湘钢1号高炉炉缸破损原因的调查分析.doc

湘钢1号高炉炉缸破损原因的调查分析刘竹林摘要通过对炉缸、炉底侵蚀状况的调查以及炉缸、炉底实物组成的化学分析,阐述了炉缸、炉底侵蚀曲线形成的原因以及钛护炉的效果。关键词炉缸破损调查分析INVESTIGATION AND ANALYSIS ON CAUSES TO BREAKAGE OFNo.1 BF HEARTH IN XIANGTAN IRON & STEEL CORP.Liu Zhulin(Zhuzhou Vocational Technical School)SynopsisCauses to formation of the erosion curve on the furnace hearth and bottom and effective results of titanium in protection of the furnace have been described by way of probing into the erosion conditions of the furnace hearth and bottom and chemical analysis on their physical componentsKeywordsfurnace hearthbreakageinvestigation and analysis1前言湘钢1号高炉(750 m3)是双钟料车式常压高炉。第二代炉役从开炉到大修生产了16年9个月零22天,其间进行过一次中修,在炉缸侵蚀严重的渣口大套下缘至铁口中心线1.2 m高的区域内捣固了一环800 mm宽的碳素料层。一代炉役累计生产合格铁4 437 903.8 t,单位容积产铁5 997.167 t。1号高炉停炉后,为了解炉缸破损原因,成立了科研调查小组,对1号高炉炉缸、炉底的破损情况进行了详细调查和研究。2炉缸和炉底侵蚀状况经过对高炉炉缸、炉底的破损情况进行详细的调查,我们发现炉缸部分砖衬侵蚀非常严重,残余砖衬不多。在风口区域的残砖内表面附着一层渣皮,而铁、渣口水平面除保留部分碳捣外在碳捣内表面也紧附着渣皮。实测炉缸各部位剩余砖衬、渣皮等厚度情况如表1所示。表1各部位剩余厚度mm区域原砌砖厚残余砖厚残余碳捣渣皮厚风口区域57560420200400渣口水平面80530380260290220560铁口水平面1 03503708501 150在炉缸与炉腹拐角处,渣口水平面的砖衬侵蚀也较严重,呈“凸肚形”,炉缸下部与炉底相接处侵蚀呈“平底蒜头形”。整个侵蚀曲线图如图1所示。图1炉缸炉底侵蚀曲线图注:此图侵蚀线以内的原砌砖应不出现,因已侵蚀殆尽在渣口水平区至炉缸底部这一区域内发现有9处砖衬形裂缝,最宽和最长的算6号至8号风口下方低渣口中心线下400 mm处。裂缝最宽达6.0 mm,环缝弧长2 200 mm。图2为其横向剖面示意图。缝间有较脆、质地疏松的百叶状物质。在10号风口下方二段冷却壁下910 mm处发现一砖衬裂缝中沉积大量的白色碱性物质。铁口附近的砖衬只有0140 mm,但是在它的表面附着一层厚达1 000 mm左右的渣皮。其它部位的砖衬虽没有断裂条纹,但也被侵蚀得条条痕迹依稀可见,一般呈横向条纹。拆炉过程中发现许多砖砖缝之间有铅块、炉渣、白色碱金属，原高铝砖颜色明显变黑,重量增加。图2横向剖面示意图炉底共砌筑5层高铝砖,唯有第5层比较完整,往上侵蚀程度逐渐加深。炉底侵蚀深度达1 600 mm,一代炉役炉底砖平均侵蚀速度为0.261 mm/d,整个炉底砖衬侵蚀后呈平底蒜头形,铺在炉基风冷管上卧砌的两层焙烧炭砖保持完好,只有铅渗透过来,在炉缸下部与炉底相接处沉积着400 mm左右厚的石墨碳,此处周边砖衬仅存160320 mm,炉底第4层与第5层砌砖之间有一层20 mm厚的略带金黄色光泽的沉积物,炉底砖缝中也有类似物质。3炉缸炉底实物样组成破损调查中在炉底各部位取了大量的残砖等实物,并对其进行了化学分析,以下为其中最有代表性的样品,分析结果见表2。表2炉缸、炉底实物样组成(w)%区域取样名称样名K2ONa2OZnPbVTi风口区域10号风口前端砖衬砖样13.50.320.511.263号风口下碳捣表面渣皮渣样23.70.930.123.540.020.40铁口上方风口水平面砖衬内表渣皮渣样5.030.2541.25.890.010.02渣口水平面2号风口方向二段冷却壁上沿下第3层砖砖样4.740.420.422.14铁口上方二段冷却壁上沿下第三层残余半块砖砖样12.80.5721.721.2环形裂缝10号风口二段上沿下900 mm处环缝中沉积物沉积物15.80.632.541.8811号风口二段上沿下第3层砖环缝物质环缝4.390.1374.92.00铁口平面9号风口二段上沿下1 380 mm处砖样5.910.590.993.57炉底炉底第4层与第5层之间略带金黄色残铁铁样0.081.00炉缸下部残铁铁样0.020.16从表中不难看出,碱金属含量虽在炉缸炉底不高,但递减梯度明显,一旦在砖缝中沉积后对砖衬的侵蚀作用不容忽视;同时在炉缸中、上部Zn的破坏作用比较大,分析中显示Zn的含量很高。 4炉衬侵蚀原因分析炉缸调查发现,炉缸与炉腹拐接处、渣口水平区域、铁口及炉缸与炉底交接处砖衬侵蚀相当严重,这些部位的砖衬侵蚀直接关系到炉缸炉底寿命,对一代炉龄起重要作用。国内许多高炉发生的炉缸、炉底烧穿、炉壳开裂等事故均发生在这几个活跃部位,它们对高炉安全生产有着举足轻重的影响。高炉炉缸炉底是高温反应区,冶炼最终产物的聚集带和排出带。在这里的炉衬受到强烈的热力作用,不仅炉衬内表面温度经常达到1 3001 500 以上,而且由于温度波动引起的热冲击,破坏力很大,同时还受到碱金属Zn、Pb等有害元素的化学侵蚀,加上氧化作用,使得这里的炉衬侵蚀严重,特别是炉缸上部(风口带至炉腹处)、渣口水平面、铁口及炉缸下部与炉底连接处的砖衬。因侵蚀程度不一而形成“凸肚形”和“平底蒜头形”。值得注意的是这些部位不仅受到上述破损因素作用,而且还有着各自特殊的成因。4.1炉缸上部由于风口回旋区的存在,上面的炉料在下降过程中产生摩擦力,加上炉料重力及崩料时产生的巨大冲击力,特别是高炉后期边缘发展,焦比升高,大量高温高速煤气液的向上冲刷力等,各力的综合作用,使得该部位的砖衬在后期不断减薄,侵蚀到一定程度后在冷却壁高强度冷却下形成一层稳定的保护性渣皮而得到缓和。4.2渣口中心水平面高炉放渣时,渣口中心水平面周边砖衬还受到渣环流冲刷,在渣口周围更加剧烈,同时当渣口烧坏时,由于漏入水的作用,使得砖衬表面温度骤变产生变形开裂,进一步削落而变薄,残留的砖衬与中修时差不多。这是由于中修时在砖衬内表面捣固一层800 mm厚的碳素料,开炉后由于碳素料具有良好的导热性,当减薄到一定程度形成稳的渣皮后,不再减薄,故在拆炉时还保留有260290 mm宽的碳捣层,内表面紧粘着渣皮。4.3炉缸下部及炉底炉缸铁口周边砖衬非常薄,只剩下0140 mm,分析原因认为是由于铁水、炉渣的猛烈洗刷,出铁结束时的煤气喷扫,再加上开口机、泥炮的外力作用的结果。在此处的碳捣层由于铁水的漂浮作用和出铁时的环流效应被冲刷,往上逐步增厚。炉缸与炉底相连处,炉役后期边缘发展,中心不够活跃,环流效应加强,加速了砖衬的侵蚀。所剩砖衬只有160800 mm,在高强度的冷却下,铁水中析出的石墨碳沉积起着保护作用。中间夹着一层20 mm厚的略带金黄色的沉积物,经分析Ti高达1.00%。正是由于这一层的保护作用,使得等温线不再下移,炉底侵蚀成“平底蒜头形”。4.4环缝的形成调查发现,环缝基本上位于形成渣、铁环流的部位。这是由于炉缸砖衬的温度分布从里到外呈递减分布。由于温度分布的不均匀性、造成砖衬的膨胀量不一致,靠近渣铁面膨胀大,而远处则小。根据应力分析,得出热端面受到压应力,冷端面受到拉应力,在这两种应力交界处极易断裂。当受到环流的高温冲击时,加剧了断裂而形成环形裂缝。没有环流作用则形成表面横向条纹,加上有害元素的侵蚀促进砌砖削落成百叶状。5钛护炉湘钢1号高炉曾于1982年9月与2号高炉同期使用含钛烧结矿护炉,入炉TiO2负荷平均达13 kg/t。后于1990年6月采用钛渣(生产金红石的废物“窖结料”,含TiO2 50 %左右)直接入炉。在本次调查中发现,在风口区残存砖衬表面渣皮中含有微量Ti元素,见表2,这是高温反应区还原出来的钛溶于渣中的缘故。在炉底第4层及第5层之间有一层约20 mm厚略带金黄的沉积物,其含Ti达1.00%,正是这层含钛沉积物使得等温面不再下移而起到保护炉底的作用。6结语(1)炉缸与炉腹的拐角处、渣口水平面砖衬在各种侵蚀因素的作用下侵蚀较严重,呈“凸肚形”,炉缸下部与炉底相接处侵蚀呈“平底蒜头形”。(2)炉缸炉底实物样成分表明:碱金属K、Na、Pb等对砖衬有一定的侵蚀作用,风口区Zn对砖衬有较大的侵蚀作用。(3)炉缸炉底侵蚀因素主要有热应力及K、Na、Pb等有害元素的化学侵蚀、氧化作用等。炉缸上部由于风口回旋区的影响及炉料重力、摩擦力作用,再加上炉龄后期过分发展的煤气对砖衬的冲刷,使其厚度不断减薄,但随后形成保护性渣皮使侵蚀速度减缓。炉缸铁口处砖衬侵蚀严重,只有0140 mm,主要是由于渣、铁、煤气的冲刷和开口机、泥炮的机械作用而造成的。炉底侵蚀较轻成“平底蒜头形”,其