自2015年年底以來,伴隨著高爐經(jīng)濟料的使用、受市場催動高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測手段相對落后的情況下,國內(nèi)高爐頻繁出現(xiàn)爐缸爐底燒出的情況,尤其是2016年以來,隨著產(chǎn)能的不斷擴大,市場形式影響下高爐檢修等維護日期的不斷延后,對高爐爐缸的安全造成很大的威脅。國內(nèi)外高爐出現(xiàn)燒出的情況有哪些?高爐燒出的位置大概率分布在哪里?爐缸燒出的原因是什么?如何進行爐缸燒出后的處理和恢復?小編匯總了1980年以來國內(nèi)部分高爐燒出的情況匯總,希望為廣大煉鐵工作者爐缸設計、操作和維護提供相對詳細的信息。
1 概述
高爐爐缸爐底安全狀態(tài)直接關(guān)系到一代爐役的終結(jié)與否。因此,在設計、監(jiān)測、操作和維護方面,廣大的煉鐵技術(shù)人員和管理人員對高爐爐缸安全非常重視。自2015年年底以來,伴隨著高爐經(jīng)濟料的使用、受市場催動高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測手段相對落后的情況下,國內(nèi)高爐出現(xiàn)爐缸爐底燒出的情況。尤其是2016年以來,隨著產(chǎn)能的不斷擴大,市場形式影響下高爐檢修等維護日期的不斷延后,對高爐爐缸的安全造成很大的威脅。
高爐爐缸由外至內(nèi)通常包括爐皮、搗料層、冷卻壁、搗實層、碳磚、陶瓷杯、黏土磚等,其中,黏土磚在高爐開爐后2個月內(nèi)脫落。高爐正常生產(chǎn)時爐缸鐵水與爐墻陶瓷杯或碳磚之間生成一層爐渣、鐵水、碳磚、含鈦難融物組成的保護層,這就是我們所說的“高爐爐缸自保護層”。
高爐爐缸結(jié)構(gòu)簡圖
以下針對國內(nèi)外典型高爐爐缸燒出案例進行統(tǒng)計,并對燒出原因、修復和維護等方面進行詳細的說明,為國內(nèi)外高爐的長壽提供技術(shù)和數(shù)據(jù)參考。
表1 國內(nèi)部分高爐爐缸燒出統(tǒng)計
表2 國外部分高爐燒出統(tǒng)計
2 鞍鋼新3#高爐爐缸燒穿事故分析
2.1 高爐參數(shù)
新3號高爐設計參數(shù)
2.2 高爐燒出經(jīng)過
2008年8月25日20:30左右,新3高爐處于正常生產(chǎn)狀態(tài),爐內(nèi)各操作參數(shù)全部正常,爐前2#鐵口執(zhí)行出鐵作業(yè)末期,突然在4#鐵口爐臺下方爐缸區(qū)域出現(xiàn)異常響聲并伴有火光,高爐值班工長立即組織現(xiàn)場人員撤離并迅速減風到零(休風),同時通知火警及上報事故。
20余輛消防車輛于報警后陸續(xù)到達,對現(xiàn)場起火區(qū)域滅火,由于現(xiàn)場火勢較大,于次日5:40分左右才將現(xiàn)場明火撲滅。
事后確認:4#鐵口下方爐缸燒穿,大量渣鐵和炙熱的爐料(焦炭、礦石)噴出,現(xiàn)場燒損嚴重(新3高爐本體電纜、煤粉噴吹總線電纜、新2高爐電源電纜、計量儀表電纜、出鐵場天棚、4#爐前炮、開口機、東場及北場爐前吊車、爐前休息室、電梯等燒損。)
燒出現(xiàn)場
2.3 事故處理
現(xiàn)場積料清理(25/8-20:30—28/8-7:00,總計58.5h)
利用挖掘工具和人力,將燒穿區(qū)域大量渣鐵、爐料清理干凈,露出燒穿部位,交付設備檢修人員處理。
燒損部位清理(28/8-7:00—30/8-16:00,總計57h)
割除燒穿區(qū)域燒損的5塊冷卻壁,并清理燒穿部位的殘渣、爐料,摳除部分燒損炭磚,露出砌筑接口。
燒損部位砌筑(30/8-16:00—02/9-15:00,總計71h)
利用工程剩余的UCAR炭磚重新砌筑,部分炭磚需要現(xiàn)場加工外型,縫隙采用炭質(zhì)泥漿??傆嬈鲋?1層,449塊炭磚。
燒損部位冷卻壁安裝、試水(2/9-15:00-6/9-15:00,總計96h)
按圖紙重新制作5塊鑄鐵冷卻壁,焊接安裝,外聯(lián)水管焊接,試壓,通水。
高爐裝料及送風前準備(6/9-15:00—7/9-4:00,總計13h)
燒出位置修復
2.4 原因總結(jié)
(1)爐缸冷卻強度不夠。
設計爐缸冷卻循環(huán)水量1248m3/h,由于水量少,導致冷卻強度偏低,不能將熱量及時傳遞出去,造成內(nèi)部炭磚出現(xiàn)異常侵蝕。此時二段水溫差經(jīng)常在1.5℃左右,對應的熱流強度在24KW/m2,按照鞍鋼院的設計思路,老區(qū)新建2580高爐(7、新4、新5)爐缸冷卻水量都大于3700m3/h。另一方面,環(huán)炭設計成高導熱的UCAR炭磚,更加顯現(xiàn)冷卻水量不足,爐內(nèi)傳遞出來的大量熱量無法排走的弊端
(2)爐缸部位相應溫度檢測點檢測設置偏少,操作人員無法判斷異常侵蝕情況。
爐缸6層冷卻壁未設計水溫差檢測裝置,導致局部熱流強度過大時,高爐操作人員無法掌握。爐缸環(huán)炭區(qū)域只設計了7層環(huán)炭溫度檢測,尤其在二段部位,只在四個方向安裝了8點溫度檢測,且都不在侵蝕最嚴重的鐵口下方,導致無法掌握該部位的侵蝕情況,導致炭磚侵蝕殆盡并最終燒穿。
(3)爐缸耐材設計成陶瓷杯+UCAR小塊環(huán)炭的形式不合理。
高爐爐缸陶瓷杯耐火材料具有較高的強度與抗渣鐵侵蝕性能,導熱性較差,有較大的膨脹系數(shù),在爐缸起的作用是保熱。而小塊碳磚導熱性非常好,主要是通過冷卻系統(tǒng)的熱量傳遞,在表面形成1150℃的鐵水凝固線來保護小塊碳磚,由于很難精確地考慮到陶瓷杯砌體膨脹量與陶瓷杯破損時間,就有可能在高爐開爐不久產(chǎn)生的膨脹力使陶瓷杯砌體迅速損壞或?qū)πK碳磚產(chǎn)生擠壓性破壞;小塊碳磚施工要求留有適當磚縫,其中的漿料炭質(zhì)焦泥的固結(jié)溫度大于400℃,因陶瓷杯砌體的存在,開爐后不能很好的進行加熱固化,呈流態(tài),當陶瓷杯破裂后,鐵水容易進入磚縫,甚至出現(xiàn)漂移。
2.5 預防及改進
增加爐缸部位冷卻強度
由于設計冷卻強度低,為維護爐缸安全,千方百計提高爐缸冷卻強度。
(1)原設計閉路水泵工作2用2備,先期改為3用1備,爐缸冷卻水量由1200m3/h增加到1500m3/h。
(2)在線生產(chǎn)期間對閉路水泵、爐缸供水管線增容改造。水泵流量由2700m3/h增容到3200m3/h,并新增2條爐缸供水管線,使爐缸冷卻水量增加到2900-3000m3/h左右。
(3)對鐵口下方熱流強度較高的冷卻壁預留高壓工業(yè)水支管(1.6MPa)。
(4)鐵口區(qū)域下方爐皮噴淋水冷卻。
利用檢修機會壓漿
由于砌筑或生產(chǎn)過程中的熱膨脹現(xiàn)象,會在爐皮與冷卻壁間以及冷卻壁與爐缸炭磚之間產(chǎn)生氣塞,尤其在冷卻壁與炭磚之間的氣塞,會嚴重降低冷卻效率,致使炭磚熱面外擴,熔蝕加快。換角度說:只有消除氣塞,冷卻系統(tǒng)才會發(fā)生作用,將熱量傳遞出來,利于爐缸內(nèi)形成渣鐵保護層,促進爐缸的安全長壽。
利用檢修停爐機會,在爐缸區(qū)域冷卻壁之間爐皮開孔(¢15-20mm,孔深到達炭磚面),用壓漿機將炭質(zhì)泥漿壓入。
原則:1、壓漿機壓力應控制小于2.0MPa,否則容易造成炭磚內(nèi)移或冷卻壁變形破損。2、開孔不宜過密集,否則易造成爐皮強度下降。3、舊孔在下一次檢修過程中可重復利用
采用釩鈦礦護爐
采用釩鈦礦護爐主要是生成高熔點的Ti-C和TiN,沉積在爐缸區(qū)域,進而保護炭磚,減少侵蝕。鞍鋼主要采用天然釩鈦礦、釩鈦球團、冷固結(jié)釩鈦球團三種原料,具體使用視資源和價格因素綜合考慮。
加強檢測
加強對爐缸炭磚溫度、爐缸各部位水溫差的檢測,給操作者提供更多的基礎數(shù)據(jù),對及時采取應對措施,避免各種爐缸事故的發(fā)生無疑是必要也是必須的。
原則:1、采用一點雙支電偶,以便檢測炭磚侵蝕情況。2、鉆孔深度進入炭磚150mm,兩點電偶深度分別為50mm和150mm。3、鐵口區(qū)域尤其鐵口下方侵蝕嚴重的地方是安裝的重點部位。(新3高爐共計新增電偶檢測68支,136點)
對新三高爐進行超聲波-回波監(jiān)測,是采用應力波無損檢測方法監(jiān)測爐況
沿3號高爐周向布置20條線檢測線每條檢測線設定多達14個檢測點。
說明:檢測由加拿大HATCHGON公司進行,國內(nèi)目前上海大學于要偉教授采用電動勢測量任由較高的精確度。
制定合理的事故控制預案
來源:冶金之家