1、唐钢 3 号高炉炉侵蚀的原因及应对措施 发表时间:2007-10-17 作者:刘国民 赵军 郝桂之 (唐山钢铁股份有限公司) 编辑录入:优优 点击数:2322 摘要对唐钢 3 号高炉炉底炉缸侵蚀原因进行分析,并提出了今后生产中应采取的措施。认为唐钢 3 号高炉炉底炉缸侵蚀的主要原因是炉缸结构不合理和鼓风动能偏低,今后高炉生产中应加强冷却、提高鼓风动能、加钛矿护炉和控制冶炼强度。关键词 高炉 炉底炉缸 蒜头状侵蚀 鼓风动能1 引言唐钢 3 号高炉(2560 m3)于 1998 年投产,采用了并罐无料钟炉顶、炭砖一陶瓷杯复合炉底、霍戈文式高风温长寿热风炉、俄罗斯图拉法渣处理工艺、板壁结合炉体冷却设
2、备、软水密闭循环系统等先进技术。2004 年以来,3 号高炉炉缸炉底侵蚀日趋严重,已经威胁到了高炉的安全生产和技术指标的进步。本文重点对炉缸炉底侵蚀原因进行分析,并提出了今后生产中应采取的措施,以延长本代炉役寿命。2 炉底、炉缸设计特点炉缸高度 47 m,死铁层深度 22 m,炉底、炉缸砌筑结构如图 1 所示。采用 4层炭砖(2 层 500mm,2 层 600mm)、2 层陶瓷杯(每层 500mm),炉底总厚度共 32m ,其中炉底炉缸环炭部分采用的是国产热压微孔炭砖,炉底中间部分采用的是国产半石墨化炭砖,陶瓷杯材质为国产刚玉莫来石。炉缸采用光面冷却壁,炉底采用水冷形式,从炉缸到炉身采用软水密
3、闭循环冷却形式,进水压力为 065 MPa,水温 4245。3 炉底炉缸的侵蚀状况唐钢 3 号高炉开炉以来炉底炭砖温度和冷却壁温度的变化趋势见图 2图 6。从图中可以看出,唐钢 3 号高炉开炉后随着时间的延长和冶炼强度的提高,炉缸炉底逐渐被侵蚀。2004 年温度上升幅度最大,2004 年 12 月 27 日 18 号风口下方,第 2 段冷却壁温度达到224,短时达到 280,13 段冷却壁水温差最高 16,热流强度达到17000418kJ/(m2h),17 号风口下方 2 段冷却壁部位炉皮温度高达 180,比其他部位高 120。2005 年 7 月 19 日 14 号风口下方 2 段冷却壁温度
4、达到 199、热流强度达到12000418 kJ(m2h),说明 2 段冷却壁部位形成“蒜头状”侵蚀,其中 18 号和 14号风口下方局部侵蚀最严重。通过两次堵风口作业(18 号风口堵 1 个月,14 号风口堵 15 天) ,加上钛矿护炉,主要技术指标有所改善,见表 1。2005 年控制Ti015,炉缸部位炉皮喷水,14 号、17 号风口部位 l3 段冷却壁改工业开路水冷却(水量是原来的 3 倍,进水温度比原来低 10) ,炉缸炉底炭砖温度大部分下降,但第 3 层环炭(标高 6 50m)温度( 见图 4)及炉底中心第 1 层炭砖上、下温度仍在上升(见图 3),说明炉缸炉底侵蚀严重。3 号高炉采
5、用国产陶瓷杯,从图 2 分析,第 1 层炭砖与第 2 层炭砖温差在 300350(2002 年以后第 2 层炭砖中心电偶坏 )。随着温度的升高,温差增大, 2002 年第 2 层炭砖温度达到 500,如果第 3、4 层炭砖温差有 700,则第 4 层炭砖上沿温度在 1150以上,说明陶瓷杯在 2002 年已经被侵蚀掉。2004 年,第 l 层炭砖中心电偶温度达到500,表明第 4 层炭砖被侵蚀掉,第 3 层炭砖侵蚀严重,局部已经侵蚀掉。炉缸环炭深浅电偶相差 120 mm,统计表明,温度在 400500、500600、600700,温差分别为 45、60、70,由此可知标高 6580m 之间环炭
6、冷面距800化学侵蚀线距离为 200600mm,所剩环炭厚度说明炉缸衬蒜头状侵蚀严重。4 炉缸“蒜头状”侵蚀的原因分析大家对侵蚀的原因有以下观点:炉缸冻结炸铁口导致炭砖破损;处理炉墙粘结、炉缸堆积使用萤石量过多,造成内衬侵蚀严重;风口漏水后受铁钢平衡的影响未能及时换风口,水进入炉缸后造成炭砖氧化;风口短、鼓风动能低,造成铁水环流严重;炉缸结构不合理;K、Na 、Zn 等有害元素含量过高,造成化学侵蚀严重。笔者对这几种观点进行如下分析:(1)3 号高炉投产后不久发生了炉缸冻结事故,处理事故时曾在铁口用过爆破的方法,可能破坏了铁口区内衬,但炉缸侵蚀严重的部位在 1418 号风口,距铁口较远,而铁口
7、下方侵蚀不严重,说明炸铁口不是蒜头状侵蚀的主要原因。(2)受原燃料质量波动以及板壁结合冷却形式等的影响,3 号高炉发生过几次炉墙粘结和炉缸堆积,使用过大量萤石洗炉,累计用量达 1000 多吨,对内衬有侵蚀作用。但渣面位置最低时也在第 3 段冷却壁以上,用萤石洗炉可能对第 3 段冷却壁内衬造成侵蚀,而侵蚀严重的部位在第 2 段,即使出净渣铁,熔渣也不可能降低到第 2 段冷却壁,因此萤石洗炉不是炉缸衬蒜头状侵蚀的主要原因。(3)3 号高炉投产以来,因风口漏水而更换的风口共 89 个,更换次数见表 2。从表 2 可以看出,1418 号风口仅 17 号风口更换次数多,17 号风口主要是在 2005 年
8、更换次数多(5次),而 18 号风口下方在 2004年底就已经侵蚀严重,可见风口漏水不是蒜头状侵蚀的主要原因。(4)3 号高炉风口长 420450 mm,鼓风动能 1 10 kJs,国内有效容积相近的高炉风口长度一般在 450600mm,鼓风动能在 130160kJs,可见风口偏短、鼓风动能偏低,边缘煤气流比较发展,炉缸边缘较活跃,可能是蒜头状侵蚀的原因之一。具体分析:鼓风动能低的原因。鼓风动能是由鼓风参数和原燃料条件决定的,唐钢焦炭质量差、波动大(见表 3),过高的鼓风动能会造成风口前焦炭粉化严重,导致压差升高,炉况失常,因此焦炭质量和稳定性差是鼓风动能低的主要原因。另外,焦炭强度差会影响炉
9、缸内焦炭透气透液性,炉缸内铁水环流严重是必然的。使用短风口的原因。3 号高炉炉腰、炉身中下部采用的是板壁结合的冷却形式,其特点是炉墙内衬不光滑,长寿但易粘结;唐钢焦炭质量和稳定性差,块矿配比高,球团矿品位低、抗压强度差,当炉温波动大、特别是炉温低时易导致腰疼病,使用短风口对预防炉墙粘结、处理炉墙粘结效果较好,投产以来曾经两次加长风口,使用效果都不好。(5)炉缸结构。目前,高炉长寿的炉缸结构主要有 3 种:一是法国的陶瓷杯结构,二是美国的热压小块炭砖结构,三是大块的微孔炭砖。国内使用热压小块炭砖的偏多,且使用效果较好。3 号高炉使用的是国产大块微孑 L 炭砖,投产 7 年来炉缸衬蒜头状侵蚀严重,
10、可能的原因为国产微孔炭砖的平均孔径和抗碱性能达不到法国的 AM-102 和日本的 BC-7S 水准。大块微孔炭砖与美国的热压小块炭砖相比有如下缺点:小块砖与冷却壁贴壁砌筑,而大块砖与冷却壁之间有捣料层(3 号高炉捣料层厚度 100mm),捣料层在生产过程通常会变质和收缩,并成为有效热传递的障碍,影响冷却效果;大块炭砖在热应力的作用下容易产生断裂,导致炭砖的传热能力降低。在以上因素的作用下,炭砖的热面容易达到 800化学侵蚀线温度而被侵蚀掉。从以上分析可以看出,炉缸结构不合理是 3 号高炉炉缸衬蒜头状侵蚀的主要原因。(6)唐钢炼铁料中含有一定量的 K、Na、zn 等有害元素,它们在炉内的富集容易
11、造成炉墙粘结和炉缸侵蚀,2004 年 3 号高炉在休风时多次发现白色金属流入风口吹管,经化验主要是 Zn。有害元素在 3 号高炉炉缸侵蚀中占有多大比重还需进一步研究。唐钢已经开始和院校联合研究有害元素在高炉内的行为和排出对策。5 延长 3 号高炉寿命应采取的措施(1)利用气隙指数判断捣料层是否产生气隙如果产生了气隙,应该在捣料层部位压人碳质泥浆消除气隙,在此基础上,加大冷却,使残余的炭砖内部形成保护性渣铁壳。(2)提高精料水平,在保证炉墙不粘结的前提下,适当的加长风口、缩小风口面积以提高鼓风动能,减缓铁水环流。(3)在现有条件下,停氧、降低顶压,使风口旋区向炉缸中心延伸。这也相当于增加鼓风动能。(4)坚持钛矿护炉。3 号高炉实践表明:Ti控制在 0 15左右,对顺行、煤比、综合焦比影响不大利用系数下降 01 左右,基本能起到护炉作用;如果将Ti控制在 O20以上超过 10 天,会造成炉腹、炉腰粘结,炉缸边缘堆积,影响顺行。因此Ti应控制在015左右。(5)控制合适的冶强,炉缸冷却壁热流强度控制在警戒值以下。
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