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高炉炉缸碳砖 局部温度升高的治理措施及其探讨

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发布时间:2020-03-18 浏览量:50885
孙志红 华松 姜志山

本研究通过对高炉炉缸碳砖局部温度升高的现象的分析,从传热学的角度探讨炉衬隐患的形成机理,有针对性地提出解决方案,配合专业的机具,采用流动性好的高导热压入材料、科学的施工工艺、完善的操作规程,实际应用到国内的高炉维护中,取得了明显的效果。

高炉炉缸碳砖局部温度升高的情况时有发生,特别是中小型高炉。有基建施工质量和材料的原因,也有设备、高炉操作和炉料的原因。炉衬工作温度升高会加速碳砖的损坏,为了炼铁系统高效生产和高炉的长寿,本文从生产操作和设备维护的角度,共同探讨有效的应对措施。

炉缸碳砖温度过高情况分析和治理方案
高炉投产一段时间后,由于陶瓷杯垫被消耗,炉缸部位的碳砖直接承受铁水的侵蚀和冲刷,局部可能有所损毁(炉缸底部呈蒜头形凹进)和产生裂纹,使碳砖内的温度梯度增加,高温区向炉外方向移动;另外因为环形碳砖与冷却壁之间填充的炭捣料经过长时间干馏也可能产生收缩,特别是如果高炉修建时炭捣料捣打不密实,更容易产生疏松,在炭捣料层形成气体间隙,严重影响冷却壁对碳砖的冷却效果(气体的热阻是致密炭捣料的 200 倍)。排除冷却壁损坏的因素,碳砖内置的热电偶监测温度高于正常温度的原因主要由这两种情况引起。

炉缸碳砖温度过高,炉衬工作条件恶化,损坏加快,影响高炉的长寿和设备的安全运行。各生产厂家都在寻找有效的措施,遏制碳砖温度升高的趋势,在隐患初期进行治理,确保设备能安全高效运行,强化冶炼。

一般情况下,通过观察冷却壁进出水的温差,可大致判断碳砖局部温度升高的原因。进出水温差高于正常部位的,应该是碳砖被侵蚀变薄使热流强度增大引起;进出水温差低于正常部位时,应该是炭捣料收缩产生气体间隙增加热阻引起。两种因素兼而有之时,进出水的温差变化可能互相抵消,变化不确定。

对于前一种情况,应建议高炉生产操作上采取用钒钛矿护炉措施,增加炉缸内的溶液黏度,以利于在碳砖表面形成一定厚度的保护层,避免碳砖的进一步侵蚀,使高温区向炉内方向移动;对于后一种情况,可采取冷却壁热面灌浆措施消除炭捣料层内的气体间隙,改善冷却壁对碳砖的冷却效果。有必要时,两种措施同时采用,达到降低炉缸碳砖温度的目的。

冷却壁热面灌浆措施是在炉缸碳砖温度过高的部位,找准两块冷却壁之间的铁屑填料填缝位置,用磁力钻在炉壳上开孔后,用冲击钻钻透铁屑填料层,达到炭捣料层;然后用负压引射器吸出孔内堵塞的碎屑,使灌浆管路畅通。采用高导热的炉缸、炉底专用碳质压入泥浆对冷却壁冷热面同时灌浆,填充冷却壁热面的炭捣料层的气隙,提高冷却壁对碳砖的冷却强度。

HXCJ-1 碳质压入泥浆是昊兴耐火炉料有限公司针对热面灌浆部位对材质的需求,优化碳质无水压入泥浆的配方,采用高纯人造石墨粉料和挥发低、流动性好的结合剂制造,提高了材料的导热系数和炉内残留量,最
大程度地填充炭捣料里的气隙,使炭捣料层形成致密的整体,达到改善传热的效果。

碳质无水压入料用于炉底、炉缸部位,高铝质无水压入料用于风口以上区域,性能指标见表 1。


工程应用实例

国内某钢铁公司 2 号高炉有效容积为 1780 立方米,设有 26 个风口,双出铁口。该炉于 2012 年 3 月 20 日点火投产,到 2014 年 1 月份时,这座高炉北出铁口右侧及南北出铁口附近碳砖温度均有不同程度的升高,温度异常部位的测温最高达 424 摄氏度,如果进一步恶化,会影响高炉炉衬的寿命。为防止安全事故发生,温度异常部位的温度需要下降到 300 摄氏度以下。
由于高炉投产时间已近两年,陶瓷杯垫基本不存在。温度升高部位的碳砖也存在直接承受铁水的侵蚀和冲刷,局部可能有所损毁和产生裂纹;环形碳砖与冷却壁之间填充的炭捣料也可能产生收缩,形成气隙,影响冷却壁对炉衬的冷却效果。基于这种判断,这次治理以炉缸内灌浆措施为主,因相应部位的冷却壁进出水水温差比正常部位有所升高(约 0.3 摄氏度),所以同时建议高炉生产操作采用钒钛矿护炉措施。
高炉休风时,在炉缸碳砖温度升高点周围,找准冷却壁填缝位置开孔,用冲击钻打穿铁屑填料,到达冷却壁热面,用负压引射器吸出孔内堵塞的碎屑,使灌浆管路畅通,采用高导热的炉缸、炉底专用碳质压入泥浆

HXCJ-1 对冷却壁冷热面同时灌浆(压力不大于 0.7 兆帕),填充冷却壁热面的炭捣料的气隙。

灌浆开孔位置如下:在南北出铁口右侧炉缸碳砖温度高的部位,即二段、三段、四段各开两个灌浆孔,两铁口中间位置也开一个灌浆孔。


施工作业过程

施工作业顺序如下:
高炉生产操作已采用钒钛矿护炉措施,施工前一天压浆机到位,所需主辅材料全部运到高炉现场,并组织设备试车。
高炉休风后即开始进行炉壳灌浆孔的开孔工作,冲击钻钻孔深度约 240 毫米,以到达炭捣料层为准;所有灌浆孔开孔、焊接灌浆短管并安装球阀后,可开始灌浆作业;
灌浆前保证所有灌浆管球阀处于打开位置;

首先从北铁口(两铁口可根据具体施工进度任选其一)开始灌浆压入,灌浆顺序由低向高,注意观察邻近的灌浆孔,如相邻灌浆孔溢浆,应立即关闭溢浆孔的球阀。

继续施工,如两铁口中间的灌浆孔已溢浆,则关闭连接的灌浆孔球阀,换另一个孔继续压入;

采取同样方法进行南铁口压入;

铁口区域压入完毕后,开始进行炉缸其它部位压入;

所有灌浆孔溢浆、各压入孔都达到规定压力后,压入施工结束,关闭所有灌浆孔球阀,拆下压浆机连接管道;

为了不影响高炉预定时间送风,除两铁口区域外,其余部位可在送风后进行在线压浆施工;

灌浆结束后,清理现场,做好收尾工作。

施工时注意事项

为了保证不破坏炉壳强度,炉壳灌浆作业开孔位置与炉壳焊缝距离不得小于开孔孔径的 1.5 倍;
灌浆作业前必须确认所有管道、阀门联接牢固,严防灌浆时崩开伤人;
灌浆按照方案严格控制灌浆压力,严禁超压灌浆;
更换新灌浆孔灌浆时,必须确认压浆机连接管道和灌浆孔连接牢固时方可打开灌浆孔球阀,灌浆孔对面严禁站人,以免发生意外时伤人;
灌浆作业中,必须安排专人检查(双方指定专人负责)、监控高炉周围状况,发现有焊缝溢浆现象立即停止压入,改换其它部位压入(重点观察风口、铁口区域)。
灌浆作业时,如相邻灌浆孔未溢浆,但已达到规定压力,则应停止压入,进行保压,等压力下降后再次压入,反复 3 次后停止该灌浆孔的压入,换到新灌浆孔作业;
灌浆过程中,送风支管窥视孔大盖必须处于打开状态,风口堵泥。
灌浆作业结束后,温度异常部位的温度降至 280 摄氏度以下,连续观察 3 个月,至今无反弹,取得良好应用效果。



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