高炉炉缸炭砖保护层的形成机理及影响因素

阐述了高炉炉缸炭砖保护层4种类型(即富铁层、富渣层、富石墨层和富钛层)的形成机理,并用案例印证了炉缸炭砖保护层是4种类型保护层综合作用的结果。重点阐明了影响炉缸炭砖保护层的若干因素,认为:(1)炉缸炭砖保护层形成和稳定的关键是砖衬热面温度,为此必须做好有关冷却系统的设计、建安、护炉及生产维护等工作;(2)要维持与冶炼强度相适应的炉腹煤气量来组织生产,以利于形成稳定的炉缸炭砖保护层;(3)控制好铁水成分,以减缓炭砖保护层的消蚀;(4)提高炉缸死料堆的透气性和透液性,有利于炉缸炭砖保护层的形成和稳定;(5)做好炉前出铁工作,是形成稳定保护层的有效保证。     

高炉炉缸侧壁碳复合砖残余厚度和热面处保护层厚度传热模型分析

山东泰山钢铁集团有限公司（简称泰钢）1号高炉自2019年10月开炉投产以来,炉缸热电偶温度基本保持较低的温度。通过建立一维稳态传热模型计算碳复合砖的残余厚度和热面处保护层的厚度。结果表明,炉缸底部侧壁的碳复合砖侵蚀量较少,炉缸铁口中心线附近碳复合砖侵蚀量较多,高炉炉缸区域未出现“象脚状”侵蚀。高炉炉缸内保护层的厚度随着高度的增加而增大,富铁保护层易在铁口中心线以下形成,富渣保护层易在铁口中心线以上形成。碳复合砖中的主要成分氧化铝几乎不与铁水发生反应,而二氧化硅会与铁水发生反应。铁水渗透进入碳复合砖的临界孔隙为2.030μm,远大于其平均孔隙0.238μm,因此,采用碳复合砖有利于抵抗铁水的侵蚀。     

高炉炉缸形成"蒜头状"侵蚀的分析和对策

高炉炉缸死铁层部位形成“蒜头状”侵蚀是影响高炉炉缸寿命的关键。形成“蒜头状”侵蚀的原因是炉缸失层部位没有持久的渣皮以及砖抗铁水蚀能力差；对策主要是在碳砖砌体热面增加保护层和改善碳砖的有关性能。     

解决传热问题是高炉炉缸实现稳定长寿的核心

通过剖析高炉炉缸结构的传热体系及其变化,从用后炉缸砖衬结构、砖衬背面的气隙、凝铁层、冷却壁壁体热阻和铁水的流动等方面,阐述了影响传热体系平衡的主要因素。重点讨论了在役炉缸砖衬状态的辨析与诊断问题,如砖衬结构中的气隙状态、砖衬实际厚度、砖衬温度的某些"异象"等。认为实现炉缸稳定长寿的两个关键因素,一是要确保砖衬结构稳定有效的传热效果,二是要缓解铁水环流对砖衬表面的冲击效应。     

碳复合砖炉缸无“象脚状”侵蚀现象探究

高义4号高炉开炉运行4年后中修发现,炉缸耐材侵蚀量极小,没有出现"象脚状"侵蚀,关键在于碳复合砖优良的导热性,能够促进碳复合砖热面黏滞保护层的形成,陶瓷相与炉渣良好的润湿性保证了保护层的稳定性,进一步保护砖衬。结合中修期间炉缸炉底侵蚀形貌的观察测量,建立一维稳态传热模型对保护层进行计算,结果表明,保护层沿高度方向分布均匀,厚度约为140 mm,炉缸侧壁与炉底接触部分保护层形成效果较好,厚度范围在180～200mm。     

太钢新建4350 m~3高炉长寿炉缸炉底研究

以太钢新建4 350m3高炉为例,论述了为实现高炉炉缸炉底的长寿,从高炉的设计、选材和砌筑等方面采取的一系列措施。炉缸设计采用"传热法",炉底设计采用"隔热法",炉缸炉底整体设计采用了"扬冷避热梯度布砖法"。炉缸选材使用优质高导热系数的碳砖,为了克服冷却壁与碳砖之间捣打料带来较大热阻,砌筑过程中碳砖采用顶砌冷却壁方式,并且严格控制砖衬宽度;炉壳与冷却壁采用分段灌浆。通过建立炉缸炉底传热数学模型,进一步表明了该高炉炉缸炉底优良的性能,投产后1 150℃等温线位于炉缸砖衬热面附近,有利于渣铁壳的形成;同时碳砖内部温度普遍低于750℃,温度梯度较小,碳砖脆化及热应力对砖衬的破坏作用较轻,为日后实现长寿炉缸炉底创造了必要的条件。     

高炉炉缸积水与炉缸长寿的探讨

从分析高炉炉缸积水来源和积水导致炉缸破损机理入手,重点探讨炉缸积水对炉缸长寿的影响,并提出了防止炉缸积水的措施和炉缸定期有效排水的建议。炉缸积水导致炉缸破损的机理有水蒸气对炭砖的脆化作用、形成气隙破坏炉缸传热体系和导致炉缸异常侵蚀。认为炭砖热面形成稳定的渣铁凝固层是实现炉缸长寿的关键,如果发现炉缸凝固层厚度正在减薄,要及时采取检查水系统、观察和等待、调节炉况等应对措施。     

长钢8号高炉炉缸炉底破损调查及长寿经验

对长钢8号高炉炉缸炉底破损调查及长寿经验进行了总结分析。8号高炉一代炉役寿命9年10个月,单位炉容产铁量10640 t/m³,停炉后进行的炉缸炉底破损调查结果表明,炉缸与炉底交界处侵蚀最为严重,呈象脚状侵蚀,炉缸炭砖部分环裂,炉底5层满铺炭砖完好,炉缸侵蚀的原因主要是铁水环流、铁水溶蚀、有害元素侵蚀和热应力等。8号高炉这一代炉役的长寿经验:一是均衡稳定的生产组织;二是长期稳定顺行的炉况;三是及时采取相应的护炉生产措施,四是合理应用炉体维护技术。     

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。     

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 。     

高炉炉缸长寿智能管理系统的开发与应用

针对当前高炉长寿管理滞后和针对性差的现状,将高炉炉缸工艺设计、传热学理论与高炉操作工艺相结合,开发了一套炉缸长寿智能管理系统。除传统炉缸侵蚀模型的炭砖侵蚀曲线计算功能以外,还具有凝铁层在线监控、炉缸气隙判断、凝铁层减薄原因诊断和给出针对性改善建议4项核心功能。该系统全部模块均进行在线监测、计算、诊断和建议,其关键目的不是计算侵蚀曲线,而是防止炉缸侵蚀的发生,可为做好高炉的长寿管理、延长高炉寿命起到重要作用。     

高炉炉缸含钛保护层物相及TiC0.3N0.7形成机理

基于高炉破损调查取样分析, 借助X射线荧光分析、X射线衍射分析、电子探针分析、扫描电子显微镜结合能谱分析等手段分析了高炉炉缸、炉底不同部位形成的含钛保护层化学成分、物相组成和微观形貌, 并建立正规溶液热力学模型对Ti (C, N)形成的热力学条件进行分析, 然后针对高炉的实际工况, 明晰高炉炉缸TiC_0.3N_0.7形成的条件.结果表明, 高炉炉缸侧壁最薄处炭砖残余厚度仅为200 mm; 炉缸炉底炭砖表面普遍存在含钛保护层, 保护层平均厚度在300~600 mm左右, 高炉炉缸不同部位形成的保护层中Ti(C, N)主要以TiC_0.3N_0.7形式存在, 并与Fe相聚集在一起.Ti (C, N)固溶体实际混合摩尔生成吉布斯自由能显著低于标准混合摩尔生成吉布斯自由能和理想混合摩尔生成吉布斯自由能.在不同温度条件下, TiC和TiN在固溶体中存在的比例不同, 高温时以析出TiC为主, 低温时以析出TiN为主.Ti (C, N)固溶体的形成与高炉热力学状态条件直接相关, TiC_0.3N_0.7在该高炉炉缸中的形成温度为1423℃.      

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。     

方大特钢4号高炉炉缸异常开裂教训

方大特钢4号高炉因炉缸异常开裂被迫停炉,通过调查分析,其最主要原因是Zn对高炉内衬的严重侵蚀破坏作用,其次是碱金属Na的侵蚀和炭砖质量问题,Pb的渗入及渣口一侧冷却壁受损漏水是炉壳开裂过大的原因。此事故的深刻教训:高炉炉缸应采用材质为Q235B、厚度为50mm及以上钢板;新设计高炉取消渣口,炉底设置排Pb口;高炉开炉后应有一定护炉期,形成炉缸保护层;控制原燃料有害元素负荷,做好排Zn、Na、Pb研究工作;高炉炉缸多次开裂时,应有准备并及早彻底处理;采取炉顶加入钛矿结合风口喂线对高炉进行连续针对性护炉,延长高炉寿命。     

京唐2号高炉炉缸侧壁温度异常升高原因分析

炉缸的运行状况对高炉长寿起着决定性作用。首钢京唐2号高炉2017年8月开始炉缸侧壁温度急剧上升,对高炉的正常生产和人员安全提出了严峻考验。炉缸侧壁高温点的位置坐标表明,首钢京唐2号高炉炉缸侧壁温度异常升高的直接原因是炉缸内部铁水环流加剧对炉缸内衬的化学侵蚀和物理冲刷。进一步从铁水成分、炉底温度、铁口深度和铁水流速等因素分析,证实了2号高炉炉缸侧壁温度升高的根源在于炉缸活跃性恶化。此外,较高的硫负荷和焦炭灰分、较低的终渣碱度及水箱漏水等因素也在一定程度上促成了炉缸不活的状态。     

宣钢高炉长寿高效生产实践

阐述宣钢高炉长寿高效生产技术的应用情况及效果,提出适合宣钢原燃料条件下高炉长寿高效生产的合理途径。从施工设计到操作管理,逐渐形成具有宣钢特点的高炉长寿高效生产技术：采用经济合理的“扬冷避热型梯度布砖法”,建立健全中钛冶炼条件下炉缸活跃指数管理机制,严格控制钾、钠、锌等有害元素质量分数,减少炉缸气隙,使高炉实现长寿高效生产。     

长寿高炉炉缸冷却系统的深入探讨

合理的炉缸冷却制度是保证高炉长寿的重要基础,从传热学的角度上对高炉冷却系统进行了深入探讨,分析了高炉炉缸传热数学模型的局限性,根据一维径向传热模型计算表明,增大冷却水流量可降低冷却水温差,但对增强炉缸冷却强度效果甚微。分析了冷却水对高炉炉缸的重要作用在于提高临界热流强度,防止出现核态沸腾和膜态沸腾。在炉缸结构一定的条件下,炉缸导出的热量主要取决于铁水的流动状态及铁水温度,最后给出炉缸砖衬出现缝隙的判定条件。     

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。     

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。