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1、1.1.前前 言言 几十年来，高炉生产在容积大型化、精料、高风温、高顶压、富氧、喷煤、节能、炉料分布控制技术以及高炉装备自动化水平有了显著进步。以精料为基础，操作技术和水平的提高，科学的生产管理和维护，高炉生产稳定，炉况顺行，使高炉使用寿命不断延长。国外高炉寿命以日本最突出，高炉连续生产不中修一代炉龄，6070年代为56年，80年代 10年左右，90年代1115年，有的大高炉（千叶6#）已超过18年。西方发达工业国家高炉寿命一般有8年，现代化高炉超过10年。奋斗目标20年。英国雷德卡高炉（3628m3）1996年大修，设计寿命为10年。法国福斯特厂1#高炉第二代寿命达到10年后与1991年7月
2、15日停炉大修，内容积由2480m3扩大到3098m3。第三代于1992年1月4日开炉，设计寿命15年。前苏联高炉座数多，使用条件差，操作水平也属一般，但高炉寿命较长，俄罗斯新利佩茨克6#高炉（3200m3）代表该国最佳水平，高炉利用系数为2.405t/m3.d，（1992年16月），该炉1978年建设，寿命15年。第1页/共74页1.1.前前 言言 我国高炉寿命普遍不长，一般为35年。有的高炉寿命虽较长，但中间需中修12次。经过多年的努力，80年代以来，高炉长寿技术有了很大进步，高炉寿命有所延长。如宝钢1#高炉是以日本君津3#高炉作为样板设计建造的。1985年9月15日点火投产，1996年4
3、月2日停炉大修，一代寿命10年6个月，累计产铁3239.7万吨，一代炉役单位容积产铁量7949.1t/m3。梅山1#高炉，一代寿命9年11个月，产铁量6000t/m3以上。包钢高炉使用白云鄂博矿冶炼，由于白云鄂博矿的冶炼特殊性，包钢高炉寿命短优为突出，每座高炉大约34年就需要中修一次。历次高炉大中修炉体破损调查表明，炉身中下部破损最为严重。近些年，包钢高炉虽然采取了许多长寿技术，如：板壁结合的冷却系统、炉缸热压小炭块陶瓷杯技术、造衬技术等，但高炉寿命仍没有明显的提高。第2页/共74页1.1.前前 言言 白云鄂博矿是包钢炼铁厂冶炼的矿石基地，这种矿是世界上罕见的铁、稀土、铌等多金属共生矿，矿石中
4、还含有稀有分散元素（如Sc、Ta等）和放射性元素（如Th、U等），到目前为止已发现白云鄂博矿含有72种元素，170余种矿物。由于成矿条件极其复杂，矿石质地致密，颗粒纤细，矿石较贫，品位不高，而有害元素氟、碱金属钾钠、硫磷均较高，铁精矿难于烧结，入炉难于冶炼。1959年9月26日，包钢炼铁厂1#高炉建成投产。当时选矿厂及烧结厂尚未建设，因此只能用全部白云鄂博富铁块矿直接入炉。投产后的生产过程中就出现了风口及渣口大量破损，铁口侵蚀严重、高炉频繁结瘤等一系列的冶炼问题。第3页/共74页2.2.中、小型高炉冶炼情况中、小型高炉冶炼情况 1954年3月，第一次78m3高炉试验时即发现含氟炉渣对粘土砖侵蚀
5、严重，因此在1956年第二次78m3高炉试验时采用了碳砖炉衬，解决了侵蚀问题，并为高炉设计提供了依据。1954年12月在上海冶金陶瓷研究所1m3高炉及1957年7月在石景山钢铁厂11m3高炉上研究了氟在炉内运动机理及初渣特点，以及含氟炉渣性能。1958年10月及1959年7月在石景山钢铁厂413m3高炉上进行了两次冶炼试验，首次出现了风口及渣口大量破损，风口易灌渣、渣铁水凝罐等问题，这些问题在以前几次试验中都未出现。当时时间仓促，这些问题尚未解决，所以成为以后高炉生产中的突出问题。1980年5月，为了解决高炉生产中频繁结瘤的问题，在包钢稀土二厂55m3高炉上进行了各种配料的冶炼试验，研究高炉结
6、瘤的机理。通过试验及高炉攻关，认识到了钾、钠对结瘤的危害，即搞好精料、稳定操作的重要性。制定了以精料为基础、稳定炉况、降低炉渣碱度的措施，从而基本解决了高炉的结瘤问题。第4页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第一次1954.3石景山78m3粘土砖1.混入1/3或2/3白云鄂博矿，碱度1.25-1.5，粘土砖侵蚀严重。2.用高碱度渣（全碱度3.0，F=9.0%）可进行100%白云鄂博矿冶炼，并得到了较好的冶炼指标和低硅低硫生铁。第5页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第二次1954.12上海冶金陶
7、瓷研究所1m3粘土砖1.用高碱度渣冶炼100%白云鄂博矿可用粘土砖炉衬。2.研究了氟在炉内运动机理及含氟炉渣的特点。第6页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第三次1956.7石景山78m3炭砖炉缸1.含氟煤气水洗后F降低，不影响烧热风炉。2.粗煤气对钢结构及耐火材料无明显侵蚀作用。3.碳砖炉衬经受氟渣侵蚀。第7页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第四次1956.51957.5鞍钢47m3粘土砖1.白云鄂博富块矿直接入炉可得到优良的冶炼指标及低硅低硫生铁，但不宜于冶炼铸造铁，建议在大、中型高炉做试
8、验。2.应使用小块矿并分级混匀，以降低焦比。3.高炉接受高风温（1000以上）炉况顺行。4.含氟渣流动性好，熔化温度低。碱度及温度对脱硫能力的影响大于普通矿。炉渣CaF2=22%仍可冶炼。第8页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第五次1957.71958.10石景山11m3包钢试验部粘土砖1.用粘土砖衬时要求炉渣碱度达到1.8，过高则炉缸堆积，过低则严重侵蚀炉衬。2.进一步研究氟的运动对初渣特点，做了相变图。第9页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第六次1957.10石景山17.5m3科学院化工
9、冶金研究院炭砖炉缸1.冶炼白云鄂博矿高炉顺行，可以大大提高冶炼强度。2.碱度降到1.2时含氟炉渣对炉缸碳砖无侵蚀。第10页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第七次1958.101959.1石景山钢铁厂1号高炉413m3炭捣炉缸1.用100%白云鄂博矿炉身由有侵蚀，建议炉身下部用炭捣。2.矿石成分波动大，影响炉况稳定，建议进行混匀。3.炉温低，渣铁温度低，易造成铁水凝罐，休风灌渣。4.风、渣口破损多。第11页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第八次1959.78石景山钢铁厂1号高炉413m3炭捣炉
10、缸1.应注意炉渣碱度，CaF2=14%时，建议碱度应为1.4-1.5，过高炉缸堆积。2.铁水温度达到1300，可避免风口灌渣，铁水凝罐。3.可以用高风温，不需蒸汽鼓风，高炉直接还原高度。4.应加强渣口的冷却及时出渣出铁。5.炉渣流动性好，比重大，易冷凝，导热性高。高碱度时可脱磷。渣中氟越高，侵蚀高铝砖越严重。第12页/共74页中、小型高炉历次冶炼白云鄂博矿情况次序炉别及容积炉衬表现的特点或解决的问题第九次1958年1959年包钢13m3、55m3、80m3高炉炭捣炉缸1.风口损坏较多，冶炼强度高，高碱度及炉温波动时易坏风口。2.风口漏水易引起炉缸堆积。3.碱度一般2.0，加强冷却后可降到1.4
11、。第13页/共74页2.2.中、小型高炉冶炼情况中、小型高炉冶炼情况通过上述中、小型高炉试验，对白云鄂博矿的冶炼特性有了基本的认识，奠定了大高炉投产的基础。第14页/共74页3.高炉结瘤高炉结瘤 1959年1#高炉投产以后，白云鄂博矿的冶炼特殊性就突出显示出来，出现了一系列技术难题，特别是“三口一瘤”（风口、渣口和铁口侵蚀损坏严重，高炉结瘤频繁），长期困扰着包钢炼铁生产，成为包钢发展的“瓶颈”问题。第15页/共74页风口损坏渣口损坏铁口损坏第16页/共74页3 3高炉结瘤高炉结瘤 高炉颇繁结瘤，是冶炼白云鄂博铁矿石过程中最为突出的技术难关之一。它曾严重危害包钢高炉生产长达20余年，带来巨大损失
12、。直到八十年代，包钢高炉结瘤问题才得到墓本解决。第17页/共74页3.3.高炉结瘤高炉结瘤3.1高炉结瘤情况3.2结瘤原因分析3.3去处炉瘤方法第18页/共74页3.1高炉结瘤情况 早在50年代中期，在进行小型高炉冶炼试验时，就发现冶炼白云鄂博矿容易结瘤，1956年前后，在鞍钢47m3,石景山钢铁厂11m3小高炉冶炼试验中，都曾发现过炉子中部结瘤情况。包钢1号高炉1959年9月点火投产，仅试生产一个月，就发现炉身上部结瘤。这次结瘤经处理脱落，3个月后又发现再次结瘤。1960年投产的2号高炉及1970年投产的3号高炉，都在投产后几个月结瘤。当时的情况是：老的炉瘤处理脱落不久，新的炉瘤又结成。此种
13、反复结瘤的局面先后延续了20余年。1980年，在包钢55m3高炉进行白云鄂博铁矿石冶炼试验。试验仅5个月，而结瘤竟达4次。最快的一次，是在旧瘤炸除后3日内又生成。1980年包钢大规模攻关并收到明显成效。此后，高炉结瘤情况逐步缓和，结瘤得到基本控制。第19页/共74页3.1高炉结瘤情况第20页/共74页历年高炉烧炸瘤情况年份 1号高炉2号高炉3号高炉1959年9月开炉，11月炸瘤1960年9月开炉1961年1月炸瘤1962年2月炸瘤1963年3月停炉后炸瘤11月烧瘤1964年9月炸瘤1966年3月开炉7月停炉，9月炸瘤1967年1、5、8月月炸瘤1968年10月炸瘤1969年4月炸瘤3、6月炸瘤
14、1970年4月炸瘤10月开炉1971年4月烧瘤6月炸瘤第21页/共74页历年高炉烧炸瘤情况年份 1号高炉2号高炉3号高炉1972年5月停炉后炸瘤4月炸瘤，7月烧瘤1973年2月炸瘤1974年1月炸瘤6月炸瘤1975年7月开炉2月炸瘤，7月停炉后炸瘤1977年11月烧瘤12月开炉1978年1、3、4、7月烧瘤4月烧瘤，9、12月炸瘤1979年7、8、9月炸瘤1、7月烧瘤，5、12、12次年2月月炸瘤1980年1月烧瘤，炸瘤4、8、12月炸瘤1981年4月停炉后炸瘤1月炸瘤第22页/共74页3.2结瘤原因分析1.钾、钠、氟的作用2.造渣性能的影响3.原料管理准备差4.高炉操作支部不适应5.管理混乱
15、第23页/共74页3.3去处炉瘤方法1.洗炉2.炸瘤3.烧瘤4.烧渣结合第24页/共74页4.4.包钢高炉的特殊侵蚀作用包钢高炉的特殊侵蚀作用4.1边缘煤气流的冲刷作用4.2氟对炉衬的侵蚀作用4.3钾、钠的侵蚀作用4.4风口大量漏水的危害4.5烧瘤炸瘤的破坏作用第25页/共74页4.1边缘煤气流的冲刷作用 白云鄂博铁矿石存在着软熔温度低、软熔区间宽，烧结矿粒度偏小、料柱阻力大的特点。这使得在冶炼时，高炉必需维持较强烈的边缘煤气流，以促进炉况顺行。强烈的边缘煤气流对砖衬，尤其是对炉身中上部砖构成了强烈的冲刷作用。在一般情况下，生产2年后炉身即并始喷水冷却，待到停炉检修时，炉身炉皮已严重变形，裂纹
16、遍布。包钢高炉炉身是最薄弱的环节与强烈边缘煤气流冲刷又直接的关系。第26页/共74页4.2氟对炉衬的侵蚀作用 氟在炉料、炉渣中以CaF2形式存在。对硅铝质耐火材料有极强的侵蚀作用。CaF2可与耐火材料中的SiO2反应生成SiF4:2CaF2+SiO2=SiF4+2CaO 2CaF2+3SiO2=2CaSiO3+SiF4 SiF4与煤气中的H2O作用，生成强腐蚀性的HF:SiF4+H2O=SiO2+4HF HF对石英、莫来石、刚玉都产生侵蚀作用：SiO2+4HF=SiF4+2H2O 3AI2O32SiO2+26HF=6AlF3+2SiF4+13H2O 3AI2O32SiO2+8HF=3AI2O3
17、+2SiF4+4H2O AI2O3+6HF=2AIF3+3H2O第27页/共74页4.3 钾、钠的侵蚀作用钾、钠对高铝质耐火材料及炭砖均有强烈的侵蚀作用。钾、钠对高铝质耐火材料有双重破坏作用。及化学侵蚀和膨胀破坏。其破坏作用主要为：2K(g)+CO+23Al2O32SiO2=K2OAl2O34SiO2+5Al2O3+C 2K(g)+CO+3Al2O32SiO2=K2OAl2O34SiO2+2Al2O3+C K(g)+CO+3Al2O32SiO2+SiO2K2OAl2O36SiO2+C 钾、钠对焦炭的破坏作用是促进炭素气化，即：C+CO2=2CO第28页/共74页4.4 风口大量漏水的危害包钢高
18、炉投产后很长一个时期，风口大量破损，风口漏水向下渗漏，与赤热炭转相遇，促进炭砖氧化：C+H2O=2CO+H2 此反应在500以上及显著发生。第29页/共74页4.5 烧瘤炸瘤的破坏作用 炉瘤曾长期危害包钢高炉生产。频繁的炸瘤烧瘤对砖衬，尤其是对炉身中上部炉衬起着严重破坏作用。1981年1号高炉炸瘤，1982年2号高炉炸瘤都曾大面积震塌炉身砖衬，并炸坏炉皮。1979年底1、2号高炉在烧瘤时都烧坏冷却器并导致炉皮变形开裂，这些，无疑缩短了高炉寿命。80年代以后，包钢高炉寿命明显延长，与控制炉瘤成功有着不可分割的联系。第30页/共74页第31页/共74页第32页/共74页第33页/共74页5.5.包
19、钢高炉大、中修情况包钢高炉大、中修情况由于白云鄂博矿的冶炼特性，严重影响包钢高炉使用寿命，一般34年就需中修一次。第34页/共74页1#高炉大中修时间停炉时间开炉时间生产时间大修/中修检修内容1959.9.25 1年4个月1961.2.5 1961.3.17 2年29天中修换炉缸炉腹全部砖衬、炉身局部砖衬1963.4.15 1966.3.7 6年2个月中修更换炉底以上全部炉衬1975.5.9 1975.7.19 5年8个月中修更换炉底以上全部炉衬1981.4.8 1985.3.26 4年4个月大修改造性大修，建无钟炉顶、大框架，增加风口至22个，更换炉底8层起全部耐火砖。1989.8.13 1
20、989.9.271年10个月中修1991.8.1 1991.8.27 5年1个月中修1996.10.15 1996.12中修2001.7.9大修扩容至2200m3第35页/共74页2#高炉大中修时间停炉时间开炉时间生产时间大修/中修检修内容1960.9.121年3个月1961.12.25 1963.3.123年3个月中修换炉缸、炉腹、炉身全部砖衬1966.7.201966.9.88年10个月中修更换炉底以上全部炉衬1975.7.25 1977.12.14 7年8个月中修更换炉底以上全部炉衬1985.9.30 1986.4.235年4个月中修更换炉底以上全部炉衬1991.9.10 1989.11
21、.10 3年3个月中修更换风口大套以上砖衬1995.2.171995.3.73年2个月中修更换风口大套以上砖衬1998.5.5中修2001限产2001.12第36页/共74页3#高炉大中修时间停炉时间开炉时间生产时间大修/中修检修内容1970.10.17年4个月1978.2.25 1980.12.73年3个月中修换炉缸、炉腹、炉身全部砖衬1988.7.51989.1.57年6个月大修改造性大修建无中炉顶、大框架、双铁口、风口增至24个1994.4.11994.6.14年3月中修扩容至2200m3，双出铁场。1997.5.64年7个月中修2001.12.31 2002.3.19中修第37页/共7
22、4页4#高炉大中修时间停炉时间开炉时间生产时间大修/中修检修内容1995.11.14 1年3个月2003.2.212003.4.17年3个月中修换炉缸部分、炉腹、炉身全部砖衬第38页/共74页6.6.高炉大、中修炉体破损调查高炉大、中修炉体破损调查为查清包钢高炉寿命短的原因和高炉破损规律和破损特征，从1987年开始，每次高炉大、中修停炉，由钢研院（原冶研所）和炼铁厂组成联合调查组，堆高炉破损状况进行调查。破损调查主要围绕以下几个方面进行。1.炉型测绘；2.高炉各部位砖衬、粘结物测量、取样，并作化学、岩相分析；3.冷却壁破损规律、破损状况的调查；4.冷却壁解剖；5.对破损严重的部位照相和录像。通
23、过历次炉体破损调查，基本弄清了包钢高炉破损规律和破损特征，为新建高炉和高炉大中修设计提供了可靠的资料。第39页/共74页6.6.高炉大、中修炉体破损调查高炉大、中修炉体破损调查6.1 包钢高炉破损规律和破损特征6.2冷却壁解剖6.3碱金属、F在炉内分布和特点第40页/共74页6.1 包钢高炉破损规律和破损特征 包钢高炉一般3-4年中修一次，严重影响了高炉的生产和效益。历次高炉炉体破损调查表明，包钢高炉破损有许多共同的特征。以下是包钢高炉停炉后炉体侵蚀图。第41页/共74页第42页/共74页第43页/共74页6.1.1砖衬破损情况 在炉喉钢砖的保护下，炉身上部的砖衬一般都存在。炉腰部位因炉腰托盘
24、的支撑作用，托盘以上6-7段冷却壁位置残留部分砖衬。炉身中下部砖衬是侵蚀最严重的部位，砖衬完全侵蚀掉，冷却壁裸露。且炉腰和炉身中下部一般有程度不同的结厚。炉腹砖衬一般开炉后半年就侵蚀掉，以后只靠渣皮维持生产。停炉后观察证明这一点，该部位一般被渣皮覆盖。包钢高炉炉缸及炉底寿命较长。炉缸遵循一般高炉的“蒜头状”侵蚀，侵蚀线拐点在炉底1011层炭砖处。炉缸侵蚀另一特点是大块炭砖的“环裂”。环缝一般距炉缸冷却壁的350450mm之间，环缝宽约100200mm之间，环缝内炭砖疏松，成颗粒和粉末状。环缝沿圆周向贯通，分布及形状均匀。环缝的存在对炉缸的传热产生巨大的影响。第44页/共74页6.1.2冷却壁破
25、损规律 炉身冷却壁冷却壁破损严重的部位是炉腹和炉身中下部。1#、2#高炉炉身冷却壁破损集中在8、9、10段，3#、4#高炉集中在9、10段。3#、4#高炉炉身为板壁结合的冷却形式。3#1997年中修，910段冷却壁破损率达到70%，3#高炉2002年中修，8段冷却壁破损率达到81.2%，4#高炉2003年中修，8段冷却壁破损率达到83.9%，冷却板全部损坏，多数弯曲变形。炉腹镶砖冷却壁环境最为恶劣，所以冷却壁破损也较为严重。镶砖冷却壁镶入氮化硅结合的炭化硅砖与冷却壁筋条的侵蚀速度基本相等，侵蚀严重的冷却壁镶砖和筋条全部被侵蚀掉，并露出水管，冷却壁上部铸体被侵蚀至水管，外观上可看到水管的弧形。1
26、#高炉（1996年）炉腹破损率为81.25%，2#高炉（1995年）为83.3%，它已成为当时判断高炉一代炉役寿命的主要特征之一。近几年的破损调查也证明了这一点，1#高炉（2001年）炉腹冷却壁破损率为66.7%，3#高炉（2002年）炉腹冷却壁破损率为67.9%。第45页/共74页6.1.2冷却壁破损规律高炉冷却壁破损率比较时间炉腹炉身1FB5段6段7段8段9段10段11段1996年81.2535.427589.5810010031.582001年66.78.318.825.035.735.742.96段7段8段9段10段11段12段3BF200267.9082.157.174.110057
27、.14BF20038.04083.944.621.421.416.07第46页/共74页6.1.2冷却壁破损规律从上表可以看出，炉身和炉腹冷却壁破损最严重。炉腹冷却壁近年破损有减轻的趋势，而炉身冷却壁仍是破损最严重的部位，且炉身冷却壁常常是大面积、连续破损。3#、4#高炉炉身8、9段冷却壁损坏情况相似，但从10、11、12段相比，二者相差非常大。3#、4#高炉炉型和原料条件基本相同，但冷却壁破损情况4#高炉比3#高炉要好很多。主要原因在于4#高炉第10段、11段和12段下部采用了铜冷却壁。铜冷却壁优良的导热性能使4#高炉炉身冷壁破损大大降低。虽然铜冷却壁的造价要高，但从延长高炉寿命来讲，选择铜
28、冷却壁还是十分有利的。第47页/共74页6.2冷却壁解剖在1988年3#高炉、1996年1#高炉和1997年3#高炉2003年4#高炉炉体破损调查中分别取1-2块冷却壁作解剖。第48页/共74页冷却壁解剖结果1 冷却壁基体一般有气孔、沙眼、夹杂等铸造缺陷存在。2 冷却水管与冷却壁基体局部脱离。3 冷却壁纵向剖面有裂纹，有的裂纹深度已达到水管处。4 历次冷却壁解剖发现水管内均有结垢，厚度1-3mm、弯头处较厚，超过 5mm，管壁上结有5-10mm的小瘤。5 水管表面有渗碳现象。6 金相组织 灰铸铁冷却壁的金相组织为珠光体+铁素体+石墨碳，工作面金相组织是珠光体，仅有少量的铁素体和片状石墨，工作面
29、明显增碳。球墨铸铁冷却壁金相组织为铁素体+少量珠光体，球化效果很差，多为枝晶状和少数团状分布，未成球，石墨球化率级别为4级。工作面金相组织类以铁素体为基，但石墨形状变为和灰铸铁一样的较大片状石墨，石墨边缘明显长毛。工作面也有明显增碳现象。7机械性能 在冷却壁基体上取样检验其机械性能。发现均未达到标准要求。第49页/共74页6.3 K、Na、F在炉内分布和特点 K20Na20F时间1988(3BF)1996(1BF)2002(3BF)1988(3BF)1996(1BF)2002(3BF)1988(3BF)1996(1BF)2002(3BF)炉喉4.130.740.420.280.200.18炉身
30、上部3.881.250.932.250.312.240.750.210.18炉身下部13.812.21.402.333.620.985.651.550.90炉腹5.071.222.581.110.6170.32风口5.940.912.280.846.06.9炉缸9.271.201.381.21.080.665.800.25第50页/共74页6.3碱金属、F在炉内分布和特点1.K、Na在炉内的富集基本沿高炉高度的下降而增加，最高点在炉身中下部。2.F在砖衬上的富集程度很小，在0.1-0.5%之间，而在粘结物中的含量较高。3.总体上碱金属、F在高炉内的富集程度现在比以前要小得多，但其对砖衬仍有相当
31、大的破坏作用。第51页/共74页3#高炉破损调查照片炉身冷却壁炉身环管泥沙淤积第52页/共74页4#高炉破损调查照片炉身冷却壁炉身粘结情况第53页/共74页4#高炉破损调查照片炉缸炭砖炭砖环缝第54页/共74页7.7.包钢高炉寿命短原因分析包钢高炉寿命短原因分析7.1入炉原燃料质量7.2冷却壁制造质量7.3冷却水质7.4合理的冷却强度和冷却形式7.5高炉操作维护第55页/共74页7.1入炉原燃料质量包钢高炉使用白云鄂博矿冶炼，由于白云矿的特殊性，对高炉侵蚀表现在两个方面：一是钾、钠、氟对砖衬强烈的破坏作用；二是由于占入炉大部分的烧结矿粒度小、软熔性能差，使高炉软熔带位置高，软熔带宽，高炉料柱透
32、气性差，高炉采用发展中心、适当发展边缘气流的操作制度，边缘气流的发展加剧了对砖衬、冷却壁的侵蚀。另外，由于烧结矿的成分波动较大，造成高炉炉况波动大，使炉身中下部很难形成稳定的渣皮，砖衬和冷却壁没有有效的保护，所以包钢高炉炉身中下部一直是影响高炉寿命的薄弱环节。第56页/共74页7.2冷却壁制造质量冷却壁解剖表明，冷却壁基体普遍存在铸造缺陷，冷却水管有渗碳现象，冷却壁成分偏差，机械强度达不到要求，球墨铸铁球化程度不够等因素，严重影响冷却壁使用寿命。第57页/共74页7.3冷却水质历次冷却壁解剖结果表明，冷却壁冷却水管内壁均由不同程度的结垢，水垢的生成使冷却壁的冷却能力大大降低，使冷却壁的温度升高
33、，强度下降，最终造成冷却壁的破损。另外，水垢使冷却水管的管径变小，冷却水的流量降低，同样影响冷却壁的冷却效果。目前解决这一问题的更本方法是软水密闭循环冷却系统。包钢高炉用黄河水开路冷却，黄河水硬度高、稳定性差、泥沙含量大。炉体破损发现炉身水环管截面有1/31/2的面积被泥沙堵塞，降低了冷却水流量，是影响冷却壁冷却效果的另一个因素。近年来，给水厂加强了高炉冷却水的净化程度，使冷却水的悬浮物含量由原来的100150g/L降低到了约40g/L，水质有了较大的改善，4#高炉冷却水管的结构现象较其他高炉以前的情况要轻，但冷却水管结垢问题并没有从更本上解决。第58页/共74页7.4合理的冷却强度和冷却形式
34、冷却强度低是炉身中下部破损严重的另一个重要因素。炉身板壁结合的形式增加了冷却强度，是目前大中型高炉常采用的形式，但这种形式炉皮开孔太多，造成炉皮强度下降，经常发生炉皮开裂现象，影响高炉正常生产。因此，对合理的冷却结构形式仍需进一步研究。第59页/共74页7.5高炉操作维护稳定操作是高炉冶炼的根本。操作上边缘气流与冷却强度应相适应。以使在炉墙上形成稳定的渣皮，保护砖衬和冷却壁。炉况稳定有利于渣皮稳定存在，避免热冲击和热震加剧砖衬的侵蚀。对损坏冷却壁维护。炉身冷却壁破损往往是连续大面积的损坏，破损调查发现，炉身部位的冷却壁常常大面记脱落，只剩下炉皮。这是因为损坏的冷却壁加重了相邻冷却壁的负担，引起
35、连锁反应，造成冷却壁大面积连续破损。因此在冷却壁损坏后应及时恢复该部位的冷却功能。恢复冷却壁冷却功能、保持冷却系统的完整性的方法有安装小型冷却器，水冷柱和更换冷却壁等方法。第60页/共74页8.8.包钢高炉长寿技术进步包钢高炉长寿技术进步8.1矮胖型炉型设计8.2 风冷厚综合炉底改为水冷薄综合炉底8.3炉缸死铁层厚度8.4 炉衬设计8.5冷却设备及冷却形式的改进8.6冷却水质的改进8.7高炉操作维护8.8原燃料质量的改进第61页/共74页8.1矮胖型炉型设计 炉型是高炉设计中重要的一环，其合理与否将严重影响高炉的技术经济指标及长寿。回顾历史，随着冶炼理论的发展、原燃料质量的改善以及工艺技术的进
36、步，高炉炉型是由“瘦长型”逐渐向“矮胖型”方向发展的。包钢原1、2号高炉（1513 m3）高径比实际为2.91，原3号高炉(1800 m3）高径比为2.69，都不属于“矮胖型”。为便于高炉操作，针对包头特殊矿高炉冶炼的特性，在3号高炉的扩容改造和4号高炉新建时，相应调整了炉腹、炉身角，3、4号高炉就属于“矮胖型”。由于炉型矮胖，相对容积的高度较低，单位炉容的炉衬表面积也增加，炉身角、炉腹角相对缩小，这些改变有利于降低煤气流速，减小上升煤气的阻力以及煤气流对炉衬的摩擦，也减轻了炉腹的热负荷和热冲击，使高炉较容易接受加重边缘的装料制度。因此，同等冶炼强度下，更有利于高炉炉况的稳定顺行及技术经济指标
37、的改善，也更有利于高炉长寿。生产实践表明，3、4号高炉的矮胖炉型设计是成功的，因为矮胖炉型更有利于在包钢原料条件下高炉的强化，并使3、4号高炉获得了较原1513 m3高炉好的技术经济指标。同时，矮胖炉型高炉应特别注意有适当的中心煤气流，因为矮胖炉型的高炉经不起较长时间的慢风操作，一旦失常，炉况恢复极为难。同时，如果利用矮胖炉型的特点，过高提高冶炼强度，则煤气流难以控制，如上下调剂失当，更容易形成边缘煤气流发展，将使焦比升高，炉衬寿命缩短。第62页/共74页8.2 风冷厚综合炉底改为水冷薄综合炉底 在60年代和70年代，包钢高炉均为厚度为5m以上的风冷综合炉底，1号和2号高炉在一代炉役内，未出现
38、过炉底温度过高，威胁生产的异常情况。3号高炉虽然在1983年5月曾一度发现炉基温度高到600，炉底风冷管发生漏铅的险情，但是风冷炉底改为水冷炉底后，险情得到控制，一直维持到1988年7月停炉大修，此间再未发生大的异常变化。进入80年代后，随着高炉冶炼的不断强化和产量的不断增加，包钢的高炉通过大中修改造及新建高炉，炉底已全部改进为水冷综合炉底，并且炉底厚度有所减薄由原来的5.6m左右，减薄到了现在的3m左右第63页/共74页8.3炉缸死铁层厚度 从炉缸区域砖衬侵蚀机理可知，此部位的主要侵蚀原因为铁水的冲刷和溶蚀渗透，最真观的表现为“蒜头型”异常侵蚀、部位恰好在死铁层位置，因此，死铁层设计得薄与厚
39、直接影响铁水的流动形式。根据侵蚀形状分析，铁水环流冲刷是主要因素、有计算表明，1000m3以上高炉中心焦柱在炕缸铁水中的沉入深度是随炉容的扩大而加深的，一般深度可达一炉铁水高度的2/3，死铁层过浅，则焦柱几乎直接压到炉底砖上，出铁时铁水势必沿着炉缸周边流向铁口方向，铁流速度大，铁水剧烈地冲刷炉缸砖衬。因此，加深死铁层，焦柱与炉底之间空间增加，出铁时铁水可以从中心焦柱下方流向铁口，减轻环流对耐火材料的冲刷。根据3号高炉实践，2000m3级高炉死铁层设计厚度为1.52m较为合适。第64页/共74页8.4炉衬设计 为适应包头特殊矿冶炼，原苏联设计的高炉内衬为：炉底采用炭砖-高铝砖综合炉底，自炉缸向上
40、，直至炉身上部支梁式水箱均为炭砖，再向上至炉喉为粘土砖。由于炉腹至炉身中下部软熔带区域承受化学侵蚀、高温气流的磨损、氟和碱金属侵蚀以及热震等恶劣条件，这种炉衬结构的炉腹至炉身中下部寿命太短。这种炉衬结构一直延用至90年代初，自1994年起，在各高炉的大中修时使用了烧成铝炭砖后，炉腹至炉身中下部的寿命稍有好转。烧成铝炭砖的主要指标除抗热冲击性次于炭砖外，其他性能指标都优于炭砖，而抗热冲击性也优于SiC-Si3N4砖。生产实践表明，烧成铝炭砖是包钢高炉炉腹至炉身中下部炉衬的较理想材料。炉缸因大炭块存在环裂现象，从1994年3#高炉扩容改造开始，炉缸部位使用UCAR公司的热压小炭砖，2000年1#高
41、炉大修扩容，炉缸采用了法国SAVOIE公司的陶瓷杯结构。第65页/共74页8.5冷却设备及冷却形式的改进 原1号高炉炉身结构为冷却壁与支梁式水箱相结合，2号高炉为密集式铸铁冷却板。在生产实践中，2号高炉易结瘤，难操作，而且冷却板损坏情况难以检查，在70年代就改为冷却壁与支梁式水箱。3号高炉70年代投产也属此结构。后来在梅山高炉经验的启发下，在1994年3号高炉扩容改造和4号高炉新建时，从炉腰开始改为板壁结合型式，并且在4号高炉炉身下部采用2段铜冷却壁。针对包钢高炉炉身中下部破损严重及炉身冷却强度偏低的情况，2000年1#大修时对炉身中下部冷却结构进行了重大改进。取消了“板壁结合”，采用了镶砖式
42、双层水冷管的冷却壁，而且这一部位的冷却水管直径由原来的45mm增加到60mm，强化了炉身中下部的冷却。炉腹冷却壁材质为球墨铸铁、80年代由单排水管改为双排水管，并适当扩大管径，通高压水，但其寿命仍不够满意。4#高炉炉腹采用双层水管镶砖冷却壁及铜冷却板相结合的形式，效果比较明显。第66页/共74页8.6冷却水质的改进 4#高炉冷却水系统增加了净化程度，使冷却水悬浮物含量由150g/L降到了40g/L以下，水质有所改善。这一措施逐渐应用到3#高炉和1#、2#高炉。第67页/共74页8.7钛渣护炉 包钢高炉在炉役后期开始加钛渣护炉。高炉破损调查在炉底发现钛化物的存在。炉底TiO2含量在24%之间，炉
43、缸至风口区较低，炉腹部位TiO2含量在1.0%左右，且沿圆周方向分布均匀。钛渣护炉主要保护炉底和下炉缸，但从炉腹部位TiO2含量看，对炉腹也有一定的保护作用。第68页/共74页8.8高炉操作维护第69页/共74页8.9原燃料质量的改进第70页/共74页9.9.延长高寿命的几点建议延长高寿命的几点建议1.精料工作是高炉长寿的基础，继续做好精料工作，降低入炉K2O、Na2O、F的含量。以减轻碱金属和F对砖衬的侵蚀，提高砖衬寿命。稳定烧结矿成分，减少入炉粉末。2.炉身、炉腹冷却强度低是炉役后期冷却壁破损的主要原因，在高炉冷却系统设计时，合理提高炉身、炉腹部位的冷却强度。4#高炉采用的冷却形式比较有效
44、。3.提高冷却壁制造质量。4.改善冷却水质。在条件允许的情况下，采用软水密闭循环冷却系统。5.冷却壁冷却功能的恢复。在冷却壁损坏后及时安装水冷柱恢复冷却壁的功能。6.稳定炉况，减少休减风时间和次数。7.钛渣护炉。因钛渣护炉对炉腹部位也有一定的护炉效果，应提前钛渣护炉的时间，护炉时间可从炉役后期提前到开炉后2年开始，以保护炉腹冷却壁。第71页/共74页10.10.结结 语语 高炉长寿工作是一项系统工程，涉及到设计、制造、施工，砖衬的选择、冷却形式、冷却水质，入炉原燃料质量、高炉操作、炉体维护，其中既有物的因素，也有人的因素，只有保证各个环节的质量，才能实现高炉的“高产、优质、低耗、长寿”。第72页/共74页THE ENDThank you for attention!第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页