高炉炉缸炉底烧穿原因简析及改进探讨-找耐火材料网

高炉炉缸炉底烧穿原因简析及改进探讨

发布日期： 2019-03-05 10:46:09 阅读量（1209）作者：刘梓明

为什么有的高炉能做到高效、长寿生产15年以上，有的还达到20〜25年，而有的高炉则只生产几个月或年就发生烧穿事故呢?对此，高炉工作者应冷静思考、仔细分析，并努力改进和提高。本文列出了近期烧穿的国内部分高炉的实例以及部分破损调查结果。虽然这些烧穿事故各有其具体原因，不尽一致,也有一些共同的因素。下面进行一些分析和讨论，并提出一些预防烧穿事故发生的措施和提高寿命的建议。总的来看，炉缸、炉底出现安全隐患甚至发生烧穿的高炉存在的问题介绍如下。

1、先天性的设计缺陷

1)炉缸冷却强度不够，与炭砖的导热能力和冶炼强度水平不匹配

某炼铁厂一座3200m3高炉采用陶瓷杯结构。炉缸2段采用铸铁冷却壁，铸铁热导率为34W/(m·K)，冷却水量为960~1248m3/h。陶瓷杯壁耐火材料的热导率最低，为相邻的两种小块模压炭砖热导率都很高，NMD炭砖为40~80W/(m·K),NMA炭砖为20W/(m·K)。炭捣层厚度60mm，热导率为6~10W/(m·K)。这种结构的炉缸，一旦陶瓷杯侵蚀掉或陶瓷杯壁有裂缝，铁水会直接接触炭砖，热导率较低的炭捣层和冷却能力不够的冷却壁将成为“热阻层”。这是因为，NMD炭砖的热导率比铸铁材质高一倍，而且冷却壁水量偏低，炉缸径向热量传输会形成阻碍。炭砖热面温度与铁水相等，难以形成渣铁保护层，而NMD炭砖和NMA炭砖都不是微孔砖，很容易被铁水侵蚀，特别是NMD炭砖，其主要成分是电极石墨，石墨很容易渗入含碳不饱和的铁碳熔体。石墨质的炭砖不易挂住渣铁保护层，难以抵御铁水的渗透侵蚀，很可能在某一部位发生烧穿。

针对以上分析，炉缸采用的炭砖其热导率和微孔结构要同时兼顾，冷却壁的导热能力和冷却水量都要提高与炭砖导热匹配，炭捣层的热导率应与炭砖相近,避免使它成为“热阻层”。新建高炉的炉底结构，应采用微孔结构，抗铁水熔蚀性能好的炭砖，并做到从炭砖热面(与铁水接触面)至炉底水冷管，传热能力逐渐升高，不形成热阻层，使热量顺利传出。具备以上特点的高炉，在破损调査时发现一代炉役后炉底耐火材料几乎未受侵蚀。

近年我国高炉的冶炼强度(或利用系数)比20世纪80年代有大幅度提高，高炉炉墙单位面积、单位时间的热负荷也大幅度增加，如果操作理念仍停留在过去低冷却水量或对炉壳喷水冷却是不正确的。水量低、管径小的冷却壁，低的冷却比表面积，已不适合当前高强度冶炼的高炉。从传热、系统阻损和防止气塞等方面分析，冷却壁内水速应在2.0m/s以上。冷却水管断面积与冷却壁面积之比应大于1.0。炉缸每段冷却壁水温差应严格控制在0.5℃以下。我国一些高炉的操作经验是：使用大块炭砖(热导率20〜25W/(m.K))的炉缸采用冷却壁冷却时热流强度应控制在10000W/m2以下，当热流强度达到12000W/m2时应发出红色报警，热流强度一旦达到18000〜21000W/m2。炉缸烧穿将难以避免。美国Gary厂14号高炉炉缸采用夹克式冷却器，冷却能力不够，发生了炉缸烧穿事故，烧穿前检测到的热流强度约为12880W/m2。

2）检测手段缺乏

炉缸砖衬温度测量点少，冷却壁水温差、水流量、热流强度等参数检测手段缺乏，往往导致不能及时发现炉缸、炉底的异常，并采取相应措施。其结果有时造成高炉烧穿的突发事故，甚至使事故进一步扩大。检测手段稍好的高炉，事故前有征兆，处理比较及时，没有发展到烧穿，只是出现渗铁，事故没有扩大。

3）炭砖选用不当

阳春炼铁厂1250m3高炉，开炉后仅15天炉缸环墙炭砖温度就上升到600℃以上，生产8个月后渗铁达到70余吨，所幸的是管理措施得当才没造成烧穿。割开冷却壁观察，两块炭砖之间的缝隙有30〜70mm，说明炭砖受热后变形收缩。炭砖缝隙过大的原因，可能是所用炭砖焙烧温度不够，也可能是砌筑质量不高所致。

上面的例子说明炉缸、炉底选用合适的炭砖十分重要。在选用炭砖时要注意以下几点：

(1)与铁水接触的部位，或一代炉役末期要接触铁水的部位，不能选用石墨质和半石墨质的炭砖。石墨含量高的炭砖易发生渗碳反应，即炭砖容易发生熔损。

(2)石墨砖与渣铁的亲和力很差，不易粘挂渣皮，而炉缸部位总希望粘挂一层渣皮来保护炉衬。国外高炉将石墨质炭砖用于炉身下部，往往间隔使用碳化硅砌筑，因为后者相对容易粘挂渣皮。另一个实例，所有炉渣黏度测试的坩埚都采用石墨材料，就是利用石墨材料不挂濟的特性。

(3)对于炭砖不仅要重视其热导率，更要重视其微气孔指标和抗铁水熔蚀性能。有的炭砖生产厂家为了追求高的热导率，在生产炭砖时加入大量石墨，其结果是降低/炭砖的抗铁水熔蚀性能，炉缸使用这种炭砖其安全性受到威胁。

4）铁口布置不当

有的高炉两个铁口呈90°夹角布置，除了高炉生产时易产生偏行以外，还会加剧炉缸内铁水的环流侵蚀，威胁炉缸的安全。有的高炉铁口区烧穿，是因为渣沟长度相差大，在开炉、停炉、休风、送风处理事故时多从短渣沟对应的铁口出铁，加速了该铁口区的炉缸侵蚀。

2、冷却壁制造和安装施工存在不足

冷却壁的制造和安装质量对炉缸寿命十分重要，万一冷却壁漏水将可能造成重大事故。冷却壁的制造和安装应注意以下几点：

(1)炉缸耐火材料砌筑前应对冷却系统通水、试漏，在试压合格后方能砌砖。

(2)目前较多采用钻孔加工的轧铜冷却壁，这种制造工艺因进出水管和加工工艺孔都要焊接、焊堵，若在安装过程及生产中开焊漏水，会造成炭砖氧化破损，易引发事故。近年日本和国内某些高炉，炉缸采用了铸铜冷却壁，消除了以上缺点。

(3)随着炭砖机加工精度提高，不论使用大块炭砖坯进小块炭砖.均应将砌筑砖缝控制在0.5mm之内，建议砌筑标准适当提高。

(4)改进铁口区冷却和窜气结构设计，改进炉缸冷却壁号炉壳间填料选用,防止高炉出铁时铁口喷溅和维持铁口有足够的深度。

(5)炭砖与冷却壁之间的炭捣料，热导率应与炭砖相当，迖到15~20W/m2。

3、投产后操作维护存在不足

1）严格控制有害元素的入炉量

钾、钠、铅、锌等有害元素对炉体的危害作用已有很多研究，从一些高炉破损调査也得到了证实。我国高炉工艺设计规范要求，入炉料中K+Na<3.0kg/t，Zn<0.15kg/t。这些有害元素在炉内循环富积，不仅破坏高炉的稳定顺行，降低焦炭强度，而且能与耐火材料形成化合物，使其体积膨胀，有的高达50%，造成炉缸砖衬快速损坏。因此，应严格控制以上有害元素的入炉量，并注意定期排除，对那些入炉原燃料检验手段缺乏的企业尤其要引起重视。

2）搞好顺行，防止冷却设备漏水

风口小套漏水，上部冷却器漏水，都会顺着炉壳渗到炉缸，引起炭砖氧化、粉化，这是炉缸炭砖损坏的重要原因。发现漏水设备后应及时处理，不能继续漏水。有的高炉为了抢产量，风口坏了不及时更换，而是积累多了一起换，这样做得不偿失。

3）维持经济的冶炼强度和利用系数

每座高炉，在给定的冶炼条件下，都有其较佳的冶炼强度和较佳的燃料比，如果不顾条件盲目提高冶炼强度，燃料比会升高。这样操作高炉，效益不能最大化，而且对炉体损害很大。分析寿命达到15〜25年的高炉，一代炉役利用系数平均不超过2.3t/(m3·d)生产稳定、能源消耗低，符合低碳冶炼要求，综合成本也较低。

4）关于钒钛矿护炉

炭砖温度高时最先采用的措施通常是加入钒钛矿护炉，它能取得较好的效果。但有两点值得注意：一是钒钛矿加入量通常应控制生铁中钛含量在0.10%以上，硅含量适当高一点，可在0.5%以上;二是建议提前采取预防措施，可在开炉半年后就开始用一周左右的时间加钒钛矿护炉，此后每年进行一次。

5）提高炉缸压浆的技术水平

近年来，高炉出现炭砖温度高时，有的在炉壳开孔(两块冷却壁之间的缝隙处)，将无水碳质泥浆压入到炭砖与冷却壁之间，起堵缝和消除此处热阻层的作用，有一定效果。这种方法特別适合于投产时间不长、施工质量欠佳、捣料层不密实、捣打料挥发分高并受热后收缩的高炉。这种方法也有不足，如果压浆方法不当，压浆压力过高，泥浆的材质不好，反而可能将已经很薄的砖衬压碎，挥发物高的泥浆压到炉内与铁水接触，还可能产生体积膨胀引起炉内放炮。2010年国内有3座高炉发生了压浆时炉缸放炮，烧伤员工，进而诱发炉缸烧穿及渗铁事故，这应引起足够重视。因此，要慎重采用压浆处理，努力提高座浆水平。最好的办法是严格控制筑炉质量，争取实现一代炉役不压浆。

6）长期保持铁口有足够深度

仔细分析炉缸烧穿的实例，大多数发生在铁口或铁口附近。这是因为铁口区工作环境恶劣，受侵蚀严重。因此，高炉生产应该做到长期保持铁口有足够深度，铁口深度不够，铁水易从铁口通道进入砖缝，加速炭砖的侵蚀。

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