萊鋼2#高爐爐底爐缸侵蝕分析與長壽改造

孫建設(shè)，陳 偉，張紅啟，張均賓

（山鋼股份萊蕪分公司，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

萊鋼煉鐵廠2#高爐（933 m3）于2006年5月28日投產(chǎn)，爐底結(jié)構(gòu)1～5層為半石墨質(zhì)焙燒炭塊，6、7層為復(fù)合棕剛玉磚，爐底為工業(yè)水冷卻；爐缸側(cè)壁為模壓小炭塊結(jié)構(gòu)。因爐缸側(cè)壁溫度上升異常，存在燒穿隱患，2011年5 月16 日停爐大修，總計(jì)產(chǎn)生鐵403.7 萬t，單位爐容產(chǎn)鐵4486 t/m3。根據(jù)后期護(hù)爐和停爐后的情況分析，從耐材質(zhì)量、冷卻強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測溫監(jiān)控方面進(jìn)行了針對(duì)性長壽改造。

2 爐缸爐底的侵蝕狀況

2.1 生產(chǎn)中爐缸爐底的侵蝕狀況

開爐后，因爐底溫度升高，分別于2008年1月、4月先后兩次實(shí)施了爐底穿管強(qiáng)化冷卻，使?fàn)t底溫度得到有效控制；同時(shí)，于2008年初增設(shè)14 點(diǎn)爐缸側(cè)壁測溫，插入炭磚深度50 mm。

2009年11 月，爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)逐步上升情況。11 月8 日，27～28 組（6799 mm）部位熱電偶溫度上升至500 ℃；2010年5月13日，此點(diǎn)溫度上升至537 ℃。利用檢修增加爐缸側(cè)壁溫度檢測點(diǎn)。在操作上，采取了常堵1 個(gè)風(fēng)口控制冶強(qiáng)的初步護(hù)爐措施。2010年9 月19 日，檢修增加爐缸側(cè)壁測溫電偶，發(fā)現(xiàn)爐缸6、7 層環(huán)形炭磚部位，3、4 組冷卻壁與21、22組冷卻壁對(duì)應(yīng)的爐缸高點(diǎn)溫度分別達(dá)到638、609 ℃。9 月22 日進(jìn)行了風(fēng)口布局調(diào)整，風(fēng)口面積由0.204 m2調(diào)整至0.183 m2，冶強(qiáng)降低10%，進(jìn)入護(hù)爐生產(chǎn)階段。2010年9 月19 日—2011年5 月停爐，爐缸側(cè)壁溫度變化情況見圖1。

2.2 停爐后爐缸爐底的侵蝕狀況

圖1 2#爐爐缸環(huán)形炭磚部位側(cè)壁溫度變化趨勢

2011年5月16日停爐大修后，觀察爐缸環(huán)形炭磚上部模壓小炭塊位置，搗打?qū)蛹暗? 層小炭塊部分完整，距冷卻壁熱面350～550 mm處，見明顯堿金屬侵蝕造成的炭磚粉化情況，但550 mm處仍存在部分完整炭塊。

爐缸環(huán)形炭磚部位侵蝕較為嚴(yán)重，象腳侵蝕明顯，侵蝕嚴(yán)重部位與爐缸側(cè)壁熱電偶監(jiān)測溫度高點(diǎn)對(duì)應(yīng)。東北方向侵蝕最嚴(yán)重，冷卻壁熱面至鈦化物層約450 mm，冷卻壁熱面至完整炭磚300 mm。環(huán)形炭磚剩余部分與護(hù)爐鈦化物結(jié)合致密，強(qiáng)度較高。堿金屬侵蝕粉化層距冷卻壁100～250 mm，部分搗料層受到堿蝕影響出現(xiàn)粉化。

爐底炭磚整體呈現(xiàn)鍋底狀侵蝕狀態(tài)。殘鐵層與上部炭磚融合，陶瓷杯墊已無法分辨。第5 層炭磚邊緣部分尚可分離，距冷卻壁0.6 m后侵蝕加劇，與第3、4層炭磚結(jié)合致密，內(nèi)部逐漸連為一體，不可分離。采用大型機(jī)具多次對(duì)其破拆無效，鉆孔爆破出現(xiàn)整體輕微位移，但無法吊運(yùn)，被迫對(duì)殘鐵炭磚結(jié)合層采用氧氣燒割分塊后再爆破的方式。燒割殘鐵過程中發(fā)現(xiàn)，越至中心，結(jié)合體越厚，切割1 m深，用爆破的方式也無法將其斷開。切割至1.2～1.5 m 深，多次爆破才將其炸斷。中心部分爆破后，結(jié)合層底部直至2層炭磚部位。

爐底第2層炭磚出現(xiàn)明顯堿金屬侵蝕情況。第2層邊緣部位炭磚外觀良好，但距離冷卻壁2.5 m處出現(xiàn)堿蝕粉化層，從炭磚立面可見逐步向下延伸至1、2 層結(jié)合面，1 層炭磚中心部位出現(xiàn)部分粉化情況。根據(jù)拆除過程中實(shí)際測量，爐缸爐底侵蝕情況如圖2所示。

圖2 爐缸爐底侵蝕狀況

2.3 侵蝕狀況分析

在2#高爐爐缸爐底拆除過程中，結(jié)合現(xiàn)場情況與測量數(shù)據(jù)判斷爐缸出現(xiàn)象腳侵蝕，爐底存在鍋底狀侵蝕。爐缸邊緣東北方向、西南方向象腳侵蝕較為嚴(yán)重，和爐缸側(cè)壁熱電偶溫度監(jiān)測高點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)邊緣環(huán)炭存在滲鐵和環(huán)裂，分析認(rèn)為與陶瓷杯受熱膨脹和環(huán)炭膨脹縫偏小有關(guān)。

在爐體東側(cè)偏北環(huán)炭拆除中，發(fā)現(xiàn)一處鈦化物穿過炭磚在粉化層部位形成拳頭大小的沉積物。2009年底最早發(fā)現(xiàn)的東北側(cè)局部高點(diǎn)（27～28 組，6799 mm）在后期護(hù)爐中出現(xiàn)下行，溫度穩(wěn)定在330 ℃左右，與其有一定關(guān)系。

爐底存在的鍋底狀侵蝕與開爐后爐底溫度升高異常相對(duì)應(yīng)，在爐底1 層炭磚采取穿管強(qiáng)化冷卻的措施后得以緩解。分析認(rèn)為與爐底搗料層導(dǎo)熱性差、爐底熱量難以及時(shí)導(dǎo)出及出現(xiàn)炭磚高溫侵蝕有關(guān)。

3 高爐長壽改造及效果

2#高爐根據(jù)上代爐役爐缸爐底結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過程中的表現(xiàn)，對(duì)爐缸耐材砌筑參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增大爐缸爐底軟水循環(huán)量，提高冷卻強(qiáng)度。針對(duì)不定型耐材，包括搗打料、泥漿等的導(dǎo)熱性能和炭磚存在很大差異的情況，在爐缸部位采用高導(dǎo)熱炭磚頂砌的方式，環(huán)形炭磚采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良、抗渣抗堿的優(yōu)質(zhì)耐材，促進(jìn)等溫線移至爐缸內(nèi)部。耐材采購優(yōu)選技術(shù)能力強(qiáng)、質(zhì)量過硬的耐材廠家，采用大炭塊、提高炭磚加工精度等以減少環(huán)裂、滲鐵現(xiàn)象。爐缸爐底砌筑過程中預(yù)埋測溫電偶，用以監(jiān)測爐缸爐底侵蝕狀態(tài)，完善爐底侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)。

2011年7 月投產(chǎn)后，爐缸側(cè)壁溫度上升較快，1周后上升趨勢明顯趨緩，約1個(gè)月后溫度基本穩(wěn)定，6660 mm標(biāo)高位置溫度在70 ℃左右，7061 mm標(biāo)高位置溫度在73 ℃左右，7461 mm 標(biāo)高位置溫度在90 ℃左右。5 個(gè)月后，爐底第3 層炭磚中心點(diǎn)溫度穩(wěn)定在300～320 ℃，22 個(gè)月后仍保持在此溫度區(qū)域。爐缸爐底長壽改造取得階段目標(biāo)效果。

4 結(jié) 語

1）耐材質(zhì)量，尤其是耐材中的不定型耐材是長壽耐材影響因素中的短板，搗打料、泥漿的性能對(duì)高爐的長壽有著同等重要的影響。導(dǎo)熱、抗渣、抗堿、抗鐵水溶蝕、線膨脹等關(guān)鍵指標(biāo)為選擇炭磚的依據(jù)，優(yōu)質(zhì)炭磚可防止環(huán)裂、滲鐵、堿蝕等。因此在高爐長壽上必須采取優(yōu)質(zhì)耐材，關(guān)鍵指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

2）增加爐缸爐底部位冷卻強(qiáng)度。爐底爐缸炭磚被鐵水或堿金屬侵蝕程度與爐內(nèi)等溫線息息相關(guān)，增強(qiáng)爐缸爐底部位冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)等溫線合理內(nèi)移，能夠有效保護(hù)炭磚，延長高爐壽命。

3）優(yōu)化爐缸爐底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高爐長壽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)爐缸爐底等溫線的控制。鐵水熔融和堿蝕在此次大修爐缸爐底拆除過程中表現(xiàn)明顯，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制鐵水熔融等溫線和堿蝕溫度帶在爐缸爐底的合理分布，對(duì)安全生產(chǎn)和高爐長壽具有重要作用。

4）爐缸爐底檢測方式。爐缸爐底檢測熱電偶溫度和爐內(nèi)的侵蝕情況、溫度分布有著很強(qiáng)的相關(guān)性，是很好的爐缸爐底侵蝕情況監(jiān)控方式。因此，在開爐設(shè)計(jì)上要充分考慮布局的合理性，為指導(dǎo)高爐安全生產(chǎn)提供充分的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。