20G在使用过程中裂纹观察与失效原因分析

辽宁科技大学本科生毕业论文 第页 摘 要 近年来随着冶金行业的迅猛发展，事故也时有发生，对人民生命财产安全造成极大危害，其中高压管失效甚至爆炸导致的事故也时有发生。高压管道在冶金行业中的主要应用就是转炉余热锅炉的集气烟道等部件，据统计全国约百分之80 的转炉都配有余热锅炉。本文以取自鞍钢集团鲅鱼圈分厂的失效的 20G 余热锅炉管道为样品，制备成金相观察试样后通过金相显微镜进行金相观察，分析其裂纹和金相组织，通过查阅大量文献资料比对裂纹形式，生长情况，及裂纹周边组织以及对试样的使用环境进行详尽的了解，采用微观与宏 观相结合的综合分析得出了热疲劳，材料中非金属夹杂以及生产工艺达不到技术要求等为 20G 在使用过程中失效的原因。在 20G 使用过程中应尽量克服以上失效原因以延长余热锅炉等部件的使用寿命，确保生命财产安全，增加经济效益。 关键词 : 管用 20 钢；余热锅炉；集气烟罩；失效原因 辽宁科技大学本科生毕业论文 第页 of in it to of in is of in to of a 0G of a as an it a By up a of to a of By of it to 0G in of in s to in of 0G, it is to so as to of to to 20G； 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 i 页 i 目 录 摘 要 . I . 录 . i . 1 用 20 钢的概述 . 1 国 20G 钢发展现状 . 4 炉冶炼 20G 钢 . 4 热锅炉的概述 . 4 热锅炉在冶金生产中的地位 . 4 0G 在余热锅炉中应用 . 5 题由来 . 6 . 7 样的宏观观察分析 . 7 样的金相分析 . 7 样的金相分析用主要设备 . 8 像试样制备方法 . 8 样的金相分析过程 . 9 样失效的原因 . 10 遍原因 . 10 样因短期高温过热烧损 . 11 样因长期高温过热裂纹 . 12 样材料与工艺方面的原因 . 14 他原因 . 14 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 . 17 . 17 用涂层 . 18 进吹炼工艺 . 18 制合理枪位 . 18 订检修作业的规章制度 . 19 改炉前操作岗位规程 . 19 致 谢 . 20 参考文献 . 21 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 1 页 1 用 20 钢的概述 表 20g 钢的化学成分为， % 加热条件： 1200 加热，保温时间 10 分钟 ; 原始奥氏体晶粒平均弦长 172 m。 轧制条件： 轧制温度 800 1100 ，相对变形量 0 45%。 未再结晶区 (轧制温度 800 ，相对变形量 30%)奥氏体晶粒平均弦长 47 m 。 图 20g 钢变形奥氏体再结晶图，图 20g 钢轧制温度与变形 奥氏体再结晶百分数的关系；图 20g 钢相对变形量与变形奥氏体再结晶百分数的关系；图 20g 钢轧后停留时间与变形奥氏体再结晶百分数的关系 。 C P S 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 2 页 2 图 20g 钢变形奥氏体再结晶图 加热条件： 1200 保温 10 分钟 ; 轧后立即淬火 未再结晶区 ; 部分再结晶区 ; 完全再结晶区 图 20g 钢轧制温度与变形奥氏体再结晶百分数的关系 加热条件： 1200 保温 10 分钟 ; 轧后立即淬火 ; 相对变形量： 1 45%; 2 35%; 3 30%; 4 25%; 5 20%; 6 15%; 7 10% 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 3 页 3 图 0g 钢相对变形量与变形奥氏体再结晶百分数的关系 加热条件： 1200 保温 10 分钟 ; 轧后立即淬火 ;轧制温度 1 1100 ;2 1050 ; 3 1000 ;4 950 ;5 900 ;6 800 图 0g 钢轧后停留时间与变形奥氏体再结晶百分数的关系 加热条件： 1200 保温 10 分钟 ;轧制温度： 900 ; 相对变形量： 1 45%; 2 35%; 3 25%; 4 15% 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 4 页 4 图 样的金相图谱 20 倍 组织说明：上中部为裂纹开端为 杂，其余区域为珠光体和铁素体，呈魏氏组织，晶粒级 4 级左右。 浸蚀方法： 4硝酸酒精溶液浸蚀 1 国 20G 钢发展现状 炉冶炼 20G 钢 我国的 20G 转同生产方式一般为电炉冶炼，这种生产方式其自身也存在着缺陷，如纯洁度无法得到有效保证，残余元素、氮含量等无法达到用户要求，而且效率低、成本高 2 炉冶炼 20G 钢的尝试 目前少数企业开始尝试开始用转炉进行该钢种冶炼，转炉冶炼的优有节奏快、效率高、成本低等优点，只是技术工艺要求颇高，比较成功的经验有包钢采用 F 工艺，但 其钢中氧含量高危 （ 4866） 10钢采用 F+艺试制的 20G 高压锅炉管钢总氧含量低，在 A 量 时钢中总氧量仅为 （ 1222） 10余元素 有害元素 P， S 含量低，成本比电炉工艺降低约 444 元 /t。 3成品质量满足用户要求并且效益显著。 热锅炉的概述 热锅炉在冶金生产中的地位 转炉的余热锅炉不仅仅用来回收煤气、蒸汽和氧化铁尘，而且其与转炉氧枪 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 5 页 5 进行连锁 ,冷却烟气 ,控制过剩空气系数 ,为回收煤气和氧化铁尘创造条件 ， 同时利用转炉烟 气余热回收大量的蒸汽，是作为转炉炼钢工艺的一部分直接参与炼钢生产的。 4因而转炉余热锅炉的设备状况直接影响炼钢转炉的正常生产 ,与此同时转炉余热锅炉也是转炉余热回收、钢厂节能减排的重要手段 , 在炼钢厂占有十分重要的地位。相比其他的工业锅炉 , 炼钢转炉余热锅炉的运行工况随转炉运行工况的变化而急剧变化。当转炉吹炼时 , 大量的高温烟气流过余热锅炉 , 余热锅炉内的热负荷急剧增加 , 管壁温度、介质温度随之升高 ; 当吹炼停止时 , 余热锅炉内的热负荷急剧减小 , 管壁温度、介质温度随之下降。并且 , 转炉冶炼的工况变化非常频 繁 , 30 40m 个周期。 0G 在余热锅炉中应用 如此恶劣的运行条件必然对余热锅炉的使用寿命产生影响因此对锅炉材质的要求也更为严苛，而 20G 这种高压锅炉管用钢是余热锅炉中烟道等关键部件应用最广泛的钢种。目前 , 炼钢转炉余热锅炉的使用寿命很短 , 上段冷却烟道的寿命为 6 8 年 5, 活动烟罩、炉口段烟道处在钢水飞溅、烟气磨损的环境下 , 运行条件更加恶劣 , 寿命仅为 1 年左右 , 并且即使在使用寿命期内设备事故率也很高 , 需经常检修 ,不仅检修工作量大 , 而且在安全运行上存在隐患 , 同时也 影响钢产量。所以 , 分析转炉余热锅炉的寿命影响因素 , 并采取相应措施延长其使用寿命 , 显得非常重要。如下图 为应用在余热锅炉中的 20G 钢的破损情况照片。图 笔者取自鞍山钢铁公司鲅鱼圈分厂的失效 20G 样品破损情况。 图 热锅炉中热负荷最大管破损情况 5 图 炉管的锈蚀情况 5 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 6 页 6 图 样表面裂纹 图 坯样品破损情况 题由来 现在社 会经济和科学技术这么发达，发展的还非常迅猛，人们对材料的要求越来越高，钢铁也不例外，所以洁净钢现在用的非常广泛，那么在冶炼洁净钢的过程中，就要有非常高的标准，尤其是一些特殊用途的钢种， 20G 钢是目前冶金工业中广泛使用的一种压力容器钢，研究它的高温断裂性能和裂纹扩展规律分析其原因，可为压力容器检测和延长其安全使用寿命提供重要的依据，是一项很有意义的工作。其次， 20G 高压锅炉管钢长年在高温、高压等高危环境下运行，在冶金工业这样一个集高温高压高危气体与一身的行业中，这种情况尤为突出，以本文研究的转炉余热锅炉为例， 集气烟罩的任何一支管子出现问题，有害气体溢出且极有可能发生爆炸，轻者设备损坏，造成财产损失，重者危害工作人员生命安全发生人身伤亡事故，更有可能危及下方转炉本体安全，若转炉本体发生事故，后果不堪设想，所以我们对在转炉余热锅炉中使用的 20G 高压锅炉管的性能一定要提出严格的要求以保证不会发生意外，这也就对我们对于转炉余热锅炉中20G 失效原因的研究提出了要求。所以笔者利用金相分析法浅显地分析了 20提出了一些建议与改进措施。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 7 页 7 样的宏观观察分 析 图 打磨抛光的试样 利用线切割机切下长 30 15样如图 酸处理除去表面锈迹以及砂纸打磨后试样表面出现众多肉眼可辨弥散性纵向表面裂纹，宏观实测其长度为： 1025纹深度经县委测定一般在 大深度可达 1放大观察裂纹宽度不大于 查阅资料可知如果管坯表面仅有局部有少量的在标准允许氛围内的缺陷，经酸洗检查风铲磨修工序，大多数是可以处理好的。如果大面积弥散形裂纹，要清除这样的缺陷， 除了对管坯采用全面剥皮的方法外，用目前的风铲磨修方式难以清除。管坯表面纯在任何缺陷全都会带到钢管产品的表面上去，这些有缺陷的部位往往会产生应力集中，通过热塑性变形，是得原有的缺陷加深加长，造成钢管失效报废 6。 样的金相分析 金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理由二维金相试样磨面或薄膜的金相纤维组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，可以建立合金成分、组织和性能见的定量关系。进项检测设备配套灵活，再配以金相图像分析系统便能够真正实现检测一体化，开展各种金属材料显微组织 检验及评定、晶粒度、非金属夹杂物、脱碳层、渗碳硬化层测定等检测项目。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 8 页 8 样的金相分析用主要设备 试样磨抛机、线切割机、电子显微镜等 像试样制备方法 金相分析用试样的制备过程包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。 （ 1） 取样 试样的选取应根据研究的目的取钢材中具有代表性的部位。带确定好部位就可以把试样截下。 （ 2）镶嵌 如果试样尺寸太小，直接用手磨制困难时，可把试样镶嵌在低熔点合金或塑料中，以便于式样的磨制和抛光。 （ 3）磨制 将切好或镶嵌好的试样在砂轮机上磨平，尖角处要倒角。然后再分 别用 2#和 1#等粗砂布磨光。再换用 金相砂纸逐级细磨，一直磨到 纸后即可在抛光机上进行粗抛光和细抛光。磨制试样时。每更换一号砂纸。试试样墨汁方向应旋转 90。确保上一道纱质的磨痕被抹掉，实施杨的表面光洁度进一步提高。在每一号砂纸上磨制试样时。要沿一个方向磨，切忌往返磨制，并且给是试样施加的压力要适当。 （ 4）抛光 经过砂纸细末的试样还需进行抛光，抛光的目的是去除细末时遗留下来的磨痕而获得光亮的金属表面。 试样的抛光在抛光机上进行，抛光机转速 100150r/光时 在跑光盘盘面上覆盖有丝绒等织物，并不断在试样上涂抹抛光膏。抛光膏是由可溶性金刚石等极细粒度的磨料加水形成的悬浮液，依靠抛光液中极精细的抛光粉末与试样磨面间产生的相对磨削和滚压作用来消除磨痕。抛光时应使试样磨面均匀地压在旋转地抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断做径向运动。除机械抛光方法外，还有电解抛光、化学抛光等其他抛光方法 （ 5）浸蚀 经抛光后的试样必须经过浸蚀后才能在显微镜下进行金相组织观察。浸蚀试样主要是依靠浸蚀剂对金属的溶解或电化学腐蚀过程，是金属试样表面的晶粒、 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 9 页 9 晶界及各组成相间呈现凹凸不平，在显微镜下 就可以清晰的观察到试样表面的金相组织。浸蚀时间要适当，一般以试样磨面发暗时就可以停止浸蚀。试样浸蚀后立即用净水冲洗，然后用究竟冲洗，最后用吹风机吹干，吹干后的试样即可置于金相显微镜下进行观察。 样的金相分析过程 图片 纹 1000 倍 图片 纹 1000 倍 图片 裂纹 开端 2000 倍 图片 纹 开端及夹杂 2000 倍 金相观察管坯裂缝处从经放大 20 倍的图片 见，裂纹的末端较尖，在其周围有灰色氧化物，裂纹的裂变也有明显的弧形孤凸现象其裂缝内除了灰色 裂纹的两侧尚有块状灰色氧化物和细小颗粒状灰色氧化物质点，裂纹周边无明显脱碳，基体为铁素体和球化的珠光体。裂纹内铁的氧化物经浸蚀后显示出不同的组成： 暗（为大部分的基体）； 亮灰色呈条状分布； 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 10页 10 灰色 1。如图 图 均明显夹杂，这也证明，在金属的致密性受到破坏出现裂纹的区域大多数是氧化物或硅酸盐等非金属夹杂物聚 集造成的。笔者查阅相关资料 7得知：氧化物一类夹杂物在高温下抗变形的阻力较金属大，而其膨胀系数又远比钢基体为小，因此钢材在轧制冷却后在夹杂周围就会产生应力场，而且这些应力主要是张力，这种存在着应力集中的地方往往会成为裂纹的起源和开端。由于裂缝经过的位置有较多的氧化物夹杂聚集，即裂纹沿夹杂形成开裂，因此管坯表面的裂缝一般较短且无重复性，钢中非金属夹杂物数量越多，形成管坯表面裂缝越严重。 从图片 相观察裂纹形态看，裂缝端部圆钝，裂缝空腔两壁较为光滑。且端部及周围分布有许多氧化物颗粒，这说明有高温气体 由裂缝向内部扩散所形成的氧化现象，氧化颗粒分布在晶内及晶界上，上文提到裂纹周围的组织为铁素体加珠光体，晶粒度为 4 级，裂缝周围无明显脱碳层。可以推测，管坯表面在钢锭开坯前可能就在氧化物夹杂处存在应力集中或者裂缝开端，而在轧制过程中管坯上的裂纹发展暴露在表面，此后又因使用环境的恶劣有进一步的发展而在管坯表面伸长扩展，最终导致管坯失效 8。 样失效的原因 笔者通过查阅大量文献比对试样的金相分析结果，综合试样在转炉生产中复杂而有恶劣的生产环境，现提出如下的 20G 在使用过程中 失效的原因： 遍原因 转炉烟气中含有 氧化性气体，在高温状态下对烟罩管壁产生氧化腐蚀。转炉烟罩管壁被腐蚀后，其接触表面积增大，导致钢液粒子在管壁上极易产生结渣现象，另外喷溅导致烟罩挂渣、粘冷钢，降低了烟罩管壁热交换效果，产生局部过热而烧损破坏。同时，烟气腐蚀管壁表面保护层破坏，烟气中大量粉尘、高速料流、溅渣及吹炼钢水粒子等，温度高、冲击力大，随着高速烟气流动，对烟罩管壁冲刷磨损加剧。而且，转炉烟罩管壁腐蚀、磨损后材料抗热疲劳性能严重下降，使用过程中产生疲劳裂纹及竹节状斑纹，这是转炉烟罩中管坯磨 损失效的普遍原因。 图 1、图 2 是固定烟罩下线前最后一次异常破损情况照片。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 11页 11 图 常破损 9 图 常破损 9 图中，破损点位于固定烟罩底部 90弯头内侧高约 80域，破损区域周围几根管子管壁厚度现场实测 右，此处壁厚异常，减薄严重，已多次出现类似破损现象。但从几次类似破损情况来看，破口裂纹呈纵向分布，周围未发现明显烧损熔融痕迹，可以说明该烟罩流量能满足要求，否则，烟罩受热面管壁会出现很多因强度不 足导致的横向裂纹。该烟罩管壁的异常减薄主要原因是冲刷、磨损腐蚀所致，可能存在的原因如下： （ 1）炉前侧加料口与氧枪口之间角度过大（ 11），导致加料过程中料流撞击氧枪反弹后对烟道管壁造成冲刷磨损。 （ 2）固定烟罩距炉口过近（ 868，导致炼钢过程中，钢液粒喷溅后被风机吸走，对固定烟罩底部受热面冲刷磨损加剧。 （ 3） 机转速偏高，烟罩入口处烟气流速达 27m/s，超过了设计流速（ 25m/s） ，导致烟气冲刷磨损加剧。 （ 4）由于炉前侧兑铁水、加废钢，导致烟罩受热面管道在炉前侧磨损最严重 9 。 样因短期高温过热烧损 短期高温过热烧损是固定烟罩比较常见的破坏形式，占到所有漏水事故20%右，同时短期高温过热烧损破口较大，一旦发生，漏汽严重，必须立即停炉修补，对生产的影响极大。失效管样爆口一般为唇型，也称菱形撕裂，长约 60 70宽处 25壁光滑，边缘薄如刀刃，被喷出的水汽混合物淬硬，但其背火侧无任何异常。这种破坏形式也仅见于固定烟罩，裙罩和移动烟罩投产三年以来从未出现这种情况。瞬间高温过热爆管破口处如图 示：破口呈喇叭状，管子严重突起破口处减薄，边缘锋利，韧性断 裂，外表为黑色氧化组织。破口内壁较为光洁。破口附近没有平行于破口的纵向裂纹。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 12页 12 图 叭状破口 9 图 规则菱形破口 9 短期过热爆管如图 示，破口较大，呈不规则菱形，破口附近管子突起且较远处管子也有不同程度的突起。短期过热是管子受严重高温力学性能急剧下降，管子在压力的作用下发生塑性变形以至破损。造成固定烟罩受热面短期过热的原因主要有三个：一是排管内壁严重结垢；二是吹炼过程中喷溅导 致高温钢渣大量附着在管壁；三是炉口大量积渣而采用吹氧清理炉口时导致固定烟罩底管烧损。 吹氧过程中排管表面附着的高温钢渣是造成固定烟罩短期过热爆管的最主要原因。顶底复吹转炉在吹炼过程中，由氧枪吹入的高压氧气与转炉内部的铁水发生剧烈的碳氧反应，少数钢水微团获得足够能量溅到固定烟罩排管上， 1600的钢水团附着在排管表面，排管内部的汽水混合物迅速汽化，由于蒸汽的传热性能低于水，造成排管温度迅速上升，一旦超过 723管材屈服强度、抗拉强度急剧降低，而排管内部介质压力在 上，在内部水汽混合物压力的作用下 ，排管快速蠕伸变形爆破，导致了瞬时过热爆管。 样因长期高温过热裂纹 固定烟罩受热面排管长期高温过热鼓包破裂的危险程度介于高温短期过热爆管和冲刷腐蚀磨损穿管之间，因为高温破裂的裂口小，易修补，对生产接凑影响较小，但修复后难以坚持较长时间。高温长期过热裂纹的裂口边缘厚钝，外壁粗糙，有纵向小裂纹如树皮状，也有横向小裂纹如竹节状，而且管内侧宏观无改变，金相组织也无变化。低温长期过热一般是由于排管中有杂物、水垢、锈垢或腐蚀产物影响传热，而引起的排管温度升高发生鼓包变形，当变形量超过原管尺寸的 ， 会发生鼓包破裂现象。 影响排管正常传热的原因： （ 1）大部分烟罩采用自然循环 , 由于烟罩区域较上部烟道的烟气温度更高 , 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 13页 13 热负荷更大；如武钢 炼钢主烟道段和尾部烟道段的理论计算平均表面热强度95 固定烟罩段的平均表面热强度已达 251 而活动烟罩段的平均表面热强度高达 352 0。变化也更加剧烈，在吹炼期前 3 转炉的烟气量由零猛增到最大 , 导致自然循环的水流动产生脉冲变化 , 吹炼初期水循环尚未形成 , 热负荷的猛增容易使受热管中的水由核态沸腾转变为膜 态沸腾 , 形成汽膜阻隔。同时烟罩内热偏差较之上部烟道更大 , 加上挂渣的影响 , 下部烟罩各受热管间吸热更不均匀。烟罩区域热负荷的这些特点 , 使循环停滞或倒流 , 传热恶化 , 引起管壁温度急剧升高 , 当壁温超过 20g 钢所容许的极限温度时 , 受热管即烧坏。而有些厂则在投产后一周就出现锅炉爆管 , 冷却管壁严重减薄的现象。有些厂则是投产后 3 个月左右出现水冷壁管烧坏漏水的情况。投产后一周就出现爆管的厂 ,经检查爆管主要是由于投产时间紧张 ,没有按照锅炉的煮炉程序执行 , 冷却段入口节流孔杂质堵塞严重造成的。笔者建议转炉余热锅炉 的煮炉程序应严格参照锅炉煮炉工艺规程执行。 3 个月左右出现锅炉爆管的厂 , 经检查发现爆管多是由于锅炉水质很差 , 结垢严重造成的。因此要严格控制补给水水质及运行过程中的排污、加药、取样等程序。对于汽包最高工作压力 余热锅炉 , 锅炉补给水及锅水的水质应符合 1576业锅炉水质标准 , 对于汽包最高工作压力 转炉余热锅炉补给水及锅水的水质应参照12145 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准执行 11。 （ 2）强制循环配水不均的问题，目前使用的转炉余热锅炉 , 有 一段或多段采用强制循环冷却 , 强制循环冷却段的具体数量根据不同的系统而定。由于各段之间、同一段不同的换热管流动阻力不同 , 在不同段之间 , 为了使冷却段得到更好的冷却 , 冷却水量应根据各段的热负荷进行分配； 同一段内 , 各换热管的冷却水量应根据不同换热管的热负荷进行分配，热负荷越大则冷却水量相应要越大。为了冷却水流量的分配 , 各强制循环冷却段的换热管入口设置了节流孔 , 也称为 。为了不致热负荷较大 ,较长的换热管烧坏 , 每个换热管入口节流孔的大小应根据热负荷进行计算。在使换热管内水流速度大于最小临界 流速的前提下 , 热负荷越大的换热管其冷却水量也相应越大。但现实情况是由于国内许多锅炉厂不具备热负荷及水循环计算的能力 , 根据经验在同一段内每个换热管入口设置了相同规格的节流孔 , 甚至出现了不同冷却段各换热管入口也采用相 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 14页 14 同规格的节流孔 , 这就出现了热负荷越大、越长的换热管 , 其水循环阻力也越大 , 循环冷却水量反而越少的情况。因此 , 大大缩短了余热锅炉的使用寿命 , 同时也造成了强制循环泵能力过大 , 能量浪费的现象。 样 材料与工艺方面的原因 （ 1）管坯的开坯和轧制工艺的影响对于管坯表面弥散性裂缝 , 亦 有认为开坯加热轧制工艺失控会造成表面产生热应力裂缝。钢锭在轧制过程中 , 在一定程度上可以克服一些因冶炼带来的缺陷 , 但如果开坯轧制工艺的加热制度不当 , 管坯表面也会产生新的缺陷 , 恶化管坯质量。缺陷处经金相显微观察表明 , 裂口内有氧化铁 , 而氧化铁周围有无明显脱碳现象。证明钢锭在加热前已经存在应力集中，在之后的轧制过程中可能形成了裂纹开端 , 而在使用过程的恶劣条件下裂纹进一步扩大延长。 （ 2）气体及有害元素的影响，氧气转炉钢标准规定，。党钢液中氮含量较高时，钢锭宏观组织疏松，甚至 可以产生气泡，气泡与表面太近，则热轧时钢材往往由此引起失效报废。 而电炉冶炼的 20G 钢种砷、铜含量偏高时，上，成材率低于 50 。特别是砷、铜元素共存的钢危害更大。加热时在氧化性气氛和 11501200 情况下，钢中砷、铜元素进行选择性氧化，产生表面富集，形成一层相当厚的粥状或液态氧化物，在轧制压力下不可避免地产生严重的热裂纹 12。 他原因 投产以来，也出现过其他原因引起的固定烟罩漏水事故。主要有固定烟 罩底部弯受热侧高温附渣过烧及钢渣融损，其破坏形式如图 5 所示。固定烟罩也出现过排管的机械损伤，被硬物划擦表面形成贯穿伤，如图 6 所示。这主要是吹炼过程中喷溅大，导致移动烟罩内壁大面积粘渣，大块钢渣整体脱落下来刮伤固定烟罩，同时，炉口升降裙罩尾管也出现过机械损伤，由于转炉炉口积渣过高，摇炉时炉口冷钢刮伤裙罩底部尾管（图 7）。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 15页 15 图 图 图 有一种经常出现的现象是移动烟罩、固定烟罩大面积粘渣， 同时加料孔也因积渣而堵死，造成该现象的直接原因是转炉吹炼喷溅过大，而且喷溅会导致高温液态钢（渣）飞溅附着在烟罩内壁，附着钢液使烟罩管壁温度急剧升高，容易出现过烧爆管，同时管壁温度升高至熔点后与钢液形成熔融状态，致使钢渣不易脱落而堵死加料口，另外烟罩内壁大量积渣会使烟罩排管冷却效果降低，最终烟罩受热面出现各种裂纹而失效。 (1)应力疲劳问题也是影响管坯寿命的一个重要因素。由于余热锅炉的热负荷呈周期性变化 , 吹氧冶炼时 , 热负荷迅速上升 , 氧枪提枪 , 吹氧停止后 , 热负荷急剧下降。在热负荷下降时 , 水冷壁管内的 产汽量减少 , 自然循环的动力下降 , 甚至导致自然循环停滞。待到下一次吹氧冶炼时 , 虽然热负荷迅速上升 , 但自然循环缓慢启动 , 在启动的过程中造成冷却壁管的热量不能迅速被循环冷却水带走 , 从而造成水冷壁管过烧破坏。冶炼一炉钢的周期大概在 30 40也就是转炉余热锅炉每 30 40到一次交变热负荷的影响。由于自然循环启动的滞后性 , 启动过程中受热部分不能得到及时冷却 , 使得水冷壁管不断受到交变热应力的影响 , 严重影响了余热锅炉的使用寿命 ,。另一方面使靠近内壁边缘处材料产生塑性变形或者损伤，在其 附近有较大应力场存在时，会加剧塑性变形或裂纹的扩展。由于运行时间足够长，不断变化的热应力使炉管产生疲劳载荷，加剧了材料蠕变 13。 (2)自然循环的安全性问题 ,炼钢转炉余热锅炉的固定段、尾段常采用自然循环冷却。固定段一般为倾斜布置 , 尾段的部分换热管甚至有时出现水平布置的情况。水冷壁管在受热条件下 , 管内的汽水混合物容易产生汽水分层。汽水分层后 , 水侧面向火面的水冷壁管一般是安全的 , 但汽侧面向火面的水冷壁管却非常危险 , 极易发生传热恶化。运行实践证明 , 汽侧面向火面的管子容易发生爆管事故。为了解决上述问 题 , 就要在余热锅炉的结构设计中采取防止汽水分层的措 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 16页 16 施。目前主要的方法就是在这部分管子内部加装不锈钢螺旋板，增加扰动，防止汽水分层，消除传热恶化。 (3)许多钢厂认为汽包在低压下运行 , 系统更加安全 , 因此在日常生产中长期控制汽包在远低于设计压力的情况下运行。实际上这种认识是非常错误的。余热锅炉的上升、下降管的管径是根据系统的设计压力确定的 , 汽包压力远低于设计压力时 , 余热锅炉的水冷壁管中汽化点位置会提前 , 同时也会使水冷壁管和上升管中的汽水混合物体积流量迅速增加 , 增大循环水系统的流动阻力 , 从而使循环 水量减少 , 造成水冷壁管局部过热而破坏。要延长转炉余热锅炉的使用寿命 , 笔者认为余热锅炉必须在汽包的设计压力范围内运行 , 而不应在低于汽包设计压力的情况下长期运行。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 17页 17 经过金相观察实验的分析与讨论，结合样品的使用环境等因素综合分析，得到以下结论 ： 氧化性气体对管壁的腐蚀和破坏。 坯材料中有较多的非金属 物夹杂富集，在轧制压力下产生严重的热裂纹。 制循环配水不均等问题和烟罩挂渣等导致热交换效果减弱产生了局部过热而导致烧损破坏。 辽宁科技大学本科生毕业论文 第 18页 18 用涂层 实验表明利用 层在 750高温氧化 200h 后，其表面的氧化层并不明显。通过 倍观察，涂层表面有一层致密的白色氧化物。由于在 r 的含量大于 40，合金发生了选择性 氧化，在其表面形成了单一的致密 化层，对涂层及集体起到了很好的保护作用，因此 层试样的抗高温氧化性能得到了显著提高 14。如图 一结果与笔者的观察结果相吻合，在显微观察下笔者的确发现在试样表面有一层致密的涂层如图 用4 的硝酸酒精溶液无法蚀刻。想必所选取试样的样品生产厂家使用了这一涂层来提高该锅炉高压管即 20G 钢在高温高压下的性能和延长其在冶金工业中恶劣的使用环境下的使用寿命。开发更加有效可靠的涂层材料，和采取更加合理的喷涂工艺，优化材料和工艺选择也是提高 20G 在高温 高压环境下性能，避免其在恶劣环境使用