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科技成果

TECHNOLOGICAL ACHIEVEMENTS

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高爐爐缸為何被燒穿？如何應對？

發布時間：

2017-10-11 13:12

針對強化冶煉的高爐，爐缸被燒穿的原因歸納起來有以下幾點：

第 一大原因是受碳磚性能影響

目前常用的碳磚（包括微孔與超微孔）有幾個致命缺點：一是抗鐵水熔蝕性差，抗鐵水熔蝕指數為15%~30%，遠小于8%的理想指標。二是抗水蒸氣氧化能力差，碳磚氧化后表面呈蜂窩狀，嚴重降低了其導熱性能，使得碳磚得不到冷卻，加速了鐵水對碳磚的熔蝕。三是抗鋅能力差，抗鋅試驗后碳磚的強度幾乎為零。四是強度低，抗熱應力較差。

第二大原因是受施工因素影響

碳磚多采用樹脂膠泥，常溫下短時間不能凝固，如果施工速度太快，磚堆自重就容易擠壓下部泥漿，造成泥漿流失或不飽滿，因此，要控制好砌磚速度，嚴格控制碳磚磚縫。同時，由于泥漿常溫下沒有強度，在砌筑完爐殼灌漿時，灌漿壓力高就容易沖刷泥漿。由于現在的施工工期比十多年前壓縮很多，對爐缸爐底砌磚的質量控制不如過去嚴格，這應當引起注意。有的高爐被燒穿部位的碳磚磚縫有3mm~7mm的整塊滲鐵。

第三大原因是受開爐前的因素影響

寒冷地區在冬季施工時，有的高爐爐頂無料鐘齒輪箱冷卻水泵停運，造成齒輪箱水槽中的水結冰，水泵恢復運行時，回水就會溢出水槽進入爐缸。有的高爐因為爐頂無料鐘齒輪箱冷卻回水槽中的水位計失靈，進水量過大時回水，從回水槽中溢出進入爐缸。有的冷卻壁安裝前沒有試壓檢漏，在碳磚砌筑完后通水才發現冷卻壁漏水。由于冷卻水進入爐缸沒有及時排凈和進一步慢速烘爐，碳磚在潮濕狀態下工作，使得碳磚和膠泥被快速侵蝕。業內對高爐烘爐的重要性認識不足，高爐烘爐時間普遍壓縮了近一半的時間，使泥漿的強度不足，加上普遍的高壓壓漿對碳磚砌體泥漿造成損害，使泥漿成了薄弱環節。

第四大原因是受生產因素影響

過去，高爐開爐后有1個月~6個月的慢速達產期，而近十多年來，高爐開爐后一周左右就快速達產，碳磚及泥漿在爐內的進一步焙燒時間大大縮短，碳磚與冷卻壁之間的炭素搗打料或泥漿還沒有干燥，其導熱性能還較低，碳磚就要靠犧牲自身材料來工作，這對碳磚砌體是非常不利的。

第五大原因是受設計因素影響

鐵口局部設計不合理，鐵口區厚度不足或者伸入過長，容易引起鐵口局部過快侵蝕。冷卻壁設計不合理，水管布置太稀疏，水管直徑小，冷卻水量不足，不能有效傳遞熱量。爐缸側壁碳磚溫度計插入太深，爐底碳磚溫度計在陶瓷墊磚下方，一旦侵蝕到溫度計位置后，鐵水從溫度計管流出，引起爐缸被燒穿。陶瓷杯結構形式和材料設計不合理，容易造成因陶瓷杯的膨脹過大而引起碳磚砌體的破壞，甚至使風口大套中套上頂，拉裂爐底板。

多措并舉防止爐缸被燒穿

要延長高爐爐缸壽命，防止爐缸短期被燒穿，就應當針對上述問題采取有效措施。

第 一，提高碳磚質量是重中之重

欲提高碳磚質量，一是要提高碳磚的抗水蒸氣氧化能力，碳磚與冷卻壁之間的填料（炭素搗打料或泥漿）也要有良好的抗水蒸氣氧化能力和150℃左右時≥10W/（m·k）的導熱能力。二是要提高碳磚抗鐵水熔蝕能力，抗鐵水熔蝕指數要＜10%。三是要提高碳磚的導熱能力，在800℃下導熱率要≥12W/（m·k）。四是要提高碳磚的抗熱應力能力。五是要提高碳磚的抗鋅能力。

碳復合磚是一種更加適合高冶煉強度的高爐爐缸爐底安全生產的材料，抗鐵、抗氧化、抗鋅、抗熱應力等關鍵指標更適應高爐實際工況。其特點如下：

微孔化率高。平均孔徑<0.5μm，<1μm孔容積>70%，透氣度趨近于零，可以有效防止渣鐵的滲透侵入損壞。

導熱性好。導熱系數達13W/（m·K）以上，與國外知名碳磚相當，但卻不是隨溫度升高導熱性提高，而是相反，正好滿足了爐缸冷卻傳熱的要求。在100℃的環境中，碳復合磚的導熱系數為17W/（m·K），RB微孔碳磚只有8.6W/（m·K），MG熱壓小碳磚只有6.8W/（m·K）。

抗鐵熔蝕性優越。碳復合磚具有與陶瓷杯同樣好的抗鐵熔蝕性，抗鐵熔蝕性能＜1%，比國外知名碳磚提高了50倍～90倍，克服了碳磚抗鐵熔蝕性差（>20%）的缺點，可以延長使用年限，讓人們有更長的時間來發現爐缸局部被侵蝕的情況，防止無征兆燒穿事故的發生。

抗氧化性優越。氧化率為＜1%，遠優于MG小碳磚的18%，并且在氧化后表面無蜂窩，很光潔，也有很高的強度。碳復合磚抗氧化性能比國外知名碳磚提高了3倍～20倍，可以有效防止因冷卻設備漏水引起磚襯氧化而冷卻失效造成的爐缸被燒穿的嚴重事故。

抗熱應力強度高?？篃釕姸冗_10.5MPa左右，與高爐爐缸底部邊角實際熱應力大于10MPa的工況相適應，可以大大延緩象腳侵蝕的進展，以免開爐2年左右就得開始持續的鈦礦護爐，而鈦礦護爐會帶來高爐操作困難和煉鐵成本增加。

抗堿性優越。碳復合磚抗堿后體積膨脹＜3%，并且強度增加，與國外知名碳磚的抗堿性能相當，并且優于一般的剛玉莫來石系列陶瓷杯（其抗堿后體積膨脹15%～30%，強度下降嚴重）。

抗鋅侵蝕能力強。碳復合磚抗鋅侵蝕后的強度下降約26%，但還有55MPa的強度，而微孔碳磚抗鋅侵蝕后的強度幾乎為零。

抗渣性好?？乖阅埽?%，雖不及碳磚，但好于碳磚的抗鐵指標，比一般的剛玉莫來石系列陶瓷杯高10倍以上，也好于微孔剛玉磚（6%～8%）。

強度高。碳復合磚的耐壓強度達到75MPa以上，知名碳磚只有30MPa～45MPa。這可以有效抵抗象腳部位強大的熱應力損壞。

膨脹系數低。碳復合磚可以無需設置膨脹縫，與碳磚相互組合。碳復合磚膨脹系數約為（4.1～4.5）× 10-6（1/℃），碳磚為（2.5～3.5）×10-6（1/℃），剛玉莫來石系列磚為（6～8）×10-6（1/℃）。

用磷酸鹽結合泥漿，常溫下有一定的強度，可以防止泥漿擠壓流失和灌漿沖損。

第 二，提高鐵口局部設計質量不可忽視

鐵口磚襯厚度（鐵口前段泥套后的鐵口中心線斜長）設計時應當控制在爐缸直徑的22.5%左右，凸出爐內側鐵口磚的寬度宜在夾角45°逐漸過渡，在鐵口中心線以上的高度也要隨高爐容積增加而增加。鐵口磚襯厚度過小，容易造成鐵口局部侵蝕過快，炮泥消耗量加大。鐵口磚襯凸出內型線長度不宜超過800mm，過分凸出也容易造成鐵口兩邊轉折處的碳磚侵蝕加劇。鐵口局部以外的鐵口中心線位置（非鐵口區）磚襯厚度不能過薄。

設計時要控制死鐵層深度，死鐵層深度一般應當控制在爐缸直徑的17%~20%。

另外，爐缸側壁碳磚溫度計插入深度不要超過200mm，爐底溫度計不要設在陶瓷墊下方，要設在陶瓷墊下方一層或兩層碳磚的底部。容易侵蝕的部位插入較深的溫度計不能采用套管，應當采用鎧裝熱電偶直接埋設。

在冷卻壁設計上，冷卻壁內水管外表面的面積與冷卻壁面積之比達到0.9以上，水速≥1.6m/s。爐缸冷卻壁的設計熱負荷也要適應高產的需要，風口至鐵口上方的冷卻壁設計熱負荷為10000kcal/（m2·h），鐵口及死鐵層區的冷卻壁設計熱負荷為15000kcal/（m2·h），底部冷卻壁設計熱負荷為6000kcal/（m2·h）。爐缸好采用橫型冷卻壁，便于對每段冷卻壁的冷卻情況進行檢測。爐缸區域不適宜采用焊接進出水管的銅冷卻壁，如果要采用這種形式的銅冷卻壁，則必須對焊接后的水管進行拔出試驗，以確保焊接工藝和質量的可靠性。鑄造銅冷卻壁沒有焊接水管，用于爐缸區域將更安全。

適當增加容易產生象腳侵蝕的碳磚的溫度檢測點，鐵口下方區域每點溫度計的檢測范圍為1.6m2~2m2，其余非鐵口區域部位每點溫度計的檢測范圍為2.5m2~3m2。

陶瓷杯的結構設計要防止陶瓷杯材料的膨脹對碳磚和風口大中套的不利影響，縱向與徑向上的膨脹縫設計要合理。陶瓷墊材料要有高的微孔性和抗鐵水性，陶瓷杯壁材料要有高的抗渣和抗鐵水性，常規的復合棕剛玉不適合用作陶瓷杯壁材料。

第三，施工質量決不能打折扣

爐缸爐底的碳磚施工周期要合理，現場施工質量檢查監督要嚴格，做到磚縫小、泥漿飽滿、砌筑后磚體下部泥漿不流損。盡量避開冬季在低于5℃的天氣下施工。

碳磚與冷卻壁之間的填料要搗實，要在現場做搗實試驗，取樣檢查搗實后的填料體積密度，必須滿足要求。填料的體積密度與導熱率密切相關，一般炭素搗料體積密度＜1.6g/cm3時導熱率急劇下降。

建議碳磚用樹脂泥漿砌筑的高爐不要在開爐前進行壓力灌漿，在開爐后，當碳磚冷面溫度到達100℃左右時再進行壓力灌漿。過去，爐缸壓力灌漿是在爐缸生產維護中使用，不是在建設時使用。在建設中，冷卻壁與爐殼的間隙是用黏土火泥加上水泥稀泥漿，在冷卻壁安裝時從上部灌注進去的。這樣就避免了從爐殼外面高壓灌漿帶來的不利影響，因此，好沿用過去的施工方法。

第四，充分做好開爐前的工作

高爐爐缸內進水，主要有兩個進水源。一是無料鐘齒輪箱回水槽內水溢出，二是爐頂打水控制失誤。開爐前，要做好定時定員檢查確認。一旦爐缸進水，要及時排盡，并追加烘爐時間。在設計上，爐頂打水進水閥設置爐頂打水閥開啟的聲響報警裝置，對爐頂齒輪箱回水槽溢水也設置聲響報警裝置。

高爐的烘爐時間要有保障，中小高爐應為15天左右，大高爐應為20天左右。現在高爐烘爐時間都很短，中小高爐只有7天左右，大高爐也只有10天左右。烘爐的目的一方面是排出水分，另一方面是讓泥漿有較高的強度，以提高投產后泥漿抗渣鐵侵蝕的能力。

烘爐時要減少冷卻壁水量，或充入一定量的蒸汽，使爐缸冷卻壁出水溫度在50℃以上。烘爐時，壓漿短管上的冒口要盡量打開，以利于水蒸氣排出，待開爐時再擰緊其冒口。

第五，必須考慮適當延長高爐達產時間

小高爐爐缸爐底磚襯厚度較小，達產時間宜控制在15天以上。大高爐爐缸爐底磚襯厚度較大，達產時間宜控制在30天以上?？焖龠_產使得爐缸爐底耐材失去了“自適應”或者“磨合期”階段，對砌體是嚴重的傷害，最終的結果是提前幾周的達產換來5年以上的高爐壽命損失。因此，快速達產是得不償失的。

第六，應充分考慮合理壓漿

在生產維護中，爐缸壓力灌漿的材質，應當選擇碳質無水壓入泥漿，不應采用高鋁或黏土質壓入泥漿，以防止在冷卻壁熱面形成一層隔熱材料。

壓漿的壓力必須控制適當，在爐殼上的壓漿短管上的壓力一般不宜超過1.5MPa（壓漿機出口壓力控制在2.0MPa以下）。有的高爐在爐缸側壁溫度過高、內襯很薄的情況下，采用4MPa~10MPa的壓力灌漿，造成內襯破損而被迫停爐大修。