yōu)越。碳復(fù)合磚具有與陶瓷杯同樣好的抗鐵熔蝕性,抗鐵熔蝕性能<1%,比國外知名碳磚提高了50倍~90倍,克服了碳磚抗鐵熔蝕性差(>20%)的缺點(diǎn),可以延長使用年限,讓人們有更長的時(shí)間來發(fā)現(xiàn)爐缸局部被侵蝕的情況,防止無征兆燒穿事故的發(fā)生。

    抗氧化性優(yōu)越。氧化率為<1%,遠(yuǎn)優(yōu)于MG小碳磚的18%,并且在氧化后表面無蜂窩,很光潔,也有很高的強(qiáng)度。碳復(fù)合磚抗氧化性能比國外知名碳磚提高了3倍~20倍,可以有效防止因冷卻設(shè)備漏水引起磚襯氧化而冷卻失效造成的爐缸被燒穿的嚴(yán)重事故。

    抗熱應(yīng)力強(qiáng)度高??篃釕?yīng)力強(qiáng)度達(dá)10.5MPa左右,與高爐爐缸底部邊角實(shí)際熱應(yīng)力大于10MPa的工況相適應(yīng),可以大大延緩象腳侵蝕的進(jìn)展,以免開爐2年左右就得開始持續(xù)的鈦礦護(hù)爐,而鈦礦護(hù)爐會(huì)帶來高爐操作困難和煉鐵成本增加。

    抗堿性優(yōu)越。碳復(fù)合磚抗堿后體積膨脹<3%,并且強(qiáng)度增加,與國外知名碳磚的抗堿性能相當(dāng),并且優(yōu)于一般的剛玉莫來石系列陶瓷杯(其抗堿后體積膨脹15%~30%,強(qiáng)度下降嚴(yán)重)。

    抗鋅侵蝕能力強(qiáng)。碳復(fù)合磚抗鋅侵蝕后的強(qiáng)度下降約26%,但還有55MPa的強(qiáng)度,而微孔碳磚抗鋅侵蝕后的強(qiáng)度幾乎為零。

    抗渣性好??乖阅埽?%,雖不及碳磚,但好于碳磚的抗鐵指標(biāo),比一般的剛玉莫來石系列陶瓷杯高10倍以上,也好于微孔剛玉磚(6%~8%)。

    強(qiáng)度高。碳復(fù)合磚的耐壓強(qiáng)度達(dá)到75MPa以上,知名碳磚只有30MPa~45MPa。這可以有效抵抗象腳部位強(qiáng)大的熱應(yīng)力損壞。

    膨脹系數(shù)低。碳復(fù)合磚可以無需設(shè)置膨脹縫,與碳磚相互組合。碳復(fù)合磚膨脹系數(shù)約為(4.1~4.5)× 10-6(1/℃),碳磚為(2.5~3.5)×10-6(1/℃),剛玉莫來石系列磚為(6~8)×10-6(1/℃)。

    用磷酸鹽結(jié)合泥漿,常溫下有一定的強(qiáng)度,可以防止泥漿擠壓流失和灌漿沖損。

    第 二,提高鐵口局部設(shè)計(jì)質(zhì)量不可忽視

    鐵口磚襯厚度(鐵口前段泥套后的鐵口中心線斜長)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)控制在爐缸直徑的22.5%左右,凸出爐內(nèi)側(cè)鐵口磚的寬度宜在夾角45°逐漸過渡,在鐵口中心線以上的高度也要隨高爐容積增加而增加。鐵口磚襯厚度過小,容易造成鐵口局部侵蝕過快,炮泥消耗量加大。鐵口磚襯凸出內(nèi)型線長度不宜超過800mm,過分凸出也容易造成鐵口兩邊轉(zhuǎn)折處的碳磚侵蝕加劇。鐵口局部以外的鐵口中心線位置(非鐵口區(qū))磚襯厚度不能過薄。

    設(shè)計(jì)時(shí)要控制死鐵層深度,死鐵層深度一般應(yīng)當(dāng)控制在爐缸直徑的17%~20%。

    另外,爐缸側(cè)壁碳磚溫度計(jì)插入深度不要超過200mm,爐底溫度計(jì)不要設(shè)在陶瓷墊下方,要設(shè)在陶瓷墊下方一層或兩層碳磚的底部。容易侵蝕的部位插入較深的溫度計(jì)不能采用套管,應(yīng)當(dāng)采用鎧裝熱電偶直接埋設(shè)。

    在冷卻壁設(shè)計(jì)上,冷卻壁內(nèi)水管外表面的面積與冷卻壁面積之比達(dá)到0.9以上,水速≥1.6m/s。爐缸冷卻壁的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷也要適應(yīng)高產(chǎn)的需要,風(fēng)口至鐵口上方的冷卻壁設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為10000kcal/(m2·h),鐵口及死鐵層區(qū)的冷卻壁設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為15000kcal/(m2·h),底部冷卻壁設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為6000kcal/(m2·h)。爐缸好采用橫型冷卻壁,便于對(duì)每段冷卻壁的冷卻情況進(jìn)行檢測(cè)。爐缸區(qū)域不適宜采用焊接進(jìn)出水管的銅冷卻壁,如果要采用這種形式的銅冷卻壁,則必須對(duì)焊接后的水管進(jìn)行拔出試驗(yàn),以確保焊接工藝和質(zhì)量的可靠性。鑄造銅冷卻壁沒有焊接水管,用于爐缸區(qū)域?qū)⒏踩?/span>

    適當(dāng)增加容易產(chǎn)生象腳侵蝕的碳磚的溫度檢測(cè)點(diǎn),鐵口下方區(qū)域每點(diǎn)溫度計(jì)的檢測(cè)范圍為1.6m2~2m2,其余非鐵口區(qū)域部位每點(diǎn)溫度計(jì)的檢測(cè)范圍為2.5m2~3m2。

    陶瓷杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要防止陶瓷杯材料的膨脹對(duì)碳磚和風(fēng)口大中套的不利影響,縱向與徑向上的膨脹縫設(shè)計(jì)要合理。陶瓷墊材料要有高的微孔性和抗鐵水性,陶瓷杯壁材料要有高的抗渣和抗鐵水性,常規(guī)的復(fù)合棕剛玉不適合用作陶瓷杯壁材料。

    第三,施工質(zhì)量決不能打折扣

    爐缸爐底的碳磚施工周期要合理,現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量檢查監(jiān)督要嚴(yán)格,做到磚縫小、泥漿飽滿、砌筑后磚體下部泥漿不流損。盡量避開冬季在低于5℃的天氣下施工。

    碳磚與冷卻壁之間的填料要搗實(shí),要在現(xiàn)場(chǎng)做搗實(shí)試驗(yàn),取樣檢查搗實(shí)后的填料體積密度,必須滿足要求。填料的體積密度與導(dǎo)熱率密切相關(guān),一般炭素?fù)v料體積密度<1.6g/cm3時(shí)導(dǎo)熱率急劇下降。

    建議碳磚用樹脂泥漿砌筑的高爐不要在開爐前進(jìn)行壓力灌漿,在開爐后,當(dāng)碳磚冷面溫度到達(dá)100℃左右時(shí)再進(jìn)行壓力灌漿。過去,爐缸壓力灌漿是在爐缸生產(chǎn)維護(hù)中使用,不是在建設(shè)時(shí)使用。在建設(shè)中,冷卻壁與爐殼的間隙是用黏土火泥加上水泥稀泥漿,在冷卻壁安裝時(shí)從上部灌注進(jìn)去的。這樣就避免了從爐殼外面高壓灌漿帶來的不利影響,因此,好沿用過去的施工方法。

    第四,充分做好開爐前的工作

    高爐爐缸內(nèi)進(jìn)水,主要有兩個(gè)進(jìn)水源。一是無料鐘齒輪箱回水槽內(nèi)水溢出,二是爐頂打水控制失誤。開爐前,要做好定時(shí)定員檢查確認(rèn)。一旦爐缸進(jìn)水,要及時(shí)排盡,并追加烘爐時(shí)間。在設(shè)計(jì)上,爐頂打水進(jìn)水閥設(shè)置爐頂打水閥開啟的聲響報(bào)警裝置,對(duì)爐頂齒輪箱回水槽溢水也設(shè)置聲響報(bào)警裝置。

    高爐的烘爐時(shí)間要有保障,中小高爐應(yīng)為15天左右,大高爐應(yīng)為20天左右。現(xiàn)在高爐烘爐時(shí)間都很短,中小高爐只有7天左右,大高爐也只有10天左右。烘爐的目的一方面是排出水分,另一方面是讓泥漿有較高的強(qiáng)度,以提高投產(chǎn)后泥漿抗渣鐵侵蝕的能力。

    烘爐時(shí)要減少冷卻壁水量,或充入一定量的蒸汽,使?fàn)t缸冷卻壁出水溫度在50℃以上。烘爐時(shí),壓漿短管上的冒口要盡量打開,以利于水蒸氣排出,待開爐時(shí)再擰緊其冒口。

    第五,必須考慮適當(dāng)延長高爐達(dá)產(chǎn)時(shí)間

    小高爐爐缸爐底磚襯厚度較小,達(dá)產(chǎn)時(shí)間宜控制在15天以上。大高爐爐缸爐底磚襯厚度較大,達(dá)產(chǎn)時(shí)間宜控制在30天以上。快速達(dá)產(chǎn)使得爐缸爐底耐材失去了“自適應(yīng)”或者“磨合期”階段,對(duì)砌體是嚴(yán)重的傷害,最終的結(jié)果是提前幾周的達(dá)產(chǎn)換來5年以上的高爐壽命損失。因此,快速達(dá)產(chǎn)是得不償失的。

    第六,應(yīng)充分考慮合理壓漿

    在生產(chǎn)維護(hù)中,爐缸壓力灌漿的材質(zhì),應(yīng)當(dāng)選擇碳質(zhì)無水壓入泥漿,不應(yīng)采用高鋁或黏土質(zhì)壓入泥漿,以防止在冷卻壁熱面形成一層隔熱材料。

    壓漿的壓力必須控制適當(dāng),在爐殼上的壓漿短管上的壓力一般不宜超過1.5MPa(壓漿機(jī)出口壓力控制在2.0MPa以下)。有的高爐在爐缸側(cè)壁溫度過高、內(nèi)襯很薄的情況下,采用4MPa~10MPa的壓力灌漿,造成內(nèi)襯破損而被迫停爐大修。

     


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