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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？

發(fā)布時間：

2017-10-11 13:12

針對強(qiáng)化冶煉的高爐，爐缸被燒穿的原因歸納起來有以下幾點：

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）有幾個致命缺點：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，加速了鐵水對碳磚的熔蝕。三是抗鋅能力差，抗鋅試驗后碳磚的強(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，由于泥漿常溫下沒有強(qiáng)度，在砌筑完爐殼灌漿時，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，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，回水就會溢出水槽進(jìn)入爐缸。有的高爐因為爐頂無料鐘齒輪箱冷卻回水槽中的水位計失靈，進(jìn)水量過大時回水，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)對高爐烘爐的重要性認(rèn)識不足，高爐烘爐時間普遍壓縮了近一半的時間，使泥漿的強(qiáng)度不足，加上普遍的高壓壓漿對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個月~6個月的慢速達(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，這對碳磚砌體是非常不利的。

第五大原因是受設(shè)計因素影響

鐵口局部設(shè)計不合理，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)壁碳磚溫度計插入太深，爐底碳磚溫度計在陶瓷墊磚下方，一旦侵蝕到溫度計位置后，鐵水從溫度計管流出，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≥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)高爐實際工況。其特點如下：

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，可以延長使用年限，讓人們有更長的時間來發(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)計時應(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)計時要控制死鐵層深度，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)壁碳磚溫度計插入深度不要超過200mm，爐底溫度計不要設(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)計熱負(fù)荷為10000kcal/（m2·h），鐵口及死鐵層區(qū)的冷卻壁設(shè)計熱負(fù)荷為15000kcal/（m2·h），底部冷卻壁設(shè)計熱負(fù)荷為6000kcal/（m2·h）。爐缸好采用橫型冷卻壁，便于對每段冷卻壁的冷卻情況進(jìn)行檢測。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，則必須對焊接后的水管進(jìn)行拔出試驗，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點，鐵口下方區(qū)域每點溫度計的檢測范圍為1.6m2~2m2，其余非鐵口區(qū)域部位每點溫度計的檢測范圍為2.5m2~3m2。

陶瓷杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計要防止陶瓷杯材料的膨脹對碳磚和風(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，要在現(xiàn)場做搗實試驗，取樣檢查搗實后的填料體積密度，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，要做好定時定員檢查確認(rèn)。一旦爐缸進(jìn)水，要及時排盡，并追加烘爐時間。在設(shè)計上，爐頂打水進(jìn)水閥設(shè)置爐頂打水閥開啟的聲響報警裝置，對爐頂齒輪箱回水槽溢水也設(shè)置聲響報警裝置。

高爐的烘爐時間要有保障，中小高爐應(yīng)為15天左右，大高爐應(yīng)為20天左右?，F(xiàn)在高爐烘爐時間都很短，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，壓漿短管上的冒口要盡量打開，以利于水蒸氣排出，待開爐時再擰緊其冒口。

第五，必須考慮適當(dāng)延長高爐達(dá)產(chǎn)時間

小高爐爐缸爐底磚襯厚度較小，達(dá)產(chǎn)時間宜控制在15天以上。大高爐爐缸爐底磚襯厚度較大，達(dá)產(chǎn)時間宜控制在30天以上?？焖龠_(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。