1800 m~3高炉炉缸炭砖侵蚀调查及机制分析

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。     

包钢3号高炉炉缸炉底破损调查

对包钢3号高炉炉缸炉底破损状况进行了调查,并对炉缸炉底的侵蚀原因进行了分析。结果表明:炉缸炉底存在"象脚状"侵蚀,侵蚀部位在炉缸炉底交界处,侵蚀的最薄处炭砖残存厚度只有400mm,侵蚀了800mm;风口下方砖衬侵蚀较为严重,风口下方6层大炭砖环裂较为明显,环裂是造成高炉大炭砖破损的主要形式;炉缸自上而下的黏结物中都有碱金属、锌等有害元素的存在,有害元素大量沉积、渗透侵蚀和炭砖体积膨胀是3号高炉炉缸破损的重要原因。     

鞍钢新1号高炉炉缸内衬破损调查

鞍钢新1号高炉生产7年零9个月后,在休风灌浆过程中发生炉缸渗铁事故。利用炉缸换衬机会进行了破损调查,取不同部位的残存炭砖、渣皮和黏结物进行理化性能检测,分析碱金属和锌在炉缸内衬的分布状况及钒钛矿护炉效果。结果表明,高炉炉缸炭砖异常侵蚀的主要原因有:炉缸冷却水量不足,冷却壁水管规格小,内衬温度监测点少;炭砖耐氧化侵蚀指标低;微孔炭砖小于1μm孔容积百分率指标偏低;碱金属和Zn的化学侵蚀。     

动态渣铁对高炉炉缸陶瓷杯和炭砖的侵蚀

以高炉炉缸常见的2种陶瓷杯和2种高导热炭砖为例,模拟高炉炉缸渣铁流动环境,进行动态渣铁侵蚀试验。从试样的宏观形貌、侵蚀质量、微观结构等方面研究了渣铁对陶瓷杯和炭砖不同的侵蚀作用,对不同的侵蚀区域进行了划分和讨论。研究发现:炉缸砖衬不可避免地会受到直接接触的液态渣铁的侵蚀,对于陶瓷杯,在"渣铁侵蚀区"的侵蚀最为严重,而炭砖的侵蚀较为均匀,不存在"渣铁侵蚀区";试样转速由25r/min提高到50r/min,试样的侵蚀加重,可见渣铁的环流作用会加剧炉缸砖衬的侵蚀。为了抑制渣铁对炉缸砖衬的侵蚀,必须提高砖衬抗渣铁侵蚀能力,同时应维持合理的渣铁流动,减弱炉缸渣铁的环流作用。     

武钢1号高炉炉缸破损调查及炭砖侵蚀机理

掌握武钢1号高炉炉缸的侵蚀状态，明确炭砖的破坏过程及其侵蚀机理，对指导高炉操作、延长高炉使用寿命具有重要意义。通过钻芯取样对武钢1号高炉炉缸开展了破损调查，采用化学分析、光镜、电镜等手段研究了炉缸残余炭砖的侵蚀特性。结果表明，武钢1号高炉炉缸整体呈“锅底”状侵蚀，近铁口区域的侵蚀相对非铁口区更加严重，自铁口中心线向下，残余炭砖的完好层长度逐渐变短，破损层长度逐渐变长。有害元素K在炭砖内的存在形式为硅铝酸盐，Zn和Na元素在炭砖内的存在形式主要为氧化物，Pb元素在炭砖内的存在形式为硫化物。沿着炉缸半径方向，残余炭砖的体密度先增大后减小，在有害元素富集区域达到最大。炭砖结构被破坏主要原因是热应力、有害元素的富集和铁水渗透。     

鞍钢高炉炉缸炭砖的应用探讨

对鞍钢不同炉役阶段高炉炉缸炭砖选型、砌筑情况进行了阐述,分析了不同类型炭砖高炉炉内使用效果和侵蚀状况。从炉缸炭砖破损的状况来看,渗铁、铁水溶蚀及冲刷、裂纹现象、锌及碱金属侵蚀等,是鞍钢高炉炉缸炭砖破损的主要原因。依据鞍钢多座高炉成功的生产经验,认为合理选用炭砖型号、严格监管砌筑质量、控制有害元素入炉、减少炉况波动等,是延长炉缸炭砖使用寿命的关键。     

湘钢1号高炉炉缸破损调查研究

在湘钢1号高炉停炉大修过程中,对炉缸进行了侵蚀测量和自上而下取样分析,重点对炉缸炭砖热面黏结物的物相组成和炭砖脆化层的形成机理进行分析。结果表明:炉缸自上而下的黏结物中都有锌、碱金属等有害元素存在,锌在铁口以上主要以鳞片状形式黏附在黏结物上,对炉缸炭砖具有一定的保护作用,而在铁口以下主要是通过铁水侵入炭砖空隙,在炭砖内膨胀破坏炭砖结构;炭砖脆化层的产生,主要是由铁水渗入、有害元素侵蚀和热应力破坏共同作用的结果 。     

高炉炉缸炭砖砌筑结构的传热学

 从传热学角度通过建立炉缸传热数学模型,分别对大块炭砖的炉缸结构和小块炭砖的炉缸结构进行了讨论。计算了它们在烘炉阶段和高炉开炉后炉缸砖衬的温度,发现了按照目前的烘炉规范进行烘炉,难以将炭砖与冷却壁间的填料烘干,填料的导热系数达不到设计值。填料的存在导致砖衬热面温度升高,致使砖衬侵蚀加剧。因此,在冷却壁与炭砖之间取消填料,让炭砖直接顶砌冷却壁具有明显的传热优势。对于使用小块炭砖的炉缸,可以直接将炭砖顶砌冷却壁,消灭填料对炉缸传热的限制影响;对于大块炭砖结构的炉缸,先采用部分小块炭砖顶砌冷却壁,在小块与大块炭砖间使用填料,将填料向高炉内部推移约200mm以上,烘炉阶段为了将填料烘干,冷却壁断水烘炉是必需的,为了保证冷却壁的安全,同时讨论了冷却壁断水烘炉应注意的问题。     

建龙2号高炉炉缸破损调查与侵蚀机理研究

为防止炉缸炉底烧穿事故的发生,黑龙江建龙2号高炉生产7年零9个月后停炉大修。在高炉炉缸不同高度耐火砖、沉积物进行了调查取样,通过SEM—EDS、XRD、化学分析等手段,对耐火砖和沉积物的微观形貌、物相组成和化学成分进行了分析,认为炉缸炭砖侵蚀是热应力和化学侵蚀综合作用的结果。建议采用性能更加优越的微孔刚玉砖和抗铁水溶蚀性能较好的微孔炭砖,防止铁水渗透和碱金属等有害元素对炭砖的化学侵蚀,从而减缓炉缸炭砖的侵蚀速度,以实现高炉长寿。     

济钢1750m~3高炉炉缸侵蚀情况分析

通过对生产条件及炉缸结构相同的济钢1#、3#1 750 m3高炉炉缸侵蚀情况进行调查,发现1#高炉炉缸呈浅锅底—象脚状侵蚀,扒炉实测表明,炉缸、炉底交接处侵蚀最为严重,炭砖残存厚度最薄处仅为300 mm;3#高炉铁口附近炭砖出现不同程度裂纹,侵蚀严重处炭砖残存厚度600 mm。建议考虑炭砖的微孔度,使用高可靠性热电偶,降低炉底冷却水流量,增加炉缸冷却水流量等,以提高高炉寿命。     

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、钾和硫侵蚀外,受锌侵蚀也较为严重,但锌的侵蚀深度小于铁、钾和硫的侵蚀深度;出铁口区炭砖主要受锌和硫侵蚀,该区炭砖附近存在串气现象,炭砖表层有裂纹,裂纹处主要为锌和硫。炭砖芯部存在混料不均现象,其将导致碳砖随着炉缸温度和压力的变化而产生裂纹。     

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。     

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。     

锌与高炉砖衬反应的试验研究

为了比较不同高炉砖衬的抗锌能力,选用炭砖、高铝砖进行了锌与高炉砖衬反应的试验研究。试验结果表明:1)1 100℃、920℃及锌先扩散渗透后氧化试验结果均表明,锌与高铝砖发生化学反应,对高铝砖有较强的破坏作用,对炭砖的破坏作用则比较小;2)对2种高锌含量炭砖抗碱试验表明,2种炭砖抗碱性极差,说明锌的存在对炭砖的碱侵蚀有较强的促进作用;3)锌氧化试验结果表明,锌在500~1 100℃范围内,在二氧化碳气氛下,可以发生氧化反应生成氧化锌,产生体积膨胀,导致高炉砖衬的破坏。     

Carburizing performance and kinetics of carbon sources in blast furnace hearth

It is of great significance to improve the carbon saturation of molten iron which weakens the erosion of sidewall carbon bricks, so as to realize the hearth longevity. Carburizing properties of various carbon sources in molten iron by static method was systematically investigated. The apparent reaction rate constant K of samples was calculated. The results show that the carburizing properties of different carbon sources from strong to weak are NMA carbon brick > carbon rod > pulverized coal > coke > 9RDN carbon brick. The carburizing performance of carbon sources decreases with the increase in its graphitization degree. Ash has a negative effect on the carburizing performance of carbon sources, but ash in the form of agglomerated large particles cannot weaken the carburizing performance of carbon sources. The Al2O3 phase can obviously degrade the carburizing performance of carbon sources. The 9RDN carbon bricks with low carburizing properties can be adapted to more complex furnace conditions. The carburizing properties of pulverized coal and coke are relatively weak. When the pulverized coal and coke powder formed in the tuyere raceway enter the hearth, the porosity of the deadman will be reduced, resulting in hearth inactivity and frequent fluctuation of furnace condition, and it is not conducive to the carburization of the deadman. Therefore, it is necessary to properly improve the coke particle size and increase the air volume for weakening the negative effects of unburned coal powder and coke powder on the longevity of the hearth sidewall carbon bricks.     

高炉炉缸碳源渗碳性能及动力学

摘要：提高铁水碳饱和度,减弱侧壁炭砖侵蚀,实现炉缸长寿对高炉炼铁具有重要意义。利用静态法系统地研究了高炉系统中进入炉缸铁水的碳源的渗碳性能,并计算了表观反应速率常数K。研究结果表明,不同碳源的渗碳性能由强到弱为：NMA炭砖>碳棒>煤粉>焦炭>9RDN炭砖。碳源的渗碳性能随其石墨化程度的升高而降低。碳源中的灰分会极大影响其渗碳性能,但以团聚大颗粒形式存在的灰分并不能减弱其渗碳能力,同时Al2O3可明显降低碳源的渗碳速率。9RDN炭砖的渗碳性能低,预示着其可适应更加复杂的炉况条件。煤粉和焦炭渗碳性能偏差,煤粉以及炉料下行过程形成的焦粉进入炉缸会降低死料柱空隙度,造成炉缸不活跃,使得炉况波动频繁,并不利于死料柱渗碳和侧壁保护层的稳定。因此,要适当提升入炉焦炭粒度,增大风量,减弱未燃煤粉及焦粉对炉缸侧壁炭砖长寿的负面影响。     

武钢高炉风口组合砖材质的改进

武钢4号高炉风口组合砖材质为陶瓷结合的刚玉莫来石砖,其透气度很高,由于碱金属的入侵和锌的沉积不断产生体积膨胀,使风口上翘。微孔刚玉砖具备优良抗碱性、抗炉渣侵蚀性和热震稳定性,并且是碳结合微孔砖,很适合用于风口组合砖,武钢5号高炉大修和新建的8号高炉将风口组合砖由刚玉莫来石砖改为微孔刚玉砖,目前的使用效果良好。     

武钢8号高炉炉体系统设计特点

对武钢8号高炉炉体系统的设计进行总结,根据武钢现役高炉的设计和生产经验,对现役高炉存在的问题和原因进行了分析,对8号高炉炉体系统的设计方案进行了论证和优化。     

莱钢3^#高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟

莱钢3^#高炉的结构设计采用“陶瓷杯＋热模压小块碳砖”相结合的复合炉缸炉底结构,炉底采用低导热系数的陶瓷材料,炉缸侧壁为较薄的陶瓷杯＋UCAR／小块碳砖结构＋铜冷却壁结构。通过对炉缸炉底温度场及热应力计算可知,1150℃与870℃等温线处于陶瓷层内,减小了发生“蒜头状”侵蚀及碳砖脆化的可能;使用陶瓷材料也避免了热应力对炉缸炉底的侵蚀破坏。     

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。