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                高爐爐缸出現異常侵蝕的原因分析

                發布日期: 2019-10-16 16:38:33    閱讀量(175)    作者:

                鞍鋼4座3200m3和3座2580m3大型高ω爐破損調査結果表明,爐缸長壽的限制性部位都是在鐵口中心線以下1.5~3m,鐵口圓周方向15°以內,其侵蝕特征主要呈現異常侵蝕狀況(見表1)。這與》該部位鐵水流速大,不容易↘形成“渣鐵保護層”有關,因而容易產生炭♂磚的鐵水沖刷侵蝕;同時,該部位承受剪切應力最大,當高爐炭磚的抗壓與抗折強度指標小於承受的剪切應力時,炭磚就容易斷裂。因此,加強該部位炭磚的防護是確保爐缸長壽的重點。容易造成爐缸異常侵蝕的原因主要有以下幾個方面:

                表1 鞍鋼高爐爐缸⊙異常侵蝕狀況

                1、鐵水環流

                由於“死料柱”的存在,爐缸№內出現鐵水環流是必然現象。鐵水環流沖刷爐缸側壁,造成“象腳形”侵蝕。鐵水環流速度與高爐冶煉強度密切相關,冶煉強度越大,爐缸單位時間內產生和排出的鐵水量越大,高爐爐缸內鐵水環流速度也越大。鐵水環流加劇鐵水對炭磚滲透和沖刷,造成炭磚出現分步性和階段性分層和粉化後剝離,此時,會造ξ成對應部位檢測點溫度和熱流強度跳躍式波動。

                ▲ 圖1 鞍鋼高爐爐缸鐵水環流造成的炭磚侵蝕

                鞍鋼1號高爐(一代)和朝陽高爐的破損調查時,鐵水環流造成炭磚侵濁的現象均十分明顯(見圖1)。提高焦炭質量,提高中心死料堆空隙度,降低冶煉強度,堵風口,提高死鐵層高度,或是卐縮小鐵口直徑,可以減緩該部位的侵蝕。但從鞍鋼生◢產實踐來看,提高焦炭質量和降低冶煉強度是最有效、最直接的方▽法。除此之外,就是保證冷卻壁『與炭磚之間形成通暢的傳熱通道,從而在炭磚熱面形成穩定的凝鐵層。要使冷卻壁與炭磚之間形成通暢的傳熱通道,除了保證炭磚與炭搗料傳熱系數相近外,還要保證冷卻ζ壁的冷卻能力與炭磚的導熱∮能力相閃配。鞍淩高爐爐缸冷卻壁水管規格小(僅為Φ60×6mm)、爐缸冷卻水量①偏小(僅為1710m3/h,後期才︼增加到3100m3/h,而¤鐵口區域NMD炭磚導熱系數很大,達到100W/(m·K),冷卻壁的冷卻能力與炭磚的的導熱能力不匹配,造成炭磚沒有得到有效地冷卻,熱面很難形成有效的凝鐵層,在鐵水環流作用下容易促使炭磚薄弱環節“象腳形”侵蝕加劇。

                2、應力破壞

                爐缸結構炭磚主要◣應力有:熱膨脹受約束後產生的熱應力,各層之●間擠壓應力,鐵水產生的靜壓力』,炭磚冷-熱面產生的剪切力。爐缸結構的破壞的最終因素是應力-強度破壞,炭磚結構強度不足導致的破壞是突變性或是災難性的:相比於局部炭磚的▲角部崩裂,大量炭磚出現環∞裂對高爐長壽是非常致命的。炭磚產生環裂ㄨ紋後,炭磚不再是一個整體々,出現氣阻層,其內部的熱量向外傳遞受阻,外部的冷卻效果降低,促使炭磚熱面溫度升高,不能形成有效的保護層,侵蝕速「度加快。

                ▲圖2 鞍鋼高爐爐〒缸應力造成的炭磚侵蝕

                鞍鋼新1號高爐(二代)和4號高爐破損調查時,均發現炭磚環裂現象(見圖2)究其原因,主要是炭磚強度和炭磚設計長度不匹配。新1號高爐和4號高爐鐵口及鐵口以下使用蘭炭超微孔大塊炭磚,炭磚設計長度在1.4-1.6m,導熱系數大於18W/(m·K),最大抗壓強度只有36MPa,希望提高炭磚長度和◇導熱系數來延長爐缸壽命。但炭磚長度過長導致炭磚●冷-熱面溫差過大,尤其是在︼市場形勢好需增加產量時,高爐冶煉強度提高導致炭磚熱面溫度進一步增〓加,炭磚保護的凝⌒鐵層消失,炭磚冷-熱面溫差進一步增加,相應的熱應力也進一步增加,當超過炭磚最大抗壓強度時,炭磚出現環裂:此外,爐缸、風口漏水及堿金屬侵蝕,進一步了擴大炭磚環裂程√度。

                鞍鋼高爐破損調查結果表明,避免炭磚環裂提高爐缸炭磚壽命的最有效◤方法,是找到炭磚長度與炭磚抗壓強◢度、抗折強度的平衡點當炭磚設計長度較長時,炭磚抗壓◆強度、抗折強度也需得到保證;反之,則可對炭磚抗壓強度、抗折ぷ強度放松要求,如UCAR小塊炭磚盡管強度稍低,但從來沒有見到過這種炭磚的環裂現象。近年來,隨著炭磚性能╳指標的提高,尤其是超微孔炭磚的導熱系數提高到18W/(m·K)以上後,抗壓強度大於50MPa,炭磚長度ζ縮短,炭磚熱面與冷面溫度差縮小,炭磚發生環裂現象已經大幅度減少,即使有▓也是局部微細裂紋而沒有形成貫通縫。

                3、化學氧化侵蝕

                堿金屬和鋅均能滲透到炭磚微隙內部發卐生化學反應,造成炭磚體積膨脹,引起炭磚粉化;因冷卻設備破損造成向爐缸漏水,水在高溫條件下與炭磚發生水煤氣化學反應,從而引起炭磚失碳、粉化,最終使炭磚強度下Ψ 降。鞍鋼高爐破損調查時,多座高Ψ爐發現炭磚氧化侵蝕造成的炭磚疏松、粉化現象。鞍鋼新1號高爐鋅負荷0.18kg/t,K?O負荷2.0kg/t,Na?O負荷1.1kg/t,堿金屬綜合負荷為3.1kg/t,在國內處於◣中等水平,在新1號高爐爐缸炭磚的粉化處檢測出大量的堿金屬↓和Zn(見表2)。

                表2 鞍鋼新1號高爐爐缸取樣分析結果,%

                為了減少有害元素對炭磚的侵蝕,除了↙控制好堿金屬負荷和鋅負荷,選用抗堿金屬、抗鋅侵蝕性能好的炭↑磚外,還應提高冷卻強度,將炭磚熱面溫度控制在堿∑金屬和鋅對炭磚的侵蝕溫度以下。在日常生產中,應定期更換漏水風口和檢修冷卻設備,避免炭磚受到長期的氧化侵蝕。

                4、炭素膠泥質量不過關

                鞍鋼新2號高爐(一代)和新3號高爐(一代)爐ζ 缸都采用NMD和NMA小塊炭磚,破損調查時均發現局部炭磚㊣縫隙大、磚縫鉆鐵現象(見圖3)。小塊炭磚盡管有㊣ 導熱性好的特點,但由於炭磚塊小勢必造成磚縫多。小☆塊炭磚砌築要求磚縫之間使用質量優良的炭素膠泥●結合,同時,要求開爐初期爐缸快速升溫,保證炭磚↑膨脹形成整體。

                ▲圖3 鞍鋼高爐爐缸破損調查時的碳磚磚縫

                而新2號高爐和新3號高爐爐缸結構形式是高導熱小塊炭磚加優¤質陶瓷杯。使用高導熱系數小塊炭磚目的是高效傳熱,而優質陶瓷杯的目的〗是保溫,減少爐缸熱量【損失,因此,該爐缸結構形式在設計上就存在導熱理∞念與保溫理念的協調問題。只要炭素膠泥質量不過關,一旦陶瓷杯局部出現裂紋,鐵水滲入後就會造成膠泥粉化和揮發,進而造成磚縫擴大。

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