孫華平，高成云（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243002）

某鋼鐵廠2號(hào)高爐爐缸異常侵蝕分析

孫華平，高成云（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山243002）

[摘要]針對(duì)某鋼鐵廠2號(hào)高爐爐缸異常侵蝕的問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)爐底爐缸溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，分析出高爐鐵水Mn含量高，鐵水流動(dòng)性強(qiáng)，冶煉強(qiáng)度高為主要侵蝕原因。通過添加含鈦球團(tuán)護(hù)爐、控制鐵水成分、減少出鐵次數(shù)等措施，使?fàn)t底爐缸各測(cè)點(diǎn)溫度總體趨降，內(nèi)襯狀態(tài)維持良好，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

[關(guān)鍵詞]高爐；爐缸；侵蝕；傳熱模型

1　引言

某鋼鐵廠2號(hào)高爐設(shè)計(jì)爐容1 000 m3，該高爐設(shè)計(jì)2個(gè)鐵口、20個(gè)風(fēng)口；爐底、爐缸采用“陶瓷杯垣炭磚”復(fù)合結(jié)構(gòu)，爐底第一、二、三層為半石墨化低氣孔率焙燒炭磚，第四層為微孔炭磚，陶瓷杯采用塑性相結(jié)合剛玉莫來(lái)石磚（實(shí)際使用的材質(zhì)為剛玉莫來(lái)石），爐底、爐缸外側(cè)下部采用微孔炭磚，風(fēng)口帶采用塑性相結(jié)合剛玉莫來(lái)石組合磚結(jié)構(gòu)；爐底采用水冷管冷卻，爐缸、爐身中上部采用含鉻灰口鑄鐵冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身下部采用鑲磚鑄鋼冷卻壁，爐喉鋼磚采用兩段式水冷結(jié)構(gòu)；本體冷卻壁、爐底水冷管等采用軟水閉路循環(huán)冷卻，風(fēng)口小套高壓工業(yè)凈循環(huán)水。

2　生產(chǎn)情況

2號(hào)高爐2011年8月投產(chǎn)，生產(chǎn)狀態(tài)良好。自投產(chǎn)以來(lái)平均利用系數(shù)達(dá)3.01 t/m3·d，風(fēng)溫1 216益，焦比365 kg/t（含焦?。?，煤比175 kg/t，富氧2.47%，爐頂壓力198 kPa，風(fēng)速210 m/s，礦石綜合品位53.94%。高爐爐底爐缸結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2013年2月17日發(fā)現(xiàn)爐底犖7.190 m（“象腳”部位）內(nèi)環(huán)西側(cè)電偶溫度達(dá)到1 150益。針對(duì)爐底“象腳”部位溫度持續(xù)升高，鐵廠采取果斷措施，如堵11#、12#風(fēng)口，改變兩個(gè)鐵口出鐵制度（西鐵口出1次、東鐵口出2次），高爐生產(chǎn)加含鈦球團(tuán)護(hù)爐等，2013年2月24日開始，該點(diǎn)溫度已降至1 000益以下，如此同時(shí)該標(biāo)高上的內(nèi)環(huán)北面電偶溫度也從最高點(diǎn)915益開始下降，到2013年2月26日該兩點(diǎn)的溫度均在900~910益。

3　現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)將2號(hào)高爐投產(chǎn)以來(lái)的爐底爐缸溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)，做成趨勢(shì)圖見圖2。

圖2高爐爐底、爐缸各層溫度趨勢(shì)曲線對(duì)比分析，以及各層檢測(cè)點(diǎn)圓周方向溫度的變化趨勢(shì)，可以得出以下結(jié)論：

圖1　爐底爐缸結(jié)構(gòu)

圖2　爐底、爐缸溫度變化曲線

（1）2號(hào)高爐犖7.190 m~犖11.200 m（陶瓷墊上方爐缸側(cè)壁）之間的各層溫度變化急劇，判斷該高爐陶瓷杯已遭受破壞。

（2）2號(hào)高爐的爐底犖4.780 m~犖6.388 m各測(cè)點(diǎn)（陶瓷墊下方）溫度普遍偏高，但變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定，判斷爐底4層碳磚基本完好。

（3）另2號(hào)高爐爐底犖5.586 m、犖6.388 m外環(huán)測(cè)點(diǎn)溫度在90毅/94.5毅、153毅/157.5毅（即北、西方向）上升趨勢(shì)較快，判斷是因局部“象腳”侵蝕后，該部位溫度升高傳遞到爐底所致。

（4）從圖中溫度變化趨勢(shì)判斷，2號(hào)高爐陶瓷杯損壞發(fā)生在2011年11月。犖7.992 m部位（鐵口下方）陶瓷杯首先遭受破壞且嚴(yán)重；從犖8.794 m向上損壞程度越輕，2012年之后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）從圖中爐缸犖7.992 m標(biāo)高溫度變化趨勢(shì)線判斷，2號(hào)高爐從2012-02—08期間，犖7.992 m附近陶瓷杯壁大部分已侵蝕完畢，2012年8月之后，各內(nèi)側(cè)測(cè)點(diǎn)溫度逐步下降，判斷該位置已結(jié)成渣鐵皮，且穩(wěn)定存在。

（6）從圖中爐缸犖7.190 m標(biāo)高溫度變化趨勢(shì)線判斷，犖7.190 m測(cè)點(diǎn)溫度從投產(chǎn)后到2011年9月，溫度上升速率很高，這是因投產(chǎn)初期爐缸高溫鐵水向低溫耐火材料迅速傳遞所致，應(yīng)屬正常；2011年10月各測(cè)點(diǎn)溫度上升趨勢(shì)緩慢，說明此時(shí)該部位耐材工作正常；2011年11月后，各測(cè)點(diǎn)溫度改變了原有的上升速率持續(xù)攀升，說明該部位陶瓷杯自2011年11月開始一直處于侵蝕狀態(tài)，因鐵水環(huán)流的不對(duì)稱性或陶瓷杯耐材存在薄弱環(huán)境，造成圓周94.5毅、157.5毅、211.5毅位陶瓷杯受損更為嚴(yán)重。2013年2月17日157.5毅位達(dá)到最高溫度1 150益，該部位陶瓷杯底和杯壁基本上已侵蝕掉，且已造成對(duì)碳磚的侵蝕。

（7）從現(xiàn)場(chǎng)了解到2號(hào)高爐目前的冷卻水溫差~2益，犖7.190 m位置的爐皮溫度沒有發(fā)現(xiàn)異常，說明目前該高爐生產(chǎn)還不存在安全隱患。

4　爐底爐缸溫度場(chǎng)模擬計(jì)算

建立二維非穩(wěn)態(tài)包括凝固潛熱的爐缸、爐底傳熱數(shù)學(xué)模型[1]，運(yùn)用大型商業(yè)軟件Ansys計(jì)算其爐缸、爐底溫度場(chǎng)（見圖3），根據(jù)該高爐的爐底、爐缸現(xiàn)場(chǎng)溫度記錄值，對(duì)爐底爐缸侵蝕情況進(jìn)行推測(cè)計(jì)算，得到爐底、爐缸的侵蝕狀態(tài)（見圖4中粗實(shí)線所示即為侵蝕線）。

圖3　爐底爐缸溫度場(chǎng)分布

從圖4的推測(cè)結(jié)果看，該高爐爐底上層陶瓷墊已侵蝕完畢，“象腳部位陶瓷杯也已不存在，且在標(biāo)高犖7.190 m位置鐵水已接近內(nèi)側(cè)熱電偶，距電偶間距約50 mm，該標(biāo)高上方的碳磚局部侵蝕比較嚴(yán)重，最嚴(yán)重位置碳磚僅剩余約600 mm。

5　原因分析

通過對(duì)2號(hào)高爐的爐底爐缸各測(cè)點(diǎn)溫度詳細(xì)分析，再結(jié)合下表2號(hào)高爐的鐵水和爐渣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，初步判斷如下：

（1）2號(hào)高爐爐底爐缸各測(cè)點(diǎn)溫度發(fā)生異常出現(xiàn)于2011年11月，即投產(chǎn)后的3個(gè)月左右，原因是陶瓷杯過早損壞造成的。

圖4　爐底爐缸侵蝕狀態(tài)推測(cè)

（2）陶瓷杯的過早損壞可能來(lái)自砌筑質(zhì)量、材料自身質(zhì)量，也可能是烘爐過程，目前沒有掌握直接證據(jù)資料，不能確定根本原因。

（3）因該高爐投產(chǎn)以來(lái)鐵水Mn含量高（總平均0.69%），Mn能與鐵水無(wú)限互溶，形成近似理想熔液，隨Mn含量增加，鐵水流動(dòng)性增強(qiáng)[2]，加之冶煉強(qiáng)度一直比較高，導(dǎo)致陶瓷杯損壞后，不能及時(shí)在陶瓷杯壁形成渣鐵保護(hù)層，使得鐵水環(huán)流一直對(duì)陶瓷杯直接沖刷，從而縮短了陶瓷杯壽命。

6　應(yīng)對(duì)措施

由于2號(hào)高爐陶瓷杯過早損壞，且已經(jīng)造成局部爐底側(cè)壁碳磚侵蝕，勢(shì)必影響高爐的壽命。為了更好地維持該高爐安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期生產(chǎn)，采取適當(dāng)?shù)拇胧┦潜匾摹?/p>

（1）加強(qiáng)爐底爐缸各測(cè)點(diǎn)溫度監(jiān)控，及時(shí)掌握爐底爐缸侵蝕狀態(tài)；同時(shí)建立爐底爐缸段爐皮溫度和該段冷卻壁水溫差的檢測(cè)制度，及時(shí)掌握整個(gè)爐底爐缸狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（2）在入爐原料中添加含鈦（Ti）球團(tuán)，或從風(fēng)口噴入鈦粉，達(dá)到鐵水中含Ti：0.15% ~0.2%，高熔點(diǎn)的鈦化物與鐵水及鐵水中析出的石墨等形成黏稠狀物質(zhì)，凝結(jié)在爐底、爐缸的磚縫和內(nèi)襯表面，對(duì)內(nèi)襯起到保護(hù)作用[3-4]。

（3）通過選擇適當(dāng)?shù)臓t料配比，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水成分的控制：Mn：0.2% ~0.4%，S<0.02%，Si>0.4%。

表1　 2號(hào)高爐鐵水和爐渣統(tǒng)計(jì)

（4）將目前每天的出鐵次數(shù)由16次降低到12~ 14次，適當(dāng)減小鐵口角度，提高爐缸的容鐵量，降低鐵水對(duì)爐底爐缸的沖刷。

（5）適當(dāng)降低冶煉強(qiáng)度。

7　處理效果

經(jīng)過1年多的生產(chǎn)維護(hù)，2號(hào)高爐爐底、爐各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化情況如下：

（1）爐底標(biāo)高犖4.780 m、犖5.586 m、犖6.388 m各測(cè)點(diǎn)溫度（陶瓷墊以下）自2013年2月以來(lái)趨于穩(wěn)定，說明爐底的四層碳磚結(jié)構(gòu)保存完好。

（2）標(biāo)高犖7.190 m“象腳”位置的測(cè)點(diǎn)溫度于2013年2月下半月開始急劇下降，到2013年3月下半月達(dá)到最低點(diǎn)后又開始上升，2013年6月之后有所回落后到當(dāng)前整體趨于穩(wěn)定。在2013年6月份，標(biāo)高犖7.190 m新增的6支電偶的溫度值雖然高、低值差別較大，但每點(diǎn)的趨勢(shì)穩(wěn)定。

（3）標(biāo)高犖7.992 m、犖8.794 m兩層電偶溫度從2013年1月下半月開始回落，到5月下半月到達(dá)低谷開始回升，直至2013年9月下半月，然后緩慢下降。

（4）標(biāo)高犖9.596 m、犖10.398 m、犖11.200 m三層電偶溫度，自投產(chǎn)以來(lái)整體趨勢(shì)穩(wěn)定，只是從2013年2月下半月開始略有下降。

綜上分析判斷，自2013年2月到當(dāng)前，2號(hào)高爐的爐底爐缸各測(cè)點(diǎn)溫度總體趨降，內(nèi)襯狀態(tài)維持良好，沒有發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步惡化。

參考文獻(xiàn)

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Analysison Abnorm alErosion ofBF Hearth

SUN Hua-pingand GAO Cheng-yun
(Huatian Engineering& Technology Corporation,MCC,Ma'anshan,AnhuiProvince243002,China)

AbstractAiming at the problem of abnormal erosion of BF 2 hearth at some steel works, simulation calculation wasconducted on the temperature field offurnace bottom and hearth according to detecting data collected on site.Analysisfound thatthe main reasonsforerosion were the high contentofmanganese in hot metal,the strong flowability ofhotmetaland high smelting strength.Measures were taken ofadding pellet containing titanium to protectfurnace,controlling hotmetalcomposition and reducing tapping numbers to lowerthe temperature atmeasuring points atbottom and hearth,keep lining atgood conditions and ensure stableand smooth production.

Key wordsBF;hearth;erosion;heattransfermodel

作者簡(jiǎn)介：孫華平（1982—），男，碩士，工程師，主要從事煉鐵工藝設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2014-09-06修回日期：2014-09-30