我国高炉炉缸破损情况初步调查

我国高炉炉缸破损情况初步调查

黄晓煜 薛向欣 (鞍山钢铁(集团)公司) (东北大学)

摘 要 结合鞍钢2号和7号等高炉和2号高炉的调查结果，对国内部分高炉炉缸破损情况进行初步调查，对炉缸破损原因做了初步分析和讨论，认为造成我国高炉炉缸环形断裂的主要原因是由于碳砖自身物化性能差以及炉缸碳砖和高炉炉壳之间的热应力；环裂的出现加剧了炉缸的异常侵蚀。 关键词 高炉炉缸 炉缸侵蚀 热应力 环形断裂

PRELIMINARY INVESTIGATION ON BLAST FURNACE

HEARTH DAMAGE IN CHINA

HUANG XiaoyuXUE Xiangxin (Anshan Iron & Steel(Group) Co.)(Northeastern University)

ABSTRACT A preliminary investigation was made on hearth damage of a number of furnaces in China,and the analysis and discussion are presented for reasons of hearth damage in this paper.The main reasons of ring crack of the hearth

are:1.Improper physical and chemical properties of baked carbon bricks.2.The thermal stress existing in carbon bricks,alumina bricks and the furnace shell.The formation of the ring crack aggravates the abnormal erosion of the hearth.

KEY WORDS blast furnace hearth,hearth erosion,thermal stress,ring crack 1 前言

目前我国高炉炉缸基本分三种情况：一是引进国外碳砖和技术，使炉缸寿命基本满足生产的要求。如宝钢1号高炉采用日本大块碳块，一代炉龄达10年多，但还需用钒钛矿护炉；二是多年来在骨干钢铁企业中普遍使用大块焙烧碳砖和高铝砖结合的综合炉底。因强化冶炼和炉容大型化，此种炉缸寿命只有2～7年。在采用综合炉底的高炉中，鞍钢7号高炉的破损具有代表性，图1是7号高炉1987年大修时炉缸破损剖面［1］；三是许多中小高炉采用自焙碳砖炉缸，一代炉龄可达6～10年，基本满足生产的要求。

1992年鞍钢7号高炉采用自焙碳砖陶瓷砌体复合炉缸以来，已有五座1 000～2 580 m3的高炉采用此种炉缸。实践证明，该炉缸令人满意［2］。本文就我国广泛使用的焙烧碳砖综合炉底的破损情况进行了初步调查。

图 1 鞍钢7号高炉1987年大修炉缸破损剖面图

Fig.1 Sectional drawing for hearth erosion of No.7 BF in relining

in 1987 2 调查与分析

焙烧碳砖和高铝砖综合炉缸炉底破损的两个突出特征是异常侵蚀和环形断裂，找出其形成机理对实现长寿是必要的。 2.1 破损机理调查分析 (1) 铁水接触碳砖后，发生铁液的渗透、碳素的溶解和铁水对碳砖的机械冲刷。因温度波动，导致碳砖龟裂和脆化。这就破坏了碳砖的结构，造成了碳砖的侵蚀。

(2) 热应力的破坏作用。因炉壳在炉缸处有折点，加之焙烧碳砖尺寸大，开炉后碳砖里外两端温差大，使碳砖产生热应力。碳砖热端的热膨胀、冷端受到炉壳的限制及综合炉底中高铝砖和碳砖膨胀系数的差异也增加了碳砖的热应力。几种热应力的综合结果造成了环裂。停炉后的破损调查发现，碳砖热端向上折断。由断口判断，这是明显的机械损坏。这种环缝并不是因所谓脆化而造成的微小裂缝，而是明显的裂缝，断口清晰。1993年12月鞍钢2号高炉大修停炉时拍了环裂的照片(略)。1978年武钢1号高炉炉缸破损调查均证明了类似的现象。 (3) 碱金属的破坏作用。这一作用主要发生在环裂缝外侧和冷却壁或风口漏水处。在多次炉缸破损调查中发现环裂缝外侧碳砖呈疏松粉末状，且碳砖出现溶洞。表1给出了已粉化疏松的碳砖中的碱金属含量。值得注意的是，由多个破损炉缸看到，环裂外侧碳砖只是局部而不是大部分出现失去强度的疏松粉化状态。表1是从环缝和冷却壁间出现粉化的碳砖样与环缝和碳砖内表面间未粉化的碳砖样分析结果的对比，可见碱金属破坏作用应主要发生在环缝外侧。

表 1 炉缸碳砖中碱金属含量 %

Table 1 Alkali metal content in carbon bricks %

成分 FeO K2O Na2O 环缝内侧 9.79 0.18 0.15 环缝外侧 0.99 0.83 0.32 2.2 炉缸破损形状的调查分析 一般中小高炉炉缸异常侵蚀的形状为“蒜头形”，而大型高炉中心存在“死

区”和铁水环流，炉缸侵蚀的形状为“蘑菇形”。造成此异常侵蚀有如下原因。 (1) 除炉缸内铁水环流的作用外，碳砖自身物化性能差是造成异常侵蚀的主要原因。由表2可见，我国综合炉底使用的大块焙烧碳砖和国外优质碳砖的差距。其中我国焙烧碳砖自身的导热性差，使碳砖热面难以形成粘稠状保护层。另外，碳砖本身气孔大，铁水的渗入和碳素的溶损也是造成异常侵蚀的重要原因。相反，国外一些优质碳砖导热性能好，气孔率低，又被加入一些金属微粉以进一步降低气孔率，这就有效地抑制了侵蚀，即使有异常侵蚀，也远不及我国炉缸使用的大块焙烧碳砖的侵蚀严重。

(2) 碳砖导热性能差和尺寸过大，使碳砖承受的热应力相应增大。另外，环裂缝出现后，裂缝造成的气体间隙或渣铁形成的裂缝热阻又使碳砖热端受铁水的化学侵蚀速度增加。一旦侵蚀深入环缝，炉缸就有烧穿的危险。

1994年鞍钢2号高炉大修停炉时拍的炉缸环缝照片表明，环缝中有大量凝固的铁。炉底中部表面高铝砖被烧结成致密的一体，因抗铁水渗透性较强，侵蚀也较轻，炉底边缘与环砌碳砖接触的高铝砖在铁水侵入接缝和碳砖被侵蚀后则会出现程度不同的侵蚀或漂起，故造成环状侵蚀。 2.3 破损位置的调查分析

炉缸出现破损的位置不同，破损程度亦不同。铁口区以上到渣口、风口以下区域，炉缸最内侧为渣、铁、石墨碳和焦炭等混合粘结沉积物，接着是环缝内侧300～800 mm厚的碳砖，然后是碳砖中部环缝或环缝中的渣铁，环裂缝外侧有300～500 mm的碳砖。鞍钢10号高炉停炉后的调查结果表明［3］：与粘结物相接的碳砖内表面基本没受侵蚀。10号高炉停

表 2 几种碳砖的冶金性能比较

Table 2 Metallurgical properties comparison of carbon bricks

吉林碳块 UCAR NMA 日本 BC-7 法国 AN-102 半石墨化 自焙碳砖 原料构成 体积密度/g*cm-3 耐压强度/MPa 导热系数(1 200 ℃)/W*m-1*K-1 铁水渗透(0.3 MPa) 灰分/% 耐碱性 回转窑煅电煅烧无电煅烧无电煅烧无烧无 电煅烧无烟烟煤 烟煤 烟煤 烟煤、冶煤 金焦 1.55 23.82 3.78 1.62 41.55 19.70 1.60 42.00 16.00 1.56 37.24 1.62 39.00 (20 ℃)9.1 16.20 轻度渗透 5～0 LC 严重渗透 (0.5 轻度渗透 轻度渗透 MPa) 8.24 C 10.0 U-LC 10.0 LC 12.98 LC 注： C—大裂缝； LC—有裂缝； U—无裂缝。

炉大修的原因是炉缸二段(死铁层区域)严重破损所致，可见炉缸铁口区上下破损原因不同。炉缸铁口区以上，因存在沉积物，碳砖表面侵蚀轻微，而碳砖中部环裂缝内侵蚀严重。环缝宽达150～400 mm是常见的，且缝内被铁和渣充填。 铁口区以下至炉底，因碳砖导热性能差，使1 150 ℃等温线出现在碳砖层内。这使炉缸表面粘结保护层不能稳定存在，导致侵蚀过程充分进行，侵蚀线急剧向外扩展，造成严重的异常侵蚀。 2.4 炉缸环裂缝及其中存在渣铁的原因 如前所述，环裂产生的原因是因碳砖尺寸大、性能差和多种因素产生的热应力所致。渣铁由渣铁口区碳砖的气孔及砌缝渗入碳砖环缝中，导致了所谓的脆化层。在脆化层中侵蚀加重，使碳砖出现环状膨胀和粉化，造成环裂［4］。此观点源于 …… 此处隐藏：4013字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……