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1、http:/首钢长钢首钢长钢 8 号高炉炉缸炉底侵蚀调查号高炉炉缸炉底侵蚀调查 杨军昌，张联兵，韩秀鹏，申伟 (首钢长治钢铁有限公司) 摘摘 要：要：通过对首钢长钢 8 号高炉炉缸温度变化和护炉生产实践的总结，以及停炉后的破损 调查，重点分析了影响高炉长寿的关键因素。 关关 键键 词：词：高炉；炉缸炉底；侵蚀；护炉 首钢长钢 8 号高炉(1080m3)于 2004 年 9 月 19 日投产，设计 20 个风口和 2 个铁口。高 炉采用水冷炭砖一陶瓷杯综合砌体，炉缸、炉底配有 6 层测温热电偶。炉缸设计有 4 段冷 却壁，冷却壁为球墨铸铁光面冷却壁，采用工业水冷却。2012 年 2 月 20 日
2、停产大修，生 产 7 年 6 个月，总计生产生铁 658 万 t，单位炉容产铁量 6095tm3。对 8 号高炉进行了炉 缸炉底侵蚀调查，分析影响高炉长寿的关键因素和护炉的有效措施。 1 炉缸炉底结构炉缸炉底结构 8 号高炉采用的是综合炉缸、炉底结构，炉底封板上为混凝土，混凝土上并排 42 根 108mm 的水管，往上为炉底捣打料找平层。在其上砌筑 5 层半石墨质砖，尺寸为 400mm400mm1200mm，炉底总高度为 2000mm，不同层之间交错砌筑。第 5 层半石墨 质砖表面标高为 6503mm。第 4 层至 12 层外环砖为微孔炭砖，第 13 层至第 14 层为半石 墨质砖。半石墨质砖
3、上立砌 2 层复合棕刚玉砖，高度为 690mm，形成陶瓷杯炉底。炉缸侧 壁砌复合棕刚玉砖，形成陶瓷杯壁。铁口区范围用复合棕刚玉砖砌筑。冷却壁与炉壳之间 填充无水炭素泥浆。炭砖与冷却壁缝隙约为 70mm，用炭素 S9 填充料捣打。炭砖与陶瓷杯 之间缝隙 50mm，填充炭素胶泥。 2 高炉护炉生产情况高炉护炉生产情况 高炉开炉 1 周后即发现，标高 9202、10205mm 处的热电偶温度相继升高，内环部分 点温度超过 1000。随着生产延续，高温区逐渐下移到标高 8199mm 与 7196mm 的位置。 高炉开始护炉，控制冶炼强度生产，直至停炉大修从未使用过全风作业。 在高炉的整个生产过程中，主
4、要采取过以下措施维持高炉生产：风口喂线护炉；严格 控制来水温度，局部通入高压水，增加铜冷却棒加强冷却效果；改变送风制度，部分风口 改为直风口，缩短风口长度，缩小送风面积，以减缓铁水环流；堵温度高部位风口生产； 加钒钛矿、钒钛球团矿生产，确保 TiO2入炉量在 815kgt；控制较为充沛的炉温，确保 生铁中TiO2含量012；控制冶炼强度生产，利用系数 2226，鼓风动能 911kJs，标准风速 185200m/s。8 号高炉历年来技术经济指标见表 1。3 炉缸温度变化及采取的措施炉缸温度变化及采取的措施 (1)第一阶段(2004 年 9 月2007 年 5 月)。2004 年 9 月 19 日
5、开炉，一周后即发现标高 9202、10205mm 处的热电偶温度相继升高，内环部分点温度超过 1000。随着生产的延续， 高温逐渐下移到标高 8199mm 与 7196mm 处。2005 年 4 月，正北 3 号风口下方标高http:/8199、7196mm 处的 J、K 点热电偶温度逐步升高。到 5 月，内环温度点超出 1000，超 过热电偶量程，已不能作为检测点。 (2)第二阶段(2007 年 512 月)。2007 年 5 月 19 日零点班，当标高 7200mm 东北方向 H 点温度达到 766，超过警戒温度，休风堵 3 个风口(6、7、18 号)，将风量控制在 2000m3min。但
6、温度并没有得到有效控制，炉缸东北方向进入炭砖 100mm 深度的温度点 最高升至 978。2007 年 5 月 20 日，被迫休风凉炉，堵 5 个风口(5、6、7、12、18 号)， 风量控制在 1500m3min。 (3)第三阶段(2007 年 122009 年 8 月)。2007 年 12 月 24 日四点班，炉缸、炉底东南 方向热电偶温度逐渐升高，标高 7196mm 处的 F 点(伸入炭砖 100mm)温度从 635升高到 961(最高时 1153)，对应此处的第 2 段 7、8 号冷却壁组水温差从 05分别升高到 07和 09，热流强度分别达到了 987、1501kWm2。依据现场情况
7、和护炉规定， 于 25 日 01：15 休风凉炉，对 8 号冷却壁组进行了拆分，实施单独供水冷却。 (4)第四阶段(2009 年 8 月2011 年 3 月)。2009 年 8 月 29 日，7 号冷却壁(面积 3522m2，水流量 45m3h)水温差从 05升至 07，热流强度达到 978kWm2。9 月 5 日休风 50min，捅开南面 13 号风口，堵东南面 9 号风口和东北面 6 号风口。9 月 6 日升至 08，热流强度 1212kWm2。9 月 7 日将第 2 段东面 7 号冷却 壁单拆为 2 块，第 2 段 7 号单块冷却壁(面积 1761m2、水流量 565m3h)水流量增加
8、115m3h，水温差 03、02，热流强度 1117、764kWm2。9 月 24 日后下降 至 93kWm2以下。 (5)第五阶段(2011 年 3 月2012 年 2 月)。2011 年 3 月 31 日，炉缸温度突变，14 号风 口下方标高 6900mm 处抵住炭砖的临时热电偶温度突然升高，14 号 A2从 166短时间内升 至 184，14 号 B2从 169升至 195；第 2 段 12 号冷却壁组水温差升至 13，热流强 度超过 1628kWm2；13 号冷却壁组水温差升至 09，热流强度超过 965kWm2， 炉皮温度最高达到 80，存在烧穿危险。高炉在出铁后于 02：20 紧急
9、休风。单拆第 2 段 12 号冷却壁组，增大冷却强度，并命名为 22、23 号冷却壁。 4 侵蚀情况侵蚀情况 停炉后，对炉内的侵蚀情况进行了调查。从现场调查的结果看，高炉的侵蚀是不规则 的，同一方位侵蚀程度也不同。 (1)正南方向。位于 12、13 号风口之间的下方，第 2 段 23 号冷却壁、第 1 段 24 号冷 却壁缝隙处抵住炭砖的临时热电偶温度(新安装)突然升高到 196。该部位第 7、8 层虽然 还能分辨出有炭砖，但在紧靠冷却壁的地方，发现有凝结的残渣铁(如图 1 所示)。在 10、11 号风口之间下方，第 2 段 20 号、第 1 段 20 号冷却壁位置，该部位第 1、2 段冷却壁
10、缝隙处抵住炭砖的临时热电偶温度(新安装)达到 219。该部位第 8 层炭砖位置已 不能分辨清是否有炭砖，只能看出是凝结物紧挨捣打料，捣打料厚度约 70mm 基本完好； 第 7 层炭砖剩余厚度 140mm。 (2)正东方向。位于 79 号风口之间的下方。该部位标高 7196mm 处深入炭砖 100mm 的临时热电偶温度(新安装)达到过 1000。该部位第 6 层炭砖剩余厚度 130mm，第 7 层炭http:/砖剩余厚度 60mm，第 8 层炭砖剩余厚度约 50mm。 (3)正北方向。位于 3、4 号风口下方，该部位深入炭砖 100mm 临时热电偶温度(新安 装)最高达到 654，抵住炭砖临时热
11、电偶温度(新安装)达到 250，靠近冷却壁处有残铁。 在 3 号风口下方，第 10 层炭砖剩余厚度 280mm；第 9 层炭砖剩余厚度 300mm。1 号风口 下方第 8 层炭砖剩余厚度 630mm，在 180mm 处有环裂；第 7 层炭砖剩余厚度 660mm；第 6 层炭砖剩余厚度 710mm。这两层炭砖由于现场施工原因没能清楚观察到侵蚀程度，从裸 露出的部分看有渣铁夹杂、包裹炭砖的现象，侵蚀应该比较严重。 (4)炉缸炉底部位。炉缸侵蚀最为严重的是第 7、8 层炭砖部位，该部位在圆周方向侵 蚀都较为严重，呈象脚状。炉底侵蚀呈锅底状，最深处在第 3 层炭砖下部。 (5)其他情况。在炉底第 5、
12、6 层挖出含褐红色的凝结物，其在炉底的沉积厚度 20100mm，化学分析见表 2。可以看出，该物质的含钛量较高，说明炉底有钛化物沉积 层。 还在炉内挖出黄绿色物质，化学分析见表 3。可以看出，该物质的 ZnO 含量高达 9388，说明有害物质 Zn 可以进入炉缸。由于 Zn 的频繁氧化还原，对炉缸耐材造成严 重破坏。5 侵蚀原因侵蚀原因 高炉是个密闭的化学反应容器，在炉缸内，耐材受碱金属侵蚀，热应力的破坏， CO2、O2、H2O 的氧化，渣铁的侵蚀和流动冲刷破坏。但就 8 号高炉而言，认为主要是以 下原因导致炉缸温度异常变化。 (1)耐火材料质量差。8 号高炉采用炉缸炭砖质量与技术要求不相符，
13、其中导热系数远 低于标准。高炉设计时炉底、炉缸耐材要求指标见表 4。2004 年生产期间与停炉后，对炭 砖与捣打料取样化验对比，两次检测炉缸耐材导热系数都偏低，达不到高炉设计要求(见表 5、6)。(2)砌筑质量差。在清挖时发现，在炭砖横缝与竖缝间有渗铁现象，个别地方铁已渗透 到砖与冷却壁之间的捣打料上，可能是砌筑时缝隙过大或填充不结实所致。 (3)炭砖环裂。由于整体大块炭砖受热不同，两端温差大，随着升温各种应力在增加， 当应力超过炭砖破损极限值时，即出现微小的变形和裂纹。大块条形炭砖受热后，其冷端 由于冷却效果好，炭砖强度较热端好，而热端长期处于高温状态，产生的热应力于长度中http:/间部位
14、，使炭砖热端一侧受到一个向内的不平衡的拉伸力。当拉伸力大于炭砖破坏应力时， 便产生横向裂纹。当缝内渗入大量渣铁，炭砖会产生线性膨胀，加剧炭砖环裂。 (4)碱金属侵蚀。随着长期冶炼，碱金属的循环富集不可避免。碱金属氧化物在一定温 度下，与炭砖中的炭素起剧烈反应。当炭砖侵入碱蒸气时，易于形成新的化合物如 Fe，C、ZnO 等，这些化合物易产生晶变，从而导致体积膨胀，破坏炭砖强度，对炭砖破 损起催化作用。从炉内取样分析来看，8 号高炉内 Zn 含量较高，存在较严重的碱金属侵蚀。6 结语结语 (1)严把质量关。炉缸、炉底是高炉最关键的部位，是决定高炉一代炉龄寿命的关键， 必须严格把好耐火材料质量和砌筑
15、质量关，充分考虑该部位的侵蚀机理，选用优质耐材和 信用好的施工单位，确保无先天隐患。 (2)加强监控。炉缸温度监测是确保炉缸安全的重要手段。随着侵蚀，炉缸原有热电偶 逐渐减少，应在重点部位通过炉壳钻孔，增加热电偶监测点，对炭砖、炭捣料进行有效监 控。对炉壳、冷却壁增加热电阻，坚守最后一道防线。条件允许时，可建立“炉底炉缸侵蚀 模型”指导生产。无论采用那种检测手段，当发现有局部热流强度升高时，必须采取有效措 施，及时控制，不可大意致使升高部位蔓延，加剧侵蚀。 (3)加强高炉操作。严格控制高炉操做参数，缩小、加长和使用直风口使回旋区向炉缸 推进，减少了对炉缸侧壁的冲刷，也要兼顾炉缸活跃与炉况顺行，避免炉墙结厚造成炉况 不顺。长期堵风口容易导致高炉偏料，可适当加堵热流强度高部位对面的风口；装料制度 上适当压制边缘气流，加中心焦，降低炉顶压力，杜绝高炉憋风。同时，减少喷煤量，有 利于提高高炉透气性，有利于护炉；强化冷却；重视炉前操作；加强检漏工作，及时发现 处理漏水；建立完善的应急预案体系。 (4)加强原燃料的管理。一方面减少入炉碱金属带入量；另一方面要优化高炉操作，做 好排碱工作，降低碱金属的危害。
