冀崗，李 強(qiáng)，吳 明，史永林，秦麗雁
( 山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003)
摘 要: 針對(duì)燒結(jié)機(jī)配用酸泥后，箅條腐蝕燒損加劇、消耗量異常升高、生產(chǎn)過(guò)程中掉箅條次數(shù)顯著增加等造成工況波動(dòng)和成本升高的情況，采用化學(xué)成分分析、微觀腐蝕形貌觀察和金相組織結(jié)構(gòu)分析等手段對(duì)箅條腐蝕燒損加劇的原因進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明: 酸泥中的硫化物是導(dǎo)致箅條發(fā)生腐蝕失效的主要原因，而箅條中含碳量較高導(dǎo)致部分晶界附近貧鉻嚴(yán)重是加速箅條腐蝕的另一原因。通過(guò)采取燒結(jié)停配酸泥、箅條成分優(yōu)化調(diào)整、鋪底料厚度調(diào)整、箅條壓輥位置調(diào)整、強(qiáng)化隔熱套維護(hù)等有效措施，使得箅條消耗量降低，每月生產(chǎn)過(guò)程中補(bǔ)爐條次數(shù)控制在 3 次左右，燒結(jié)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性得到提升。
關(guān)鍵詞: 燒結(jié)機(jī); 酸泥; 箅條; 腐蝕; 改進(jìn)措施
燒結(jié)機(jī)箅條的損耗不僅增加燒結(jié)成本，且由其造成的燒結(jié)機(jī)被迫停機(jī)現(xiàn)象也會(huì)使燒結(jié)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性變差，從而使燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)也受到不同程度的影響。為了控制箅條的損耗，行業(yè)相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行了研究。有研究表明，箅條表層 Fe 和 Cr 氧化物的腐蝕是箅條壽命降低的直接原因［1 － 3］。部分燒結(jié)礦生產(chǎn)企業(yè)也通過(guò)采取燒結(jié)機(jī)臺(tái)車箅條、箅條壓塊、隔熱墊( 外形尺寸、裝配結(jié)構(gòu)) 及鋪底料系統(tǒng)的冷篩篩板改造等措施，降低了箅條消耗量［4 － 8］。
針對(duì) 2018 年下半年以來(lái)，太鋼兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)箅條消耗量顯著增加，燒結(jié)機(jī)被迫停機(jī)補(bǔ)箅條頻次等越來(lái)越多的問題，對(duì)燒結(jié)機(jī)箅條損耗升高進(jìn)行了調(diào)研分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，以期為同行提供借鑒與參考。
1 箅條損耗現(xiàn)狀
1. 1 箅條消耗增加情況
現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 2017 ～ 2019 年上半年燒結(jié)機(jī)箅條月均消耗量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，為了更清楚地體現(xiàn)箅條損耗的增長(zhǎng)點(diǎn)，月均值以半年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖 1。
由圖 1 可見: 2018 年下半年月均箅條消耗量比 2018 上半年增加 48% ，2019 年上半年月均箅條消耗量比 2018 年上半年增加 460% 。根據(jù)箅條消耗情況測(cè)算，2019 年箅條費(fèi)用預(yù)計(jì)比2018 年升高約 600 萬(wàn)元。
1. 2 配用酸泥對(duì)箅條腐蝕的影響
為了進(jìn)一步了解生產(chǎn)過(guò)程中箅條損耗增大的原因，對(duì)燒結(jié)用料及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了追蹤。 2018 年 5 月，在三燒進(jìn)行配加中和站酸泥的工業(yè)性試驗(yàn)，同年 7 月開始在四燒配加酸泥。截止 2019 年 7 月，太鋼兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)累計(jì)消化酸泥約 6. 4萬(wàn)t。經(jīng)過(guò)一年多的配用，發(fā)現(xiàn)配用酸泥后，燒結(jié)機(jī)箅條腐蝕情況較為嚴(yán)重( 圖 2) ，箅條腐蝕燒損后，使得臺(tái)車隔熱套直接接觸高溫?zé)Y(jié)礦，導(dǎo)致隔熱套燒損嚴(yán)重，使燒結(jié)機(jī)臺(tái)車大梁直接暴露在高溫環(huán)境中，存在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車本體變形、燒損導(dǎo)致報(bào)廢等嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。
2019 年 1 月開始，燒結(jié)機(jī)停機(jī)補(bǔ)箅條作業(yè)次數(shù)激增，6 月達(dá)到 169 次，日均停機(jī) 5. 6 次，給燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定帶來(lái)了非常不利的影響。 2 箅條腐蝕原因分析為了找到箅條腐蝕的原因，取樣對(duì)腐蝕箅條進(jìn)行了化學(xué)成分分析、微觀腐蝕形貌觀察和金相組織結(jié)構(gòu)分析等。
2. 1 箅條及酸泥化學(xué)成分分析
燒結(jié)機(jī)箅條和酸泥的化學(xué)成分分析分別見表 1 與表 2。
由表 1 可知，箅條中 C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)到 2% 以上，遠(yuǎn)高于其他企業(yè) 1. 2%～ 1. 3% 的水平［9 － 10］。由表 2 可知，酸泥的 S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)5. 84%～ 9. 73% ，按酸泥配比 0. 4% 計(jì)算，造成混勻礦 S 升高到 0. 06%～ 0. 076% ，升高幅度達(dá)到 36. 7%～ 50% 。
2. 2 腐蝕形貌觀察分析
原始箅條及使用腐蝕失效后的箅條形貌照片分別如圖 3 與圖 4 所示。其中，圖 3 中 “1” 區(qū)為正常區(qū)域，圖 4 中 “2”區(qū)為腐蝕失效區(qū)域 ( 其形貌放大圖見圖 5) ，按圖示標(biāo)記截取 “1” 區(qū)與 “2”區(qū)樣品進(jìn)行腐蝕原因分析。對(duì)比圖 3、4 可知，使用箅條表面色澤與原始箅條狀態(tài)明顯不同，結(jié)合圖 5，根據(jù)其表面特征和使用環(huán)境判斷，使用后的箅條表面發(fā)生了嚴(yán)重的高溫氧化，有成片的坑狀腐蝕現(xiàn)象存在。
2. 3 腐蝕原因分析
為了分析箅條腐蝕的原因，采用掃描電鏡與能譜結(jié)合的方式分析原始箅條與使用后箅條“2”區(qū)坑狀腐蝕區(qū)域的成分，結(jié)果如圖 6、7所示。
由圖 6、7 能譜分析可知: 使用箅條表面腐蝕沿晶界發(fā)生，腐蝕產(chǎn)物中主要有 S、O，并且含 S 量較高，由此推測(cè)含 S 氣氛可能是導(dǎo)致箅條發(fā)生高溫晶界腐蝕的原因之一。
為了查明箅條晶界腐蝕的原因，對(duì)原始箅條的 “1”區(qū)試樣和使用箅條腐蝕失效的 “2” 區(qū)試樣橫截面進(jìn)行拋光處理并觀察其金相組織( 圖 8) 。
由圖 8 可以看出，原始箅條的 “1”區(qū)和使用箅條“2”區(qū)組織均為柱狀晶體 + 沿晶析出的顆粒狀碳化物，金相組織沒有明顯差異。 采用能譜對(duì)原始箅條和使用箅條微觀區(qū)域的成分進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果分別見圖 9、10 所示。由圖 9、10 可知: 兩組試樣碳化物附近微區(qū)成分明顯不同， “1”區(qū)沿晶區(qū)域主要為碳化物，“2”區(qū)沿晶區(qū)域含有大量的 S、O，并有少量 Cl。由此推測(cè)認(rèn)為 “2”區(qū)發(fā)生了高溫硫化、氯化腐蝕，這可能是因?yàn)闊Y(jié)原料中加入了帶有硫酸、鹽酸的酸泥，在燒結(jié)機(jī)中某一區(qū)域富集，由于高溫的作用則分解或氣化為 SO2、 HCl 氣體; 同時(shí)由于箅條中含碳量較高，高溫下碳極易與鉻形成碳化物析出分布在晶界上，導(dǎo)致晶界附近嚴(yán)重貧鉻，致使高溫下晶界附近達(dá)不到形成 Cr2O3 連續(xù)性保護(hù)膜的條件; 加之金屬的硫化速度通常較氧化速度高幾倍，甚至高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此 SO2 易與基體中 Fe 形成硫化物，與氧化物相比，硫化物的 PBR ( pilling bedworth ratio，硫化物與形成該硫化物消耗的金屬的體積比) 值較大，硫化層易發(fā)生破裂，從而喪失保護(hù)作用，導(dǎo)致破裂區(qū)域腐蝕速度加快，產(chǎn)生了坑狀腐蝕。
綜上所述，酸泥中的硫化物是導(dǎo)致箅條發(fā)生腐蝕失效的主要原因; 箅條中含碳量較高，極易與鉻結(jié)合形成大量碳化物析出分布在晶界上，導(dǎo)致晶界附近貧鉻嚴(yán)重是加速箅條腐蝕的又一原因。
3 改進(jìn)措施
為了有效地控制箅條的腐蝕燒損，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采用了以下改進(jìn)措施。
3. 1 燒結(jié)停配酸泥
酸泥中的硫化物導(dǎo)致箅條腐蝕燒損加劇，在無(wú)法找到有效解決方案的情況下，太鋼兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)于 2019 年 8 月停配酸泥，酸泥經(jīng)過(guò)干燥處理后應(yīng)用于其他工序。停用酸泥后，箅條的腐蝕燒損得到有效控制，輔以其他措施，箅條的消耗量顯著降低。
3. 2 箅條成分優(yōu)化調(diào)整
鑒于箅條含碳量高是燒損加速的原因之一，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)箅條成分進(jìn)行調(diào)整，在兼顧箅條強(qiáng)度的原則下，對(duì)箅條的含碳量進(jìn)行了下調(diào)，箅 條原來(lái)成分標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有成分標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比見表 3
實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)下調(diào)箅條含碳量，可延長(zhǎng)箅條使用壽命。這可能是因?yàn)闇p少了碳與鉻結(jié)合形成碳化物析出分布在晶界上導(dǎo)致晶界附近貧鉻的情況，從而提升了箅條的抗腐蝕燒損性能。
3. 3 鋪底料厚度調(diào)整
鑒于距離臺(tái)車擋板邊緣 500 mm 范圍內(nèi)的箅條通常燒損較中部嚴(yán)重，對(duì)鋪底料擺動(dòng)漏斗閘門進(jìn)行改造，使臺(tái)車兩端 500 mm 范圍內(nèi)的鋪底料厚度較中部提高 12 mm，通過(guò)增加鋪底料厚度抑制邊緣箅條燒損。
3. 4 箅條壓輥位置調(diào)整
為應(yīng)對(duì)箅條燒損變形嚴(yán)重，翹頭現(xiàn)象較多的問題，對(duì)箅條壓輥?zhàn)畹臀恢眠M(jìn)行調(diào)整，將其向上提高 10 mm，減少箅條被壓斷的數(shù)量，防止箅條被壓斷后燒損加劇及在線脫落的問題， 延長(zhǎng)箅條整體使用壽命。通過(guò)采取一系列措施，箅條翹頭基本得到消除，箅條壓輥恢復(fù)到正常位置。
3. 5 強(qiáng)化隔熱套維護(hù)
強(qiáng)化隔熱套更換管理，主要包括修舊臺(tái)車管理和在線臺(tái)車隔熱套燒損處置管理。修舊臺(tái)車隔熱套燒損、變形、開裂，全長(zhǎng)范圍翹曲及彎曲 ＞ 3 mm 的隔熱套全部更換，隔熱件之間允許有間隙，但每排的總間隙不得大于 30 mm，不得小于 16 mm，且間隙分布均勻; 隔熱套安裝時(shí)要輕松裝入，如有卡阻嚴(yán)禁安裝。在線使用的臺(tái)車如隔熱套損壞，直接更換臺(tái)車，對(duì)換下的臺(tái)車更換隔熱套。
4 實(shí)施效果
在了解箅條腐蝕原因的基礎(chǔ)上，通過(guò)采取以上改進(jìn)措施，太鋼兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)箅條消耗量及停機(jī)補(bǔ)箅條次數(shù)顯著降低，具體數(shù)據(jù)見表 4。
由表 4 可知: 2019 年 10 ～ 11 月燒結(jié)機(jī)箅條月均 消 耗 量 為 2 900 根，較上半年的月均10 500 根顯著降低，但較 2017 年至 2018 年上半年的水平( 圖 1) 還有一定差距，主要是由于前期箅條腐蝕燒損較嚴(yán)重，成分改進(jìn)的箅條替代全部原有箅條需要一定的周期; 10 ～ 11 月停機(jī)補(bǔ)箅條月均次數(shù)降低到 3 次，較上半年顯著降低，減少了停機(jī)補(bǔ)爐條造成的生產(chǎn)波動(dòng)和產(chǎn)量損失。
5 結(jié) 論
( 1) 酸泥中的硫化物含量較高是導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)箅條腐蝕燒損加劇的主要原因。
( 2) 箅條中含碳量高，極易與鉻結(jié)合形成大量碳化物析出分布在晶界上，導(dǎo)致晶界附近貧鉻嚴(yán)重也是加速箅條腐蝕的原因之一。
( 3) 優(yōu)化燒結(jié)原料成分，降低箅條中含碳量并提高其鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可改善箅條耐蝕性，延長(zhǎng)箅條的使用壽命。
( 4) 在燒結(jié)配料中使用酸泥，會(huì)造成箅條消耗量增加，成本升高，應(yīng)開發(fā)其它配用途徑。
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