自2015年年底以來,伴隨著高爐經(jīng)濟(jì)料的使用、受市場(chǎng)催動(dòng)高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測(cè)手段相對(duì)落后的情況下,國(guó)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(kuò)大,市場(chǎng)形式影響下高爐檢修等維護(hù)日期的不斷延后,對(duì)高爐爐缸的安全造成很大的威脅。國(guó)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(jìn)行爐缸燒出后的處理和恢復(fù)?小編匯總了1980年以來國(guó)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(shè)計(jì)、操作和維護(hù)提供相對(duì)詳細(xì)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(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、操作和維護(hù)方面,廣大的煉鐵技術(shù)人員和管理人員對(duì)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(jì)料的使用、受市場(chǎng)催動(dòng)高爐產(chǎn)能的不斷提升、高爐操作及監(jiān)測(cè)手段相對(duì)落后的情況下,國(guó)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(kuò)大,市場(chǎng)形式影響下高爐檢修等維護(hù)日期的不斷延后,對(duì)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(shí)層、碳磚、陶瓷杯、黏土磚等,其中,黏土磚在高爐開爐后2個(gè)月內(nèi)脫落。高爐正常生產(chǎn)時(shí)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(hù)層,這就是我們所說的“高爐爐缸自保護(hù)層”。
高爐爐缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
以下針對(duì)國(guó)內(nèi)外典型高爐爐缸燒出案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并對(duì)燒出原因、修復(fù)和維護(hù)等方面進(jìn)行詳細(xì)的說明,為國(guó)內(nèi)外高爐的長(zhǎng)壽提供技術(shù)和數(shù)據(jù)參考。
表1 國(guó)內(nèi)部分高爐爐缸燒出統(tǒng)計(jì)
表2 國(guó)外部分高爐燒出統(tǒng)計(jì)
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(hào)高爐設(shè)計(jì)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(tái)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(zhǎng)立即組織現(xiàn)場(chǎng)人員撤離并迅速減風(fēng)到零(休風(fēng)),同時(shí)通知火警及上報(bào)事故。
20余輛消防車輛于報(bào)警后陸續(xù)到達(dá),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)起火區(qū)域滅火,由于現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)較大,于次日5:40分左右才將現(xiàn)場(chǎng)明火撲滅。
事后確認(rèn):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(chǎng)燒損嚴(yán)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(jì)量?jī)x表電纜、出鐵場(chǎng)天棚、4#爐前炮、開口機(jī)、東場(chǎng)及北場(chǎng)爐前吊車、爐前休息室、電梯等燒損。)
燒出現(xiàn)場(chǎng)
2.3 事故處理
現(xiàn)場(chǎng)積料清理(25/8-20:30—28/8-7:00,總計(jì)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(shè)備檢修人員處理。
燒損部位清理(28/8-7:00—30/8-16:00,總計(jì)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?jiān)?、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(jì)71h)
利用工程剩余的UCAR炭磚重新砌筑,部分炭磚需要現(xiàn)場(chǎng)加工外型,縫隙采用炭質(zhì)泥漿??傆?jì)砌筑11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(jì)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(fēng)前準(zhǔn)備(6/9-15:00—7/9-4:00,總計(jì)13h)
燒出位置修復(fù)
2.4 原因總結(jié)
(1)爐缸冷卻強(qiáng)度不夠。
設(shè)計(jì)爐缸冷卻循環(huán)水量1248m3/h,由于水量少,導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度偏低,不能將熱量及時(shí)傳遞出去,造成內(nèi)部炭磚出現(xiàn)異常侵蝕。此時(shí)二段水溫差經(jīng)常在1.5℃左右,對(duì)應(yīng)的熱流強(qiáng)度在24KW/m2,按照鞍鋼院的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成高導(dǎo)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(wú)法排走的弊端
(2)爐缸部位相應(yīng)溫度檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)設(shè)置偏少,操作人員無(wú)法判斷異常侵蝕情況。
爐缸6層冷卻壁未設(shè)計(jì)水溫差檢測(cè)裝置,導(dǎo)致局部熱流強(qiáng)度過大時(shí),高爐操作人員無(wú)法掌握。爐缸環(huán)炭區(qū)域只設(shè)計(jì)了7層環(huán)炭溫度檢測(cè),尤其在二段部位,只在四個(gè)方向安裝了8點(diǎn)溫度檢測(cè),且都不在侵蝕最嚴(yán)重的鐵口下方,導(dǎo)致無(wú)法掌握該部位的侵蝕情況,導(dǎo)致炭磚侵蝕殆盡并最終燒穿。
(3)爐缸耐材設(shè)計(jì)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(qiáng)度與抗渣鐵侵蝕性能,導(dǎo)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(dǎo)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(hù)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(shí)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(dāng)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(jìn)行加熱固化,呈流態(tài),當(dāng)陶瓷杯破裂后,鐵水容易進(jìn)入磚縫,甚至出現(xiàn)漂移。
2.5 預(yù)防及改進(jìn)
增加爐缸部位冷卻強(qiáng)度
由于設(shè)計(jì)冷卻強(qiáng)度低,為維護(hù)爐缸安全,千方百計(jì)提高爐缸冷卻強(qiáng)度。
(1)原設(shè)計(jì)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(duì)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?fàn)t缸冷卻水量增加到2900-3000m3/h左右。
(3)對(duì)鐵口下方熱流強(qiáng)度較高的冷卻壁預(yù)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(jī)會(huì)壓漿
由于砌筑或生產(chǎn)過程中的熱膨脹現(xiàn)象,會(huì)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(huì)嚴(yán)重降低冷卻效率,致使炭磚熱面外擴(kuò),熔蝕加快。換角度說:只有消除氣塞,冷卻系統(tǒng)才會(huì)發(fā)生作用,將熱量傳遞出來,利于爐缸內(nèi)形成渣鐵保護(hù)層,促進(jìn)爐缸的安全長(zhǎng)壽。
利用檢修停爐機(jī)會(huì),在爐缸區(qū)域冷卻壁之間爐皮開孔(¢15-20mm,孔深到達(dá)炭磚面),用壓漿機(jī)將炭質(zhì)泥漿壓入。
原則:1、壓漿機(jī)壓力應(yīng)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(qiáng)度下降。3、舊孔在下一次檢修過程中可重復(fù)利用
采用釩鈦礦護(hù)爐
采用釩鈦礦護(hù)爐主要是生成高熔點(diǎn)的Ti-C和TiN,沉積在爐缸區(qū)域,進(jìn)而保護(hù)炭磚,減少侵蝕。鞍鋼主要采用天然釩鈦礦、釩鈦球團(tuán)、冷固結(jié)釩鈦球團(tuán)三種原料,具體使用視資源和價(jià)格因素綜合考慮。
加強(qiáng)檢測(cè)
加強(qiáng)對(duì)爐缸炭磚溫度、爐缸各部位水溫差的檢測(cè),給操作者提供更多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,避免各種爐缸事故的發(fā)生無(wú)疑是必要也是必須的。
原則:1、采用一點(diǎn)雙支電偶,以便檢測(cè)炭磚侵蝕情況。2、鉆孔深度進(jìn)入炭磚150mm,兩點(diǎn)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(yán)重的地方是安裝的重點(diǎn)部位。(新3高爐共計(jì)新增電偶檢測(cè)68支,136點(diǎn))
對(duì)新三高爐進(jìn)行超聲波-回波監(jiān)測(cè),是采用應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)方法監(jiān)測(cè)爐況
沿3號(hào)高爐周向布置20條線檢測(cè)線每條檢測(cè)線設(shè)定多達(dá)14個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。
說明:檢測(cè)由加拿大HATCHGON公司進(jìn)行,國(guó)內(nèi)目前上海大學(xué)于要偉教授采用電動(dòng)勢(shì)測(cè)量任由較高的精確度。
制定合理的事故控制預(yù)案
來源:冶金之家