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高炉炉缸炉底破损研究

浏览次数: 日期:2017年10月11日 10:21

  近年我国钢铁产量迅速增长,高炉炼铁的技术经济指标有了明显改善。随着高炉产量水平的提高,延长高炉寿命的任务显得更加严峻。我国高炉寿命水平与世界先进水平还有较大的差距。以武钢4号高炉和5号高炉破损调查实际资料为基础,分析炉缸、炉底耐火材料的破损特征和原因,并就合理地选择耐火材料问题进行讨论。

  炉缸炉底的破损特征:1.炉缸炭砖环形裂缝;2.炉底炭砖的侵蚀。

  根据对多座武钢高炉破损调查的观察和研究,认为炉缸、炉底炭砖环缝不是因炭砖内外温差应力造成的,也不是高铝砖、炭砖膨胀率差异所致,而主要是碱金属、锌侵蚀的结果,主要依据如下:(1)炭砖炉衬温度升高时,沿圆周方向和高度方向产生膨胀,这在高炉设计时已有所考虑,膨胀可由炭捣料和风口下留的膨胀缝吸收,不至于引起炭砖的断裂。(2)采用全炭砖水冷薄炉底的高炉(如武钢4号高炉、5号高炉),不存在炉底高铝砖与炭砖交错砌筑的情况,但炉缸炭砖内仍然产生环缝,表明高铝砖热膨胀后顶断炭砖的说法不符合高炉生产实际。(3)武钢多座高炉炉缸、炉底炭砖环缝都是上部宽度大,从上向下化学侵蚀逐渐变窄,最下部的仅为细小裂纹。炉缸、炉底炭砖环缝具有从上向下化学侵蚀逐步延伸的侵蚀特征,这与碱金属和锌的化学侵蚀有关。

  对炉缸和炉底的砖衬、粘结物及炭砖环缝中的物质取样分析表明,其中含有大量的K2O、Na2O及ZnO等物质。

  炉缸内碱金属(以K2O为主)和ZnO的分布主要集中在炉缸上部的硅铝质耐火砖衬和较上部(从第1层到第4层)的炭砖中。武钢过去的研究曾提出,在高炉风口附近,含有碱金属和锌蒸汽的煤气流沿着风口周围的缝隙渗入,在炉衬中800~1030℃的温度区间侵蚀高铝砖,形成初始环缝。随着碱金属、锌侵蚀反应的连续进行,环缝逐渐在高铝砖砌体中扩展并向下延伸,以至侵蚀炉缸、炉底侧墙的炭砖。

  根据对炉缸、炉底侧墙炉衬产生环缝原因的分析,碱金属和锌的化学侵蚀是主要的影响因素。

  要减小乃至消除炉衬环缝对高炉寿命的不利影响,除了从根本上提高高炉精料水平,降低碱金属和锌的负荷以外,砌筑炉缸、炉底一定要选用导热率高、抗碱性好、微气孔或超微气孔、抗铁水渗透和抗渣铁溶蚀性能好的耐火材料。

  提高炭砖的导热率,配合冷却强度足够的冷却设备(如铜冷却壁),可使炭砖内800~1030℃温度区间向其热端移动,可减缓环缝的产生。微气孔或超微气孔结构可以抑制碱金属和锌蒸汽在砖衬中的渗透,同样有利于减少环缝的产生。

  同样不能忽视的是炭砖的抗铁水渗透和抗溶蚀性能。不是微孔结构的炭砖,在接触液态铁水时很容易受到铁水的渗透和溶蚀。铁水溶蚀炭砖后,炭砖的强度降低,会对炉底寿命造成威胁。此外,炭砖渗铁后其导热率增加会使炉底热损失增大,对高炉操作不利。

  基于以上认识,对炉缸、炉底耐火材料的选择提出以下建议:炉缸上部风口区域采用微孔刚玉砖,这是1种抗碱性优良、抗渣性良好、强度较高的微气孔砖,武钢多座高炉的使用表明它有较好的效果;炉缸上部炭砖可以采用半石墨炭砖或微孔炭砖,炉缸中下部和炉缸、炉底交界面的异常侵蚀区,应采用导热率18~20W/(m·K)的超微孔炭砖;炉底上表面可采用微孔刚玉砖或刚玉莫来石砖,其下的立砌炭砖应采用导热率18~20W/(m·K)的超微孔炭砖;靠近炉底水冷管,可采用石墨砖。另外需要指出,不应忽视炭捣料的导热率,应做到炭捣料的导热率与炭砖的导热率相匹配,否则炭捣料将会成为1个“热阻层”,影响炉底冷却的效果,增加铁水渗透和溶蚀的程度。

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