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    瑞科耐材对高炉安全长寿的研究

    发布时间:2019-04-03 作者:瑞科耐材 浏览次数:

    近几年 ,随着高炉冶炼的不断强化 ,延长高炉炉休寿命已成为炼铁生产中急待解决的突出问题:根据高炉炉身、炉腰、炉腹的侵蚀机理 ,探讨高炉寿命问题。指出 ,高炉炉身、炉腰、炉腹的结构以及冷却设备及冷却方式选择恰当 ,高炉才能长寿。炉役后期定期对炉衬进行局部修补 ,是延长高炉寿命的有效措施。

    关键词:高炉、寿命、炉衬、冷却设备
    吉林快3开奖结果瑞科耐材对高炉安全长寿的研究与举措

    前 言:新建一座大型高炉或对一座进行改造性大修 ,耗资巨大 ,多达上  亿元。因 而高炉使用寿命直接关系到钢铁行业的经济效益 ,高炉长寿也就顺理成章成为现代化高炉追求的目标。随着世界各国钢铁行业技术的进步 ,尤其像日本这样工业发达的国家 ,高炉长寿技术己经取得了显著成果:有资料显示日木川崎千叶钢厂的6号高炉 ,一代炉龄(无中修〉为20年零9个月 ,创造了世界高炉长寿记录。国外大型高炉寿命在不中修订情况下可以达到11-12年之间 ,我国高炉寿命要低于国外高炉一般水平 ,一般一代炉役无中修寿命低于10年 ,仅有少数高炉可以实现10〜15年的长寿目标。

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    影响高炉长寿的主要因 素分别为高炉建设和投产后的维护两个方面:在高炉建设投产之后 ,高炉则是依赖高炉冶炼技术的进步和内衬维修技术的发展来延长使用寿命。

    一、高炉建设时的设计及高炉质量

    1、 高炉设计对高炉寿命的影响

    一座长寿的高炉必定是精心设计、建造和仔细操作与维护的结果.高炉炉龄主要由炉衬寿命决定 ,而炉衬寿命取抉于设计和建造质量的最优化。

    在高炉设计中均明确了高炉的设计寿命 ,按照设计寿命来选择设备、材 料、结构以及施工工艺。不同高炉的设计寿命是不相同的.例如一般中小高炉的设计寿命仅5-8年 ,而大高炉的设计寿命则长达16年甚至20年。当然不同设计寿命形成的设计方案导致的实际投资也是相差极大的。

    2、 高炉建造材 料对高炉寿命的影响

    炉衬材质 ,冷却设备以及冷却水质1980年以前 ,255级的高炉炉缸、炉底均使用高铝质耐火砖 ,该砖的热稳定性及强度均高于粘土砖 ,但其抗碱性能较差。实验一表明 ,在9201200的还原气氛及有碱金属物质存在时 ,高铝砖和粘粘土砖的物相均发生变化 ,生成强度较低的钾霞石或钾霞石类化合物 ,使其体积膨胀 ,破裂。空腔式风口 ,由于其冷却工艺不尽合理 ,加上  碱、铅等有害元素的影响 ,使风目的使用周期较短 ,频緊的休风严重地影响了高炉顺行 ,也就影响了高炉寿命。

    新建高炉长寿内衬一体化总承包

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    二、高炉建造各部耐火材 料的选择

    在高炉建设投产之后,高炉则是依赖高炉冶炼技术的进步和内衬维修技术的发展延长便用寿命。因 而 ,选用适宜的耐火材 料对炉役中后期高炉损毁严重的部位进行维修以延长高炉使用寿命是耐火材 料工作者研究的课题。

    炉身上  部

    该部位内衬破损的主要原因 是:炉料在下降过程中对内衬的冲击和磨损 ,煤气流在上  升过程中的冲刷 ,碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀等。

    炉身上  部应该选择抗磨性、抗冲刷以及抗碱金属蒸汽侵蚀的耐火材 料。该部位是碳沉积适合的400-700℃的范围。可选择高致密度的粘土砖或浸磷酸粘土砖或高铝砖。

    炉身中下部及炉腰

    该部位内衬破损的主要原因 是:碱金属、锌蒸汽和沉积的侵烛;初成渣的侵蚀;热震引起的剥落;高温煤气流的冲刷等。

    选择耐火材 料 ,既要考虑抗渣性、防热震 ,又要防高温煤气流的冲刷。这一部位正好是碳对CO2、02、H2O等的反应温度区范围 ,所以不宜使用炭砖(包钢含F炉料冶炼时例外)。在条件允许时 ,这一部位建议采用半石墨化碳一碳化硅砖 ,这种砖抗碱侵蚀能力强、稳定性高,气孔率低、导热性能好。也可选用氮结合的碳化硅砖或烧成铝碳砖。

    炉腹

    该部位内衬破损的主要原因 是:渣铁水的冲刷;高温煤气流的冲刷等。炉腹主要靠渣皮工作,选择耐火材 料应考虑耐冲刷和容易挂渣皮的耐火砖。这一部位建议采用刚玉莫来石砖、铝碳砖或高铝转。这些砖耐火度、荷软温度高、休积密度大且致密。

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    瑞科耐材喷注造衬示意图

    瑞科耐材湿法喷注造衬技术

    炉缸风口带

    该部位内衬破损主要原因 是:渣铁水的侵蚀 ,碱金属的侵蚀 ,高温煤气流的冲刷等。该部位采用刚玉莫来石砖或棕刚玉砖 ,或者采用热压碳砖NMA或NMD砖。

    铁口以上  炉缸

    该部位内衬破损的主要原因 是:碱金属的侵蚀;热应力的破坏;CO2、02、H2O的氧化;渣铁水的溶蚀和流动冲刷等。这一部位内衬破损是多种因 素综合作用的结果 ,既有化学的、热力的 ,也有机械的作用。在渣铁水接触的热面建议选用瑞科耐材HX-LG型炉缸整体浇注料 ,在冷面选用致密炭砖或石墨化、半石墨化炭砖 ,也可选用小块微孔炭砖。

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    瑞科耐材炉缸浇注示意图

    瑞科耐材炉缸整体浇注技术

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    铁口以下的炉缸及炉底

    这一部位内衬破损的主要作用是铁水的冲刷、渗透侵蚀等。选择耐火材 料时 ,应重点考虑防止铁水的溶蚀和渗透侵蚀。建议在铁口以下的炉缸部位选用瑞科耐材HX-LD型炉底浇注料 ,炉底上  层应该用铝碳砖保护;在炉底致密炭砖 ,接近炉底冷却层 ,铺一层石墨化炭砖。

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    瑞科耐材科技炉底浇注现场及炉底炭砖预砌现场

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    三、冷却设备的选择

    高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分 ,对炉体寿命可起到如下作用:

    (1)保护炉壳在正常生产时 ,高炉炉壳只能在低于80℃的温度下长期工作 ,炉内传出的高温热会由冷却设备带走85%以上   ,只有约15%的热量通过炉壳散失。

    (2)对耐火材 料的冷却和支撑 ,在高炉内耐火材 料的表面工作温度高达1500℃左右 ,如果没有冷却设备 ,在很短的时间内耐火材 料就会被侵蚀或磨损。通过冷却设备的冷却可提高耐火材 料的抗侵蚀和抗磨损能力。冷却设备还可以对高炉内衬起支撑作用增加砌体的稳定性。

    (3)维持合理的操作炉型 ,使耐火材 料的侵蚀内型线接近操作炉型 ,对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。

    (4)当耐火材 料大部分或全部被侵蚀后 ,能靠冷却设备上  的渣皮继续维持高炉生产。

    冷却介质

    根据高炉不同部位的工作条件及冷却的要求 ,所用的冷却介质也不同 ,一般常用的冷却介质有:水、空气刑汽水混合物 ,即水冷、风冷和汽化冷却。对冷却介质的要求是:有较大的热容量及导热能力:来源广、容易获得、价格低廉;介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。

    高炉冷却用冷却介质主要是水 ,很少使用空气。因 为水热容量大、热导率大、便于输送、成本低廉 ,水一汽冷却汽化潜热大、用量少、可以节水节电 ,适用于缺水干旱地区。空气热容小 ,导热性不好 ,热负荷大时不宜采用 ,而且排风机消耗动力大 ,冷却费用高 ,以前曾采用风冷炉底 ,现在也被水冷炉底所代替。

    工业用水的来源是江河湖泊水也称地表水 ,也有井水称地下水 ,以上  又总称大然水。大然水中都溶解一定量的钙盐和镁盐。以每lm3水中钙、镁离子的摩尔数表示水的硬度 ,根据硬度不同 ,水可分为软水(小于3mol/m3),极硬水(大于9mol/m3)。我国地表水多为2-4mol/m3 ,地下水因 地而异 ,有的很低 ,有的高达25mol/m3。

    髙炉冷却用水如果硬度过高 ,则在冷却设备中容易结垢 ,水垢的热导率极低 ,lmm厚水垢可产生50-100℃的温差 ,从而降低冷却设备效率 ,甚至烧坏冷却设备 ,水的软化处理 ,就是将水中钙、镁离子除去 ,通常来用的方法是以不形成水垢的钠离子置换 ,置换过程经过一中间介质 ,即离子交换剂来实现。

    髙炉冷却结构形式

    由于高炉各部位热负荷不同 ,采用的冷却形式也不同 ,现代高炉冷却方式有外部冷却和内部冷却两种 ,内部冷却结构又分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及炉底冷却。

    外部喷水冷却

    在炉身和炉腰部位装设有环形冷却水管 ,水管直径Φ5-Φ150mm ,距炉壳约100mm,水管上  朝炉壳的斜上  方钻有若干Φ5-Φ8mm小孔 ,小孔间距100mm,冷却水经小孔喷射到炉壳上  进行冷却。为了防止喷溅 ,在炉壳上  装有防溅板 ,防溅板与炉壳间留有8-10mm缝隙 ,冷却水沿炉壳流下至集水槽出返回水池。外部喷水冷却装置结构简单 ,检修方便 ,造价低廉。喷水冷却装置适用于小型髙炉 ,对于大型髙炉 ,只有在炉龄晚期冷却设备烧坏的情况下使用 ,作为一种辅助性的冷却手段 ,防止炉壳变形和烧穿。

    冷却壁

    冷却壁设置于炉壳与炉衬之问 ,有光而冷却壁和镶砖冷却壁两种。

    A光而冷却壁

    在铸铁板内铸有无缝钢管。铸入的无缝钢管为Φ34mm×5mm或44.5mm×6mm,中心距为100-200mm的蛇形管,管外壁距冷却壁外表面为30mm左右,所以光面冷却壁厚80-120mm,水管进出部分需设保护套焊在炉壳上   ,以防开炉后冷却璧上  涨,将水管切断。

    光面冷却壁用于风口以下炉缸和炉底部位。风口区冷却壁的块数为风口数目的两倍。渣口周围上  下段各两块 ,由四块冷却壁组成。光而冷却壁尺寸大小要考虑到制造与安装方便 ,冷却壁宽度一般为700-1500mm,圆周冷却壁块数最好取偶数;冷却壁高度视炉壳折点而定 ,一般小于3000mm,应方便吊运和容易送入炉壳内。冷却壁用方头螺栓固定在炉壳上   ,每块4个螺栓。同段冷却壁间垂直缝为20mm,上  下两段间水平缝为30mm,上  下两段冷却璧间垂直缝应相互错开 ,间隙用铁质锈接料锈接严密。光而冷却璧与炉壳留20mm缝隙 ,并用稀泥浆灌满与砖衬间留缝100-150mm,填以碳素料。

    B镶砖冷却壁

    所谓镶砖冷却壁就是在冷却壁的内表面侧(高炉炉体内侧)的铸肋板内铸入或砌入耐火材 料,耐火材 料的材质一般为黏上  质、高铝质、炭质或碳化硅质。一般是在制作砂型时就将耐火砖砌入铸型中 ,然后铸入铁水。也有的是先浇铸成带肋槽的冷却璧 ,然后将耐火砖砌入肋槽内或者将不定型耐火材 料填充在肋槽内。

    镶砖冷却壁与光面冷却壁相比 ,更耐磨、耐冲刷、易粘结炉渣生成渣皮保护层 ,代替炉衬工作。从外形看 ,一般有3种结构塑式:普通型、上  部带凸台型和中间带凸台塑。

    (1)利于渣皮的形成与重建。较低的冷却壁热面温度是冷却壁表而渣皮形成和脱落后快速重建必要条件。由于铜冷却壁本身具有良好的导热性 ,加上  复合纤维耐磨浇注料具有较强的耐磨和抗侵蚀性能 ,因 而能形成一个相对较冷的表面 ,从而为渣皮的形成和重建创道条件。

    (2)投资成本低 ,施工速度快。单位重量的铜冷却壁壁铸铁冷却壁的价格要高 ,但单位重量的铜冷却壁冷却的炉墙面积要比铸铁冷却壁大1倍 ,这样计算 ,铜冷却壁的价格就相对便宜了些 ,铜冷却壁前不必使用昂贵的或很厚的耐火材 料;使用铜冷却壁可将高炉寿命延长至15~20年 ,因 此可缔短高炉休风时间 ,从而达到增产的效果。

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    结语

    延长高炉寿命 ,是我国炼工业发展的必然趋热。为达高炉长寿 ,开发高炉选用合理的炉缸结构、冷却系统、冷却设备及耐火材 料等。近几年国内外都在进行这方面的研究工作 ,取得了很大效果。我们应结合国内实情 ,利用高炉检修 ,恰当选用先进技术和先进设备 ,有计划有步骤跨入世界先进行列。

    参考文献:周传典 《高炉炼铁生产技术手册》 冶金工业出版社 2003

    张殿有 《高炉操作技术》 冶金工业出版社 2006


     

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