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中鋼9#高爐爐缸侵蝕狀態分析及灌漿護爐實踐

時間:2019-06-03 14:03來源:中天鋼鐵集團有限公司第 作者:馬方清 張俊杰 點擊:
  • 摘  要  中天鋼鐵9#高爐(1580m3)于2012年4月投產,已服役4年多時間,高爐利用系數在3.0噸/天.M3左右,由于冶煉強度運行在較高水平,爐缸內襯溫度呈不斷升高趨勢,本文通過采用爐缸一維侵蝕測算方法系統,計算爐缸內襯殘余厚度,并根據爐缸側壁熱電偶溫度上升情況,對爐罐四層冷卻以下部位進行維護灌漿,達到控制爐缸溫度持續上升的目的。

    關鍵詞  有效比表面積   殘余厚度   灌漿

    1  前言

    中天鋼鐵9#爐設計爐容1580m3,2012年4月開爐。爐底采用三成半石墨碳磚+一層微孔碳+一層超微孔碳磚+兩層剛玉陶瓷墊組合,爐缸環砌超微孔碳磚,內壁砌筑剛玉陶瓷杯。爐缸爐底總共安裝107支熱電偶,其中標高10.000m以下共安裝95支熱電偶。自2005年1月以來,爐缸三層東鐵口下方▽9198mm溫度(三層冷卻壁下方)上升速度逐步加快,由原來月溫度540℃上升至812℃,平均每月上升20℃。通過做熱成像,爐皮溫度由原來30℃多,上升至現在的55℃左右。爐缸內層溫度不斷上升,給高爐安全生產帶來極大隱患。現根據現有(水溫差、熱電偶)等監控手段,對爐缸的侵蝕狀態進行評價。

    2  爐缸侵蝕狀態的評價

    2.1  爐缸冷卻水冷卻強度的問題

    高爐本體冷卻系統與炭磚相互依存,如果炭磚被大幅度的侵蝕,則冷板會與高溫煤氣甚至鐵水直接接觸,則任何冷卻材質、冷卻形式、冷卻水量都不會有作用。若循環水量偏小,則炭磚熱量難以傳出爐外,熱量積聚在炭磚內部,易造成環裂、滲碳等,爐缸亦不會長壽。

    中鋼9#高爐采用軟水密閉循環冷卻系統,可承受熱流強度的大幅波動,無結垢,無腐蝕,耗水量少,但是對局部冷卻制度進行強化難以實現,加之冷卻裝備缺乏單支水冷管流量及單層冷板水溫差監測手段,我們未能準確計算每一塊冷板的冷卻強度(或熱流強度)。

    中鋼9#高爐軟水密閉循環冷卻系統,循環水量為3580m3/h。計算流速為2.348m/s,其雷諾指數通過計算為110000,其指標可以滿足炭磚完整時期和非鐵口側的冷卻要求,但對于鐵口側,其下方鐵水環流加劇,受到鐵水的沖刷作用,侵蝕嚴重。為防止炭磚不被侵蝕,可以加大冷卻設備的冷卻強度在鐵口下方形成渣皮,防止炭磚前端渣皮不被熔化。

    2.2  冷卻壁比表面積

    中鋼采用軟水密閉循環冷卻系統,冷卻水質基本達到合格要求。爐缸爐底共四層冷卻壁188塊冷板,材質為鑄鋼冷卻壁,水管規格規格¢65mm*6mm,冷卻水量3580m3/h,水管采用4進4出或6進6出(鐵口純銅冷卻壁),冷卻水管縱向布置,冷卻比表面積為1.12,完全符合冷卻要求。

    2.3  爐缸工作的穩定性

    由于爐缸工作的不均勻性,會加劇爐缸的侵蝕。高爐爐芯溫度會爐缸溫度有重要的影響,爐芯溫度低,則死鐵層厚,環流加劇,爐缸溫度升高;爐芯溫度高,死鐵層薄,環流減弱,則爐缸溫度降低。如圖1所示。

    9#高爐中心溫度波動比較大,爐缸死料柱活性時好時壞,環流時強時弱,最終會使爐缸侵蝕愈來愈重。

    2.4  爐缸侵蝕狀況的推斷

    中鋼9#高爐由于熱電偶布置較少,我們根據傳統一維傳導理論,推斷計算爐缸爐底的溫度場、1150℃線以及860℃碳磚脆化線,并對熱流強度、剩余碳磚厚度、最高溫度等計算結果進行預警,有效監測高爐爐缸爐底的安全狀態。

    根據全國中小型高爐護爐實踐,我們把熱流強度低于16.7MJ/M2*H時視為正常狀態,當熱流強度大于29.2MJ/M2*H時,視為報警值,當大于50MJ/M2*H時視為事故值,根據這個理論,我們將爐缸的熱流強度計算后得到雷達圖如圖2-圖5所示。

    根據熱流強度計算,推斷出9198正東方向熱流強度已經到達警戒值,其炭磚內部積聚了大量的熱量,易造成環裂。對此,利用一維傳熱理論,對炭磚、陶瓷杯剩余厚度、875℃炭磚脆化線進行計算,結果如圖6所示。從圖七可以看出,陶瓷杯剩余厚度為69mm左右,炭磚熱面溫度已經達到856℃,距離炭磚脆化線875℃已經很接近,在渣皮不斷脫落、形成的過程中,炭磚熱面溫度進一步升高,陶瓷杯最終被侵蝕,1150℃等溫線慢慢向炭磚推移,侵蝕將進一步加劇。

    3  檢修灌漿維護

    通過9#高爐幾次溫度異常進行比較,可以斷定冷卻壁與炭磚之間、冷卻壁與爐殼之間氣隙過大,是高爐爐缸侵蝕的一個重要因素。為填充高爐爐缸內部氣隙,減小爐缸熱量傳遞熱阻。例:5月10日依《9#高爐灌漿方案》,對爐缸三層、四層進行灌漿,爐缸灌漿共消耗碳質灌漿料1.7噸,管道及設備剩余0.6噸,撒落0.1噸,實際灌入1.0噸。本次高爐爐缸壓力嚴格控制在2.5MPa以下,達到規定壓力立即停止壓入,進行保壓,壓力下降后再次壓入,如此進行三次后則換孔壓漿。

    通過本次檢修灌漿,在灌漿料進入比較多的東南方向,東北方向溫度有小幅度下降,下降幅度在10℃左右。在爐缸正東方向溫度波動很大,一方面有高爐操作有關,另一方面與灌入漿料較少有關,溫度仍處于較高水平。

    4  結語

    (1)9#高爐軟水密閉循環冷卻水流速2.348m/s,雷諾指數為110000,雖可保證陶瓷杯完好時或非鐵口區域的冷卻要求,對于鐵口側,隨著陶瓷杯的脫落,仍須加強冷卻強度。

    (2)9#高爐中心溫度波動比較大,爐缸死料柱活性時好時壞,環流時強時弱,最終會使爐缸侵蝕愈來愈重。

    (3)根據熱流強度計算,推斷出9198正東方向熱流強度已經到達警戒值,其炭磚內部積聚了大量的熱量,易造成環裂。

    (4)目前中鋼9#高爐爐缸側壁侵蝕嚴重,位置在鐵口下方區域,典型的“象腳型”侵蝕特點,其陶瓷杯厚度僅剩余69mm,炭磚熱面溫度已經達到856℃,距離炭磚脆化線875℃已經很十分接近。

    (5)通過灌漿,在冷卻壁與炭磚冷面之間注入碳質料,保證炭磚熱面熱量通過冷卻壁帶出,這一做法在中鋼9#高爐已取得初步成效。

    (責任編輯:zgltw)
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