文档介绍：天津钢管1000m3高炉炉底炉缸设计特点及应用实践
尹同甲,夏明和,杨仕达,王砚明
(天津钢管制铁有限公司,天津300180)
摘要:介绍了炉底炉缸的结构形式及侵蚀机理,对天津钢管1000m3高炉大修改造前后的炉底炉缸设计特点及应用实践进行了总结。改造后的高炉炉底炉缸采用了国产大块炭砖和陶瓷杯技术,为二代高炉长寿创造了条件。
关键词:炉底;炉缸炭砖;陶瓷杯长寿
天津钢管(以下简称天管)1000m3高炉第一代高炉于2005年1月投产,于2009年6月因炉缸炉底侵蚀严重而停炉大修,当时炉缸采用模压小炭块加陶瓷杯结构。2009年12月24日第二代高炉开炉投产,为了延长高炉使用寿命,高炉炉底、炉缸采用了国产大块炭砖和陶瓷杯技术。
高炉炉底、炉缸长寿是高炉长寿的核心,炉缸内盛装铁水和熔渣温度一般在1450—1500℃,除温度侵蚀外,还受到煤气、热应力、碱金属等的危害。因此除了对炉底、炉缸的冷却有很高的要求外,对炉底炉缸的结构设计、砌筑质量及耐火材料的材质也有很高的要求。
1 侵蚀机理
铁水和熔渣对炭砖衬的溶蚀和冲刷。炉缸内铁水和熔渣对耐火材料内衬的侵蚀主要有熔蚀、分解、反应、渗透,流动或涡旋磨损等。低熔点化合物的生成,耐火材料组分的分解(如碳化硅),熔融铁水的渗透,铁水和熔渣环流或涡旋等均会导致炉缸内衬的破损,炉渣与耐材中的Al2O3―SiO2中的氧化性组分发生中和反应,导致导致耐材分解,由于这类破坏程度严重,因此,铁水和熔渣侵蚀被认为是最主要的侵蚀因素。
。碱金属对炭砖的影响较大,它促使炭砖强度变差、体积膨胀、塑性膨胀和石墨化。在900℃以上,碱金属和石墨碳反应生成层间化合物,破石墨的层状结构,使体积发生膨胀(如生成KC60,使体积膨胀12%),采用导热系数大于15W/()的炭砖一般被碱金属侵蚀的程度要小。
。炭砖的抗氧化性能较其它耐材差,这是它的致命弱点,炭砖受到氧化侵蚀后,表面会产生脆化区域,为柔软的粉状特征,在外力作用下很容易破碎,通过提高炭砖的微气孔特性可改善炭砖的氧化性能。
热应力的破坏作用。炉缸的高温环境不但降低了内衬耐材的使用性能,催化化学侵蚀和物理破坏,同时还使耐材要经受组织应力导致的裂纹、剥落,结构应力导致的砌体碎裂、崩损等,由于高温的不可消除、应力始终存在,热应力的破坏也被认为是内衬破损的主要因素之一。
2 工作原理
根据炉缸内衬的侵蚀机理,为实现高炉长寿的目标,选用优质炭砖及陶瓷杯、内衬性能研究、内衬结构设计等有机结合,方可满足现代高炉高强度冶炼条件下获得长寿的目标,现代高炉的炉底、炉缸内衬形式主要有以下两种:
全炭炉底炉缸结构
受热面温度越低,衬体材料的损毁越慢。采用具有极好导热性的石墨质、半石墨质或石墨和炭混合的耐火材料并采用大流量冷却水,把热量及时传导出去,使铁水的1350℃等温线远离炭砖表面。而1150℃的等温线也是刚刚接触炭砖热面,使底部铁水处于半凝固状态,更大程度地降低铁水对炭砖的侵蚀和渗透作用。即充分地发挥冷却系统的作用来延长高炉寿命。此种方案是目前大中型高炉底部衬体的主导方案,但对所用炭砖要求极为苛刻,符合苛刻要求的炭砖尚不能完全国产化。而进口炭砖价格极贵,特别是对我国中小型高炉来说,全炭炉底炉缸结构的方案