延長(zhǎng)高爐壽命一些問(wèn)題的討論文學(xué)理論

1、延長(zhǎng)高爐爐缸壽命一些問(wèn)題的再認(rèn)識(shí)前言近幾年以來(lái)我國(guó)高爐壽命得到大幅度地提高，出現(xiàn)批10-19年的長(zhǎng)壽高爐，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和節(jié)能減排做出了巨大的貢獻(xiàn)。但發(fā)展不平衡，還有很多高爐達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命，甚至不斷發(fā)生爐缸燒穿事故，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)嚴(yán)重的損失。筆者在下面提出一些關(guān)于延長(zhǎng)高爐壽命的問(wèn)題，與同仁共同討論，想起到引玉的作用。1.高爐壽命的現(xiàn)狀1.1長(zhǎng)壽的范例巴西Tubarao廠1號(hào)高爐，一代爐役實(shí)現(xiàn)了 28.4年壽命，應(yīng)當(dāng)是目前世界高效長(zhǎng)壽高爐的典范。寶鋼3號(hào)高爐實(shí)現(xiàn)19年的高壽命，而且其效率更高，代表我國(guó)的最好水平。見(jiàn)表1。他們的高爐生產(chǎn)穩(wěn)定，即運(yùn)行成本很低，壽命長(zhǎng)其建設(shè)投資成本更優(yōu)秀。應(yīng)當(dāng)成為

2、煉鐵工作者瞄 準(zhǔn)的目標(biāo)表1國(guó)內(nèi)外兩座長(zhǎng)壽高爐典范高爐名稱(chēng)爐容/m3開(kāi)停爐時(shí)間利用系數(shù)t/(m3 d)壽命年一代爐役產(chǎn)鐵量t/m3巴西Tubarao廠1號(hào)44151983.11.302012.4.182.0928. 421272寶鋼3號(hào)高爐43501994.9.20.-2013.9.12.2719157001.2. 高爐爐缸燒穿事故頻發(fā)然而我國(guó)當(dāng)前1080座高爐平均爐容僅 580m3,除了爐容小生產(chǎn)集中度低、效益差外，顯著的差 距是高爐壽命過(guò)低，平均不足 10年，是制約高爐安全生產(chǎn)和降低成本。圖1例舉出2000年以來(lái)筆者所了解到的部分高爐爐缸燒穿的座數(shù),尚有沒(méi)統(tǒng)計(jì)到的和沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就提前大修的

3、數(shù)量，從圖上看出燒穿呈拋物線升高的趨勢(shì)，且多多發(fā)生在開(kāi)爐不足 4年內(nèi)，狀況不容樂(lè)觀，它帶來(lái)安全，生產(chǎn)平衡穩(wěn)定、成本升高等一系列不利。2000年以來(lái)國(guó)內(nèi)部分高爐爐缸燒穿座數(shù)圖12000年以來(lái)國(guó)內(nèi)部分高爐爐缸燒穿狀況2一些問(wèn)題的探討高爐爐缸損壞機(jī)理和近年?duì)t缸燒穿的持點(diǎn)，己有很多研究，筆者頭幾年的文章中己也表述過(guò)觀點(diǎn)。高爐長(zhǎng)壽是一系統(tǒng)工程，下面介紹一些新出現(xiàn)的和自己尚有凝惑的問(wèn)題。2.1.爐缸磚襯結(jié)構(gòu)問(wèn)題某企業(yè)有6座1080m3高爐,2012-2013年有4座1080m3高爐爐缸燒穿或因溫度被迫停下來(lái)大修，壽命都不到 2年。還有一些1080m3高也出現(xiàn)爐缸環(huán)炭溫高或燒穿的現(xiàn)象。一批 1780m3高爐

4、，開(kāi)爐2年多就出現(xiàn)環(huán)炭溫度升高到800-900 °C以上，采取緊急措施維持生產(chǎn)，有的發(fā)現(xiàn)晚了燒穿了 ，壽命4年左右。331) . 1080m爐子，都是750m爐子把爐襯變薄過(guò)來(lái)的，爐缸爐殼風(fēng)口以下為直上直下等徑圓柱體，風(fēng)口以上的爐腹就擴(kuò)徑了，這種結(jié)構(gòu)對(duì)耐材向上漂浮沒(méi)有約束力了，靠磚與磚間的相互磨擦力，難于控制磚襯在鐵水中的漂浮和鐵水占入磚縫，鐵水比重比耐材堆比大2.5-4.7倍，象油要漂浮在水面一樣。這種結(jié)構(gòu)高爐爐缸很難長(zhǎng)壽。2) . 炭磚厚度有的只有 550mm 厚,加之炭磚質(zhì)量不達(dá)標(biāo) ,投產(chǎn)兩年就燒穿應(yīng)當(dāng)不足為怪了。因此建議炭厚度還應(yīng)控制在0.9-1.3m，而且應(yīng)用焙燒合格的磚。

5、3) . 很多大于 1780m3 高爐,爐缸環(huán)壁采用大塊炭磚環(huán)砌 ,且根據(jù)環(huán)炭磚襯厚度 ,用等長(zhǎng)大塊環(huán)狀砌筑每環(huán) ,其結(jié)果是全為水平通縫。 有的大高爐環(huán)炭從滿輔炭磚往上是 2.8m1.2m 不 同徑的環(huán)砌 ,且高度多為 400mm 的豎向收縮砌筑 ,水平通縫的深度不同而以 ,加之我國(guó)磚縫多 控制在 1mm 左右,造成水平高度縫中占鐵、 鋅鉛氣體等占入。任何砌磚建筑也是不允許通縫 的,何況是高溫液態(tài)的冶金爐。建議采用合格的微孔小塊和微孔大塊炭磚組合砌筑,消除通縫 ,原炭磚與冷卻壁之間的炭搗料層往爐中心遷移200-300mm,強(qiáng)化搗料層施工質(zhì)量或采用與炭磚導(dǎo)熱能力相同的澆注料。4) . 監(jiān)測(cè)環(huán)炭溫

6、度變化的電偶插入爐內(nèi)深度 ,目前各設(shè)計(jì)采用不同的深度,100mm-400mm-700mm不等，很難判斷炭磚侵蝕狀況和比較，A與B點(diǎn)相距也不一致，計(jì)算侵蝕和判斷炭磚導(dǎo)熱也易誤導(dǎo)。眾多研究指出,當(dāng)炭磚厚度小于 300mm 后,高爐爐缸應(yīng)大修。為此監(jiān)測(cè)電偶插入冷卻壁熱面的深度應(yīng)當(dāng)在 300-400mm 的 A、B 兩點(diǎn)為宜。5) . 死鐵層深度問(wèn)題 ,近年來(lái)新設(shè)計(jì)的高爐有把爐缸死鐵層加深傾向.有的甚至加深到爐缸直徑的 25%-35%,推理是為減少鐵水環(huán)流，緩解象腳侵蝕,但忽略了鐵水靜壓力升高 ,對(duì)3炭磚的的的影響。某爐缸直徑8.6m的1250m高爐,死鐵層深度為爐缸直徑的32.5%,為2.8m深,因

7、鋅害造成爐缸環(huán)炭溫度過(guò)高,生產(chǎn) 4.5 年被迫停爐大修 ,破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)象腳侵蝕不在爐底炭磚與環(huán)炭交接處，而是上抬了近1.0m左右，象腳侵蝕最薄處炭磚厚度不足280mm。因此選擇 20%爐缸直徑深度的死鐵層沒(méi)有 10-15 年壽命高爐的實(shí)際應(yīng)用，不宜過(guò)份過(guò)早地提高死鐵 層深度。2.2. 冷卻強(qiáng)度“冷卻水是高爐最好的耐火材料 ” 這句話筆者認(rèn)為很正確 , 但尚不全面 , 應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析高爐傳熱結(jié)構(gòu)，特別是爐缸部位，只有把爐內(nèi)高溫?zé)崃總鹘o冷卻水，冷卻水才能把熱量帶走，達(dá)到平衡后使得與渣鐵接觸部位磚襯處形成保護(hù)層或溫度平衡層，以達(dá)到保護(hù)爐襯目的。兩種不同的供水傳熱理念：“高水溫差低水量和低水溫差大水量”

8、。筆者認(rèn)為其關(guān)健是爐內(nèi) 熱量怎樣不受阻地傳給水帶出爐外，達(dá)到相對(duì)平衡，當(dāng)今水冷壁的高爐爐缸結(jié)構(gòu)多層次熱阻層存在，前者幾乎是做不到，不宜采用的。下面簡(jiǎn)單來(lái)介紹兩座大高爐情況。33寶鋼3高爐(4350m)爐缸為工業(yè)水開(kāi)路冷卻,水量開(kāi)爐初期由680m/h提到960-1380m3/h,(開(kāi)路水易提高水量，高時(shí)可達(dá)2700m 3/h)對(duì)應(yīng)水速由1.5m/s提到2.7m/s。鞍鋼新1、2、3高爐(3200m3)，爐缸為除鹽水的閉路循環(huán)冷卻，冷卻水量960-1248m3/h,2,3高爐內(nèi)襯炭磚與寶鋼 3號(hào)是同一家生產(chǎn)的，爐缸結(jié)構(gòu)幾乎一樣。寶鋼已生產(chǎn)19年，( )。鞍鋼 3 號(hào)卻在投產(chǎn) 2 年 7 個(gè)月時(shí)在無(wú)

9、任何征兆下發(fā)生爐缸燒穿惡性事故。鞍3號(hào)高爐利用糸數(shù)平均比寶鋼3號(hào)約低0.10t/m 3.d，眾多專(zhuān)家分析認(rèn)為鞍鋼3高爐爐缸冷卻強(qiáng)度小是主要原因，但有不同的看法，認(rèn)為水量不少，思路是少水量高溫差來(lái)傳熱的，從水量上看也差不多，在鞍鋼3號(hào)爐缸燒穿后對(duì)同樣的2高爐緊急增加水量到1500m3/h和300多個(gè)撿測(cè)點(diǎn)，和不斷釩鈦礦護(hù)爐等措施， 來(lái)認(rèn)真啊護(hù)這個(gè)爐子，但也因炭磚溫度和水溫差高，于()被迫大修爐缸，更換爐缸冷卻壁和炭磚，不到6年壽命。進(jìn)一步分析，寶鋼3號(hào)的冷卻壁是訪日本高爐臥式排列結(jié)構(gòu)，每塊冷卻壁是 10根直徑 水管，水管間距達(dá)到了 130mm,冷卻比面積平均是 1.19,大的部位是1.3以 上，

10、是分段式橫排串聯(lián)方式，爐缸冷卻水系統(tǒng)是獨(dú)立的系統(tǒng)。長(zhǎng)期運(yùn)行是：宏觀上的少水量， 微觀上高水速，以達(dá)到冷卻強(qiáng)度最大。表2是寶鋼同志自己的比較 ?？煽闯?，水流密度達(dá)到119時(shí)，臥式冷卻壁的水量 1380m3/h ,2.72m/s流速，而立式冷卻壁水量則應(yīng)達(dá)到6250m3/h,3水速4.0m/s。寶鋼同志也認(rèn)為 1380m/h水量在高冶強(qiáng)和爐役未期也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，爐缸側(cè)壁溫度頻繁升高，冷卻效果也是有限的，水量不斷增力，因?yàn)槭情_(kāi)路工業(yè)水較易實(shí)現(xiàn)。表2臥式冷卻壁與立式冷卻壁的比較臥式冷卻壁立式冷卻壁立式冷卻壁爐缸水量(t/h)138042506250水管流速(m/s)2.722.724.0水流密度(t/m.

11、h)11981119比表面積1.190.750.75鞍鋼3號(hào)的冷卻壁是立式布 罝的分段冷卻，每塊冷卻壁為4根DN50x6.0mm水管，水管間距260mm,冷卻面積比0.604,為寶鋼3號(hào)的一半。全爐總水量雖也在 5000nVh多,因?yàn)?是分段式冷卻，分到爐缸1-5段冷卻壁的水量只有 1248m/h,水管的流速只有1.59m/s, 比寶鋼3號(hào)水速低42%,燒穿后水量加到1500m/h時(shí)流速也只有1.91m/s，相比水流速還小 了 30%如果鞍3高爐的冷卻壁冷卻強(qiáng)度提到寶鋼3高爐的水平，按表2,寶鋼同志計(jì)算結(jié)果表明，同樣達(dá)到水流密度(t/m.h)119,在水管直徑76x6、冷卻表面比0.75時(shí)的爐

12、缸冷卻水應(yīng)是6250ni/h，而鞍鋼3號(hào)爐冷卻壁的管徑 DN50X6, 6250m3/h水量其水管流速要達(dá)到 7.6m/s才行，這樣的水速系統(tǒng)的阻力提升，糸統(tǒng)難于承受，也難于達(dá)到。也就是說(shuō)鞍鋼3爐燒穿冷強(qiáng)低是主要原因，而造成冷強(qiáng)低是冷卻比面積小和水量少而造成的。也就是鞍鋼的1-3號(hào)高爐爐缸的分段冷卻都是在宏觀上低水量，微觀上低水速，結(jié)果上是低冷強(qiáng)。熱量不能快速傳給水帶走，造成炭磚溫度高，形不成渣鐵保護(hù)層，加之高導(dǎo)熱的石墨炭磚不耐鐵水熔損，燒穿也就必然的。這樣鞍鋼3號(hào)高爐爐缸大修也就必須更換冷卻壁，且冷卻壁的冷卻比面積應(yīng)大于0.9 ,水的聯(lián)接也只能改串連，來(lái)盡量利用這一己建成的系統(tǒng)。對(duì)此應(yīng)有討論

13、1） 水量：如果象寶鋼3高爐冷卻面積比能達(dá)到1.2以上側(cè)可采用分段冷卻，即宏觀上的小水量，微觀上高冷強(qiáng)。我國(guó)高爐這種豎排水管的冷卻壁冷卻的薄爐襯結(jié)構(gòu)，爐缸冷卻水33量應(yīng)大于高爐的有效容積一定倍數(shù)，如3200m高爐爐缸冷卻水量應(yīng)在5000m/h以上,小高爐爐缸冷卻水應(yīng)兩倍及以上的爐容水量。同時(shí)要留有爐役后期強(qiáng)化冷卻需增加的水量。2） 分段冷卻耗水量各段加起來(lái)總水量不比全爐串聯(lián)冷卻的水量少，有的還要多。對(duì)爐體的冷卻應(yīng)做到微觀上的高冷強(qiáng)，即集中力量去冷卻高爐每一點(diǎn)，分散力量去冷卻，則其冷 強(qiáng)就顯然較低，提高水溫差也達(dá)不到大傳熱量，目前這種存在多層熱阻層的爐缸結(jié)構(gòu)這難于實(shí)現(xiàn)的，建議不采用分段冷卻的供水

14、冷卻方式。3） 水速:水管中水速超過(guò)2.0m/s后要再提速其傳熱效果不是線性關(guān)系， 應(yīng)考慮提速后 阻損等。同時(shí)應(yīng)考慮水管中局部過(guò)熱的氣泡排出和水平水管及冷卻板結(jié)構(gòu)的排汽需求，因此 水速應(yīng)在 2.0m/s左右。4） 冷卻比表面積：不論是那種冷卻方式， 冷卻壁內(nèi)水管間距應(yīng)盡量小，豎排串聯(lián)方式，3目前這種計(jì)算方法其冷卻面積比應(yīng)做到不小于1.0，沙鋼5800m高爐冷卻比表面積是 0.98。行業(yè)中所通用的冷卻壁的冷卻面積比是 ：在相等長(zhǎng)度下冷卻比表積=（每塊冷卻壁水 管外徑X3.14 X水管數(shù)）/每塊冷卻壁寬度，或=水管直徑x3.14/管間距。一般這個(gè)數(shù)越大越 好，冷卻壁冷卻能力或傳熱能力越強(qiáng)。 這里計(jì)

15、算是水管外徑的周長(zhǎng)，如考慮熱面冷面受熱情 況，冷卻比表面積應(yīng)X 0.5。都習(xí)慣了這樣的比較，也是直得進(jìn)一步探討。,非正常生產(chǎn)，侵5) 熱流強(qiáng)度：高爐冷卻結(jié)構(gòu)確定后應(yīng)當(dāng)應(yīng)用傳熱計(jì)算來(lái)提出正常生產(chǎn)蝕嚴(yán)重時(shí)的分別熱流強(qiáng)度控制值，事先讓操作者掌握，目前是事先設(shè)計(jì)沒(méi)有計(jì)算，投產(chǎn)后無(wú)監(jiān)測(cè)手段，希里湖涂往下干。武鋼生產(chǎn)中規(guī)定他們的熱強(qiáng)度如下2 2爐缸熱流強(qiáng)度報(bào)警值W 29.3MJ/m .h (7000 kcal/m .h );2 2爐缸熱流強(qiáng)度警戒值W 37.67MJ/m .h (9000 kcal/m .h );爐缸熱流強(qiáng)度事故狀態(tài)W 50.23MJ/m2.h (12000 kcal/m 2.h );熱流

16、強(qiáng)度超過(guò)報(bào)警值后必須采取措施把熱流強(qiáng)度降低到安全范圍以內(nèi)。2 美國(guó)Cary廠14號(hào)高爐爐缸燒穿時(shí)撿測(cè)到的熱流強(qiáng)度約12880w/m,并配備必要的在線撿測(cè)手設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)爐缸結(jié)構(gòu)與耐材等計(jì)算為正常生產(chǎn)的熱流強(qiáng)度 段,高爐投產(chǎn)后實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)值對(duì)照 ，實(shí)現(xiàn)高爐在線實(shí)時(shí)受控。2.3制造與施工質(zhì)量當(dāng)前這種爐缸結(jié)構(gòu)，爐缸內(nèi)的熱量傳給冷卻水而帶出高爐，其傳熱受到了多個(gè)熱阻層的影響，水管中水流動(dòng)邊界層、水管壁與壁體之間防滲碳層的熱阻層、冷卻壁熱面與炭 磚間搗料等造成的熱阻層、耐材本身熱阻等，這些熱阻投產(chǎn)前應(yīng)盡一切力量降到最低， 使鐵水1150 °C等溫線推到炭磚熱面的爐內(nèi)，或陶瓷壁，所謂保護(hù)層，達(dá)到傳熱

17、平衡，保 證爐襯安全。高爐投產(chǎn)后是無(wú)法對(duì)此改善的。目前是怎樣提高冷卻壁的制選質(zhì)量、耐材 生產(chǎn)質(zhì)量、施工質(zhì)量1) 進(jìn)一步提高鑄造冷卻壁質(zhì)量，減薄防滲碳層厚度。2) a.碳磚生產(chǎn)應(yīng)強(qiáng)化高溫電煅無(wú)煙煤的生產(chǎn)水平，靠提高煅燒溫度來(lái)提高石墨化程度而不是靠添加電極石墨來(lái)提高導(dǎo)熱系數(shù)，人造石墨易于滲入鐵液中，炭磚當(dāng)然熔蝕加快。b. 炭磚焙燒溫度要均勻達(dá)到14000C以上，使加入的Si粉等超微粉真正與碳素發(fā)生反應(yīng)生成 SiC 等新物質(zhì) ,生產(chǎn)出真正的微孔或超微孔炭磚。c. 提高碳素?fù)v打料的導(dǎo)熱能力 ,或研發(fā)易于施工的導(dǎo)熱糸數(shù)與炭磚導(dǎo)熱系數(shù)相近的 澆注料。改善爐殼與冷卻壁之間的搗料或自流澆料的材質(zhì)選擇與生產(chǎn),防

18、止新的氣隙產(chǎn)生。d. 提高炭磚加工精度 ,先真正做到 1.0mm 的磚縫而后努力實(shí)現(xiàn)磚縫小于 0.3mm。3) a. 強(qiáng)化施工管理和砌筑水平的提高 ,達(dá)到規(guī)范要求 , 特別是冷卻壁與炭磚間搗料層 的實(shí)密度 ,防止形成氣體熱阻層。b. 提高冷卻壁的安裝質(zhì)量 ,真正做到固定點(diǎn)、滑動(dòng)點(diǎn)、浮動(dòng)點(diǎn)的各自應(yīng)起的作用。2.4 生產(chǎn)操作和維護(hù)1) 放棄高冶強(qiáng)的生產(chǎn)，尋求經(jīng)濟(jì)冶強(qiáng)產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩成本壓力巨大的條件下，一味提高產(chǎn)量對(duì)高爐壽命帶來(lái)的損害無(wú)凝是 嚴(yán)重的，數(shù)十年來(lái)實(shí)際己證明了的，前述兩例長(zhǎng)壽典范其利用系數(shù)都在 2.0-2.3 之間， 其成本和經(jīng)濟(jì)上是最優(yōu)的， 早在上世紀(jì)五十年代， 大辦鋼鐵時(shí)期煉鐵前輩們就己

19、探索出， 高爐在一定的冶煉條件下， 冶煉強(qiáng)度與燃料比有一個(gè)較佳的經(jīng)濟(jì)區(qū)間。 我們應(yīng)遵循這一 科學(xué)規(guī)律。某廠 6 座 1080m 3高爐 ,2012-2013 兩年內(nèi)爐缸燒穿 4 座,另外幾座被迫提前 大修 ,無(wú)一達(dá)到 2 年以上壽命 ,這 6 座爐子除設(shè)計(jì)及胎帶來(lái)的天生不足外 ,與高冶強(qiáng)不無(wú)關(guān) 系。2) 減少有害雜質(zhì)的入爐不論 4000m 3 高爐爐底板上翹還是數(shù)座高爐爐缸炭磚溫度提前升高而 被迫停爐大修 其與有害元素超標(biāo)入爐很相關(guān)。主要是Zn、Pb 、K、Na 等有害物質(zhì)超標(biāo)準(zhǔn)入爐 ,有的甚至尚無(wú)撿驗(yàn)手段。主要是(1) . 沒(méi)能從源頭上控制住 ,達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的只有幾個(gè)特企 ,多為 500-6

20、00g/t.Fe, 也超標(biāo)2-3 倍 ,有的甚至 10 倍以上。 Zn 蒸氣進(jìn)入上述通縫是容易的 ,進(jìn)而炭磚溫度高。再者，滲入磚襯的Zn蒸汽，溫度下降到大約 800-1000 C范圍如果遇到 CO2、CO和水汽，就會(huì)被氧化 生成ZnO,反應(yīng)為Zn+ CO2=ZnO+CO。溫度超過(guò)1030C, ZnO又可以與炭磚的 C發(fā)生反 應(yīng) ZnO+C=Zn+CO ，形成對(duì)炭磚的侵蝕，使炭磚變成疏松狀，逐漸消耗炭磚。(2) . 不能象國(guó)外那樣開(kāi)發(fā)對(duì)高爐有害雜質(zhì)回收利用技術(shù),國(guó)內(nèi)外有多種回收 Zn 塵泥技術(shù) ,應(yīng)結(jié)合本企業(yè)實(shí)際加快回收利用。(3) . 市場(chǎng)條件下 ,有害物質(zhì)的小循環(huán)、中循環(huán)、社會(huì)大循環(huán)的二次、三次的污染環(huán)境 應(yīng)引起重視。3) 保持鐵口有穩(wěn)定的足夠深度保持高爐鐵口足夠深度對(duì)高爐爐缸壽命影響越顯其重要性,寶鋼、沙鋼 4747 5800m 3高爐的鐵口深度保持在4.0 4.2m的深度,其爐缸工