2012國外爐缸長壽研究資料

國外高爐爐缸長壽技術(shù)研究概況中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司重慶項鐘庸1高爐壽命主要取決于耐材的侵蝕。在過去決定高爐壽命的因素是爐身和爐缸耐材的損壞。由于高爐操作條件的改變，近年來國內(nèi)外有許多高爐壽命受到了爐缸耐材侵蝕的制約。介紹國外高爐的一些研究：

前言爐缸解剖調(diào)查213生產(chǎn)中的研究模型研究2

1解剖調(diào)查及侵蝕特征國外幾乎對所有停爐的高爐都進行詳細的解體調(diào)查。不但對殘余磚襯進行了詳細的研究，而且對殘鐵、凝固層、死料堆結(jié)構(gòu)等等方面進行了詳細的研究。國外有一部分高爐不放殘鐵，爐缸內(nèi)的狀態(tài)得到了較好的保持，為解剖調(diào)查創(chuàng)造了良好的條件。由于爐底設(shè)計和生產(chǎn)操作的改善，蘑菇型侵蝕A已經(jīng)很少見到。目前高爐爐底、爐缸的侵蝕可以分為三種類型：象腳侵蝕B；鍋底狀侵蝕D；寬臉狀侵蝕C。這是新近出現(xiàn)的一種侵蝕狀態(tài)。31.1象腳侵蝕象腳侵蝕B特點是，向爐底垂直方向的侵蝕較少，爐底和側(cè)壁交界的角部嚴重侵蝕，有的象腳侵蝕爐底中心部位反而有些隆起，形如象腳。爐容1000~5050m3。福山5高爐；福山2高爐；京浜1高爐；加古川2高爐；加古川3高爐；千葉3高爐；千葉1號高爐；水島4高爐；和歌山3高爐；鹿島3高爐；羅德羅基1、2高爐；艾依莫登7高爐。施威爾根1號高爐前后5次。西德馬A高爐。

在上世紀(jì)70年代初開爐的高爐形成象腳侵蝕的較多。福山5號高爐爐底解剖

ZnO沉積層脆裂層滲鐵層凝鐵泥包焦炭、鐵混合物41.2鍋底狀的侵蝕

鍋底狀的侵蝕D的特點是，侵蝕主要向爐底下部發(fā)展，在爐底形成深坑，爐底侵蝕嚴重；有減輕爐缸環(huán)流的作用，對側(cè)壁侵蝕較少。君津3號第1代，爐容4063m3高爐，爐役從1971年至1982年，死鐵層深度1.0m，爐底上層敷設(shè)4層炭磚，下部有5層粘土磚，最下部設(shè)1層石墨SiC磚，爐底總厚度約4.0m。爐底結(jié)構(gòu)和侵蝕斷面圖圓周上平均殘存厚度側(cè)壁平均殘存厚度1.2m，除了脆裂帶后的完好層平均厚度為0.7m。最終侵蝕后，死鐵層深度約4.5m，爐底殘存炭磚厚度1.4m，爐底中央寬闊的范圍呈平坦?fàn)钋治g；5高爐于1982年開爐2002年停爐。高爐爐缸側(cè)壁炭磚完好，爐底有較厚的粘土磚內(nèi)襯，最終死鐵層深度約3.5m。小倉2號第2代，爐容1850m3高爐高爐有3鐵口個，風(fēng)口28個。死鐵層深度與爐缸直徑之比為19%。圖中總爐底厚度為4250mm。爐底結(jié)構(gòu)上層有7層粘土磚，下設(shè)2層炭磚。6高爐爐缸直徑10.3m，設(shè)計死鐵層深度為爐缸直徑的26.8%，侵蝕后的深度為32.8%，風(fēng)口高度為39.2%。一代壽命將近9年，累計產(chǎn)鐵量1600萬噸，爐缸面積利用系數(shù)為65~78t/(m3.d)。德國某高爐爐缸的侵蝕情況高爐爐底平均年侵蝕速度為30mm/a，鐵口的平均年侵蝕速度為15mm/a。呈鍋底狀侵蝕。7

為了減少鐵水環(huán)流，歐美首先提出，希望在死料堆下部形成焦炭自由層(Cokefreespace)，以及死料堆漂浮在爐缸中的概念，而不要坐落在爐底上。歐洲首先在上世紀(jì)80年代初提出，死鐵層加深至爐缸直徑的25%以上的建議，英國在上世紀(jì)90年代初投產(chǎn)的安妮女王號、維利亞娜女王號、伯斯女王號高爐死鐵層深度均在27%左右。

P.W.在解剖德國爐缸直徑分別為10.3m和11.0m的高爐后，認為設(shè)計死鐵層深度26.8%的好，而15.5%不好，臨界深度為31.1%。提出兩座爐缸直徑12.2m高爐的設(shè)計死鐵層高度與爐缸直徑之比在26.5~28.7%，并估計侵蝕后達到31.5%。風(fēng)口至鐵口高度為40.7%。8名古屋3君津3大分1京浜1君津4戶煙1最近，鹿島1、3號改造成爐容5265m3高爐時，爐缸直徑15m，死鐵層深度為4.5m，為30%。日本5000m3級高爐的死鐵層高度一般為爐缸直徑的25~30%。日本近年高爐死鐵層深度的變化91.3寬臉狀侵蝕上世紀(jì)80年代后出現(xiàn)了“寬臉”狀侵蝕C，爐缸側(cè)壁和爐底中心都有侵蝕，而主要影響高爐壽命的侵蝕方向仍然是爐缸側(cè)壁。如，君津2號高爐、大分2號高爐、戶田1號高爐等。

君津2號爐容約2700m3高爐，爐役從1982年2月至1994年2月停爐，壽命12年，爐缸側(cè)壁殘存炭磚厚度約300mm。開爐初期爐缸側(cè)壁很快侵蝕。停爐解剖時，高爐爐底也有嚴重侵蝕。10爐底溫度推算殘存磚厚度(1150℃線)與解體時炭磚的脆化層基本一致。爐底取樣調(diào)查，砌磚上面的脆化層如A部所示。與過去的調(diào)查結(jié)果相同，有鐵水滲入，表觀比重2.23，表觀氣孔率9.8%；化學(xué)分析：C76.8%，F(xiàn)e13.5%，K2O0.17%；X射線分析也確認氣孔內(nèi)滲入了鐵。大分2號高爐第1代爐容5070m3，于1988年8月2日停爐，壽命11年另10個月。解體時的爐底侵蝕情況。侵蝕最嚴重的部位在4號鐵口下面的爐缸側(cè)壁第二層，殘存的炭磚也比較厚約800mm。爐底中心部位有1300mm。大分2號高爐第1代112生產(chǎn)中的研究高爐長壽必須分別從爐體結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備、管理、操作方面綜合采取措施。提高爐底炭磚致密程度-高導(dǎo)熱性、爐缸深度、有效的爐缸冷卻、強化側(cè)壁溫度管理、改善爐料分布等等，綜合的結(jié)果才能達到延長高爐壽命的目的。

近年來，國外著力于爐缸內(nèi)部狀態(tài)的研究，鐵水環(huán)流對炭磚侵蝕的影響和死料堆結(jié)構(gòu)對爐缸鐵水環(huán)流的影響等等。力求提高操作技術(shù)，維持操作穩(wěn)定；防止未還原的爐料進入爐缸，防止不飽和碳素的鐵水與炭磚接觸；結(jié)合鐵口使用方法和冷卻強度保持爐缸部位的粘滯層和凝固層，極力抑止?fàn)t缸部位炭磚的侵蝕，采取最佳的綜合技術(shù)措施，來預(yù)防爐缸事故以達到高爐長壽的目的。

122.1爐缸側(cè)壁的保護日本千葉6號高爐第1代爐缸側(cè)壁侵蝕速度的變化。高爐最初3年爐缸側(cè)壁的侵蝕速度相當(dāng)快，并采用了Ti礦等措施。

長壽的關(guān)鍵是從第4年開始侵蝕得到了緩和，整個爐役期間對建立起穩(wěn)定的凝固層，一直保持到爐役終了。

發(fā)現(xiàn)爐底中心溫度低，側(cè)壁溫度就升高?？赡苁撬懒隙训牡屯敢簠^(qū)域到達爐底中心，另外，由于死料堆上浮又可能在爐底邊緣部位周期性地出現(xiàn)焦炭的自由層，使得凝固層的厚度不斷變化。132.2爐缸溫度變化與鐵水流動狀況戶田1號高爐于1985年12月投產(chǎn)于1998年1月停爐，工作了12年另2個月。操作的后期，爐缸呈“寬臉”狀侵蝕，并限制了高爐的壽命。高爐通過爐缸側(cè)壁芯鉆，對磚襯和殘鐵進行取樣調(diào)查。14估計的鐵水流動模式由于死料堆結(jié)構(gòu)變化，在爐缸側(cè)壁與炭磚之間存在低流動性的粘滯層，以及含Ti或高富集碳的凝固層。在爐缸角部形成了焦炭自由空間使高爐中心的透液性惡化，在側(cè)壁形成強烈的鐵水環(huán)流，特別是在鐵口下面環(huán)流削薄了粘滯層和凝固層。鐵水中C的飽和度對凝固層的分解以及炭磚的侵蝕有很大的影響。未飽和鐵水對炭磚的侵蝕是比較嚴重的。152.3鐵水滴落的研究

日本鋼管福山對風(fēng)口平面鐵水、爐渣滴落量的分布，以及風(fēng)口平面爐渣中Al2O3和FeO的分布進行了研究。當(dāng)高噴煤比時，大量鐵水集中在距風(fēng)口0.8~1.5m處滴落。

法國福斯高爐也進行了高噴煤條件下，渣鐵在風(fēng)口平面分布的測量。鐵水量距風(fēng)口前端，mAl2O3,%16上世紀(jì)80年代后出現(xiàn)的寬臉型爐缸侵蝕可能與大噴煤使?fàn)t缸堆積，邊緣鐵水滴落增加有關(guān)，因此國外十分重視噴煤后爐缸內(nèi)死料堆的狀況。低硅冶煉時的FeO分布低硅冶煉的影響風(fēng)口前端0.9m,(FeO)為25~26%風(fēng)口前端1.3m,(FeO)為2~20%＞1.5m,(FeO)為2%終渣(FeO)為0.4%渣量鐵水量距風(fēng)口前端，m距風(fēng)口前端，m(FeO),%低硅冶煉時的渣鐵分布172.4采用示蹤原子了解爐缸內(nèi)鐵水流動

法國、加拿大、日本等國在高爐上從風(fēng)口噴入示蹤物，測量鐵水中示蹤物程度隨時間的變化。同時還在停爐解體對高爐下部進行解體調(diào)查。對爐底炭磚、和殘鐵取樣研究。

圖中表示示蹤原子對正常操作A、高燃料比操作B、降料線和停爐操作時，鐵水中Co濃度的變化。Co的濃度，ppm正常高燃料比降料線和停爐18

正常操作時期A，死料堆透液性低，部分鐵水由側(cè)壁繞道流向鐵口，Co時間延長，說明環(huán)流強。西側(cè)的1、4號鐵口比東側(cè)的2、3號鐵口的渣比高，側(cè)壁長期溫度高。

高燃料比操作B，Co排出很集中，說明死料堆透液性好，鐵水能透過死料堆，比較集中地流向鐵口。東側(cè)、西側(cè)鐵口的渣比均勻，側(cè)壁和爐底溫度升高。

正常操作A，南－西與北－東北之間的溫度的相關(guān)性低；在時期B的相關(guān)性高。也就是說，在期間A爐缸內(nèi)存在妨礙鐵水流動的區(qū)域，而在期間B得到緩解。不同操作時期19解體調(diào)查的結(jié)果顯示，在爐底角部為焦炭與鐵水呈混合狀態(tài)的區(qū)域。殘鐵殘鐵＞＞焦炭殘鐵＋焦粉殘鐵＞焦炭殘鐵＝焦炭西7m東7m正常操作A高燃料比B西東相關(guān)性高阻礙鐵水流動的區(qū)域阻礙鐵水流動的區(qū)域熱電偶鐵口之間渣比偏差與鐵口平面上側(cè)壁溫度的相關(guān)關(guān)系203試驗研究及數(shù)學(xué)模型3.1試驗研究

建立了模型實驗[35~43]研究爐缸內(nèi)鐵水流動狀態(tài)，其中大部分采用縮小尺寸的實驗?zāi)Ｐ蚚37~42]研究死料堆在爐缸內(nèi)的狀態(tài)及與鐵水流動關(guān)系，以及死料堆中焦炭的更新[43,44]等。

3.2數(shù)學(xué)模型影響爐缸鐵水流動的最重要的因素是爐缸內(nèi)部的填充層結(jié)構(gòu)，即死料堆的沉浮、焦炭的粒度、孔隙率的空間分布。國外開展了很多關(guān)于模擬爐缸部分填充結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型研究[33~50]。鐵水的浮力、作用在死料堆上的力和自身的重力，決定爐缸中死料堆沉入鐵水的深度，以及爐缸中焦炭自由空間的輪廓，并對鐵水流動和爐缸侵蝕產(chǎn)生重大影響。21圖中表示了爐缸內(nèi)應(yīng)力場的分布和死料堆下部邊界形狀的估算結(jié)果。并且與芯鉆觀測的結(jié)果進行了比較。風(fēng)口中心鐵水面鐵口中心垂直應(yīng)力值實際面計算面死料堆表面物料運動速度爐缸應(yīng)力場分布的研究22考慮了鐵水流動的爐底侵蝕模型模型的構(gòu)成鐵水流動、傳熱和耐材侵蝕同時解析推算爐底爐缸耐材侵蝕線爐底爐缸結(jié)構(gòu)設(shè)計1三維非穩(wěn)態(tài)模型推算徑向鐵水滴落分布3爐底鐵水流動的侵蝕推算模型推算鐵水流動的熱負荷和沖刷力推算耐材侵蝕線2應(yīng)力場模型推算爐芯下部形狀焦炭沉入鐵水面（至鐵口的距離）焦炭自由層爐底耐材爐芯鐵水鐵口風(fēng)口23從國外在爐缸長壽方面進行的部分研究工作，可以得到。（1）高爐爐底、爐缸的侵蝕可分為三種類型：蘑菇狀侵蝕、象腳侵蝕侵蝕和鍋底狀侵蝕。侵蝕是長期的、有先兆的過程。由于生產(chǎn)條件的變化，最近出現(xiàn)了寬臉狀侵蝕。爐底在向下呈鍋底狀侵蝕的同時，仍然不能避免側(cè)壁的侵蝕，已經(jīng)引起煉鐵界的重視，并尋求對策。（2）爐缸事故有先天性的原因，如爐底結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備等；爐缸事故更是一種長期的生活習(xí)慣病，只有改變生活習(xí)慣從提高操作技術(shù)入手，加強爐缸維護，防止鐵水環(huán)流對側(cè)壁的沖刷，防止不飽和碳素的鐵水與炭磚接觸，結(jié)合出鐵口使用方法和合理冷卻保持爐缸部位的粘滯層，從管理、操作方面采取綜合有效的措施。防止?fàn)t缸部位炭磚的侵蝕。（3）控制出鐵速度；各鐵口均衡出鐵，包括輪流出鐵等；關(guān)注每次鐵的鐵量、渣量，見渣時間；鐵口深度、打泥量等等。4結(jié)語24（4）加強對出鐵信息的研究，分析爐內(nèi)渣鐵的不均勻流動的原因，在爐缸內(nèi)是否存在妨礙鐵水流動的區(qū)域，使得側(cè)壁不均勻侵蝕，是否可能引發(fā)事故。（5）加強對爐底和爐缸側(cè)壁溫度的監(jiān)視，用各部溫度變化推測鐵水環(huán)流狀況、侵蝕狀況、爐芯狀態(tài)。（6）在生產(chǎn)試驗和解剖調(diào)查的基礎(chǔ)上，進行了縮小尺寸模型的補充試驗，研究鐵水流動、死料堆底面變化和死料堆內(nèi)焦炭的更新等。在生產(chǎn)試驗和解剖調(diào)查和補充試驗的基礎(chǔ)上，進而建立了爐內(nèi)鐵水流動的數(shù)學(xué)模型。以上研究結(jié)果對采取正確預(yù)防爐缸事故的措施是有幫助的。各廠可以根據(jù)實際生產(chǎn)來檢驗和運用。只有深入研究爐內(nèi)現(xiàn)象，才能更好地找到解決高爐爐缸長壽的有效方法。希望煉鐵界的同仁在這方面有新的進展、新的發(fā)現(xiàn)。25爐缸部位侵蝕變化大致分為三個時期，各個時期都要分別采取適當(dāng)?shù)牟僮鞣结?。從侵蝕的變化考慮長壽措施磚厚侵蝕機理和利用系數(shù)的影響延長高爐壽命的措施初步侵蝕階段＞1.5m·不容易形成凝固層·鐵水接觸炭磚·由于高