陳興家，徐吉林，戰(zhàn)奇(鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司)

摘 要：鞍鋼新3號(hào)高爐爐缸燒穿事故的原因，主要是在冷卻能力不足的情況下，由于爐底爐缸襯體存在間隙，竄風(fēng)竄水夾帶著Zn及其他堿金屬，加劇了炭磚侵蝕。對(duì)此，提出了在風(fēng)口、鐵口區(qū)域采取改進(jìn)措施，并加強(qiáng)冷卻壁冷卻能力，預(yù)計(jì)可延長(zhǎng)高爐壽命3—5年。

關(guān) 鍵 詞：大型高爐；爐底爐缸；間隙；Zn危害

近年來(lái)，隨著高爐大型化的快速發(fā)展，也帶來(lái)了影響爐底爐缸壽命的新問(wèn)題。鞍鋼新3號(hào)高爐(3200m3)于2005年12月28日投產(chǎn)，2008年8月25日在沒(méi)有先兆情況下發(fā)生爐缸燒穿事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為分析燒穿事故原因，由煉鐵廠(chǎng)和技術(shù)中心相關(guān)人員組成調(diào)查小組，利用搶修之機(jī)對(duì)高爐爐缸進(jìn)行了一次破損調(diào)查。結(jié)果表明，高爐爐底爐缸部位冷卻不足是主要原因，而Zn元素在高爐內(nèi)循環(huán)富集帶來(lái)的危害也不容忽視。Zn危害是近年來(lái)才被發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，但未能引起煉鐵工作者的足夠認(rèn)識(shí)，或者說(shuō)雖有認(rèn)識(shí)，卻沒(méi)有形成系統(tǒng)的方法和措施來(lái)應(yīng)對(duì)。本文力求從設(shè)計(jì)角度，來(lái)找到解決問(wèn)題的方法。

1 高爐破損原因

在鞍鋼新3號(hào)高爐破損調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，爐缸炭磚侵蝕程度極其不均勻，所有非鐵口側(cè)炭磚幾乎沒(méi)有被侵蝕，測(cè)量炭磚剩余厚度1000mm，陶瓷杯依然存在，剩余厚度150～170mm，工作面凸凹不平。重點(diǎn)侵蝕都發(fā)生在鐵口區(qū)域，炭磚剩余厚度最薄處僅為460mm[1]。

(1)冷卻設(shè)備漏水對(duì)爐底爐缸壽命的影響。冷卻設(shè)備漏水會(huì)沿著冷卻壁背部填料間隙(約40mm)(如圖1所示)，向爐缸聚集，并向熱面滲透。在溫度>700℃區(qū)域，水蒸氣會(huì)與炭磚發(fā)生氧化反應(yīng)，造成炭磚蝕損。蝕損形成的間隙會(huì)成為Zn及其他堿金屬的聚集地，甚至鐵水也會(huì)侵入。這些因素會(huì)導(dǎo)致炭磚進(jìn)一步惡化，直至失效。

(2)冷卻壁背部填料間隙的影響。冷卻壁背部的填料無(wú)外乎鐵屑填料和自流澆注料兩種，受冷卻壁水冷保護(hù)管凸臺(tái)影響，鐵屑填料幾乎無(wú)法搗實(shí)(凸臺(tái)間隙很小，搗錘深入不下)。自流澆注料干燥后又存在體積收縮，形成裂縫。這些間隙縫會(huì)成為煤氣(或水)通道，流竄的煤氣(或水)夾帶著Zn及其他堿金屬進(jìn)入爐缸炭磚縫隙，對(duì)炭磚造成危害，劣化炭磚性能。

(3)鐵口通道的影響。鐵口通道在出鐵過(guò)程中是爐內(nèi)高壓與爐外常壓體系的連通器，出鐵過(guò)程中流竄的煤氣夾帶著水或水蒸氣、Zn及其他堿金屬，從填料間隙縫或砌筑體縫隙，向鐵口區(qū)域匯聚，造成鐵口噴濺或放炮[如圖2(a)所示]；堵鐵口時(shí)，鐵水會(huì)逆向進(jìn)入縫隙，甚至直達(dá)冷卻壁工作面[如圖2(b)所示]。這就不難解釋?zhuān)瑸楹胃郀t投產(chǎn)后僅2年多，在大多數(shù)炭磚及陶瓷杯還完好的情況下，爐缸就發(fā)生了燒穿事故。

(4)Zn在高爐內(nèi)循環(huán)富集的危害[2]。Zn蒸氣在高爐內(nèi)循環(huán)富，沉積在高爐內(nèi)襯上，與內(nèi)襯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)化合物造成爐身結(jié)瘤。而且，Zn的循環(huán)富集會(huì)破壞操作爐型，爐料下降不暢通，料柱透氣性指數(shù)變差，造成高爐不接受風(fēng)量，懸、崩料頻繁。Zn的循環(huán)富集使高爐內(nèi)的渣皮頻繁脫落，影響正常的送風(fēng)參數(shù)，使風(fēng)口容易損壞。在爐役后期，Zn的循環(huán)富集會(huì)導(dǎo)致風(fēng)口出現(xiàn)升降，甚至爐況失常。高爐內(nèi)的Zn蒸氣在強(qiáng)冷區(qū)冷凝成液體進(jìn)入到風(fēng)口組合磚中，使其體積不均勻膨脹，導(dǎo)致風(fēng)口二套上翹，影響高爐的送風(fēng)參數(shù)，使各風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)狀態(tài)處于失控狀態(tài)。休風(fēng)更換風(fēng)口或二套時(shí)，常會(huì)流出Zn液。沉積的Zn液會(huì)導(dǎo)致?tīng)t底炭磚脆化，從而影響爐底、爐缸耐材的壽命。當(dāng)高爐入爐料中Zn負(fù)荷過(guò)多時(shí)，Zn蒸氣會(huì)上升管處冷凝結(jié)厚，影響煤氣的正常導(dǎo)出。

2 根據(jù)破損原因制訂對(duì)策

根據(jù)以上分析，爐底爐缸在冷卻能力不足的情況下，各種間隙竄風(fēng)竄水夾帶著堿金屬特別是Zn，會(huì)加劇炭磚侵蝕。尤其是在鐵口區(qū)域，情況會(huì)進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重者鐵水侵入炭磚背部，極易釀成爐缸燒穿等重大事故。

2．1 風(fēng)口區(qū)域采取的措施

(1)風(fēng)口冷卻壁采取的措施。改進(jìn)冷卻壁結(jié)構(gòu)及安裝方法，取消冷卻壁與爐殼的間隙，將安裝用凸臺(tái)取消，使冷卻壁與爐殼緊密接觸，并涂裝樹(shù)脂密封膠密封(如圖3所示)。因?yàn)槔鋮s壁鑄造工藝已有很大進(jìn)步，特別是采用樹(shù)脂砂成型，制造精度完全可以滿(mǎn)足要求。這樣改進(jìn)之后，冷卻壁背部竄風(fēng)竄水問(wèn)題，會(huì)得到很好解決。

(2)風(fēng)口冷卻壁上下界面采取的措施。在風(fēng)口帶冷卻壁上、下界面處增設(shè)環(huán)型不銹鋼板(稱(chēng)為導(dǎo)流板)，阻擋風(fēng)口或冷卻設(shè)備漏水向爐缸和鐵口區(qū)流動(dòng)，環(huán)型鋼板一端與爐殼焊接(連續(xù)焊)，另一端呈下階梯狀，壓進(jìn)磚縫直至工作面(如圖4所示)。一旦冷卻設(shè)備漏水，由導(dǎo)流板阻隔并導(dǎo)向爐內(nèi)迅速氣化，隨煤氣流上升排出高爐。

2．2 鐵口區(qū)域采取的措施

鐵口區(qū)通道磚增設(shè)不銹鋼箔板包覆(也可多層包覆)，阻擋煤氣或水(或水蒸氣)通過(guò)各種縫隙竄入鐵口通道，也可阻擋鐵水通過(guò)鐵口通道竄入縫隙造成隱患(如圖5所示)。鐵口區(qū)域冷卻壁亦可取消凸臺(tái)，緊貼爐殼安裝，可以大大減緩竄風(fēng)竄水夾帶著有害元素對(duì)爐缸炭磚的影響。

2．3 冷卻措施

加強(qiáng)冷卻能力，取消分段供水冷卻方式，采用自下而上的串聯(lián)供水冷卻方式。冷卻壁單管水量≥20m3／h，水速≥2m／s。

3 預(yù)計(jì)效果

通過(guò)采取上述措施，預(yù)計(jì)高爐壽命可以延長(zhǎng)3—5年。高爐在正常工作狀況下，侵蝕是從工作面開(kāi)始的。即有害元素(Zn及其他堿金屬)、渣、鐵等侵蝕從界面開(kāi)始，通過(guò)界面滲入并擴(kuò)散至耐材內(nèi)部，這種侵蝕稱(chēng)為“正常侵蝕”。而當(dāng)爐缸砌筑體間隙竄風(fēng)竄水時(shí)，使得有害元素肆虐，大大降低爐缸壽命，這種侵蝕稱(chēng)為“異常侵蝕”。由于使用原燃料、高爐強(qiáng)化冶煉程度、冷卻制度、高爐操作維護(hù)不同，異常侵蝕對(duì)高爐壽命的影響也不同，且差異較大。壽命短者3—5年，長(zhǎng)者8—10年。通過(guò)采取相應(yīng)措施，避免異常侵蝕，高爐一代壽命可以達(dá)到15年或以上。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)Zn及其他堿金屬等各種有害元素對(duì)爐缸炭磚的影響，通過(guò)采取措施，可以有效減緩；

(2)改進(jìn)冷卻壁結(jié)構(gòu)形式及安裝方式，可以防止背部間隙竄風(fēng)竄水；

(3)增設(shè)不銹鋼導(dǎo)流板，可以防止冷卻設(shè)備漏水向爐缸漫延；

(4)增設(shè)鐵口通道包覆不銹鋼箔板，可以防止?fàn)t缸鉆鐵及鐵口噴濺、放炮現(xiàn)象發(fā)生；

(5)必須堅(jiān)持強(qiáng)化爐缸冷卻。

5 參考文獻(xiàn)

[1]   王寶海，謝明輝．鞍鋼新3號(hào)高爐爐缸爐底破損調(diào)查[C]∥中國(guó)金屬學(xué)會(huì)煉鐵分會(huì)．2012年全國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集．無(wú)錫：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)．2012：32—37．

[2]   項(xiàng)仲庸，王筱留，等．高爐設(shè)計(jì)——煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2007：93．