自2015年年底以來，伴隨著高爐經(jīng)濟(jì)料的使用、受市場催動高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測手段相對落后的情況下，國內(nèi)高爐頻繁出現(xiàn)爐缸爐底燒出的情況，尤其是2016年以來，隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，市場形式影響下高爐檢修等維護(hù)日期的不斷延后，對高爐爐缸的安全造成很大的威脅。國內(nèi)外高爐出現(xiàn)燒出的情況有哪些?高爐燒出的位置大概率分布在哪里?爐缸燒出的原因是什么?如何進(jìn)行爐缸燒出后的處理和恢復(fù)?小編匯總了1980年以來國內(nèi)部分高爐燒出的情況匯總，希望為廣大煉鐵工作者爐缸設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)提供相對詳細(xì)的信息。
1 概述
高爐爐缸爐底安全狀態(tài)直接關(guān)系到一代爐役的終結(jié)與否。因此，在設(shè)計(jì)、監(jiān)測、操作和維護(hù)方面，廣大的煉鐵技術(shù)人員和管理人員對高爐爐缸安全非常重視。自2015年年底以來，伴隨著高爐經(jīng)濟(jì)料的使用、受市場催動高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測手段相對落后的情況下，國內(nèi)高爐出現(xiàn)爐缸爐底燒出的情況。尤其是2016年以來，隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，市場形式影響下高爐檢修等維護(hù)日期的不斷延后，對高爐爐缸的安全造成很大的威脅。
高爐爐缸由外至內(nèi)通常包括爐皮、搗料層、冷卻壁、搗實(shí)層、碳磚、陶瓷杯、黏土磚等，其中，黏土磚在高爐開爐后2個月內(nèi)脫落。高爐正常生產(chǎn)時爐缸鐵水與爐墻陶瓷杯或碳磚之間生成一層爐渣、鐵水、碳磚、含鈦難融物組成的保護(hù)層，這就是我們所說的“高爐爐缸自保護(hù)層”。
高爐爐缸結(jié)構(gòu)簡圖
以下針對國內(nèi)外典型高爐爐缸燒出案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對燒出原因、修復(fù)和維護(hù)等方面進(jìn)行詳細(xì)的說明，為國內(nèi)外高爐的長壽提供技術(shù)和數(shù)據(jù)參考。
表1 國內(nèi)部分高爐爐缸燒出統(tǒng)計(jì)
表2 國外部分高爐燒出統(tǒng)計(jì)
2 鞍鋼新3#高爐爐缸燒穿事故分析
2.1 高爐參數(shù)
新3號高爐設(shè)計(jì)參數(shù)
2.2 高爐燒出經(jīng)過
2008年8月25日20：30左右，新3高爐處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，爐內(nèi)各操作參數(shù)全部正常，爐前2#鐵口執(zhí)行出鐵作業(yè)末期，突然在4#鐵口爐臺下方爐缸區(qū)域出現(xiàn)異常響聲并伴有火光，高爐值班工長立即組織現(xiàn)場人員撤離并迅速減風(fēng)到零(休風(fēng))，同時通知火警及上報(bào)事故。
20余輛消防車輛于報(bào)警后陸續(xù)到達(dá)，對現(xiàn)場起火區(qū)域滅火，由于現(xiàn)場火勢較大，于次日5：40分左右才將現(xiàn)場明火撲滅。
事后確認(rèn)：4#鐵口下方爐缸燒穿，大量渣鐵和炙熱的爐料(焦炭、礦石)噴出，現(xiàn)場燒損嚴(yán)重(新3高爐本體電纜、煤粉噴吹總線電纜、新2高爐電源電纜、計(jì)量儀表電纜、出鐵場天棚、4#爐前炮、開口機(jī)、東場及北場爐前吊車、爐前休息室、電梯等燒損。)
燒出現(xiàn)場
2.3 事故處理
現(xiàn)場積料清理(25/8-20：30—28/8-7：00，總計(jì)58.5h)
利用挖掘工具和人力，將燒穿區(qū)域大量渣鐵、爐料清理干凈，露出燒穿部位，交付設(shè)備檢修人員處理。
燒損部位清理(28/8-7：00—30/8-16：00，總計(jì)57h)
割除燒穿區(qū)域燒損的5塊冷卻壁，并清理燒穿部位的殘?jiān)?、爐料，摳除部分燒損炭磚，露出砌筑接口。
燒損部位砌筑(30/8-16：00—02/9-15：00，總計(jì)71h)
利用工程剩余的UCAR炭磚重新砌筑，部分炭磚需要現(xiàn)場加工外型，縫隙采用炭質(zhì)泥漿?？傆?jì)砌筑11層，449塊炭磚。
燒損部位冷卻壁安裝、試水(2/9-15：00-6/9-15：00，總計(jì)96h)
按圖紙重新制作5塊鑄鐵冷卻壁，焊接安裝，外聯(lián)水管焊接，試壓，通水。
高爐裝料及送風(fēng)前準(zhǔn)備(6/9-15：00—7/9-4：00，總計(jì)13h)
燒出位置修復(fù)
2.4 原因總結(jié)
(1)爐缸冷卻強(qiáng)度不夠。
設(shè)計(jì)爐缸冷卻循環(huán)水量1248m3/h，由于水量少，導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度偏低，不能將熱量及時傳遞出去，造成內(nèi)部炭磚出現(xiàn)異常侵蝕。此時二段水溫差經(jīng)常在1.5℃左右，對應(yīng)的熱流強(qiáng)度在24KW/m2，按照鞍鋼院的設(shè)計(jì)思路，老區(qū)新建2580高爐(7、新4、新5)爐缸冷卻水量都大于3700m3/h。另一方面，環(huán)炭設(shè)計(jì)成高導(dǎo)熱的UCAR炭磚，更加顯現(xiàn)冷卻水量不足，爐內(nèi)傳遞出來的大量熱量無法排走的弊端
(2)爐缸部位相應(yīng)溫度檢測點(diǎn)檢測設(shè)置偏少，操作人員無法判斷異常侵蝕情況。
爐缸6層冷卻壁未設(shè)計(jì)水溫差檢測裝置，導(dǎo)致局部熱流強(qiáng)度過大時，高爐操作人員無法掌握。爐缸環(huán)炭區(qū)域只設(shè)計(jì)了7層環(huán)炭溫度檢測，尤其在二段部位，只在四個方向安裝了8點(diǎn)溫度檢測，且都不在侵蝕最嚴(yán)重的鐵口下方，導(dǎo)致無法掌握該部位的侵蝕情況，導(dǎo)致炭磚侵蝕殆盡并最終燒穿。
(3)爐缸耐材設(shè)計(jì)成陶瓷杯+UCAR小塊環(huán)炭的形式不合理。
高爐爐缸陶瓷杯耐火材料具有較高的強(qiáng)度與抗渣鐵侵蝕性能，導(dǎo)熱性較差，有較大的膨脹系數(shù)，在爐缸起的作用是保熱。而小塊碳磚導(dǎo)熱性非常好，主要是通過冷卻系統(tǒng)的熱量傳遞，在表面形成1150℃的鐵水凝固線來保護(hù)小塊碳磚，由于很難精確地考慮到陶瓷杯砌體膨脹量與陶瓷杯破損時間，就有可能在高爐開爐不久產(chǎn)生的膨脹力使陶瓷杯砌體迅速損壞或?qū)πK碳磚產(chǎn)生擠壓性破壞;小塊碳磚施工要求留有適當(dāng)磚縫，其中的漿料炭質(zhì)焦泥的固結(jié)溫度大于400℃，因陶瓷杯砌體的存在，開爐后不能很好的進(jìn)行加熱固化，呈流態(tài)，當(dāng)陶瓷杯破裂后，鐵水容易進(jìn)入磚縫，甚至出現(xiàn)漂移。
2.5 預(yù)防及改進(jìn)
增加爐缸部位冷卻強(qiáng)度
由于設(shè)計(jì)冷卻強(qiáng)度低，為維護(hù)爐缸安全，千方百計(jì)提高爐缸冷卻強(qiáng)度。
(1)原設(shè)計(jì)閉路水泵工作2用2備，先期改為3用1備，爐缸冷卻水量由1200m3/h增加到1500m3/h。
(2)在線生產(chǎn)期間對閉路水泵、爐缸供水管線增容改造。水泵流量由2700m3/h增容到3200m3/h，并新增2條爐缸供水管線，使?fàn)t缸冷卻水量增加到2900-3000m3/h左右。
(3)對鐵口下方熱流強(qiáng)度較高的冷卻壁預(yù)留高壓工業(yè)水支管(1.6MPa)。
(4)鐵口區(qū)域下方爐皮噴淋水冷卻。
利用檢修機(jī)會壓漿
由于砌筑或生產(chǎn)過程中的熱膨脹現(xiàn)象，會在爐皮與冷卻壁間以及冷卻壁與爐缸炭磚之間產(chǎn)生氣塞，尤其在冷卻壁與炭磚之間的氣塞，會嚴(yán)重降低冷卻效率，致使炭磚熱面外擴(kuò)，熔蝕加快。換角度說：只有消除氣塞，冷卻系統(tǒng)才會發(fā)生作用，將熱量傳遞出來，利于爐缸內(nèi)形成渣鐵保護(hù)層，促進(jìn)爐缸的安全長壽。
利用檢修停爐機(jī)會，在爐缸區(qū)域冷卻壁之間爐皮開孔(￠15-20mm，孔深到達(dá)炭磚面)，用壓漿機(jī)將炭質(zhì)泥漿壓入。
原則：1、壓漿機(jī)壓力應(yīng)控制小于2.0MPa，否則容易造成炭磚內(nèi)移或冷卻壁變形破損。2、開孔不宜過密集，否則易造成爐皮強(qiáng)度下降。3、舊孔在下一次檢修過程中可重復(fù)利用
采用釩鈦礦護(hù)爐
采用釩鈦礦護(hù)爐主要是生成高熔點(diǎn)的Ti-C和TiN，沉積在爐缸區(qū)域，進(jìn)而保護(hù)炭磚，減少侵蝕。鞍鋼主要采用天然釩鈦礦、釩鈦球團(tuán)、冷固結(jié)釩鈦球團(tuán)三種原料，具體使用視資源和價格因素綜合考慮。
加強(qiáng)檢測
加強(qiáng)對爐缸炭磚溫度、爐缸各部位水溫差的檢測，給操作者提供更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對及時采取應(yīng)對措施，避免各種爐缸事故的發(fā)生無疑是必要也是必須的。
原則：1、采用一點(diǎn)雙支電偶，以便檢測炭磚侵蝕情況。2、鉆孔深度進(jìn)入炭磚150mm，兩點(diǎn)電偶深度分別為50mm和150mm。3、鐵口區(qū)域尤其鐵口下方侵蝕嚴(yán)重的地方是安裝的重點(diǎn)部位。(新3高爐共計(jì)新增電偶檢測68支，136點(diǎn))
對新三高爐進(jìn)行超聲波-回波監(jiān)測，是采用應(yīng)力波無損檢測方法監(jiān)測爐況
沿3號高爐周向布置20條線檢測線每條檢測線設(shè)定多達(dá)14個檢測點(diǎn)。
說明：檢測由加拿大HATCHGON公司進(jìn)行，國內(nèi)目前上海大學(xué)于要偉教授采用電動勢測量任由較高的精確度。
制定合理的事故控制預(yù)案
來源：冶金之家
冀公網(wǎng)安備13050002001422號