高爐噴煤管內壁耐磨性差的原因分析

蔣 鵬，吳月龍，畢麗燕，葛憲偉，吳 艷

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南271100）

1 前 言

噴煤是將煤粉通過噴煤管徑直吹管噴入高爐風口，噴煤管的工作環境十分惡劣，噴煤管容易破損，破損后導致噴出的煤粉射流改變流動方向，對高爐風口直接沖刷，造成風口損壞、影響生產。一般來說，噴煤管使用壽命在2 個月左右，最低不少于1 個月，某高爐噴煤管近期出現頻繁破損的故障，為查明原因，取樣進行分析。

2 試驗方法

1）宏觀檢測，對樣品進行宏觀形貌分析并借助SZ61TR體視顯微鏡進行局部形貌分析。

2）化學成分檢測，在送檢試樣上截取化學成分試樣，用SPECRTOLAB M10 型光電直讀光譜儀對試樣化學成分進行分析。

3）金相分析，對送檢試樣截取金相試樣磨制、拋光，在GX51金相顯微鏡上進行金相檢測。

4）電鏡能譜分析，使用Sigma 500 場發射電鏡進行電鏡能譜分析。

3 試驗結果

3.1 宏觀檢測

送檢樣品外徑約25 mm，外壁銹蝕嚴重，內壁磨損嚴重，向一側磨出弧形凹槽，剖開后對內表面放大30 倍進行觀察發現，內壁較為光滑部位存在少量點狀凹坑，磨損明顯部位存在大量粗糙的凹坑及溝狀磨損痕跡，凹坑中分布大量銹蝕顆粒物。

3.2 化學成分檢測

根據協議要求噴煤管材質為06Cr25Ni20，化學成分檢測結果見表1，參照GB/T 20878—2007，各元素含量符合國標規定范圍。

表1 樣品化學成分檢測結果 %

3.3 金相檢測

沿樣品軸向截取金相樣品，磨制、拋光后進行非金屬夾雜物檢測，發現樣品僅存在少量C類夾雜物，級別0.5級，夾雜物控制較好。

沿樣品徑向截取金相樣品，磨制、拋光后對內壁部位進行金相觀察，結果見圖1，內壁磨損嚴重部位存在深度約50 μm的網狀裂紋，內壁較光滑部位存在深度約30 μm的凹坑，凹坑周圍伴有輕微的網狀裂紋存在。經苦味酸鹽酸溶液腐蝕后發現，樣品基體部位組織為奧氏體組織，晶粒度為5.5 級。網狀裂紋基本位于奧氏體晶界部位。

圖1 金相檢測結果

3.4 電鏡能譜檢測結果

對內壁靠近裂紋部位的金相樣品進行電鏡能譜觀察，結果見圖2，晶界部位C、O 元素含量較高，Cr、Ni元素含量較低，此外有一定量的Cl元素存在。

圖2 內壁金相樣品電鏡能譜分析結果 %

4 樣品化學成分檢測結果分析

樣品化學成分檢測結果知，各元素含量符合國標要求；夾雜物檢測結果知，樣品存在少量的0.5級C 類夾雜物；樣品基體部位金相檢測結果知，組織為奧氏體組織，組織狀態正常。由此可知噴煤管本身無制造問題。

對樣品內壁部位進行金相檢測知，磨損嚴重部位存在嚴重的網狀裂紋，裂紋位于晶界位置，為晶間腐蝕的特征。此外，平滑部位也有網狀裂紋脫落形成的凹坑。電鏡能譜分析發現，晶界部位Cr 元素含量低于基體Cr元素含量，為典型的貧鉻現象。噴煤管靠近風口溫度一般要求在400 ℃以內，但是實際作業的區域溫度一般在400～600 ℃范圍內，雖然06Cr25Ni20 屬于耐熱不銹鋼范疇，可適用于1 000 ℃以上的作業環境，但是，一般來說奧氏體不銹鋼的敏化區間為450～850 ℃，在此溫度區間內長時間停留，晶粒內的Cr元素擴散能力增強，極易使晶界貧鉻出現晶間腐蝕。

噴煤是經噴煤管在氮氣作用下高速噴入高爐內，煤粉在噴煤管快速運動對內壁造成沖蝕，由于內壁發生晶間腐蝕，在煤粉沖蝕下發生晶間腐蝕的內壁表層會被率先沖刷掉，造成噴煤管內壁減薄。在高溫及煤粉高速沖蝕長時間作用下，噴煤管內壁會逐漸減薄直至穿透。

此外，電鏡能譜檢測還發現晶界存在一定含量的Cl元素，由于Cl離子體積較小，極易破壞不銹鋼表面的鈍化膜，使得晶界出現貧鉻現象，會進一步加劇腐蝕現象的發生。經查詢，Cl離子應為洗煤所用水中的，洗煤過程中附著在煤粉中進入噴煤管。

5 結 語

噴煤管材料本身沒有問題，出現耐磨性能差是由于備件長時間在敏化溫度區間停留造成晶間腐蝕、煤粉高速沖蝕造成的，煤粉中殘余的Cl 離子也會對噴煤管內壁造成腐蝕、減薄。

為提高噴煤管的耐磨性，應在兩個方面開展工作：避免使用Cl 離子含量較高的水進行洗煤作業。嚴格控制噴煤管的作業溫度，使其控制在400 ℃以下。