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大型高爐爐缸內(nèi)襯破損調(diào)查

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-10-13  來源:鞍山鋼鐵股份有限公司,遼寧科技大學  作者:李恒旭,趙正洪,車玉滿,王寶海,王志,孫波,周哲,汪琦  瀏覽次數(shù):421
 
核心提示:對某廠3200m3高爐爐缸進行了破損調(diào)查,測繪了爐缸各部位炭磚剩余厚度,繪制了爐缸侵蝕輪廓圖,發(fā)現(xiàn)了一些新的侵蝕特征,并分析了爐缸炭磚破損原因。

李恒旭,趙正洪,車玉滿,王寶海,王志,孫波,周哲,汪琦

(鞍山鋼鐵股份有限公司,遼寧科技大學)

摘 要:對某廠3200m3高爐爐缸進行了破損調(diào)查,測繪了爐缸各部位炭磚剩余厚度,繪制了爐缸侵蝕輪廓圖,發(fā)現(xiàn)了一些新的侵蝕特征,并分析了爐缸炭磚破損原因。

關(guān) 鍵 詞:大型高爐;爐缸;破損調(diào)查

某廠3200m3高爐爐缸結(jié)構(gòu),為UCAR模壓小塊炭磚+陶瓷杯。爐缸采用光面冷卻壁,水管規(guī)格為Φ50mm×6mm,每個鐵口周圍有6塊異形銅冷卻壁。在生產(chǎn)過程中,高爐順行狀態(tài)一直良好,一代爐齡平均利用系數(shù)接近2.3,綜合焦比在485kg/t以下,煤比180kg/t以上。在生產(chǎn)5年11個月后,由于爐缸熱流強度、內(nèi)襯溫度連續(xù)攀升,利用數(shù)學模型估算最薄內(nèi)襯不足300mm。為分析爐缸侵蝕原因,利用高爐搶修之機,對高爐爐缸進行了一次破損調(diào)查。

1 高爐爐缸爐底破損形狀測繪

1.1 鐵口及鐵口以上區(qū)域

在爐缸第5段冷卻壁高度范圍,砌筑22層半石墨-SiC小塊炭磚,厚度745.1mm。破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),炭磚外形保持完整,沒有侵蝕跡象,只有在第34號冷卻壁位置,即4號鐵口左上部出現(xiàn)1道縱向裂紋,裂紋覆蓋4塊炭磚,裂縫寬度3~5mm,這與使用普通大塊炭磚裂紋寬度100~200mm相比,屬于非常輕微的現(xiàn)象;陶瓷杯外表面黏結(jié)不同厚度渣皮,渣皮外表面凸凹不平。

第4段冷卻壁處于鐵口區(qū)域高度范圍,鐵口區(qū)域下沿在第3段冷卻壁上部。鐵口框架區(qū)域內(nèi),全部使用NMD小塊炭磚。本次破損調(diào)查,對各鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度進行測量。其中,1號鐵口區(qū)域,炭磚剩余厚度700~1200mm,最大侵蝕程度1350mm;2號鐵口區(qū)域,炭磚剩余厚度900~1000mm,最大侵蝕程度1150mm;3號鐵口區(qū)域,炭磚剩余厚度800~1100mm,最大侵蝕程度1250mm;4號鐵口區(qū)域,炭磚剩余厚度800~900mm,最大侵蝕程度1250mm。由于鐵口區(qū)域始終能夠得到炮泥保護,炭磚剩余厚度基本大于700mm。第4段冷卻壁非鐵口區(qū)域炭磚保持完整,陶瓷杯剩余厚度大部分在200~230mm,局部保持完整。破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),在2號鐵口到3號鐵口之間,小塊炭磚并沒有形成整體,磚縫之間的部分炭素膠泥已經(jīng)流失。

1.2 鐵口以下區(qū)域

鐵口以下區(qū)域共包含3段冷卻壁,其中第1段冷卻壁位于爐底第1層到第5層炭磚下部。第2段和第3段冷卻壁是炭磚破損最嚴重區(qū)域,且主要集中在陶瓷墊之上100mm到鐵口中心線以下1600mm之間,侵蝕最重高度范圍900mm。在該高度范圍內(nèi),非鐵口區(qū)域侵蝕程度比鐵口區(qū)域輕許多。

破損調(diào)查過程中,測繪各位置炭磚剩余厚度,侵蝕最嚴重鐵口區(qū)域測試數(shù)據(jù)見表1。表1表明,第3段冷卻壁下沿和第2段冷卻壁上沿是侵蝕最嚴重的區(qū)域。其中,3號鐵口最薄處炭磚剩余150mm,1號鐵口最薄處炭磚剩余210mm,已達到非常嚴重程度。

大型高爐爐缸內(nèi)襯破損調(diào)查1

1.3 爐底炭磚

爐底陶瓷墊共2層,每層厚度400mm。破損調(diào)查表明,爐底侵蝕線呈平鍋底狀,邊緣并沒有出現(xiàn)以往破損調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的向下凹陷形狀;上層的陶瓷墊殘存厚度為300mm左右,表面沉積一層厚度不均勻凝鐵層;凝鐵層上表面中含有紫銅色渣鐵混合物,局部陶瓷墊出現(xiàn)環(huán)裂,裂縫寬度最大約為50mm;爐底第5層炭磚保持完整。

1.4 爐缸侵蝕輪廓

根據(jù)破損調(diào)查,測繪炭磚剩余厚度實際數(shù)據(jù),編制數(shù)學模型軟件,用數(shù)學模型繪制鐵口以下炭磚侵蝕輪廓圖(如圖1~4所示)。

大型高爐爐缸內(nèi)襯破損調(diào)查2
大型高爐爐缸內(nèi)襯破損調(diào)查3 

(1)1號鐵口區(qū)域。1號鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度最薄210mm,位置在第2段冷卻壁上沿,在鐵口中心線以下2100mm位置。其他炭磚剩余厚度不足500mm高度范圍約為900mm,在鐵口中心線以下1500~2400mm。

(2)2號鐵口區(qū)域。2號鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度最薄520mm,位置在第2段冷卻壁上沿,在鐵口中心線以下2100mm位置。其他炭磚剩余厚度也均超過500mm。

(3)3號鐵口區(qū)域。3號鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度最薄150mm,位置在第2段冷卻壁上沿,在鐵口中心線以下2100mm位置。該區(qū)域炭磚侵蝕面最大,其他炭磚剩余厚度不足500mm高度范圍約為1500mm,在鐵口中心線以下1500~3000mm位置。

(4)4號鐵口區(qū)域。4號鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度最薄490mm,位置在第2段冷卻壁上沿,在鐵口中心線以下2100mm。其他炭磚剩余厚度均超過500mm。

2 爐缸炭磚侵蝕特征

(1)出現(xiàn)大磚縫。按設(shè)計要求,小塊炭磚縫隙為1.7mm,炭磚之間使用特制炭素膠泥,要求高爐開爐初期爐缸快速升溫,促使小塊炭磚形成整體。破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),在1~2號鐵口區(qū)域中第2段冷卻壁和第3段冷卻壁位置存在大磚縫,并有鉆鐵現(xiàn)象,鐵片厚度達46mm,在2號鐵口中心線以下300mm位置環(huán)炭磚縫最大寬度可達5mm。大磚縫形成是局部陶瓷杯出現(xiàn)裂紋和破損后,鐵水鉆入陶瓷杯與炭磚之間,侵蝕炭素膠泥,造成膠泥粉化流失或揮發(fā)。

(2)局部炭磚存在嚴重鐵水溶蝕現(xiàn)象。破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),爐缸局部環(huán)炭存在嚴重鐵水溶蝕而產(chǎn)生粉化現(xiàn)象,沿高度方向在第2段冷卻壁上沿最為嚴重。特別是3號鐵口區(qū)域,最薄位置僅剩余150mm,而且炭磚外表面出現(xiàn)嚴重滲鐵、疏松、粉化現(xiàn)象。

(3)爐缸侵蝕程度不均勻性。鐵口以上區(qū)域炭磚侵蝕比較輕,鐵口區(qū)域雖然是鐵水通道,但炭磚侵蝕程度也比較輕,炭磚剩余厚度在750~980mm。鐵口以下區(qū)域是炭磚侵蝕的重災(zāi)區(qū),特別是鐵口中心線以下2100mm位置(第2段冷卻壁上沿)。在該高度位置,圓周方向炭磚侵蝕程度也是不均勻的,鐵口區(qū)域炭磚總體剩余厚度150~520mm。非鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度均在5500mm以上,局部位置陶瓷杯依然存在。即使是在鐵口區(qū)域,炭磚侵蝕程度也極不均勻,侵蝕最重的3號鐵口區(qū)域炭磚最薄剩余厚度150mm,而2號鐵口區(qū)域炭磚剩余厚度最薄520mm,兩個鐵口炭磚剩余厚度相差370mm。

(4)象腳侵蝕位置向上移動。炭磚在爐缸與爐底交界位置一般都會形成象腳形侵蝕,是高爐爐缸的薄弱環(huán)節(jié)。破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),爐底陶瓷墊只出現(xiàn)輕微侵蝕,而且在邊緣位置也沒有出現(xiàn)加重現(xiàn)象。在陶瓷墊上沿0.1m高度范圍內(nèi),爐缸炭磚絕大部分保持原始厚度,只有少部分存在輕微侵蝕。象腳侵蝕線向上移動到陶瓷墊以上0.1m位置,與傳統(tǒng)象腳侵蝕位置大致向上移動0.9m。

(5)沒有環(huán)裂現(xiàn)象。根據(jù)國內(nèi)其他企業(yè)高爐破損調(diào)查資料,大塊炭磚普遍存在環(huán)裂現(xiàn)象,由于炭磚環(huán)裂后裂縫處會出現(xiàn)氣體隔熱層,造成內(nèi)部熱量向外傳遞受阻,外部的冷卻效果因此降低,促使炭磚溫度升高,侵蝕速度加快。炭磚產(chǎn)生環(huán)裂的主要原因是炭磚較長,內(nèi)外溫差大,因而產(chǎn)生剪切力。由于鐵口以上部位鐵水液面高度不穩(wěn)定,該部位炭磚熱面溫度也不穩(wěn)定。因此,環(huán)裂現(xiàn)象最容易出現(xiàn)在鐵口以上炭磚外表面。

小塊炭磚的幾何參數(shù)比大塊炭磚小許多,并且NMD磚導熱系數(shù)極高,即使是NMA磚,其導熱系數(shù)也能達到18W/(m·K)以上。因此,每塊小塊炭磚前面溫度與背面溫度差值比大塊炭磚小許多,從根本上解決了環(huán)裂問題。

(6)沒有出現(xiàn)熔洞現(xiàn)象。炭磚出現(xiàn)熔洞主要原因是炭素與氧化性氣體,如CO2、H2O以及爐渣中的FeO反應(yīng)造成侵蝕,以及炭素與堿金屬氧化物發(fā)生還原反應(yīng)造成侵蝕。這二種化學反應(yīng)均需要800℃以上溫度。調(diào)查過程中,沒有發(fā)現(xiàn)炭磚內(nèi)表面出現(xiàn)熔洞現(xiàn)象,說明小塊炭磚抗堿金屬侵蝕能力比較強。

3 結(jié)語

(1)破損調(diào)查發(fā)現(xiàn),爐缸炭磚最薄剩余厚度150mm,說明炭磚已經(jīng)被嚴重侵蝕;

(2)爐缸炭磚侵蝕主要原因是磚縫鉆鐵,膠泥粉化和揮發(fā),炭磚沒有形成整體,鐵水滲透造成炭磚疏松、粉化;

(3)新型爐缸結(jié)構(gòu)形式,從上到下及圓周方向爐缸呈現(xiàn)侵蝕程度不均勻性,爐底呈現(xiàn)平鍋底侵蝕特征,象腳侵蝕位置與傳統(tǒng)高爐相比向上移動0.9m。

 
 
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