萊鋼2#高爐爐底爐缸侵蝕分析與長壽改造

孫建設，陳 偉，張紅啟，張均賓

（山鋼股份萊蕪分公司，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

萊鋼煉鐵廠2#高爐（933 m3）于2006年5月28日投產，爐底結構1～5層為半石墨質焙燒炭塊，6、7層為復合棕剛玉磚，爐底為工業水冷卻；爐缸側壁為模壓小炭塊結構。因爐缸側壁溫度上升異常，存在燒穿隱患，2011年5 月16 日停爐大修，總計產生鐵403.7 萬t，單位爐容產鐵4486 t/m3。根據后期護爐和停爐后的情況分析，從耐材質量、冷卻強度、結構設計和測溫監控方面進行了針對性長壽改造。

2 爐缸爐底的侵蝕狀況

2.1 生產中爐缸爐底的侵蝕狀況

開爐后，因爐底溫度升高，分別于2008年1月、4月先后兩次實施了爐底穿管強化冷卻，使爐底溫度得到有效控制；同時，于2008年初增設14 點爐缸側壁測溫，插入炭磚深度50 mm。

2009年11 月，爐缸側壁溫度出現逐步上升情況。11 月8 日，27～28 組（6799 mm）部位熱電偶溫度上升至500 ℃；2010年5月13日，此點溫度上升至537 ℃。利用檢修增加爐缸側壁溫度檢測點。在操作上，采取了常堵1 個風口控制冶強的初步護爐措施。2010年9 月19 日，檢修增加爐缸側壁測溫電偶，發現爐缸6、7 層環形炭磚部位，3、4 組冷卻壁與21、22組冷卻壁對應的爐缸高點溫度分別達到638、609 ℃。9 月22 日進行了風口布局調整，風口面積由0.204 m2調整至0.183 m2，冶強降低10%，進入護爐生產階段。2010年9 月19 日—2011年5 月停爐，爐缸側壁溫度變化情況見圖1。

2.2 停爐后爐缸爐底的侵蝕狀況

圖1 2#爐爐缸環形炭磚部位側壁溫度變化趨勢

2011年5月16日停爐大修后，觀察爐缸環形炭磚上部模壓小炭塊位置，搗打層及第1 層小炭塊部分完整，距冷卻壁熱面350～550 mm處，見明顯堿金屬侵蝕造成的炭磚粉化情況，但550 mm處仍存在部分完整炭塊。

爐缸環形炭磚部位侵蝕較為嚴重，象腳侵蝕明顯，侵蝕嚴重部位與爐缸側壁熱電偶監測溫度高點對應。東北方向侵蝕最嚴重，冷卻壁熱面至鈦化物層約450 mm，冷卻壁熱面至完整炭磚300 mm。環形炭磚剩余部分與護爐鈦化物結合致密，強度較高。堿金屬侵蝕粉化層距冷卻壁100～250 mm，部分搗料層受到堿蝕影響出現粉化。

爐底炭磚整體呈現鍋底狀侵蝕狀態。殘鐵層與上部炭磚融合，陶瓷杯墊已無法分辨。第5 層炭磚邊緣部分尚可分離，距冷卻壁0.6 m后侵蝕加劇，與第3、4層炭磚結合致密，內部逐漸連為一體，不可分離。采用大型機具多次對其破拆無效，鉆孔爆破出現整體輕微位移，但無法吊運，被迫對殘鐵炭磚結合層采用氧氣燒割分塊后再爆破的方式。燒割殘鐵過程中發現，越至中心，結合體越厚，切割1 m深，用爆破的方式也無法將其斷開。切割至1.2～1.5 m 深，多次爆破才將其炸斷。中心部分爆破后，結合層底部直至2層炭磚部位。

爐底第2層炭磚出現明顯堿金屬侵蝕情況。第2層邊緣部位炭磚外觀良好，但距離冷卻壁2.5 m處出現堿蝕粉化層，從炭磚立面可見逐步向下延伸至1、2 層結合面，1 層炭磚中心部位出現部分粉化情況。根據拆除過程中實際測量，爐缸爐底侵蝕情況如圖2所示。

圖2 爐缸爐底侵蝕狀況

2.3 侵蝕狀況分析

在2#高爐爐缸爐底拆除過程中，結合現場情況與測量數據判斷爐缸出現象腳侵蝕，爐底存在鍋底狀侵蝕。爐缸邊緣東北方向、西南方向象腳侵蝕較為嚴重，和爐缸側壁熱電偶溫度監測高點相對應，同時發現邊緣環炭存在滲鐵和環裂，分析認為與陶瓷杯受熱膨脹和環炭膨脹縫偏小有關。

在爐體東側偏北環炭拆除中，發現一處鈦化物穿過炭磚在粉化層部位形成拳頭大小的沉積物。2009年底最早發現的東北側局部高點（27～28 組，6799 mm）在后期護爐中出現下行，溫度穩定在330 ℃左右，與其有一定關系。

爐底存在的鍋底狀侵蝕與開爐后爐底溫度升高異常相對應，在爐底1 層炭磚采取穿管強化冷卻的措施后得以緩解。分析認為與爐底搗料層導熱性差、爐底熱量難以及時導出及出現炭磚高溫侵蝕有關。

3 高爐長壽改造及效果

2#高爐根據上代爐役爐缸爐底結構在生產過程中的表現，對爐缸耐材砌筑參數進行優化，增大爐缸爐底軟水循環量，提高冷卻強度。針對不定型耐材，包括搗打料、泥漿等的導熱性能和炭磚存在很大差異的情況，在爐缸部位采用高導熱炭磚頂砌的方式，環形炭磚采用導熱性能優良、抗渣抗堿的優質耐材，促進等溫線移至爐缸內部。耐材采購優選技術能力強、質量過硬的耐材廠家，采用大炭塊、提高炭磚加工精度等以減少環裂、滲鐵現象。爐缸爐底砌筑過程中預埋測溫電偶，用以監測爐缸爐底侵蝕狀態，完善爐底侵蝕監測系統。

2011年7 月投產后，爐缸側壁溫度上升較快，1周后上升趨勢明顯趨緩，約1個月后溫度基本穩定，6660 mm標高位置溫度在70 ℃左右，7061 mm標高位置溫度在73 ℃左右，7461 mm 標高位置溫度在90 ℃左右。5 個月后，爐底第3 層炭磚中心點溫度穩定在300～320 ℃，22 個月后仍保持在此溫度區域。爐缸爐底長壽改造取得階段目標效果。

4 結 語

1）耐材質量，尤其是耐材中的不定型耐材是長壽耐材影響因素中的短板，搗打料、泥漿的性能對高爐的長壽有著同等重要的影響。導熱、抗渣、抗堿、抗鐵水溶蝕、線膨脹等關鍵指標為選擇炭磚的依據，優質炭磚可防止環裂、滲鐵、堿蝕等。因此在高爐長壽上必須采取優質耐材，關鍵指標滿足設計要求。

2）增加爐缸爐底部位冷卻強度。爐底爐缸炭磚被鐵水或堿金屬侵蝕程度與爐內等溫線息息相關，增強爐缸爐底部位冷卻強度，促進等溫線合理內移，能夠有效保護炭磚，延長高爐壽命。

3）優化爐缸爐底的結構設計。高爐長壽結構設計重點在于對爐缸爐底等溫線的控制。鐵水熔融和堿蝕在此次大修爐缸爐底拆除過程中表現明顯，通過合理的結構設計控制鐵水熔融等溫線和堿蝕溫度帶在爐缸爐底的合理分布，對安全生產和高爐長壽具有重要作用。

4）爐缸爐底檢測方式。爐缸爐底檢測熱電偶溫度和爐內的侵蝕情況、溫度分布有著很強的相關性，是很好的爐缸爐底侵蝕情況監控方式。因此，在開爐設計上要充分考慮布局的合理性，為指導高爐安全生產提供充分的數據參考依據。