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1、,关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨,济南钢铁集团炼铁厂,2012年5月,1、前言 2、炉缸冷却壁长寿 3、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿 4、炉底、炉缸压浆与长寿 5、结语,内 容 提 要,随着现代高炉逐渐大型化和生产的高效化，高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大，因此，已经引起业内的高度重视。广大炼铁工作者为了尽量延长高炉寿命，从设计、施工、操作和维护等方面开发并采用了许多新技术、新工艺和新材料，取得了显著的效果，使高炉寿命不断提高。,一、前言,国外先进高炉长寿水平较高，一代炉役寿命可达15年以上，部分高炉达20年以上 日本川崎公司千叶6号
2、高炉(4500m3)和水岛2号、4号高炉都取得了20年以上的长寿实绩 浦项高炉炉役期一般在17年,1、高炉长寿的现状,我国高炉长寿水平较低，一般一代炉役寿命低于10年，仅少数高炉可实现10至15年的长寿目标 武钢5号高炉(3200 m3)1991年10月投产，2007年5月大修 首钢4号高炉(2100 m3)1992年5月投产，2008年1月停炉 宝钢3号高炉(4350 m3)1994年9月投产，现役,炉身毁坏,炉底烧穿,早期历史演变,技术进步,问题焦点,冷却设备可更换 造壁技术被采用 冷却形式有改善,耐材传热能力差 炉底风冷强度低 炉底侵蚀速度快,2、影响高炉一代寿命的演变,炉底烧穿,近期发
3、展趋势,侧壁烧穿,结构有改进,高导碳砖 水冷设备,侧壁成焦点,气隙阻热 铁水冲刷,近年来高炉相继发生了大型高炉炉缸侧壁烧穿的事故，而且国内有许多高炉存在开炉不久就出现炉缸侧壁温度大幅度上升的 现象，严重威胁着高炉的 安全生产和一代炉役寿命，已经引起在高炉炉缸结构设计、耐火材料选择、高炉操作及维护等方面的深入反思。,冷却结构方面 现代高炉基本上都采用“薄壁”并且全炉冷却结构，风口以上的炉体全部有冷却壁，并且在冷却壁表面镶嵌比较高级的耐火砖，在炉腹、炉腰及炉身下部高温区采用了铜冷却壁，通过上述措施，基本上能够实现风口以上部分的炉体长寿。,耐火材料方面 由于炉缸是容纳铁水的地方，特别是大型高炉，炉缸
4、内长期储存着几百吨铁水，在这几百吨铁水的重压、渗透、侵蚀，加上环流和冲刷之下，炉底、炉缸耐火材料需要承受特别严厉的考验，不仅考验到耐火材料材质、性能及耐久程度，而且还考验到结构组合是否恰当，施工质量是否达到要求，同时还考验传热及冷却结构是否合理，是否满足要求 。,高炉炉体维护方面 良好的操作维护制度以及检修维护方法，都会影响到炉缸寿命，,3、影响高炉炉缸长寿的主要因素,保证炉缸、炉底长寿首先应该从冷却壁做起，因为再好的耐火材料没有冷却不行，再好的耐火材料也怕水浸泡，因此，彻底解决炉底、炉缸长寿问题首先要解决冷却壁长寿问题。,二、炉缸冷却壁寿命对炉缸长寿的影响,2000年以后国内新建的高炉，特别
5、是“薄壁”高炉，普遍存在炉缸风口区冷却壁过早损坏问题，不仅仅是济钢的1750 m3高炉，南钢2200 m3高炉，以及武钢3200 m3高炉都存在这一问题。,济钢的3座1750m3高炉均在投产后1.52.0年内，发生炉缸风口区冷却壁上部损坏问题，如图1。从损坏的严重程度上来看，不难想象冷却壁漏水对炉缸炭砖带来的危害。,图1 1750 m3高炉风口区冷却壁损坏情况,冷却壁损坏情况,高炉风口,二、炉缸冷却壁寿命对炉缸长寿的影响,为了从结构的改变上延长高炉炉缸寿命，从2005年起济钢就炉缸结构的长寿问题进行了广泛论证，创造性地采取将该段冷却壁上部进行适当“减薄”，在“减薄”部位附加铜冷却板（见图2）的
6、结构，首先在1750m3高炉推广应用，随后又在3200m3高炉应用，开创了3000m3级以上高炉风口区冷却壁采用该结构冷却壁的先例。为彻底杜绝风口区冷却壁漏水对炉缸炭砖的危害，对炉缸长寿，对高炉长寿起到重要作用。,图2 加铜冷却板后的3200 m3高炉风口区冷却壁情况,增加的铜冷却壁,采取的措施,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,从炉底开始自下向上具体分布是（见图3）：找平层采用HP4XSR耐火浇注料，然后使用炭素胶泥砌筑5层炉底炭砖，第一层为石墨炭砖，第二层为半石墨炭砖，第三层为微孔炭砖，第四、第五层为超微孔炭砖。再向上是使用刚玉莫来石砖砌筑的陶瓷垫。炉缸第5层至第8层砌筑TYK-KT-4炭
7、砖，第9层至第14层砌筑TYK-KT-3炭砖，第15层至第17层砌筑微孔炭砖，第17层以上至风口区采用采用塑性相结合刚玉复合砖，炉缸内侧周向采用塑性相结合刚玉复合砖作为陶瓷杯杯体。炉缸、炉底炭砖与冷却壁之间也采用HP4XSR耐火浇注料填充。,1、济钢3200m3高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置,图3 3200高炉炉缸结基本构图,1、济钢3200m3高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,济钢3200m3高炉在总结借鉴国内外长寿高炉经验的基础上，炉底、炉缸采用了大块炭砖与陶瓷杯相结合的结构。特别是炉底、炉缸关键部位采用进口日本TYK超微孔炭砖，该砖为日本J
8、FE公司生产，使用该炭砖的高炉已有25年的长寿业绩。因此，济钢3200m3高炉一代设计寿命不小于15年。 在炉底、炉缸检测方面，配备了俄罗斯的FK炉底、炉缸内衬侵蚀在线诊断检测系统，配备了炉缸水温差检测系统，能实时在线显示炉缸水温差及炉底、炉缸侵蚀状态。,2、新型找平层浇注料的特点以及应用,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,济钢于2009年10月首先在2#350 m3高炉应用HP4XSR耐火浇注料浇注找平层，并确认找平效果大大优于碳素捣打料，随后立即在3200m3高炉推广应用，见图4。,炉底找平层采用HP4XSR耐火浇注料与原来采用碳素捣打料对比，能够大幅度减少炉底炭砖与找平层之间水平面的间隙
9、，因此，能够降低炉底“热阻”。,图4 济钢3200 m3高炉炉底找平层使用HP4XSR浇注料后的图片,2、新型找平层浇注料的特点以及应用,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,3、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,近几十年来国外高炉炉底、炉缸结构几种模式展望,以法国为代表的大块炭砖加陶瓷杯结构 欧洲一部分国家采用大块炭砖只加陶瓷垫 以日本为代表的全部使用大块炭砖不使用陶瓷杯或陶瓷垫 以美国为代表的全部使用小块炭砖不加陶瓷杯也不加陶瓷垫结构,3、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,国内高炉炉底、炉缸结构几种模式,完全采用大
10、块炭砖加陶瓷杯结构：使用情况较好，经受时间考验 采用大块炭砖只加陶瓷垫 ：使用情况较好，经受时间考验 “创造性”地采用小块炭砖加陶瓷杯结构 ：在投产后23年有发生炉缸烧穿的案例 小块炭砖与Metpump10浇注料结合的结构 ：2008年8月在济钢4#350m3高炉进行试验,小块炭砖与Metpump10浇注料试验,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,济钢4#350 m3高炉2009年8月17日炉缸修理时，炉底的4层炭砖予以保留，炉缸中心少量残铁保留，圆周方向先使用Metpump10浇注料找平，然后在上面砌筑小块炭砖，在小块炭砖内侧，又浇注一层Metpump10浇注料，作为“陶瓷杯”，以保护炭砖。最
11、初浇注时Metpump10浇注料厚度为：下部200mm，上部150mm。至2011年6月15日淘汰性停炉，共安全生产时间22个月（接近两年），从图5照片可以看出，Metpump10浇注料厚度仍然接近200mm，基本上没有侵蚀，砌筑的小块碳砖根本没有接触到铁水。由于该炉停炉后没有放残铁，从扒炉时的残铁铁砣（见图6）形状可以看出，铁砣形状规整，基本上呈圆柱状，没有“象脚”侵蚀迹象。通过图5、图6这两张照片就能够充分说明Metpump10浇注料具有很强的抗侵蚀能力。甚至可以断言将来高炉大修时，炉底甚至炉缸炭砖就没有必要全部拆除更新。这样不仅可以节约大量人力、物力和施工时间，而且有利于环保、有利于节能
12、减排。,小块炭砖与Metpump10浇注料试验,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,小块炭砖,Metpump10浇注料,炉底残铁,小块炭砖,Metpump10浇注料,图5 济钢4#350 m3高炉炉底使用Metpump10浇注料与小块炭砖情况,小块炭砖与Metpump10浇注料试验,三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿,图6 济钢4#350 m3高炉炉底残铁铁砣情况,1、炉底、炉缸压浆的新认识及其意义,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,新高炉投产后，炉体各个部位都存在受压、受热膨胀问题，经过有关专家计算，以3000m3级高炉为例，当炉内压力400KPa，炉壳表面温度从20升高到40时，炉壳半径方向能够增
13、加6mm，这时候如果炉缸内耐火材料膨胀量达不到该值，就会使冷却壁与耐火材料之间出现间隙，使冷却壁内表面“脱离”耐火材料，业内人士知道，只要耐火材料与冷却元件之间有间隙，哪怕是极小的间隙都会形成“热阻”，致使耐火材料的热量无法传导出来，影响耐火材料的使用寿命。 济钢3200m3高炉2010年8月投产，2011年1月就开始对炉缸进行压浆维护。由于认识上的突破和理念的进步，加上压浆材料和装备的可靠，及时把炉缸、炉底缝隙填实，为炉底、炉缸能够更好地传热，为炉缸安全奠定了一定的的基础。,2、炉底、炉缸压浆的作用,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,通过在炉缸区域压入浆料，浆料经过高温烧结后，能够有效消除炉缸耐
14、火材料间的气隙，提高其导热性，确保炭砖与炉壳之间的良好接触，形成稳定的炭砖前保护凝固层，填充砖衬之间的空隙，这样就能够提高炉缸冷却系统的冷却效果，减缓炉缸砖衬的侵蚀，同时对封堵铁口煤气泄漏效果也非常明显，对延长高炉的工作寿命将产生积极的作用。,3、在线压浆的实施,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,济钢3200 m3高炉开炉后，炉缸炉底压浆采用的是一种树脂键高SiC泥浆压入料，压浆机采用的是专用双螺旋压浆泵。在线压浆过程基本和休风灌浆相同，主要步骤为浆料加热压浆孔蒸汽吹扫设备预热进行压浆记录结束收尾。在压浆过程中要将压浆孔上安装一个三通阀门，作为排气阀使用。在连接好压浆管后，先打开排气阀，通过高压浆
15、料将管道内空气、水及杂质排干净，待出浆后再打开压浆阀并关闭排气阀。通过高压浆料来密封压浆孔阀门接口，能够有效解决高炉不休风实施在线压浆时炉内煤气的向外泄问题，能够保证作业安全。专用压浆设备见图7、图8。,3、在线压浆的实施,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,图7 搅拌、输送、保温一体的专用压浆泵,图8 压浆系统加热设备照片,4、炉缸四段铁口两侧实际压浆情况,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,自3200 m3高炉开炉后，由于炉缸及铁口处窜煤气而进行压浆的技术统计，截止到2011年9月份使用的压浆料达16吨之多，对炉缸的维护起了重要的作用，具体压浆量详见下表 。,3、在线压浆的效果评价,四、炉底、炉缸压浆维护与长寿,通过实施压浆后，一是更好地保护了炉底、炉缸部位的耐火材料，二是铁口处漏煤气现象基本被消除，铁口喷溅得到明显改善，为炉前的安全生产奠定了基础，并取得较好的经济效益。,结 语,近年来，济钢通过在高炉炉缸结构创新及新材料应用方面的尝试，进一步加深了对高炉风口区冷却壁长寿的认识，进一步加深了对炉底找平层重要性的认识，进一步加深了对炉底、炉缸压浆维护的认识，同时也对使用新型浇注料代替陶瓷杯有了新的认识和展望，预计将来高炉大修将更加节能环保。,谢谢,
