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行业动态
造成高炉炉缸烧穿事故三大原因及分析问题点
发布日期:2021-08-09
高炉长寿设计是个系统工程，仅靠任何单一技术无法实现高炉长寿目标，必须统筹考虑高炉设计、砌筑、维护及操作等各个环节。炉缸、炉底的侵蚀严重危及高炉的寿命，因为只有炉底在一代炉役内是不能更换的。虽然烧穿事故各有具体原因，因炉而异，但仍可归纳为以下几个原因。下面就炉缸出现安全隐患甚至发生烧穿的高炉存在的共同影响因素进行分析。
一、高炉设计缺陷
1、炉缸结构性问题
鞍钢很多高炉采用小块碳砖与陶瓷杯的炉缸结构，选用此种结构的炉缸，一旦陶瓷杯被侵蚀或在陶瓷杯壁出现裂缝，铁水必然会直接接触碳砖，这样在热导率相对较低的炭捣层和冷却能力较弱的冷却壁会构成明显的“热阻层”。鞍钢本部新3号3200m³高炉的炉缸就选取2段铸铁冷却壁形式，铸铁冷却壁的热导率为34W/m·K，其冷却水量在960~1248m³/h之间，设计分段冷却方式进行冷却，导致炉缸冷却水量不足。
两种碳砖的热面温度均与铁水温度相当，很难形成固定的渣铁保护层。特别是NMD碳砖，其主要成分为电极石墨，电极石墨易于渗入含碳不饱和的铁水溶液。另一方面，石墨质碳砖不易于在炉缸形成稳固的渣铁保护层，不能直接阻挡铁水的渗透侵蚀，致使很容易在炉缸某一部位形成烧穿。
同时与NMA和NMD碳砖同时使用的泥浆含有较多的挥发物，其小块砖砌筑砖缝最低只能达到1.5~2.0mm左右，随着挥发物的消失，缝隙中渗铁及碳砖溶损将更为显著。
2、冷却能力与冶炼强度不匹配
随着强化高炉炼铁技术的不断进步及全国钢铁产能的非理性扩充，在高炉的冶炼强度、利用系数两项指标上我国高炉较20世纪高炉已有明显进步，但与此同时高炉单位炉墙面积、单位时间的热负荷必然随之增加巨大。故我们的长寿理念绝不能还停留在过去低冷却水量或对炉壳喷水冷却的方式上。新设计建造的高炉也绝不能再选择低水量、小管径的冷却壁，低的冷却比表面积。
当今高炉的冶炼强度与上世纪80年代比提高一倍以上，高冶炼强度、高利用系数怎么与高冷却强度匹配还有待研究。调查发现发生烧穿事故的高炉利用系数普遍大于2.5，所以高产量与长寿如何最经济应算综合账。
3、选用碳砖形式不当
我国阳春炼铁厂一座1250m³高炉，投产15天后局部环碳温度一度飙升至600℃以上，勉强维持8个月生产渗铁竟多达70余吨，由于及时采取补救预防措施才避免发生炉缸烧穿事故。经切割冷却壁测量炉缸碳砖后发现，最大碳砖间缝隙达30~70mm，说明投产后在炉内高温高压环境下，碳砖质量欠缺，导致发生形变。碳砖的焙烧温度不够，甚至根本没焙烧使碳砖在受热后发生形变，形变累积加上砌筑质量不高将导致碳砖缝隙大。
所以在炉缸、炉底关键部位选用合适的碳砖十分重要。在高炉设计及选用碳砖时应注意考虑以下几个方面：
(1)炉缸碳砖与铁水直接接触的部位，或在炉龄末期发生侵蚀后能直接接触到铁水的炉缸部分，不应该选择石墨质或半石墨质的碳砖。
(2)炉缸部位不选取石墨质碳砖，因为石墨质碳砖与渣铁的亲和力差，不易形成渣铁保护层对炉缸进行保护。国外的经验是如果选择在炉身下部或炉缸使用石墨质碳砖，通常间隔选择碳化硅砌筑，提高炉缸粘挂渣铁保护层。
(3)有的碳砖生产厂家为了追求高热导率，在碳砖中加入大量石墨，这大大降低了碳砖的抗铁水熔蚀性能，这给炉缸的安全性造成很大威胁。
4、死铁层深度不合理
国内最近几年设计的高炉都选择比较深的死铁层，但通过调查记过发生烧穿的炉缸后发现，象脚侵蚀均在较高位置，虽然发生这一现象的原因还需进一步研究，但肯定与较高的渣铁面有一定的关联。目前普遍认为加深死铁层深度可缓解铁水环流对炉缸的侵蚀，但不能一味加深，深度增加则铁水静压力也相应增加，对炉缸影响也增大。故目前广泛应用的缸直径20%的深度需进一步实践论证。
5、铁口设置角度不当
国内部分高炉两个铁口呈90°直角布置，若这种布置方式不但在高炉生产时容易产生偏行，同时还会加强炉缸内铁水的环流侵蚀，对炉缸的安全构成严重威胁。某些高炉渣沟长度相差大，在开炉、送风、休风、停炉等异常炉况恢复生产时多从短渣沟对应的铁口出铁，使得此铁口区域铁流侵蚀严重，容易发生烧穿。
6、缺乏监测手段
发生烧穿事故的高炉有一个共同的直接原因，就是烧穿区域炉缸砖衬温度测量点少，没能直观的发现炉缸碳砖温度升高，并采取防范措施。在正常生产过程中没有意识到对冷却壁水温差、水流量、热流强度等参数检测的重要性，未能尽早发现隐患苗头，采取相应预防措施。例如鞍钢新一号等检测手段稍好的高炉，事故前炉缸温度已有大幅度升高，高炉加强对关键区域的监控，最终没有犮展到烧穿，只是出现渗铁情况，事故影响没有进一步扩大。
二、冷却壁制造及安装缺陷
冷却壁的制造和安装质量对炉缸寿命十分重要，一旦冷却壁向炉缸内漏水，长期得不到有效控制，很有可能造成重大事故。
(1)国内一些高炉选用轧制钢板钻孔方式生产加工的轧铜冷却壁，由于制造工艺决定这种冷却壁焊接点较多，进出水管均要焊接在冷却壁本体，最后还需焊堵加工工艺孔。这么多的焊接孔，很容易在运输、安装、甚至生产过程中发生泄漏，一旦像炉内漏水，将加速碳砖氧化破损，造成重大事故。故应避免选择此类冷却壁。
(2)新建高炉不应选择铁口区域窜气式结构，应特别慎重选择炉缸冷却壁与炉皮之间的填充料，保证铁口区域炉缸安全。
(3)碳砖与冷却壁之间的炭素捣料应选择与碳砖的热导率相当的捣料，达到15~20W/mK。
(4)选择有足够冷却能力的冷却结构。鞍钢新3号3200m3高炉炉缸冷却水量为1250m3/h，冷却壁冷却比表面积仅为0.6左右，投产两年多就发生烧穿。而选用相同碳砖的宝钢4350m3高炉炉缸冷却水量虽然也只有1700m3/h，但高炉已运行18年，其冷却比表积是1.3左右。故炉缸冷却比表面积要引起足够重视，应当达到1.0以上。国外高炉炉缸采用的喷水冷却结构、夹壳式冷却结构其冷却能力都大于我国目前这种冷却结构。
三、投产后操作维护不足
1、有害元素的不利影响
从近年一些发生烧穿高炉的破损调查中均发现有碱金属有害元素的大量残留，这说明钾、钠、铅、锌等有害元素对炉体碳砖的使用寿命有很严重的损害。这些有害元素不能随其他炉料排出炉外，只能在炉内不断循环富积，这不但降低焦炭强度，给高炉顺行带来影响，更严重的是与耐火材料形成体积膨胀率高达50%的化合物，加速对炉缸砖衬的损坏。
2、冷却设备漏水
一座正常生产中的高炉，无论是炉身、炉缸冷却壁漏水还是风口高压水泄漏，只要有水进入高炉，最终都会渗到炉缸。故在日常生产中个别冷却器损坏应及时更换，不应该积赞多了一起来更换，这样才能减少漏水对炉缸内碳砖的损害。
3、铁口日常维护不到位
大部分炉缸烧穿部位在铁口或铁口区域附近，这主要与日常维护铁口工作不到位有关。铁口区域环境复杂，受侵蚀严重，若长时间铁口深度不足或经常性铁口喷溅，易造成铁水从铁口通道进入砖缝，加速侵蚀碳砖。
4、过高的冶炼强度
有些钢铁厂为了抢占市场，不计后果的追求高炉冶炼强度，这对包括长寿系统在内的整个高炉及其附属系统都带来了极大负荷，这种杀鸡取卵的生产经营理念，并不可取。
5、未进行钒钛矿护炉
通过适当的方式进行钒钛矿护炉，护炉效果明显。但目前大多数高炉都是等碳砖温度有明显升高后才使用钒钛矿护炉，如止疼药一样，建议“犯了再吃，不如常吃不犯”，投产后高炉应定期上一部分钒钛矿进行护炉，将事故隐患消灭在萌芽状态。
6、炉缸压浆不当
近几年国内处理炉缸碳砖温度异常升高时，普遍采用在炉皮两块冷却壁之间的缝隙处开孔。这种压浆方式特别适用于施工质量存在问题、捣料层未达标或捣料受热后收缩等其他原因形成热阻层的高炉。但一定要特别注意压浆的方式，一旦压浆过程中的压力过高或压浆质量一般，就很容易压碎本来就已经很薄弱的砖衬，使得泥浆从砖缝直接进入炉缸与高温铁水接触，给炉缸安全带来雪上加霜的作用。
7、高炉顺行情况
理论及生产实践都证实，只有稳定顺行的高炉才有可能实现高产低耗的目标，炉况经常波动的高炉炉缸状态一定受影响，炉缸长寿及高炉长寿也就无从谈起。因为在冶炼过程中，各种非正常炉况，都会导致炉缸、炉底热负荷的大幅度波动。如加洗炉剂洗炉等有些处理措施直接对炉缸、炉底造成破坏作用。因此，要想炉缸长寿就必须保持高炉长期的稳定顺行，避免或减少任何对炉缸长寿不利的操作。
8、控制铁水成分及物理热
铁水中硅和硫含量的高低及物理热直接影响渣铁的流动性：应依据高炉的顺行情况，控制硅含量在0.5%(w)左右，硫含量控制在0.02%(w)左右，并根据高炉顺行情况、炉缸侵蚀状态或是否上钒钛矿护炉等情况及时调整。
编辑：温晓霞 来源：冶金技术网
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