新型爐缸在中型高爐上的應(yīng)用

劉衛(wèi)國，李　綱，李培言

（山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司，新疆維吾爾自治區(qū)　疏勒縣830000）

?

生產(chǎn)技術(shù)

新型爐缸在中型高爐上的應(yīng)用

劉衛(wèi)國，李綱，李培言

（山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司，新疆維吾爾自治區(qū)疏勒縣830000）

摘要：山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司高爐爐缸應(yīng)用SGL炭磚、鐵口區(qū)域應(yīng)用銅冷卻壁和適當(dāng)提高爐缸高度等措施，降低了爐前耐火材料的消耗，達(dá)到高爐長壽的目的，使風(fēng)口小套的實(shí)際使用壽命比設(shè)計(jì)使用壽命延長了近5個(gè)月，每天鐵口的出渣鐵次數(shù)降低2、3爐，降低了爐前操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：高爐；爐缸；SGL炭磚；高爐長壽

1　前　言

爐缸壽命決定了高爐一代爐役的長短，只要爐缸安全工作，高爐就可以繼續(xù)生產(chǎn)；爐缸以上的區(qū)域無論是冷卻壁燒壞或爐皮開裂，都可以通過短期的搶修來維持繼續(xù)生產(chǎn)。近年來，國內(nèi)一批中型高爐達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命，開爐2 a左右，爐缸側(cè)壁溫度超限，甚至發(fā)生爐缸燒穿事故［1］。

大多數(shù)中型高爐爐缸側(cè)壁溫度超上限的位置，侵蝕嚴(yán)重的一般都在爐低炭磚和陶瓷杯墊結(jié)合的側(cè)壁處，這也是爐缸侵蝕的薄弱環(huán)節(jié)。如何解決這一難題是山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司1 080 m3高爐設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2　爐缸侵蝕機(jī)理

高爐爐缸是一個(gè)帶有液態(tài)渣鐵高溫容器，在渣鐵生成和排放過程中始終存在著復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。

1）高溫液態(tài)渣鐵的流動(dòng)沖刷。液態(tài)渣鐵的環(huán)流和爐缸內(nèi)渣鐵液面的升降對爐缸側(cè)壁的機(jī)械磨損和沖刷是主要破壞因素。2）熱應(yīng)力導(dǎo)致耐材的破壞和環(huán)面斷裂。因炭磚的尺寸大，導(dǎo)熱性相對較差，開爐后炭磚內(nèi)外面的溫差較大，炭磚熱面膨脹和冷面膨脹不同步產(chǎn)生熱應(yīng)力，使炭磚容易產(chǎn)生環(huán)面斷裂。3）渣鐵滲透侵蝕。在高壓作用下，流動(dòng)性較好的液態(tài)渣鐵滲透到炭磚氣孔和磚縫，發(fā)生滲碳反應(yīng)生成Fe2C或FeC，進(jìn)一步使氣孔和磚縫擴(kuò)大，破壞炭磚的工作面。4）堿金屬和鋅對耐材的溶蝕。堿金屬和鋅侵入后引起炭磚異常膨脹而產(chǎn)生應(yīng)力，破壞炭磚熱面的穩(wěn)定性，造成炭磚熱面破損［2］。

3　爐缸設(shè)計(jì)思路

為了延長爐缸的使用壽命，結(jié)合新疆地區(qū)的地理氣候條件和原燃料條件，新疆公司高爐設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些新思路。

3.1綜合爐底

本次爐缸設(shè)計(jì)的爐底部分采用水冷爐底+石墨質(zhì)炭磚+半石墨質(zhì)炭磚+超微孔炭磚+剛玉質(zhì)陶瓷杯墊，高爐爐缸設(shè)計(jì)見圖1。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是隨著標(biāo)高的上升每層耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低，最上層使用耐火度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)低的剛玉質(zhì)陶瓷杯墊。剛玉質(zhì)陶瓷杯墊直接與高溫液態(tài)渣鐵接觸，利用剛玉質(zhì)陶瓷杯的特點(diǎn)，既能經(jīng)得住爐缸內(nèi)液態(tài)渣鐵環(huán)流時(shí)的沖刷，又要使?fàn)t缸內(nèi)的熱量不易傳導(dǎo)出去，部分熱量經(jīng)過剛玉質(zhì)陶瓷杯墊傳導(dǎo)出去的也是通過導(dǎo)熱性好、抗熱震穩(wěn)定性好的炭磚迅速傳導(dǎo)到水冷管里的冷卻水并帶走，這樣熱量不會(huì)積聚在爐底，達(dá)到有效保護(hù)爐底的目的。

圖1　新疆公司高爐爐缸設(shè)計(jì)示意圖

3.2采用SGL炭磚

爐缸陶瓷杯墊以上部位的側(cè)壁容易被侵蝕，也是高爐爐缸比較薄弱的區(qū)域。爐缸側(cè)壁采用SGL炭磚+剛玉質(zhì)陶瓷杯壁。剛玉質(zhì)陶瓷杯壁的作用和剛玉質(zhì)陶瓷杯墊相似。SGL炭磚的主要特點(diǎn)：1）鐵含量低。由于鐵是2CO=C+CO2反應(yīng)的催化劑，產(chǎn)生的碳是很脆的沉積物，使氣孔和裂紋擴(kuò)大，加速炭磚的侵蝕，所以控制炭磚中鐵含量。2）抗鐵水滲透性強(qiáng)。SGL在原材料中加入硅粉，硅在高溫焙燒（＞1 400℃，28～42 d）過程中與碳發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的化合物一方面可以填充氣孔，降低氣孔率；另一方面隔斷和封閉氣孔，減小氣孔直徑，提高微孔率。因此，它們具有很強(qiáng)的抗鐵水滲透性能。

3.3鐵口異常侵蝕區(qū)采用銅冷卻壁

鐵口區(qū)域也是爐缸比較容易被侵蝕的區(qū)域。在高爐生產(chǎn)過程中，高溫液態(tài)渣鐵通過鐵口排出，故鐵口區(qū)域的熱負(fù)荷較大，在出鐵過程中還要經(jīng)受高溫液態(tài)渣鐵的侵蝕和高溫煤氣流的沖刷。

針對鐵口工作環(huán)境的特點(diǎn)，在選擇好鐵口區(qū)域耐火材料后，同時(shí)也要有導(dǎo)熱能力強(qiáng)和抗震性能高的冷卻設(shè)備，而銅冷卻壁在鐵口區(qū)域的應(yīng)用是這次爐缸設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之一。在高爐生產(chǎn)過程中，利用銅冷卻壁高導(dǎo)熱性和良好的抗熱震性能的特點(diǎn)，在鐵口區(qū)域的耐材表面形成渣鐵凝固保護(hù)層保護(hù)耐材不受渣鐵的侵蝕和降低耐材的溫度，以降低熱應(yīng)力的破壞作用。

3.4增加爐缸高度

本次設(shè)計(jì)中，增加爐缸高度也是亮點(diǎn)之一，新疆公司高爐較同類型高爐的爐缸高500 mm。適當(dāng)加高爐缸高度，相對提高了死鐵層的厚度，減輕爐缸側(cè)壁受液態(tài)渣鐵環(huán)流沖刷的壓力，有利于保護(hù)爐缸，延長爐缸的工作壽命；其次是擴(kuò)大了爐缸容積，增加渣鐵在爐缸的存儲(chǔ)量，降低高爐在強(qiáng)化冶煉條件下出現(xiàn)“憋風(fēng)”的可能性，降低爐前工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；最后，爐缸高度的提高，相對降低爐缸內(nèi)渣鐵液面的位置，有利于保護(hù)風(fēng)口小套，延長風(fēng)口小套的工作壽命。

4　實(shí)際應(yīng)用情況

2013年3月7日山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司1 080 m3高爐點(diǎn)火投產(chǎn)，截至目前，已穩(wěn)定生產(chǎn)近2.5 a。

1）2015年7月的爐缸陶瓷杯墊處側(cè)壁溫度在100～120℃。

2）2015年7月爐基中心點(diǎn)溫度趨勢在50～60℃，高值比較平穩(wěn)，如圖2所示。圖中出現(xiàn)波浪式曲線與南疆晝夜溫差大、晝夜蒸發(fā)量大導(dǎo)致空氣濕度相差大有關(guān)。

圖2　2015年7月爐基中心點(diǎn)溫度變化趨勢

3）由于爐缸高度的增加，高爐生產(chǎn)2 a多來沒有燒壞過風(fēng)口小套，使風(fēng)口小套的實(shí)際使用壽命比設(shè)計(jì)使用壽命延長了近5個(gè)月左右。

4）爐缸的容積增大，爐缸內(nèi)渣鐵存儲(chǔ)量上升，與國內(nèi)其他中型高爐相比較，每天鐵口的出渣鐵次數(shù)降低2、3爐，不僅降低了爐前耐火材料的消耗，也減輕了爐前操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5　結(jié)　語

這種新型爐缸在萊鋼新疆公司高爐應(yīng)用后，經(jīng)過近2.5 a的實(shí)踐，爐缸各點(diǎn)溫度平穩(wěn)，沒有異常侵蝕的情況發(fā)生，也沒有過風(fēng)口小套燒損現(xiàn)象，說明此類型爐缸設(shè)計(jì)的合理性，達(dá)到高爐長壽的目的，同時(shí)隨著爐缸容積的增大，爐缸內(nèi)渣鐵存儲(chǔ)量上升，每天出渣鐵12爐，較同類型高爐減少3爐左右，降低了生產(chǎn)成本，減輕爐前操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

［1］湯清華.高爐爐缸結(jié)構(gòu)上一些問題的探討［J］.煉鐵，2015（5）：7-10.

［2］程坤明，銀漢.現(xiàn)代高爐爐底爐缸結(jié)構(gòu)［J］.煉鐵，2005（2）：27-29.

Application of New Type of BF Hearth in the Medium Blast Furnace

LIU Weiguo, LI Gang, LI Peiyan

（Shandong Laiwu Iron and Steel Group Xinjiang Co., Ltd., Shule 830000, China）

Abstract:The application of SGL carbon brick, using copper cooling stave in the BF taphole area and increasing the hearth height can reduce the consumption of BF refractories, and prolong the service life of BF. The actual service life of the tuyeres can be extended for about 5 months longer than the service life designed. The slag emissions and iron discharge via taphole were reduced 2 or 3 times a day. The labor intensity of the furnace workers can be reduced.

Key words:blast furnace; BF hearth; SGL carbon bricks; long campaign of blast furnace

中圖分類號：TF573.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-4620（2016）02-0018-02

收稿日期：2015-09-18

作者簡介：劉衛(wèi)國，男，1978年生，2002年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)。現(xiàn)為山鋼集團(tuán)萊蕪鋼鐵新疆有限公司煉鐵作業(yè)區(qū)副經(jīng)理，高級工程師，從事高爐生產(chǎn)、工藝技術(shù)管理工作。