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1、包钢高炉长寿技术进步,王瑞军 包钢技术中心,2019年1月18日,目 录,1.前言 2.中、小型高炉冶炼情况 3.高炉结瘤 4.包钢高炉的特殊侵蚀作用 5.包钢高炉大、中修情况 6.高炉大、中修炉体破损调查 7.包钢高炉寿命短原因分析 8 包钢高炉长寿技术进步 9.延长高寿命的几点建议 10 结语,1.前 言,几十年来，高炉生产在容积大型化、精料、高风温、高顶压、富氧、喷煤、节能、炉料分布控制技术以及高炉装备自动化水平有了显著进步。以精料为基础，操作技术和水平的提高，科学的生产管理和维护，高炉生产稳定，炉况顺行，使高炉使用寿命不断延长。 国外高炉寿命以日本最突出，高炉连续生产不中修一代炉龄，6
2、070年代为56年，80年代 10年左右，90年代1115年，有的大高炉（千叶6#）已超过18年。 西方发达工业国家高炉寿命一般有8年，现代化高炉超过10年。奋斗目标20年。英国雷德卡高炉（3628m3）1996年大修，设计寿命为10年。法国福斯特厂1#高炉第二代寿命达到10年后与1991年7月15日停炉大修，内容积由2480m3扩大到3098m3。第三代于1992年1月4日开炉，设计寿命15年。 前苏联高炉座数多，使用条件差，操作水平也属一般，但高炉寿命较长，俄罗斯新利佩茨克6#高炉（3200m3）代表该国最佳水平，高炉利用系数为2.405t/m3.d，（1992年16月），该炉1978年建
3、设，寿命15年。,1.前 言,我国高炉寿命普遍不长，一般为35年。有的高炉寿命虽较长，但中间需中修12次。经过多年的努力，80年代以来，高炉长寿技术有了很大进步，高炉寿命有所延长。如宝钢1#高炉是以日本君津3#高炉作为样板设计建造的。1985年9月15日点火投产，1996年4月2日停炉大修，一代寿命10年6个月，累计产铁3239.7万吨，一代炉役单位容积产铁量7949.1t/m3。梅山1#高炉，一代寿命9年11个月，产铁量6000t/m3以上。 包钢高炉使用白云鄂博矿冶炼，由于白云鄂博矿的冶炼特殊性，包钢高炉寿命短优为突出，每座高炉大约34年就需要中修一次。历次高炉大中修炉体破损调查表明，炉身
4、中下部破损最为严重。近些年，包钢高炉虽然采取了许多长寿技术，如：板壁结合的冷却系统、炉缸热压小炭块陶瓷杯技术、造衬技术等，但高炉寿命仍没有明显的提高。,1.前 言,白云鄂博矿是包钢炼铁厂冶炼的矿石基地，这种矿是世界上罕见的铁、稀土、铌等多金属共生矿，矿石中还含有稀有分散元素（如Sc、Ta等）和放射性元素（如Th、U等），到目前为止已发现白云鄂博矿含有72种元素，170余种矿物。由于成矿条件极其复杂，矿石质地致密，颗粒纤细，矿石较贫，品位不高，而有害元素氟、碱金属钾钠、硫磷均较高，铁精矿难于烧结，入炉难于冶炼。 1959年9月26日，包钢炼铁厂1#高炉建成投产。当时选矿厂及烧结厂尚未建设，因此只
5、能用全部白云鄂博富铁块矿直接入炉。投产后的生产过程中就出现了风口及渣口大量破损，铁口侵蚀严重、高炉频繁结瘤等一系列的冶炼问题。,2.中、小型高炉冶炼情况,1954年3月，第一次78m3高炉试验时即发现含氟炉渣对粘土砖侵蚀严重，因此在1956年第二次78m3高炉试验时采用了碳砖炉衬，解决了侵蚀问题，并为高炉设计提供了依据。1954年12月在上海冶金陶瓷研究所1m3高炉及1957年7月在石景山钢铁厂11m3高炉上研究了氟在炉内运动机理及初渣特点，以及含氟炉渣性能。1958年10月及1959年7月在石景山钢铁厂413m3高炉上进行了两次冶炼试验，首次出现了风口及渣口大量破损，风口易灌渣、渣铁水凝罐等
6、问题，这些问题在以前几次试验中都未出现。当时时间仓促，这些问题尚未解决，所以成为以后高炉生产中的突出问题。1980年5月，为了解决高炉生产中频繁结瘤的问题，在包钢稀土二厂55m3高炉上进行了各种配料的冶炼试验，研究高炉结瘤的机理。通过试验及高炉攻关，认识到了钾、钠对结瘤的危害，即搞好精料、稳定操作的重要性。制定了以精料为基础、稳定炉况、降低炉渣碱度的措施，从而基本解决了高炉的结瘤问题。,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿
7、情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况,2.中、小型高炉冶炼情况,通过上述中、小型高炉试验，对白云鄂博矿的冶炼特性有了基本的认识，奠定了大高炉投产的基础。,3.高炉结瘤,1959年1#高炉投产以后，白云鄂博矿的冶炼特殊性就突出显示出来，出现了一系列技术难题，特别是“三口一瘤”（风口、渣口和铁口侵蚀损坏严重，高炉结瘤频繁），长期困扰着包钢炼铁生产，成为包钢发展的“瓶颈”问题。,风口损坏 渣口损坏 铁口损坏,3高炉结瘤,高炉颇繁结瘤，是冶炼白云鄂博铁矿石过程中最为突出的技术难关之一。它曾严重危害包钢高炉生产长达20余年，带来
8、巨大损失。直到八十年代，包钢高炉结瘤问题才得到墓本解决。,3.高炉结瘤,3.1高炉结瘤情况 3.2结瘤原因分析 3.3去处炉瘤方法,3.1高炉结瘤情况,早在50年代中期，在进行小型高炉冶炼试验时，就发现冶炼白云鄂博矿容易结瘤，1956年前后，在鞍钢47m3,石景山钢铁厂11m3小高炉冶炼试验中，都曾发现过炉子中部结瘤情况。 包钢1号高炉1959年9月点火投产，仅试生产一个月，就发现炉身上部结瘤。这次结瘤经处理脱落，3个月后又发现再次结瘤。1960年投产的2号高炉及1970年投产的3号高炉，都在投产后几个月结瘤。当时的情况是：老的炉瘤处理脱落不久，新的炉瘤又结成。此种反复结瘤的局面先后延续了20
9、余年。 1980年，在包钢55m3高炉进行白云鄂博铁矿石冶炼试验。试验仅5个月，而结瘤竟达4次。最快的一次，是在旧瘤炸除后3日内又生成。 1980年包钢大规模攻关并收到明显成效。此后，高炉结瘤情况逐步缓和，结瘤得到基本控制。,3.1高炉结瘤情况,历年高炉烧炸瘤情况,历年高炉烧炸瘤情况,3.2结瘤原因分析,1.钾、钠、氟的作用 2.造渣性能的影响 3.原料管理准备差 4.高炉操作支部不适应 5.管理混乱,3.3去处炉瘤方法,1.洗炉 2.炸瘤 3.烧瘤 4.烧渣结合,4.包钢高炉的特殊侵蚀作用,4.1边缘煤气流的冲刷作用 4.2氟对炉衬的侵蚀作用 4.3钾、钠的侵蚀作用 4.4风口大量漏水的危害
10、 4.5烧瘤炸瘤的破坏作用,4.1边缘煤气流的冲刷作用,白云鄂博铁矿石存在着软熔温度低、软熔区间宽，烧结矿粒度偏小、料柱阻力大的特点。这使得在冶炼时，高炉必需维持较强烈的边缘煤气流，以促进炉况顺行。强烈的边缘煤气流对砖衬，尤其是对炉身中上部砖构成了强烈的冲刷作用。 在一般情况下，生产2年后炉身即并始喷水冷却，待到停炉检修时，炉身炉皮已严重变形，裂纹遍布。包钢高炉炉身是最薄弱的环节与强烈边缘煤气流冲刷又直接的关系。,4.2氟对炉衬的侵蚀作用,氟在炉料、炉渣中以CaF2形式存在。对硅铝质耐火材料有极强的侵蚀作用。 CaF2可与耐火材料中的SiO2反应生成SiF4: 2CaF2 +SiO2= SiF
11、4 +2CaO 2CaF2 +3SiO2= 2CaSiO3 + SiF4 SiF4与煤气中的H2O作用，生成强腐蚀性的HF: SiF4+ H2O = SiO2 + 4HF HF对石英、莫来石、刚玉都产生侵蚀作用： SiO2+ 4HF = SiF4+2H2O 3AI2O32SiO2+ 26HF =6AlF3+2SiF4+13H2O 3AI2O32SiO2+ 8HF =3AI2O3+2SiF4+4H2O AI2O3+6HF =2AIF3+3H2O,4.3 钾、钠的侵蚀作用,钾、钠对高铝质耐火材料及炭砖均有强烈的侵蚀作用。 钾、钠对高铝质耐火材料有双重破坏作用。及化学侵蚀和膨胀破坏。其破坏作用主要为
12、： 2K(g)+CO+23Al2O32SiO2=K2OAl2O34SiO2+5Al2O3+C 2K(g)+CO+3Al2O32SiO2=K2OAl2O34SiO2+2Al2O3+C K(g)+CO+3Al2O32SiO2+SiO2K2OAl2O36SiO2+C 钾、钠对焦炭的破坏作用是促进炭素气化，即： C+CO2=2CO,4.4 风口大量漏水的危害,包钢高炉投产后很长一个时期，风口大量破损，风口漏水向下渗漏，与赤热炭转相遇，促进炭砖氧化： C+H2O=2CO+H2 此反应在500以上及显著发生。,4.5 烧瘤炸瘤的破坏作用,炉瘤曾长期危害包钢高炉生产。频繁的炸瘤烧瘤对砖衬，尤其是对炉身中上部
13、炉衬起着严重破坏作用。1981年1号高炉炸瘤，1982年2号高炉炸瘤都曾大面积震塌炉身砖衬，并炸坏炉皮。1979年底1、2号高炉在烧瘤时都烧坏冷却器并导致炉皮变形开裂，这些，无疑缩短了高炉寿命。 80年代以后，包钢高炉寿命明显延长，与控制炉瘤成功有着不可分割的联系。,5.包钢高炉大、中修情况,由于白云鄂博矿的冶炼特性，严重影响包钢高炉使用寿命，一般34年就需中修一次。,1#高炉大中修时间,2#高炉大中修时间,3#高炉大中修时间,4#高炉大中修时间,6.高炉大、中修炉体破损调查,为查清包钢高炉寿命短的原因和高炉破损规律和破损特征，从1987年开始，每次高炉大、中修停炉，由钢研院（原冶研所）和炼铁
14、厂组成联合调查组，堆高炉破损状况进行调查。 破损调查主要围绕以下几个方面进行。1.炉型测绘；2.高炉各部位砖衬、粘结物测量、取样，并作化学、岩相分析；3.冷却壁破损规律、破损状况的调查；4.冷却壁解剖；5.对破损严重的部位照相和录像。 通过历次炉体破损调查，基本弄清了包钢高炉破损规律和破损特征，为新建高炉和高炉大中修设计提供了可靠的资料。,6.高炉大、中修炉体破损调查,6.1 包钢高炉破损规律和破损特征 6.2冷却壁解剖 6.3碱金属、F在炉内分布和特点,6.1 包钢高炉破损规律和破损特征,包钢高炉一般3-4年中修一次，严重影响了高炉的生产和效益。历次高炉炉体破损调查表明，包钢高炉破损有许多共
15、同的特征。以下是包钢高炉停炉后炉体侵蚀图。,6.1.1砖衬破损情况,在炉喉钢砖的保护下，炉身上部的砖衬一般都存在。炉腰部位因炉腰托盘的支撑作用，托盘以上6-7段冷却壁位置残留部分砖衬。炉身中下部砖衬是侵蚀最严重的部位，砖衬完全侵蚀掉，冷却壁裸露。且炉腰和炉身中下部一般有程度不同的结厚。 炉腹砖衬一般开炉后半年就侵蚀掉，以后只靠渣皮维持生产。停炉后观察证明这一点，该部位一般被渣皮覆盖。 包钢高炉炉缸及炉底寿命较长。炉缸遵循一般高炉的“蒜头状”侵蚀，侵蚀线拐点在炉底1011层炭砖处。炉缸侵蚀另一特点是大块炭砖的“环裂”。环缝一般距炉缸冷却壁的350450mm之间，环缝宽约100200mm之间，环缝
16、内炭砖疏松，成颗粒和粉末状。环缝沿圆周向贯通，分布及形状均匀。环缝的存在对炉缸的传热产生巨大的影响。,6.1.2冷却壁破损规律,炉身冷却壁冷却壁破损严重的部位是炉腹和炉身中下部。1#、2#高炉炉身冷却壁破损集中在8、9、10段，3#、4#高炉集中在9、10段。 3#、4#高炉炉身为板壁结合的冷却形式。 3# 1997年中修，910段冷却壁破损率达到70%， 3#高炉2002年中修，8段冷却壁破损率达到81.2%， 4#高炉2003年中修，8段冷却壁破损率达到83.9%，冷却板全部损坏，多数弯曲变形。 炉腹镶砖冷却壁环境最为恶劣，所以冷却壁破损也较为严重。镶砖冷却壁镶入氮化硅结合的炭化硅砖与冷却壁筋条的侵蚀速度基本相等，侵蚀严重的冷却壁镶砖和筋条全部被侵蚀掉，并露出水管，冷却壁上部铸体被侵蚀至水管，外观上可看到水管的弧形。1#高炉（1996年）炉腹破损率为81.25%，2#高炉（1995年）为83.3%，它已成为当时判断高炉一代炉役寿命的主要特征之一。近几年的破损调查也证明了这一点，1#高炉（2001年）炉腹冷却壁破损
