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邢钢5#高炉炉缸侵蚀及整体浇筑处理实践
  浏览量:6799 发布时间:2015-05-23

邢钢5#高炉炉缸侵蚀及整体浇筑处理实践

刘玉江1 党宏有2

(1 邢台钢铁有限责任公司 炼铁厂; 2 北京联合荣大工程材料有限责任公司)

1 前言

炼铁厂5#高炉自2013年1月24日大修投产以后生产指标比较正常,但是炉缸温度即第4层、5层、6层热电偶的温度在开炉以后一直上升,第5层热电偶的温度一度达到1000℃。炉底温度基本正常,综合判断,整体炉缸陶瓷杯侧壁已经不存在,碳砖钻铁,炉缸侧壁已经非常不安全。2014年10月份停炉处理以后,停炉后发现炉缸侵蚀状况严重,由北京联合荣大公司提出的高炉无缝内衬【炉缸(含风口)整体浇注、风口以上至炉喉钢砖下岩整体喷注】方案获得我方认可并由该公司负责更换炉缸侧壁碳砖、整体浇注炉缸炉底和侧壁、喷注造衬恢复炉型,修复后的炉缸,高炉各项技术指标明显改善,取得了良好的效益。

2 大修后炉缸侧壁温度持续升高

邢钢5#高炉大修后炉缸侧壁温度持续升高,开炉约半年时间炉缸个别位置的温度已经超过900℃,无法保证安全生产。


表1—2013年5月份5#高炉标高6900mm热电偶温度水平




开炉半年时间炉缸侧壁温度迅速升高,分析造成这一情况的原因有以下几个方面:



2.1冷却壁热面与碳砖存在气隙影响导热

邢钢5#高炉炉缸砌筑期间环境温度过低(-10℃)造成冷却壁热面与碳砖之间的碳捣料无法捣实。这一区域存在气隙使得炉内的热量无法通过碳砖、冷却壁导出来,造成陶瓷杯和碳砖长期处于高温环境侵蚀。

2.2冷却壁热面与碳砖存在气隙造成炉缸耐材膨胀

高炉设计中要求碳砖与冷却壁热面的间隙为80mm—120mm,但是在本代炉役炉缸施工期间,有些位置的间隙达到了180mm,分析应该是冷却壁安装和加工尺寸造成的问题。开炉以后炉缸承受炉料、渣铁的压力和热应力作用,炉缸侧壁陶瓷杯砖和碳砖向外运动,导致砖缝变大,炉缸普遍钻铁。这加剧了耐材的损坏。


2.3理论测算5#高炉炉缸的侧壁侵蚀程度



计算的相关数据如下:

经现场测量5#高炉2层冷却壁的平均热流强度为27575 kj/(m2×h)

计算东侧碳砖剩余厚度和碳砖导热系数:

2.3.1 计算条件:

a、炉缸东侧标高6.9米处热电偶插入深度分别为360mm、600mm

b、插入深度为360mm热电偶温度为595℃、插入深度为600mm热电偶温度为1100℃。

c、二层冷却壁热流强度为27575 kj/h× m2

2.3.2 计算依据:

利用傅立叶定律,简易计算碳砖剩余厚度

k=Q×H/(△t×S )=q×H/ △t

K:导热系数 w/m·K

Q:需传出的热量 kJ

q:热流强度 kJ/h·m3

H:厚度 m

△t:温度差

S:面积 m2

2.3.3 计算过程:

实际碳砖剩余厚度是固定的,按照两个电偶温度共同进行计算,反算导热系数和剩余厚度:

设定:

碳砖剩余厚度为x

碳砖导热系数为k

炉缸东侧6.9米标高处(600mm)距离1150℃等温线厚度为h1=x-0.60

炉缸东侧6.9米标高处(360mm)距离1150℃等温线厚度为h2=x-0.36

以上代入傅立叶定律公式得出:

h1=k×(1150-1100)/27575=x-0.60

h2=k×(1150-595)/27575=x-0.36

合并上式计算得出:

x =0.624米

碳砖导热系数k=13.11kJ/h

2.3.4计算结果

a、碳砖导热系数为13.11kJ/h,3.64w/m·K

b、标高6.9米插入深度600mm热电偶前端距离1150℃等温面24mm,距离1450℃铁水166mm。

通过理论计算得出结论,高炉炉缸侧壁的陶瓷杯体已经破损侵蚀,炉内的1150℃等温线在碳砖内部。同时对炉底区域的破损情况也进行了理论测算,测算的结果是不存在过度侵蚀,炉底陶瓷杯至少还有一层,碳砖没有侵蚀。

3 炉缸侧壁温度升高以后的处理措施

鉴于对5#高炉炉缸问题的分析,于2013年8月份采取了对冷却壁热面压浆的技术处理,共计向炉内压入高导热泥浆7吨,炉缸铁口以上区域的温度得到控制,铁口到炉底的象脚区热电偶温度降低不明显。

5#高炉于2013年8月3日0:15检修结束送风,送风以后由于在检修前热电偶有部分损坏,检修以后进行了整理,8月6日的热电偶数据是正确的。通过对比炉缸热电偶压浆前后以及历史最高点的温度水平,发现炉缸5层、6层(铁口上下)温度降低明显,4层(炉底)温度降低不明显。具体数据见表2。

表2—炼铁厂5#高炉炉缸压浆以后各层热电偶温度情况 /℃




冷却壁热面压浆以后5层、6层热电偶温度降低,但是4层热电偶(象脚区)温度仍然偏高,此后先后采取了配加钛球护炉、降低冶炼强度维持生产。这样暂时能够保证安全生产,但是高炉的消耗指标、产量指标均与正常水平差距大,高炉综合成本偏高。

4 对炉缸问题的彻底处理

4.1 对5#高炉炉缸处理的方案

根据5#高炉实测的热流量和热电偶的温度测算,G1温度点前端距离1150℃等温线的距离为350mm,此点插入深度400mm,其前端距离设计炉型碳砖内面的距离590mm,所以当前1150℃等温线没有在陶瓷杯内而是在碳砖上。


基于上述情况,判断为炉缸碳质耐材导热问题所导致。为根本、快速的解决该炉缸问题,实现5#高炉高效安全的运行。计划处理方案(参见图6):对炉缸侧壁碳砖进行拆除,而后减薄侧壁砌筑厚度,再浇注整体陶瓷杯。

由于5#高炉已运行1年多,风口带及以上区域内衬也应有一定程度的损毁;特别在对炉缸碳砖拆除时,风口组合砖可能也会出现局部塌落损毁。因此,在完成对炉缸的修复后,还将对风口带及以上区域进行浇注修复、喷注造衬。

4.2 实际施工过程中的问题及措施

4.2.1炉缸的拆除工作

本次拆除的范围是炉缸侧壁及炉底陶瓷杯砖,在拆除过程中不能大量打水或爆破。采用人工拆除方式处理,在高炉南侧拆除两块冷却壁及相对应的炉皮,处理完以后进行恢复。在炉缸侧壁的拆除期间发现碳砖普遍钻铁,炉缸侧壁的陶瓷杯已不存在,炉缸侧壁靠碳砖和渣皮工作。炉缸侧壁碳砖有明显的粉化现象,从破损的情况看与拆炉前分析的结果一样。

炉底残余的残铁层比较难清理,通过氧气分割将残铁层分成小块,通过高炉南侧的排料空将炉内残余的物料逐渐清理出来。炉底的陶瓷杯还剩余一层立砌的刚玉砖,从清除炉底的情况看,炉底碳砖完好无损,这与理论测算的结果一致。

4.2.2风口组合砖的保护

在炉缸的清理过程中,因为希望保留风口组合砖,风口组合砖在拆除过程中没有破坏,整个风口带的组合砖保留完整,炉内与风口大套的前段平齐。拆除过程中没有使用大型机械或爆破,风口带没有破损,这也节约了大量的浇注料

4. 2.3炉缸侧壁碳砖的砌筑

炉缸侧壁碳砖选用的是大碳块,在第四层碳砖对应铁口的位置少一块碳砖作为浇筑铁口的通道。

原砌筑方案需要从风口进砖,这需要拆除一个风口大套,因需要保护风口组合砖风口大套不能拆,故将方案改成从铁口进砖,对5层碳砖进行了加工,使得碳砖能够顺利从铁口进入,缩短施工周期。

4.2.4炉缸侧壁碳砖的封闭

碳砖在砌筑完毕一会使用防氧化涂层进行了处理,然后在炉缸浇筑的末期使用炉缸浇注料对碳砖与风口带之间的缝隙做了整体浇筑,实现了炉缸碳砖的完全密封。

5 处理效果

邢钢5#高炉经过北京荣大公司负责处理以后炉缸功能得到彻底恢复,炉缸内部为浇注料构建的整体陶瓷质隔热工作层,其外层为微孔大碳块,碳块与冷却壁之间为高导热浇注料。这种结构的炉缸的密闭性和碳砖的导热性能优于传统砌筑的炉缸。

邢钢高炉完成炉缸的整体处理以后,高炉产量指标得到恢复,消耗指标优于处理前,整体处理半年炉缸侧壁温度最高没有超过300℃,高炉安全运行,综合成本大幅度降低,取得了良好的经济效益,荣大公司高炉无缝内衬【炉缸(含风口)整体浇注、风口以上至炉喉钢砖下岩整体喷注】长寿解决方案值得推广。



作者:刘玉江 邢台钢铁有限责任公司炼铁厂 高级工程师

联系电话:18631974775

Email:84396055@qq.com


党宏有 北京联合荣大工程材料有限责任公司 销售总经理

联系电话:13911416830

Emaildhy@rongdaNaN.cn或者anjohn6688@163.com

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