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高炉冷却设备破损机理分析及预防措施【钢铁冶金】

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高炉冷却设备关系到高炉的正常生产及炉役寿命。一般要求冷却设备要有足够的冷却强度以保护砖衬和炉壳,同时,部分冷却设备还有支撑内衬,形成工作内型的作用。所以,冷却设备一旦损坏,将严重危及高炉生产。由于冷却设备不可替代的作用,研究冷却设备的破损原因,寻找有效的防护措施是高炉安全生产以及高炉长寿的必要保证。作者从几个方面探讨了日照钢铁公司冷却设备损坏的原因及应该采取的预防措施,制定相应标准。

  1 冷却壁破损原因及预防措施

  高炉耐火材料是直接接触炉料、煤气或者铁水炉渣的,在不同的部位,要求拥有不同的抗侵蚀机理,其质量好坏和选型正确与否,直接关系到内衬的寿命及冷却设备的寿命。如日照钢铁公司1~4号高炉的炉底、炉缸所用耐火材料为小炭块加陶瓷杯,从选型上就劣于大炭砖加陶瓷杯。7~10号高炉虽然选用了大炭砖加陶瓷杯的形式,但由于所用耐火材料材质较差,高炉开炉不久就出现了炉底、炉缸温度高的现象,进而威胁冷却设备。而11—14号高炉吸取以前高炉的经验教训,则选用了国内较好的炭砖和陶瓷杯,开炉生产至今,炉衬温度稳定,冷却设备水温差正常。因此,高炉从设计之初就应该考虑采用优质的耐火材料,这是冷却设备寿命延长,高炉长寿的先天条件之一。

  选用优质耐火材料后,砌筑质量也非常重要,特别是高炉的內型尺寸要严格按照工艺要求。如1号高炉在砌筑时,由于风口中心与高炉炉顶中心的偏差超过设计范围,在投入生产以后的操作中,高炉长期偏料,操作非常困难,装料制度被迫采取发展边缘气流方针,由于煤气流的强烈冲刷,炉衬很快被侵蚀,冷却设备随后逐步损坏,虽然经过几次喷补造衬来弥补,但效果不佳,最后被迫于采取中修的办法重新砌筑砖衬来纠正炉型。

  其次,冷却壁缝隙处理要得当,若冷却壁与炉壳之间有缝隙存在(高炉砌筑结束后灌浆不饱满所致,一般要求烘炉后、开炉前进行二次灌浆),煤气就会从填充缝穿过,使冷却壁由原来的单面受热变成双面受热,使冷却壁寿命大大缩短。

  所以,在施工过程中要严把质量关,特别是主要工艺参数如:风口中心、高炉中心、炉顶中心等绝对不能超过工艺要求,一般业内有“砌筑出中心,操作出炉型”的说法。否则由于砌筑质量所造成的隐患,一代炉役都无法克服。

  高炉常用冷却设备有冷却壁、冷却板、支梁水箱等,在高炉不同部位使用。根据当初设计,日照钢铁公司1号、2号高炉实际使用板壁结合的冷却方式,在炉身上部存在一段无冷区,3号、4号高炉则只在炉腰有一层冷却板(但从设计图纸看,可以取消),炉身上部也有一段无冷区,7~14号高炉则全部是冷却壁,取消无冷区,在炉身部位采用凸台镶砖冷却壁(实际没有镶砖,改为炭素捣打料)。实践证明,板壁结合的1号、2号高炉,冷却板破损较快,随后则进一步影响冷却壁破损。7~14号高炉的全冷却壁冷却方式相对科学。在材质方面,高炉大型化后可以考虑采用铜质冷却设备。

  冷却设备质量问题主要是铸造工艺达不到要求。日照钢铁公司所用的冷却设备均为铸铁系列埋管式,埋管式冷却设备制造要求所选用的钢管与铸铁达到无缝隙但能够滑动,即不漏水而且水管要随着热胀冷缩可以滑动,公司层使用某厂生产的冷却壁,最基本的打压试验就有漏水现象,其余更是谈不上技术过关。所以,要选用资质较高的厂家来订货,并且冷却设备在到厂以后,一定要进行打压试验和通球试验,通过两项检验,基本可以把不合格的冷却设备淘汰在安装之前。

  高炉冷却用水是一个系统管理,不仅仅对水的温度、水中悬浮物等有较高要求,对水的PH值、水中Ca2+、Mg2+等离子也有严格要求。悬浮物等杂质会在管道死角区域沉淀,经过累积,会使冷却设备出水量变小,冷却强度降低。来水水温过高,和炉内温差就会缩小,要带走相同的热量,冷却水的温度就会进一步升高。一般温度大于50℃,水中的离子就会失去活性而产生结垢现象。试验数据表明,水垢导热系数是冷却设备的1/40左右。经检测,公司水质基本符合要求,就是5号、6号高炉(共用一套水系统,)来水温度较高,在夏季在40℃左右,需要改造。

  高炉从投入生产运营开始,冷却设备损坏的所有原因就都和操作有关了。操作方面主要分为操作制度大方针和个人的短期行为两种,具体表现为煤气冲刷、炸瘤、化学洗炉、操作热爆震、悬坐料等几种。其中煤气流的强烈冲刷是所有原因中最常见、最主要的原因。

  针对冷却设备损坏主要机理,高炉操作者首先要树立打通中心气流,以中心气流为主的操作理念,在日常操作中,短期以稳定热制度为主,杜绝悬料,特别要防止人为热制度波动引起软熔带上下浮动,造成局部冷却设备热负荷剧烈变化,最后使高炉寿命缩短。长期以防止结厚,防止堆积,杜绝洗炉、炸瘤为主。

  除人为原因外,操作方向主要由原燃料条件决定。一般高炉入炉料强度差,粉末多等影响高炉顺行,被迫采用发展边缘气流装料制度,所以改善入炉料条件是操作方向的基础。另外,要注意原料中的有害元素超标富集,特别是钾、钠、锌等,易在高炉砖衬富集粘结、对内衬、冷却设备影响巨大,铅富集直接对炉底砖衬损害,缩短高炉寿命。

  2 相对标准制度

  为了保证冷却设备的正常运行,日照钢铁公司制定了一些相应标准:

  水质规定:来水温度<40℃,悬浮物<200mg/L,Ca2+硬度<50 mg/L,PH值7~8。

  ②高炉水管结垢标准:每月检测一次,每月通报。当水垢超过1mm,必须进行物理或者化学冲洗除垢,保证冷却强度。

  ③高炉各段冷却壁冷面温度规定:炉腹<70℃,炉腰<70℃,炉身<60℃。每天检测2次,每月通报,当温度低于40℃,讨论原因,决定是否控水来防止高炉结厚,温度超过140℃,要外部喷水冷却降温。

  对于部分有害元素,国标中没有明确规定,公司结合生产经验,对主要元素规定如下:

  ①钾,钠:初步确定入炉负荷小于4.5kg/t。

  ②锌:矿石含量小于0.2%,根据实践摸索,当布袋灰含锌达到7%以上时及时外排除尘灰。

  ③铅:矿石含量小于0.3%,杜绝人体伤害及炉底破损。

  3 结束语

  冷却设备的损坏是一个系统原因,结合日照钢铁公司后来建炉及维护经验,只要在最初建设期能够及时预防,在生产运行期能够按照一定的标准执行维护,还是可以把冷却设备损坏降低到最低水平。

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