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邢鋼5#高爐爐缸侵蝕及整體澆筑處理實踐
  瀏覽量:6794 發布時間:2015-05-23

邢鋼5#高爐爐缸侵蝕及整體澆筑處理實踐

劉玉江1 黨宏有2

(1 邢臺鋼鐵有限責任公司 煉鐵廠; 2 北京聯合榮大工程材料有限責任公司)

1 前言

煉鐵廠5#高爐自2013年1月24日大修投產以后生產指標比較正常,但是爐缸溫度即第4層、5層、6層熱電偶的溫度在開爐以后一直上升,第5層熱電偶的溫度一度達到1000℃。爐底溫度基本正常,綜合判斷,整體爐缸陶瓷杯側壁已經不存在,碳磚鉆鐵,爐缸側壁已經非常不安全。2014年10月份停爐處理以后,停爐后發現爐缸侵蝕狀況嚴重,由北京聯合榮大公司提出的高爐無縫內襯【爐缸(含風口)整體澆注、風口以上至爐喉鋼磚下巖整體噴注】方案獲得我方認可并由該公司負責更換爐缸側壁碳磚、整體澆注爐缸爐底和側壁、噴注造襯恢復爐型,修復后的爐缸,高爐各項技術指標明顯改善,取得了良好的效益。

2 大修后爐缸側壁溫度持續升高

邢鋼5#高爐大修后爐缸側壁溫度持續升高,開爐約半年時間爐缸個別位置的溫度已經超過900℃,無法保證安全生產。


表1—2013年5月份5#高爐標高6900mm熱電偶溫度水平




開爐半年時間爐缸側壁溫度迅速升高,分析造成這一情況的原因有以下幾個方面:



2.1冷卻壁熱面與碳磚存在氣隙影響導熱

邢鋼5#高爐爐缸砌筑期間環境溫度過低(-10℃)造成冷卻壁熱面與碳磚之間的碳搗料無法搗實。這一區域存在氣隙使得爐內的熱量無法通過碳磚、冷卻壁導出來,造成陶瓷杯和碳磚長期處于高溫環境侵蝕。

2.2冷卻壁熱面與碳磚存在氣隙造成爐缸耐材膨脹

高爐設計中要求碳磚與冷卻壁熱面的間隙為80mm—120mm,但是在本代爐役爐缸施工期間,有些位置的間隙達到了180mm,分析應該是冷卻壁安裝和加工尺寸造成的問題。開爐以后爐缸承受爐料、渣鐵的壓力和熱應力作用,爐缸側壁陶瓷杯磚和碳磚向外運動,導致磚縫變大,爐缸普遍鉆鐵。這加劇了耐材的損壞。


2.3理論測算5#高爐爐缸的側壁侵蝕程度



計算的相關數據如下:

經現場測量5#高爐2層冷卻壁的平均熱流強度為27575 kj/(m2×h)

計算東側碳磚剩余厚度和碳磚導熱系數:

2.3.1 計算條件:

a、爐缸東側標高6.9米處熱電偶插入深度分別為360mm、600mm

b、插入深度為360mm熱電偶溫度為595℃、插入深度為600mm熱電偶溫度為1100℃。

c、二層冷卻壁熱流強度為27575 kj/h× m2

2.3.2 計算依據:

利用傅立葉定律,簡易計算碳磚剩余厚度

k=Q×H/(△t×S )=q×H/ △t

K:導熱系數 w/m·K

Q:需傳出的熱量 kJ

q:熱流強度 kJ/h·m3

H:厚度 m

△t:溫度差

S:面積 m2

2.3.3 計算過程:

實際碳磚剩余厚度是固定的,按照兩個電偶溫度共同進行計算,反算導熱系數和剩余厚度:

設定:

碳磚剩余厚度為x

碳磚導熱系數為k

爐缸東側6.9米標高處(600mm)距離1150℃等溫線厚度為h1=x-0.60

爐缸東側6.9米標高處(360mm)距離1150℃等溫線厚度為h2=x-0.36

以上代入傅立葉定律公式得出:

h1=k×(1150-1100)/27575=x-0.60

h2=k×(1150-595)/27575=x-0.36

合并上式計算得出:

x =0.624米

碳磚導熱系數k=13.11kJ/h

2.3.4計算結果

a、碳磚導熱系數為13.11kJ/h,3.64w/m·K

b、標高6.9米插入深度600mm熱電偶前端距離1150℃等溫面24mm,距離1450℃鐵水166mm。

通過理論計算得出結論,高爐爐缸側壁的陶瓷杯體已經破損侵蝕,爐內的1150℃等溫線在碳磚內部。同時對爐底區域的破損情況也進行了理論測算,測算的結果是不存在過度侵蝕,爐底陶瓷杯至少還有一層,碳磚沒有侵蝕。

3 爐缸側壁溫度升高以后的處理措施

鑒于對5#高爐爐缸問題的分析,于2013年8月份采取了對冷卻壁熱面壓漿的技術處理,共計向爐內壓入高導熱泥漿7噸,爐缸鐵口以上區域的溫度得到控制,鐵口到爐底的象腳區熱電偶溫度降低不明顯。

5#高爐于2013年8月3日0:15檢修結束送風,送風以后由于在檢修前熱電偶有部分損壞,檢修以后進行了整理,8月6日的熱電偶數據是正確的。通過對比爐缸熱電偶壓漿前后以及歷史最高點的溫度水平,發現爐缸5層、6層(鐵口上下)溫度降低明顯,4層(爐底)溫度降低不明顯。具體數據見表2。

表2—煉鐵廠5#高爐爐缸壓漿以后各層熱電偶溫度情況 /℃




冷卻壁熱面壓漿以后5層、6層熱電偶溫度降低,但是4層熱電偶(象腳區)溫度仍然偏高,此后先后采取了配加鈦球護爐、降低冶煉強度維持生產。這樣暫時能夠保證安全生產,但是高爐的消耗指標、產量指標均與正常水平差距大,高爐綜合成本偏高。

4 對爐缸問題的徹底處理

4.1 對5#高爐爐缸處理的方案

根據5#高爐實測的熱流量和熱電偶的溫度測算,G1溫度點前端距離1150℃等溫線的距離為350mm,此點插入深度400mm,其前端距離設計爐型碳磚內面的距離590mm,所以當前1150℃等溫線沒有在陶瓷杯內而是在碳磚上。


基于上述情況,判斷為爐缸碳質耐材導熱問題所導致。為根本、快速的解決該爐缸問題,實現5#高爐高效安全的運行。計劃處理方案(參見圖6):對爐缸側壁碳磚進行拆除,而后減薄側壁砌筑厚度,再澆注整體陶瓷杯。

由于5#高爐已運行1年多,風口帶及以上區域內襯也應有一定程度的損毀;特別在對爐缸碳磚拆除時,風口組合磚可能也會出現局部塌落損毀。因此,在完成對爐缸的修復后,還將對風口帶及以上區域進行澆注修復、噴注造襯。

4.2 實際施工過程中的問題及措施

4.2.1爐缸的拆除工作

本次拆除的范圍是爐缸側壁及爐底陶瓷杯磚,在拆除過程中不能大量打水或爆破。采用人工拆除方式處理,在高爐南側拆除兩塊冷卻壁及相對應的爐皮,處理完以后進行恢復。在爐缸側壁的拆除期間發現碳磚普遍鉆鐵,爐缸側壁的陶瓷杯已不存在,爐缸側壁靠碳磚和渣皮工作。爐缸側壁碳磚有明顯的粉化現象,從破損的情況看與拆爐前分析的結果一樣。

爐底殘余的殘鐵層比較難清理,通過氧氣分割將殘鐵層分成小塊,通過高爐南側的排料空將爐內殘余的物料逐漸清理出來。爐底的陶瓷杯還剩余一層立砌的剛玉磚,從清除爐底的情況看,爐底碳磚完好無損,這與理論測算的結果一致。

4.2.2風口組合磚的保護

在爐缸的清理過程中,因為希望保留風口組合磚,風口組合磚在拆除過程中沒有破壞,整個風口帶的組合磚保留完整,爐內與風口大套的前段平齊。拆除過程中沒有使用大型機械或爆破,風口帶沒有破損,這也節約了大量的澆注料

4. 2.3爐缸側壁碳磚的砌筑

爐缸側壁碳磚選用的是大碳塊,在第四層碳磚對應鐵口的位置少一塊碳磚作為澆筑鐵口的通道。

原砌筑方案需要從風口進磚,這需要拆除一個風口大套,因需要保護風口組合磚風口大套不能拆,故將方案改成從鐵口進磚,對5層碳磚進行了加工,使得碳磚能夠順利從鐵口進入,縮短施工周期。

4.2.4爐缸側壁碳磚的封閉

碳磚在砌筑完畢一會使用防氧化涂層進行了處理,然后在爐缸澆筑的末期使用爐缸澆注料對碳磚與風口帶之間的縫隙做了整體澆筑,實現了爐缸碳磚的完全密封。

5 處理效果

邢鋼5#高爐經過北京榮大公司負責處理以后爐缸功能得到徹底恢復,爐缸內部為澆注料構建的整體陶瓷質隔熱工作層,其外層為微孔大碳塊,碳塊與冷卻壁之間為高導熱澆注料。這種結構的爐缸的密閉性和碳磚的導熱性能優于傳統砌筑的爐缸。

邢鋼高爐完成爐缸的整體處理以后,高爐產量指標得到恢復,消耗指標優于處理前,整體處理半年爐缸側壁溫度最高沒有超過300℃,高爐安全運行,綜合成本大幅度降低,取得了良好的經濟效益,榮大公司高爐無縫內襯【爐缸(含風口)整體澆注、風口以上至爐喉鋼磚下巖整體噴注】長壽解決方案值得推廣。



作者:劉玉江 邢臺鋼鐵有限責任公司煉鐵廠 高級工程師

聯系電話:18631974775

Email:[email protected]


黨宏有 北京聯合榮大工程材料有限責任公司 銷售總經理

聯系電話:13911416830

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