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        1. 北京信兆科技有限公司

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          高爐爐缸溫度異常分析與診斷

          高爐爐缸溫度異常分析與診斷

          • 分類:行業新聞
          • 作者:
          • 來源:
          • 發布時間:2020-05-22
          • 訪問量:5

          【概要描述】

          高爐爐缸溫度異常分析與診斷

          【概要描述】

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          • 作者:
          • 來源:
          • 發布時間:2020-05-22
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          詳情

          要:造成爐缸溫度升高的原因是多方面的。本文結合高爐爐缸溫度異常案例,從爐缸耐材溫度著手,通過記錄數據以及傳熱體系等進行分析,對爐缸溫度異常升高做出診斷,主要原因是冷卻壁與炭磚間存在氣隙、爐缸存在“蘑菇”狀侵蝕,以及原燃料質量下降造成爐缸狀態惡化。

          高爐爐缸、爐底的安全問題是高爐穩定、高產、長壽的關鍵,我國近些年來新投產一批大高爐接連出現爐缸側壁溫度異常升高,甚至出現了爐缸燒穿的惡性事故。某鐵廠2280m3高爐開爐僅兩年時間便出現了爐缸側壁碳磚局部溫度升高的現象,開始認為是陶瓷杯被完全侵蝕后的必然結果,未引起足夠的重視,簡單采取措施,但隨后一個月局部溫度驟然升高至900℃以上,嚴重威脅到爐缸安全。本文從爐缸耐材溫度著手、通過高爐風口攝像監控記錄數據以及傳熱體系等進行分析,對爐缸溫度異常做出診斷,為爐缸維護和長壽提供指導性。

           

          1 高爐系統概況

          高爐有效容積2280m3,28個風口,2個鐵口,爐體系統采用適當矮胖的強化爐型、磚壁合一薄內襯結構、全冷卻壁(鑄鐵+銅)、聯合全軟水密閉循環冷卻系統。爐缸、爐底的內襯結構采用全國產化“高導熱炭磚+陶瓷杯”結構,高爐設計壽命(不中修)一代爐齡15年。

          1.1爐缸內襯結構

          內襯設計充分考慮高爐各部位不同的工作條件和侵蝕機理,有針對性的選用耐火材料,并在結構上加強耐火磚襯的穩定性。爐底第1層滿鋪國產超高導石墨磚,高度400mm;第2、3層滿鋪國產微孔碳磚,總高度800mm;第4、5層中心砌筑國產微孔碳磚(直徑約φ9400mm)、外側砌國產超微孔碳磚,高度800mm;第6、7層立砌楔形剛玉莫來石磚,總高度800mm;整個爐底砌體高度2800mm。爐壁外側第6~10層采用國產超微孔碳磚,總高度2000mm,爐缸側壁外側第11~18層采用國產微孔碳磚(其中:第11~14層每個鐵口通道區域采用超微孔碳磚,范圍~2000×1600mm),總高度~3300mm,爐缸側壁內側陶瓷杯采用小塊塑性相剛玉磚,總高度~4500mm。爐壁炭磚保證一定的厚度,最小1110mm。死鐵層深度兼顧鐵水環流和滲透兩個因素,深度2100mm,為爐缸直徑20%,符合長壽設計要求。

          1.2 冷卻設備

          冷卻系統設計為全冷卻壁結構型式,采用最新的磚壁合一技術,高熱負荷區域采用銅冷卻壁,冷卻壁取消凸臺。爐底至爐喉共設置14段冷卻壁。按照爐內縱向各區域不同的工作條件和熱負荷大小,采用不同結構型式和不同材質的冷卻壁。風口區域采用光面球墨鑄鐵冷卻壁,共28塊,冷卻壁水管為6進6出,水管直徑均為φ76×6mm。風口以下采用共3段冷卻壁,均為光面低鉻鑄鐵冷卻壁,每段42塊,每塊冷卻壁水管為4進4出,豎直排列,鐵口區域的鑄鐵冷卻壁,水管為7進7出水管直徑均為φ76×6,爐缸冷卻壁比表面積1.04,滿足長壽高爐1.0的設計。下部冷卻壁由于爐底爐缸溫度波動范圍小,采用4點螺栓固定型式,但冷卻壁水管與爐殼間設置變形補償套管,防止因爐殼與冷卻壁間的溫差不同導致水管剪斷而出現破漏的現象。

           

          2 爐缸側壁溫度分布狀況

          爐襯溫度是爐缸工作狀況的最直觀的表現,可以定性地評價爐缸徑向侵蝕趨勢和圓周方向上的均勻性。爐缸部位設置5層熱電偶,每層設置16個熱電偶,分8個方向,每個方向設內環、外環兩個熱電偶。2013年12月前,爐底爐缸部位生產狀態及爐缸各點溫度基本都在正常范圍。2014年1月份鐵口(標高11.5m)下方約1.3mm位置,標高10.196m處第六點爐缸溫度熱電偶顯示開始飆升。高爐爐況診斷系統看出,9.394m、10.196m、10.998m三層當中六點方向溫度最高,且與周向上其它點溫度相差懸殊。10.196m處內環溫度最高達到906℃,圓周方向上其它測溫點溫度多在350℃左右,均屬于正常范圍;9.394m處六點方向內環溫度接近500℃,圓周上其他測溫點只有260℃左右。這三層的溫度表現出不均勻分布狀態。12.201m和13.499m兩層炭磚內環最高溫度在六點鐘方向,整環平均溫度維持在440℃和510℃,溫度分布較為均勻。

          由測得的內外環溫度,根據兩點測溫法即可計算出炭磚剩余長度可以看出,13.499m、12.201m處炭磚保持完整性,還殘存少許陶瓷杯;10.998m處6點已經發生炭磚侵蝕,對面側壁形成穩定渣鐵殼;10.196m處6點位置炭磚嚴重侵蝕,對面側壁形成渣鐵殼;9.394m處炭磚保持完整狀態,陶瓷杯完整。西鐵口方向侵蝕嚴重,爐缸交界處侵蝕很少,對面側壁的環碳沒有發生侵蝕,屬于典型的“蘑菇狀”侵蝕。目前國內高爐爐缸侵蝕調查結果來看,大多數高爐出鐵口下方~1m處爐缸側壁局部大量侵蝕,爐底侵蝕很少或基本沒有侵蝕,并且在圓周方向呈不均勻侵蝕。

           

          3 溫度異常的原因分析與診斷

          爐缸溫度升高的原因是多方面的,首先查找產生異常的可能性,然后根據全面觀察、排查、證實各種原因,最后研究解決的方法。很多企業在高爐生產出現問題時,首先將原因歸結于冷卻強度不夠等原因,這種觀點過于片面。由于爐缸有較厚的爐襯,依靠冷卻壁冷卻耐材,傳熱體系的限制在于爐襯。正常生產狀態下,軟水總循環水量3742m3/h,其中冷卻爐底550m3/h,冷卻壁直冷管3192m3/h,進水溫度控制在 40±1℃。爐缸側壁溫度升高后,認為冷卻強度不夠,將冷卻水量增至4400m3/h,爐底水量640℃,單根管水量已達到22.4m3/h,但炭磚溫度并沒有得到遏制,表明并非冷卻壁與冷卻水之間的傳熱影響,當傳熱體系被破壞后單純提高冷卻水量對于爐缸溫度控制并無明顯效果。

          3.1爐缸氣隙的判斷

          爐缸傳熱過程簡單來講熱量通過陶瓷杯、炭磚、搗打料傳給冷卻壁,由冷卻水帶走熱量,部分熱量再由冷卻壁傳給爐殼由大氣帶走,因此爐缸由內到外導熱系數越來越高。當爐襯與冷卻壁之間存在氣隙,兩者失去關聯性,傳熱受到阻礙,局部炭磚熱量無法及時導出,致使炭磚熱面溫度升高,炭磚無法給對應部位的陶瓷杯提供保護,局部陶瓷杯被侵蝕掉,鐵水直接接觸炭磚。

          治病講究對癥下藥,正確判斷溫度異常的原因對于爐缸維護和治理措施十分重要。當磚襯出現氣隙時,阻礙了磚襯中熱流傳向冷卻壁,冷卻水測溫儀,磚襯冷面與冷卻壁產生溫差,磚襯中測溫點溫度由T2上升至T4,而冷卻壁溫度下降到T2,在一定的冷卻強度條件下,冷卻壁溫度下降,導致水溫差變小。通過該方法可以判斷出爐缸溫度升高有否與氣隙有關。針對爐缸溫度異常區域的水溫差進行專門測量,測得三根冷卻壁聯管水溫差為0.2℃,一根冷卻壁連管水溫差為0.3℃,爐缸溫度正常區域水溫差0.6℃,結果說明在溫度異常部位的確出現了氣隙。

          3.2氣隙產生的原因

          炭磚與冷卻壁之間設置有90mm膨脹縫,采用碳素搗打料填充,搗打料有傳遞熱量的重要作用,又有吸收炭磚膨脹的作用。爐殼在爐內壓力作用下產生彈性變形,直徑膨脹,而冷卻壁采用4點螺栓固定在爐殼上,爐殼帶動冷卻壁脫離搗打料,此時如果搗打料不嚴密,炭磚膨脹量無法迫使搗打料貼緊冷卻壁,間隙隨之產生,傳熱體系受到破壞。

          3.3 搗料層對爐缸溫度的影響

          對于爐缸氣隙的治理,最有效的手段就是壓力灌漿,通過灌漿來消除爐墻間隙,恢復傳熱體系。該高爐經過壓漿處理后溫度有所下降但仍在700℃左右,處理效果不佳,國內多家鋼鐵廠在灌漿后也出現同樣情況。一方面由于局部侵蝕后一直無法形成渣鐵保護層,高溫鐵水不斷侵蝕炭磚。灌漿用碳素搗打料導熱系數偏低也是一方面原因。高爐內碳搗料緊靠冷卻壁,工作溫度僅為100℃左右,溫度不可能升的很高。灌漿所用耐材,其檢測的導熱系數并不能真實反映實際工作溫度下的導熱系數。高爐用炭素搗打料標準,可以看出兩者差距。灌漿料相對于氣隙導熱系數大得多,但對于超微孔炭磚而言成為新的熱阻,加之無法形成渣鐵保護層,所以溫度下降幅度有限。

          隨著我國高爐炭磚的進步,超微孔炭磚導熱系數大幅提高,常溫時≥16W/mK,所以碳素搗打料應與炭磚相匹配,避免碳素搗打料成為傳熱體系中的絕熱層,影響爐缸壽命。對爐缸壓力灌漿時材料的選擇也要充分考慮這點。建議在爐缸炭磚與冷卻壁之間使用煤焦油結合碳素搗打料,因其固化溫度高,在一代爐齡中都不會固化,可以保持較好的柔軟性。而樹脂結合碳素搗打料適用于爐底,在低溫下可以固化,不易變形。

           

          4 結語

          導致爐缸側壁溫度異常的因素有很多,如何正確判斷異常的原因對于爐缸維護和治理措施十分重要。當爐襯與冷卻壁之間存在氣隙時,原有的傳熱體系被破壞,局部炭磚熱量無法及時導出,致使炭磚熱面溫度升高,炭磚無法給對應部位的陶瓷杯提供保護,局部陶瓷杯被侵蝕掉。因此,建立起可靠的爐缸傳熱體系,防止氣隙是爐缸長壽的關鍵。生產維護中對灌漿料、灌漿孔的選擇及灌漿過程控制要恰當,避免出現新的熱阻。在生產操作上要堅持精料入爐,控制有害元素,優化操作制度,采取活躍爐缸死料堆的措施,保持適當的爐底中心溫度盡可能的減緩鐵水環流的影響。同時采取高鈦礦護爐,定期檢修灌漿,保證炮泥質量,加強鐵口維護,完善檢測手段,強化爐缸冷卻等措施,信兆科技專注高爐安全檢測十六年,確保高爐長壽、穩定、順行。

           

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