高炉炉缸为何被烧穿?如何应对?

2018-03-01 11:07:30 0

  高炉炉缸烧穿事故在国内外时有发生。现代高炉一代炉役设计寿命在15年以上,目前实现这一高炉长寿目标的高炉数量很少,宝钢3号高炉一代炉役19年,成为国内高炉长寿的典范。高炉长寿是一个系统工程,它涉及设计、耐火材料质量、安装筑炉、仪表监测、生产管理与操作等多个方面。从高炉长寿位置来看,炉体长寿和炉缸炉底长寿是长期以来高炉长寿的重点位置。

高炉

  炉缸耐材结构有两大类,即全炭砖炉缸侧壁与综合炉底结合的结构(全炭砖结构)、综合炉缸侧壁与综合炉底结合的结构(陶瓷杯结构)。目前研究学者对炉缸侵蚀甚至烧穿的机理达成共识,即铁水环流对侧壁砖衬的机械冲刷和不完全饱和碳铁水对炭砖的熔蚀。

  国内外高炉炉缸烧穿原因各有不同,可以归纳为几个原因:

  原因1

  炉缸冷却强度不够,与炭砖的导热能力和冶炼强度水平不匹配。炉缸采用的炭砖导热系数与微孔结构要同时兼顾,冷却壁导热能力和冷却水量都要进一步提高,炭捣层的热导率应与炭砖相近,避免其成为热阻层。新建高炉的炉底结构,应采用微孔结构,抗铁水熔蚀性能好的炭砖,并做到从炭砖热面(与铁水接触面)至炉体水冷管,传热能力逐渐升高,不形成热阻层,使热量顺利传出去。

  原因2

  缺乏监测炉缸手段。在新建高炉时为减少投资,炉缸温度监测点少,对冷却壁水温差、水流量、热流强度等参数检测手段少,不能及时发现炉缸的异常,导致烧穿事故突然发生。

  原因3

  炉缸耐材质量影响。炭砖产品质量没达到要求,炭砖加入人工石墨过多,抗铁水熔蚀性能差。造成这种现象的原因是追求炭砖的高导热系数,但因为炉缸侧壁内存在高热阻的气隙,阻碍炭砖热量传递至冷却水中,反而使得炭砖表面温度升高,在铁水流冲刷和侵蚀下,造成事故。

  原因4

  冷却壁制造安装存在缺陷。冷却壁若在安装、生产过程中开焊漏水,会造成炭砖加速氧化破损,易引发重大事故。碳砖与冷却壁之间的炭素捣料应选择与碳砖的热导率相当的捣料,同时选择有足够冷却能力的冷却结构。

  原因5

  生产操作存在问题。入炉钾、钠、铅、锌等有害元素对炉缸耐火材料的破坏。高炉风口小套、冷却器漏水至炉缸,引起炭砖氧化、粉化。有些钢铁厂为了抢占市场,不计后果的追求高炉冶炼强度,这对包括长寿系统在内的整个高炉及其附属系统都带来了极大负荷,对炉缸损害较大。对于炉衬侵蚀严重的高炉,未进行钛矿护炉。炉缸压浆不当,泥浆将砖衬压碎进入炉内,与铁水接触引发炉缸放炮,导致炉缸烧穿事故。铁水深度不够,铁水从铁口通道进入砖缝,加速炭砖侵蚀。

  高炉炉缸发生事故前会有先兆,应尽早发现炉缸危险的蛛丝马迹。如果缺少监测手段、或者检测失灵,高炉炉缸烧穿事故突发。对于监测系统完善的高炉,利用热电偶温度、热流强度信息可判断不同部位的侵蚀情况和残余砖衬厚度,预防炉缸烧穿。当砖衬侵蚀变薄后,相应位置监测热电偶温度升高,例如鞍钢新 1 高炉烧穿位置为铁口下方 2.5m 处,2008年9 月份前该层各点温度全部在 200℃以下,但 9 月份后该层温度各圆周方向相继上升,最高点达到了 580℃,比其它铁口该位置温度高 250℃左右。

  预防炉缸烧穿事故的发生,延长炉缸寿命是一个系统工程,主要措施包括以下几点:

  措施1

  炉缸冷却,由于水冷冷却壁的高炉存在多层热阻,尤其存在气隙的条件下,想通过加大水量来强化冷却是徒劳的,应当提出的是炉缸侧壁被侵蚀到一定程度,特别是炉役后期,残余炭砖的厚度不大时,热流强度已达到警戒值时,采取高压水强化冷却的效果是很明显的。

  措施2

  炉缸采用的炭砖其热导率和微孔结构要同时兼顾,冷却壁的导热能力和冷却水量都要进一步提高,炭捣层的热导率应与炭砖相近,避免使它成为“热阻层”。 陶瓷杯与炭砖之间缝隙可用陶瓷杯质浇注料,炭砖与冷却壁间缝隙可采用高导热的碳质浇注料,避免出现热阻层。

  措施3

  增加捡测手段,新建或大修一座高炉投资很高,配齐检测手段可以预防事故的发生,否则,一旦发生事故还将再次投入大笔资金。

  措施4

  加强投产后操作维护,严格控制有害元素的入炉量 ,禁止超标入炉,对循环富积的有害元素, 定期采取排除措施。防止冷却设备漏水,破坏砖衬。维持经济合理的冶炼强度和利用系数,分析一些寿命达到 15~25 年的高炉,一代炉役利用系数平均不超过 2.3 t/(m3·d), 其生产稳定 、能源消耗低,符合低碳冶炼要求,综合成本也较低。炭砖温度高时最先采用的措施通常是加入钛矿护炉,能取得较好的效果。

  总结

  高炉长寿与人体长寿十分相似,炉体设计和耐火材料质量就好比人的原有的身板,一个身板不好的人,你怎么指望他能在高负荷运转的情况下长命百岁?所以高炉长寿首先要有合理的设计、耐火材料和施工质量。根据炉容的大小,设计合理的炉型,是设计院和铁厂应该认真考虑的事。炉型设计的合理的情况下,选择高质量的耐火材料并按照规则精细施工,则是“好身板”的另外一个重要因素,需要设计院、铁厂、耐材供应商和施工方协同合作。有了好的身板还需要懂得“保养”,吃的料怎么样,吃得好固然很好,吃的不好也需要定时“排碱”,不能吃的料不好,还要超负荷生产。尤其是在目前钢材利润较高的情况下,不顾炉子的情况,加足马力生产是不可取的,应该大修的时候,必须放下利润的诱惑,考虑大修。炉役末期则像极了老年人,各“器官”都有些不灵了,需要降低负荷,并定期护炉保养,形成制度。说到底,高炉长寿这个系统工程需要各阶段的管理者认真对待,努力提高我国高炉长寿技术。

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