某鋼鐵廠2號高爐爐缸異常侵蝕分析

孫華平，高成云（中冶華天工程技術有限公司，安徽馬鞍山243002）

某鋼鐵廠2號高爐爐缸異常侵蝕分析

孫華平，高成云（中冶華天工程技術有限公司，安徽馬鞍山243002）

[摘要]針對某鋼鐵廠2號高爐爐缸異常侵蝕的問題，根據現場生產檢測數據，對爐底爐缸溫度場進行模擬計算，分析出高爐鐵水Mn含量高，鐵水流動性強，冶煉強度高為主要侵蝕原因。通過添加含鈦球團護爐、控制鐵水成分、減少出鐵次數等措施，使爐底爐缸各測點溫度總體趨降，內襯狀態維持良好，保證了生產的穩定順行。

[關鍵詞]高爐；爐缸；侵蝕；傳熱模型

1　引言

某鋼鐵廠2號高爐設計爐容1 000 m3，該高爐設計2個鐵口、20個風口；爐底、爐缸采用“陶瓷杯垣炭磚”復合結構，爐底第一、二、三層為半石墨化低氣孔率焙燒炭磚，第四層為微孔炭磚，陶瓷杯采用塑性相結合剛玉莫來石磚（實際使用的材質為剛玉莫來石），爐底、爐缸外側下部采用微孔炭磚，風口帶采用塑性相結合剛玉莫來石組合磚結構；爐底采用水冷管冷卻，爐缸、爐身中上部采用含鉻灰口鑄鐵冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身下部采用鑲磚鑄鋼冷卻壁，爐喉鋼磚采用兩段式水冷結構；本體冷卻壁、爐底水冷管等采用軟水閉路循環冷卻，風口小套高壓工業凈循環水。

2　生產情況

2號高爐2011年8月投產，生產狀態良好。自投產以來平均利用系數達3.01 t/m3·d，風溫1 216益，焦比365 kg/t（含焦丁），煤比175 kg/t，富氧2.47%，爐頂壓力198 kPa，風速210 m/s，礦石綜合品位53.94%。高爐爐底爐缸結構圖見圖1。

2013年2月17日發現爐底犖7.190 m（“象腳”部位）內環西側電偶溫度達到1 150益。針對爐底“象腳”部位溫度持續升高，鐵廠采取果斷措施，如堵11#、12#風口，改變兩個鐵口出鐵制度（西鐵口出1次、東鐵口出2次），高爐生產加含鈦球團護爐等，2013年2月24日開始，該點溫度已降至1 000益以下，如此同時該標高上的內環北面電偶溫度也從最高點915益開始下降，到2013年2月26日該兩點的溫度均在900~910益。

3　現場檢測數據分析

現將2號高爐投產以來的爐底爐缸溫度檢測數據，做成趨勢圖見圖2。

圖2高爐爐底、爐缸各層溫度趨勢曲線對比分析，以及各層檢測點圓周方向溫度的變化趨勢，可以得出以下結論：

圖1　爐底爐缸結構

圖2　爐底、爐缸溫度變化曲線

（1）2號高爐犖7.190 m~犖11.200 m（陶瓷墊上方爐缸側壁）之間的各層溫度變化急劇，判斷該高爐陶瓷杯已遭受破壞。

（2）2號高爐的爐底犖4.780 m~犖6.388 m各測點（陶瓷墊下方）溫度普遍偏高，但變化趨勢比較穩定，判斷爐底4層碳磚基本完好。

（3）另2號高爐爐底犖5.586 m、犖6.388 m外環測點溫度在90毅/94.5毅、153毅/157.5毅（即北、西方向）上升趨勢較快，判斷是因局部“象腳”侵蝕后，該部位溫度升高傳遞到爐底所致。

（4）從圖中溫度變化趨勢判斷，2號高爐陶瓷杯損壞發生在2011年11月。犖7.992 m部位（鐵口下方）陶瓷杯首先遭受破壞且嚴重；從犖8.794 m向上損壞程度越輕，2012年之后基本處于穩定狀態。

（5）從圖中爐缸犖7.992 m標高溫度變化趨勢線判斷，2號高爐從2012-02—08期間，犖7.992 m附近陶瓷杯壁大部分已侵蝕完畢，2012年8月之后，各內側測點溫度逐步下降，判斷該位置已結成渣鐵皮，且穩定存在。

（6）從圖中爐缸犖7.190 m標高溫度變化趨勢線判斷，犖7.190 m測點溫度從投產后到2011年9月，溫度上升速率很高，這是因投產初期爐缸高溫鐵水向低溫耐火材料迅速傳遞所致，應屬正常；2011年10月各測點溫度上升趨勢緩慢，說明此時該部位耐材工作正常；2011年11月后，各測點溫度改變了原有的上升速率持續攀升，說明該部位陶瓷杯自2011年11月開始一直處于侵蝕狀態，因鐵水環流的不對稱性或陶瓷杯耐材存在薄弱環境，造成圓周94.5毅、157.5毅、211.5毅位陶瓷杯受損更為嚴重。2013年2月17日157.5毅位達到最高溫度1 150益，該部位陶瓷杯底和杯壁基本上已侵蝕掉，且已造成對碳磚的侵蝕。

（7）從現場了解到2號高爐目前的冷卻水溫差~2益，犖7.190 m位置的爐皮溫度沒有發現異常，說明目前該高爐生產還不存在安全隱患。

4　爐底爐缸溫度場模擬計算

建立二維非穩態包括凝固潛熱的爐缸、爐底傳熱數學模型[1]，運用大型商業軟件Ansys計算其爐缸、爐底溫度場（見圖3），根據該高爐的爐底、爐缸現場溫度記錄值，對爐底爐缸侵蝕情況進行推測計算，得到爐底、爐缸的侵蝕狀態（見圖4中粗實線所示即為侵蝕線）。

圖3　爐底爐缸溫度場分布

從圖4的推測結果看，該高爐爐底上層陶瓷墊已侵蝕完畢，“象腳部位陶瓷杯也已不存在，且在標高犖7.190 m位置鐵水已接近內側熱電偶，距電偶間距約50 mm，該標高上方的碳磚局部侵蝕比較嚴重，最嚴重位置碳磚僅剩余約600 mm。

5　原因分析

通過對2號高爐的爐底爐缸各測點溫度詳細分析，再結合下表2號高爐的鐵水和爐渣統計數據，初步判斷如下：

（1）2號高爐爐底爐缸各測點溫度發生異常出現于2011年11月，即投產后的3個月左右，原因是陶瓷杯過早損壞造成的。

圖4　爐底爐缸侵蝕狀態推測

（2）陶瓷杯的過早損壞可能來自砌筑質量、材料自身質量，也可能是烘爐過程，目前沒有掌握直接證據資料，不能確定根本原因。

（3）因該高爐投產以來鐵水Mn含量高（總平均0.69%），Mn能與鐵水無限互溶，形成近似理想熔液，隨Mn含量增加，鐵水流動性增強[2]，加之冶煉強度一直比較高，導致陶瓷杯損壞后，不能及時在陶瓷杯壁形成渣鐵保護層，使得鐵水環流一直對陶瓷杯直接沖刷，從而縮短了陶瓷杯壽命。

6　應對措施

由于2號高爐陶瓷杯過早損壞，且已經造成局部爐底側壁碳磚侵蝕，勢必影響高爐的壽命。為了更好地維持該高爐安全、穩定、長期生產，采取適當的措施是必要的。

（1）加強爐底爐缸各測點溫度監控，及時掌握爐底爐缸侵蝕狀態；同時建立爐底爐缸段爐皮溫度和該段冷卻壁水溫差的檢測制度，及時掌握整個爐底爐缸狀態，實現安全生產。

（2）在入爐原料中添加含鈦（Ti）球團，或從風口噴入鈦粉，達到鐵水中含Ti：0.15% ~0.2%，高熔點的鈦化物與鐵水及鐵水中析出的石墨等形成黏稠狀物質，凝結在爐底、爐缸的磚縫和內襯表面，對內襯起到保護作用[3-4]。

（3）通過選擇適當的爐料配比，實現對鐵水成分的控制：Mn：0.2% ~0.4%，S<0.02%，Si>0.4%。

表1　 2號高爐鐵水和爐渣統計

（4）將目前每天的出鐵次數由16次降低到12~ 14次，適當減小鐵口角度，提高爐缸的容鐵量，降低鐵水對爐底爐缸的沖刷。

（5）適當降低冶煉強度。

7　處理效果

經過1年多的生產維護，2號高爐爐底、爐各監測點溫度變化情況如下：

（1）爐底標高犖4.780 m、犖5.586 m、犖6.388 m各測點溫度（陶瓷墊以下）自2013年2月以來趨于穩定，說明爐底的四層碳磚結構保存完好。

（2）標高犖7.190 m“象腳”位置的測點溫度于2013年2月下半月開始急劇下降，到2013年3月下半月達到最低點后又開始上升，2013年6月之后有所回落后到當前整體趨于穩定。在2013年6月份，標高犖7.190 m新增的6支電偶的溫度值雖然高、低值差別較大，但每點的趨勢穩定。

（3）標高犖7.992 m、犖8.794 m兩層電偶溫度從2013年1月下半月開始回落，到5月下半月到達低谷開始回升，直至2013年9月下半月，然后緩慢下降。

（4）標高犖9.596 m、犖10.398 m、犖11.200 m三層電偶溫度，自投產以來整體趨勢穩定，只是從2013年2月下半月開始略有下降。

綜上分析判斷，自2013年2月到當前，2號高爐的爐底爐缸各測點溫度總體趨降，內襯狀態維持良好，沒有發現進一步惡化。

參考文獻

[1]孫華平．杭鋼1號高爐爐缸、爐底溫度場模擬計算及分析[J]．天津冶金，2009（5）：40-42．

[2]楊春生.邯鋼2 000 m3高爐爐缸堆積的處理[J].煉鐵，2008，27 （1）：35-37．

[3]項鐘庸，王筱留.高爐設計-煉鐵工藝設計理論與實踐[M].北京：冶金工業出版社，2007：224．

[4]宋建成.高爐煉鐵理論與操作[M].北京：冶金工業出版社，2006：77．

Analysison Abnorm alErosion ofBF Hearth

SUN Hua-pingand GAO Cheng-yun
(Huatian Engineering& Technology Corporation,MCC,Ma'anshan,AnhuiProvince243002,China)

AbstractAiming at the problem of abnormal erosion of BF 2 hearth at some steel works, simulation calculation wasconducted on the temperature field offurnace bottom and hearth according to detecting data collected on site.Analysisfound thatthe main reasonsforerosion were the high contentofmanganese in hot metal,the strong flowability ofhotmetaland high smelting strength.Measures were taken ofadding pellet containing titanium to protectfurnace,controlling hotmetalcomposition and reducing tapping numbers to lowerthe temperature atmeasuring points atbottom and hearth,keep lining atgood conditions and ensure stableand smooth production.

Key wordsBF;hearth;erosion;heattransfermodel

作者簡介：孫華平（1982—），男，碩士，工程師，主要從事煉鐵工藝設計工作。

收稿日期：2014-09-06修回日期：2014-09-30