高炉炭砖侵蚀机理分析

首钢迁钢2号高炉开炉2年后炉缸便发生水温差异常升高现象,长期被迫加钛护炉,控制冶炼强度.研究炭砖的侵蚀是探索炉缸侵蚀的关键.通过化学成分分析、SEM和EDS等手段,研究2号高炉炉缸炭砖异常侵蚀状态和机理.结果 表明,13号风口下方象脚区炭砖主要受铁、钾、硫等侵蚀,其中铁的侵蚀深度最深;20号风口下方象脚区炭砖除受铁、钾...     

炉缸炭砖侵蚀过程及基于AHP的界面反应调控

 为了延缓炉缸炭砖侵蚀,基于炉缸破损调查试样分析和试验结果,研究了炉缸炭砖侵蚀过程,提出了基于层次分析理论(analytic hierarchy process,AHP)的界面反应综合调控技术。结果表明,炭砖侵蚀经历3个过程:铁水润湿炭砖、铁水渗透炭砖和铁水溶解炭砖。非稳态下铁水对炭砖的润湿作用使界面迅速由气-固界面转变为液-固界面;铁水渗透在炭砖微晶结构的作用下呈现出树枝状特征,且渗透面积越大、渗透延展度越高,炭砖脆化现象就越明显;在铁水碳欠饱和度的作用下,脆化的炭砖易溶解进入铁水中,导致炭砖被侵蚀。基于AHP的界面反应综合调控技术可帮助高炉操作者明确调控方向和调控重点措施,应从铁水成分调控和炭砖性能调控的几个关键技术采取措施以延长炉缸寿命。     

宝钢2号高炉炉缸破损调查及机理研究

宝钢2号高炉停炉后,对炉缸破损情况进行了宏观调查和微观的分析,发现在铁口夹角之间的碳砖侵蚀最为严重,碳砖热面普遍存在脆裂带,炉缸内不同区域的化学成分有较大差异。2号高炉长寿主要原因是炉缸整体良好的导热性能和有凝铁层的保护。而导致炉缸破损的主要原因是热应力作用和铁水对碳砖的侵蚀。     

1800m3高炉炉缸炭砖侵蚀调查及机制分析

摘要：为延长高炉的使用寿命和掌握炉缸砖衬的侵蚀机制,结合绘制的炉缸侵蚀炉型图,并借助扫描电镜、EDS电子探针和X射线衍射仪等手段分析炉缸炭砖的形貌、元素和物相。研究表明：炉缸炭砖表面上有明显的白色絮状物,且炭砖表面出现疏松和粉化的现象,导致炭砖出现裂缝,加快炭砖侵蚀;富集在炭砖热面的钛化物起到了保护衬作用,使有害元素难以存在受铁水冲刷程度严重的炭砖表面;21号~22号风口和相对应的8号~9号风口正上方对应着热风围管与送风支管连结的三岔口位置,侵蚀最严重;炉缸中锌与一氧化碳以及炭砖中的硅氧化物等物质反应生成氧化锌、硅锌矿和石墨等物质,并透过炭砖的气孔和通缝等逐渐渗入炭砖内部,致使炭砖体积发生膨胀,从而导致炉衬侵蚀。     

高炉操作对炉缸侵蚀的影响

 沙钢宏发炼铁厂1号高炉因炉缸侵蚀于2011年1月进行大修。炉缸内第6、7层碳砖侵蚀最严重,呈异常三角形侵蚀。通过对炉缸碳砖的分析和操作条件的模拟,发现高炉锌负荷过高和铁水环流是加剧炉缸侵蚀的主要原因。宏发高炉的锌负荷偏高,使ZnO在炉缸第6、7层碳砖中严重富集,导致碳砖导热系数下降,热膨胀系数增加,加剧碳砖的熔蚀和热应力引起的侵蚀。另外,由于原料质量和操作原因,使得宏发高炉的铁口长度较短、无焦区偏小和死料柱的透气透液性有时较差,加剧了铁水环流对炉缸的侵蚀。可以通过控制入炉锌负荷,延长铁口长度、控制死料柱的尺寸、提高焦炭质量和控制合适的喷煤比来改善炉缸的侵蚀。     

COREX熔融气化炉炉缸流场研究

COREX是目前应用最多、最成功的熔融还原炼铁工艺，也是唯一实现工业化生产的熔融还原炼铁工艺.与高炉炉缸相同，COREX熔融气化炉炉缸的工作状况也是影响其寿命的关键.因此，对炉缸内铁水流场进行分析是十分必要的.本文采用FLUENT对炉缸内铁水流动状态进行数值模拟与分析，得到了一些因素对铁水流场的影响规律:死料柱沉坐与浮起对流场影响较大，浮起时，通过炉底的铁水流量明显增加，对炉底的冲刷增强，但减少了对炉缸侧壁以及“象脚”部位的冲刷侵蚀；死料柱孔隙度越小，炉缸侧壁和炉缸底部无焦区铁水流速越大, 炉缸侵蚀越严重；适当减小出铁口直径，能有效降低侵蚀速度；此外出铁口角度对铁水流场影响较小.      

石钢0号高炉长寿炉缸的设计和使用效果

石钢新建0号高炉(420m^3)采用了陶瓷杯炉缸内衬，具体结构是：炉底满铺3层国产半石墨质炭砖，第4层满铺炭砖为进口微孔炭砖，炉缸铁口区域和铁口以下区域采用进口微孔炭砖；炉底炭砖上面为同心圆斜面压迫式砌筑的莫来石质陶瓷杯垫，陶瓷杯壁采用火块灰刚玉制品；渣口、风口区域砌筑大块灰刚玉组合砖。高炉投产后生产顺利．铁水温度比其他内衬结构有明显的提高。     

高炉炉缸铁水流场数值模拟

铁水环流是造成炉缸＂蒜头状＂侵蚀的主要原因,而导致铁水环流行程主要是由于炉缸内的死料柱引起的。为此,以流体力学有关理论为基础,建立了炉缸炉底三维流体数学模型,应用FLUENT软件,研究了高炉炉缸中不同死料柱位置、状态及出铁口尺寸对炉缸内铁水流动的影响。结果表明：死料柱有较小的浮起时造成炉底铁水流量较大对炉底产生较强的侵蚀。当中心死料柱尺寸大时自由铁水区的铁水流速较快,反之较慢。当出铁口直径增大时,铁水的质量流量增大,炉缸底部的铁水环流明显增大。     

高炉炉缸破损调研分析

高炉炉缸安全是高炉长寿的主要限制环节,首钢股份公司环保限产期间对2号高炉进行了在不切割炉壳情况下的炉缸保护性清理和浇注修复施工。在此期间对高炉炉缸的破损情况进行了调研,研究了首钢股份公司 2 号高炉风口以下炉缸渣皮、风口区域、出铁口前泥包的状态和炉底陶瓷垫的侵蚀状况,并分析了造成炉缸炭砖侵蚀的原因及炉缸中钛和锌元素的物相。研究发现炉底陶瓷垫未形成锅底状侵蚀,越是靠近炉墙位置,陶瓷垫侵蚀越严重,说明了炉缸活跃度不够。而象脚区炭砖侵蚀主要是受铁、钾和硫等元素的渗透侵蚀;炉底象脚区域发现大量古铜色碳氮化钛沉积物,沉积物呈带状分布;破损炉缸中发现的大量ZnO富集物是黄绿色而非传统的白色。此次破损调研为后期炉缸浇注、高炉操作以及今后的炉缸设计提供现实可靠的依据,其意义重大。     

高炉碳砖抗铁水溶蚀性能的研究

模拟高炉炉缸生产条件，研究了定量测定高炉碳砖的抗铁水溶蚀性能的方法。该方法实验证明，铁水温度升高、流动速度加快均能加速碳砖溶蚀，此外，碳砖质量对其溶蚀性能有极大的影响。提出了延长高炉寿命的措施。     

长寿高炉炉缸保护层综合调控技术

 在高炉炉缸砖衬热面形成的稳定的保护层,将铁水与砖衬隔离开,避免直接接触,这是保证高炉炉缸长寿、延缓砖衬侵蚀的必要条件。为了研究高炉炉缸长寿的本质,首先通过高炉破损调查和解剖调研,分析了炉缸保护层的物相组成和显微结构,建立了高炉炉缸保护层类别体系。从保护层形成机制的角度将保护层分为富铁层、富渣层、富石墨碳层和富钛层。制定了高炉炉缸保护层综合调控技术路线,提出高炉炉缸保护层能否形成的关键在于合理控制炉缸耐火材料热面温度和铁水成分。最后明确,在高炉正常生产过程中,应从设计、铁水质量、生产操作等3个方面采取措施以促进保护层的有效形成。     

沙钢3号高炉炉缸安全评估分析

为探究沙钢3号高炉炉缸侧壁温度升高原因,对沙钢3号高炉开炉以来的热电偶温度数据及热流强度变化趋势进行统计,并计算了炭砖的残余厚度。结合3号高炉的死铁层深度及冷却系统设计等参数,对炉缸侧壁温度升高的原因进行了解析。结果表明,沙钢3号高炉炭砖侵蚀薄弱区域处于铁口下方1~2 m,最薄位置处于西铁口,炭砖残余厚度约为517 mm。结合高炉炉缸设计发现,其炭砖侵蚀严重区域处于炉缸冷却壁薄弱位置,且与炉缸死料柱角部位置有关。研究相关结果可为国内大中型高炉设计提供相关指导。     

加档坝后高炉炉缸内剪应力对侵蚀的影响

炉缸内铁水流动产生的剪应力对炉缸内衬的侵蚀有重要影响。为此,以流体力学有关理论为基础,建立了炉缸炉底三维流体数学模型,应用CFX软件,研究了不同时期的炉缸剪应力的变化;由于铁水环流对炉缸的侧壁以及炉缸侧壁与炉底交界部位的冲刷作用较强,因此在炉缸侧壁和炉底位置修砌一道环形档坝,观察其对炉底剪应力的影响。结果表明,炉底出铁口近端受到的剪应力较大,而在出铁口远端炉底剪切应力最小;炉底剪应力随着死铁层深度的增大而减小;增加档坝可以有效地减轻炉底受到的剪应力,炉底剪应力越大,增加档坝后减轻的炉底受到的剪应力值越大。     

国外高炉炉缸长寿技术研究

高炉长寿是系统工程。介绍了国外一批长寿高炉的经验。介绍了近20多年来对长寿高炉进行的解剖;提出了在日常生产中,延缓炉缸侵蚀的措施:如炉缸侧壁形成凝结层,改进出铁制度控制铁水环流;改变死料堆的内部结构避免局部侵蚀。还提出了在炉缸不同侵蚀阶段采用相应的具体措施。     

济钢3200m^3高炉铁口喷溅治理

分析认为,济钢3200m3高炉铁口喷溅主要原因是碳砖与冷却壁及碳砖与刚玉复合砖之间的缝隙填充不密实以及应力导致的炮泥裂纹等,致使煤气窜漏,铁口喷溅。采用在风口以下铁口区域钻孔灌浆的措施封堵砖缝煤气窜漏;利用专用炮帽,通过铁口通道压入自配浆料,封堵炮泥裂纹,两种方法的结合解决了铁口喷溅的问题。     

高炉出铁过程中铁水非稳态流动对炉缸炉底侵蚀的影响

基于有效容积为1 750m3的高炉炉缸在实际生产过程中受损状况,利用Fluent软件VOF方法建立高炉炉缸出铁过程的非稳态数学模型,探究铁水流动对炉缸侵蚀的影响。结果表明,死料柱沉底时底部压力较大;剪应力在出铁口的底部、炉缸炉底与死料柱边缘的交线处较大。死料柱浮起时底部所受压力比沉底小,炉底中心的压力较小,而边缘位置则出现负压,剪应力在炉底中心、出铁口的底部等位置较大。无论死料柱沉底与否,出铁口附近的炉壁剪应力在垂直方向上距离出铁口越近则越大,而且出铁口下侧的剪应力高于上侧的剪应力。     

高炉出铁口半石墨炭—碳化硅组合砖的研制

研制开发的高炉出铁口用半石墨炭－碳化硅组合砖具有良好的导热性、抗热震性、耐碱性、抗剥落性、抗铁水和溶渣的冲刷性，该组合砖已在的１０座高炉使用，实践结果表明，出铁口深度稳定，开堵铁口容易，没有煤气泄漏现象产生。     

高炉炉缸耐火材料应用现状及重要技术指标

 从高炉长寿的角度,讨论了炉缸部位选用优质耐火材料的重要性;介绍了3种高炉炉缸耐火材料,分别是炭砖、刚玉质砖、碳复合砖,并介绍了这3种耐火材料的国内外发展情况;揭示了针对炉缸部位耐火材料的4项重要性能指标作用机理,包括热导率、铁水溶蚀指数、抗炉渣侵蚀性和微气孔化指标,并对比分析了3种耐火材料的上述性能指标。表明碳复合砖的综合性能指标优于炭砖和陶瓷杯;应用在高炉炉缸部位的耐火材料不能追求某一指标的发展,应注重各项指标协调综合提高;碳复合材料是新一代炉缸耐火材料的发展趋势。     

炉缸复合棕刚玉砖蚀损机理的探讨

采用实验模拟和现场取样的方法研究了有害元素对复合棕刚玉砖的蚀损机理,研究表明:复合棕刚玉砖具有较好的抵御渣、铁和Pb、Zn侵蚀渗透的能力,而对碱金属K、Na的抗渗透能力较差,炉缸复合棕刚玉砖蚀损是有害元素共同作用的结果,侵入砖体的顺序依次是K、Na、Zn、Pb.     

关于高炉炉缸长寿的关键问题解析

 高炉长寿化是大型高炉发展的必然趋势,实现高炉长寿的关键在于弄清高炉侵蚀的根本原因。从高炉炉缸侵蚀机理、高炉炉缸象脚型侵蚀原因、高炉炉缸圆周方向侵蚀不均匀性、高炉冷却强度与冷却效率以及高炉炉缸维护技术等5个方面探讨了高炉长寿存在的共性问题,指出高炉炉缸炭砖损毁的本质是碳不饱和铁水对炭砖的溶蚀。具体结果表明,首先,高炉炉缸象脚型侵蚀最严重部位位于高炉炉缸死料柱的根部位置;其次,阐明了直接导致高炉存在不均匀侵蚀的主要原因在于冷却系统的冷却水量和送风系统的风量在高炉周向方向分配不均匀;然后,阐明了冷却系统的作用本质是降低耐火材料热面温度,并提出了高炉冷却强度指数及高炉冷却效率指数;最后,分析了采用无钛矿护炉和钛矿护炉两种模式的高炉炉缸维护技术。