刘云彩高炉炉缸烧穿的预防和处理.ppt

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1、高炉炉缸烧穿的预防和处理,刘云彩2012.10.1,2,2012/10/1,第3节 灌浆、压入和喷涂造衬,第4节 烧穿后的修复,第5节 预防炉体破损,参考文献,第2节 补炉操作,第1节 炉缸烧穿是一个过程，经过很长时间,3,2012/10/1,第1节 炉缸烧穿是一个过程，经过很长时间高炉炉体破损，以水箱为标志，一旦水箱烧毁，炉皮变形、开裂，如果发生在炉身，则喷出煤气和火焰；如在炉腹，则喷出焦炭和炉渣。如瞬间大量向炉内漏水，可能产生大量水煤气爆炸，这种力量足以摧毁高炉。发生在炉缸，赤热的铁水流出来，遇到水，会产生爆炸，其破坏性，难以予预料。,4,2012/10/1,1，炉缸在那里经常烧穿？高炉烧

2、穿是一个过程，炉衬被侵蚀，需要时间。随着砖衬的侵蚀，铁水逐渐接近冷却壁，冷却壁的进出水水温差，越来越高，因此通过冷却壁的热流强度也越来越高。图1是首钢四高炉大修停炉的实测结果。,5,2012/10/1,图1 大修实测炉型（1200m3）,6,2012/10/1,图2（1983-1987）1987年大修实测炉缸状况,7,2012/10/1,四炉一个铁口，经常利用系数在2.3-2.5之间，出铁速度较快，炉缸环流侵蚀较重。图2是四炉第2代实测炉缸，它是在烧穿修复后，积极准备，一年后大修。,8,2012/10/1,开炉10年3个个月后，炉底砖侵蚀4层，侵蚀速度约13mm/月。最严重处，距炉缸二层冷却壁

3、60mm。四炉第二代，1983年6月4日开炉，30个月后，炉缸侵蚀严重，局部热流强度超过15000千卡/m2.h(62800 kj/m2.h)，1986年3月5日二层冷却壁烧穿。,9,2012/10/1,图3 武钢5号炉大修实测1武钢5高炉，3200m3，1991年10月19日开炉，2007年5月17日停炉，生产15年8个月，炉底侵蚀速度约9.6mm/月。最薄处距2段冷却壁186mm。,10,2012/10/1,图4 福山5高炉2福山5高炉1973年投产，1983年停炉，中间经历两次石油危机。在3号风口方向下部，炉缸侵蚀严重，铁水已渗透到炉壳钢板约400mm，砖衬已变质脆化。侵蚀形状，也是象脚

4、型。,11,2012/10/1,图5 施维尔根2高炉炉缸侵蚀情况3,12,2012/10/1,图5是斯维尔根2高炉，也是欧洲最大的高炉，1993年投产。图5给出的炉缸侵蚀情况是数学模型推算的结果，它是陶瓷杯内衬，已出铁33,79800吨，日产12300吨。炉缸直径14.9m，工作容积4769m3。从图中看到，开炉10年后炉缸侵蚀形状，和以上各高炉类似，也是象脚型。,13,2012/10/1,炉缸象脚型侵蚀，也有人叫“蒜头状”侵蚀，这一区域炉缸最薄弱，最易烧穿。这一区域的最薄弱点是冷却强度最弱的地方，两冷却壁之间，冷却强度最弱，这里是最容易成为烧穿的突破点。图6是首钢高炉高炉生产的实例。从图中看

5、到，此点距冷却壁冷却水管“最远”。显然，足够的冷却强度，可使少量渗透的铁水凝固，避免烧出；冷却强度不足，深入的铁水，会烧穿冷却壁，扩大烧穿范围。,14,2012/10/1,图6 首钢2高炉1955年烧穿部位4并不是所有烧穿，均发生在冷却壁之间，但相对较弱的冷却强度，烧穿的几率最大。,15,2012/10/1,2，“突然”烧穿的原因我们经历过多次高炉烧穿，经常处于精神紧张的担心状态，任何炉缸冷却壁水温差变化或测温元件温度变化，都会提醒我们，全面观察。我们也看到有些厂，出现意外烧穿，如鞍钢3号炉2008年8月25日的烧穿，没有任何先兆5。,16,2012/10/1,3号炉容积3200m3，2005

6、年12页28日投产。烧穿部位炉缸砌砖厚度1914mm，即使局部烧穿，也需要很长的时间，从2010年3月停炉大修观察，炉缸下部侵蚀严重，大修是必要的。为什么没有先兆，正如鞍钢的分析，炉缸区域测温点太少，在关键的第2、3段冷却壁，仅有24个测温点，在炉缸圆周方向，相距3m多，才有一个监测点，局部侵蚀或烧穿，很难有反应。这是没有先兆的主要原因。,17,2012/10/1,高炉炉缸外层用美国著名的UK小块碳砖，内衬低导热的“陶瓷杯”，设计寿命15年，又是著名的设计院设计的，很难想到，不足3年，会发生烧穿。炉衬侵蚀过程是存在的，正如鞍钢总结的，UK高石墨化的碳砖容易被铁水熔损，炉缸冷却壁炉墙强度较低，加

7、快了侵蚀速度。设计结构的缺陷，是短命的另一原因。国外陶瓷杯材料，一般可经受3年多的侵蚀，鞍钢的陶瓷杯材料，局部显然低于3年，是施工问题还是材质问题，上不清楚，这也是出人意外的重要原因。,18,2012/10/1,3，为什么炉缸侵蚀多为象脚型？,高炉炉缸象脚状浸蚀，已被许多试验证明，主要是炉缸内铁水环流和应力造成的。加深死铁层，是减轻象脚浸蚀的有效措施。图7是依据高炉上推力关点6，推算出的高炉死铁层深度7。,图7 实际死铁层深度和推荐死铁层深度,19,2012/10/1,从图中看到，实际各国高炉的死铁层深度，差别很大。,即使同容积的高炉，深度也很不同，1000m3以上高炉，浅的不足1米，深的3米

8、多。推荐死铁层深度与炉缸直径之比，结果如表8。从表8中看到：小高炉死铁层深度与炉缸直径之比，大于或接近0.2，而大于500m3的高炉，死铁层与炉缸直径之比，仅是1614%。现在高炉设计，经常以炉缸直径20%作为死铁层深度，对小高炉比较合适，对大于500m3高炉，其值较大，15%左右比较合理。,20,2012/10/1,图8 炉缸直径与推荐死铁层深度,21,2012/10/1,表1 推荐死铁层深度与炉缸直径之比,22,2012/10/1,处于死铁层位置的铁水，除因出铁放渣死料柱升降对其扰动外，是比较平静的。用同位素测定炉缸铁水，证实了这点8。巴巴雷金等曾对前苏联马钢的三座高炉、从死铁层放出的铁水

9、，进行研究，结果表明：不同深度的铁水，成分和温度是不同的。愈向下温度愈低。铁口附近的铁水温度大约14600C，铁口下2.54米处、即残铁口底部（其中一座高炉约2.5米，另两座约4米）的铁水温度，只有12000C 9。车里亚宾斯克2号炉在1950年放残铁时，测定的下残铁口的铁水温度只有116011800C10。当时所测定的高炉，炉底均没有冷却。这说明死铁层的铁水，还有另一项功能，即23米深的铁水，可降低铁水温度2503000C。所以，加深死铁层，不仅减低铁水环流的浸蚀作用，还能大幅度降低铁水温度，减轻对炉底炉缸的破坏作用。,23,2012/10/1,尽管如此，作者还是推荐死铁层深度不超过2.5米

10、，因为高炉经过几年生产后，死铁层会因铁水浸蚀而加深；现在的大高炉，炉底均有冷却设施，不可能像50年代，浸蚀很深。预留过深，白白浪费了高炉容积。特别是大高炉，每增加1米死铁层深度，会扩大高炉容积几十甚至上百立方米。对于大高炉，15%左右的死铁层深度，完全能满足冶炼要求；也能保护炉缸长寿。,24,2012/10/1,日常操作中，要控制出铁速度。大高炉出铁速度过快，会产生环流，破坏炉缸炉墙。虽然加深死铁层能减少环流，出铁速度过快，环流依然难以避免。图9是一些高炉的出铁速度。,图9 部分高炉的出铁速度,25,2012/10/1,4，重点检测那里？炉缸危险烧穿区多在象脚侵蚀区，一般在炉缸二段冷却壁铁口以

11、下的盛铁水区域。因此这区间的监测点应当密集，高炉设计者应当十分重视。高炉操作者应经常观察这区域的检测记录，不放过任何变化、异动。炉缸炉底监测，多种多样，温度检测依然是主要的。此区域冷却壁水温差的变化，能及时反映炉缸炉底侵蚀情况或炉缸活跃程度。升温过程，一般也是侵蚀过程。此区炉衬的测温热电偶，比较灵敏，有些设计，沿炉缸径向到中心或沿炉墙径向不同距离，埋设2-3点，利用两点间的已知距离和不同温度，算出炉衬侵蚀深度。,26,2012/10/1,5，炉缸烧穿前的徵兆图10是首钢4高炉1985年3月5日炉缸烧穿前的水温差变化和热流强度变化记录。,27,2012/10/1,图10 4高炉炉缸烧穿前的记录,

12、28,2012/10/1,从图中看到，8点，炉缸二层32#-1和32#-2相邻的两块冷却壁的水温差已到0.9和1.1,热流强度分别达到37和45.4Kw/m2（15500和19000 Kcal/m2.h）。按首钢经验（有炉底冷却的综合炉底），热流强度到35.8Kw/m2（15000 Kcal/m2.h），冷却壁处于危险状态、已到安全生产的极限，这是警戒温度；热流强度到43.Kw/m2（18000 Kcal/m2.h），是极限温度，铁水已接触到达冷却壁表面，如不采取坚决措施，冷却壁随时可能烧穿。,29,2012/10/1,9点，32#-1的水温差继续升高，已经超过极限温度，到1.2，热流强度高达

13、49.5K w/m2（20720 Kcal/m2.h）。这么高的热流强度，说明铁水已经侵入冷却壁，冷却水已不可能将如此巨大的热量带走，冷却壁温度必然继续升高，烧穿随时可能发生。此时必须采取紧急措施。将32#-1冷却壁进水水压，由17.8提高到20.5 Kg/cm2，9点45分完成。但是温差继续上升。于是组织出铁，准备停风。10点17分出铁，32#-1的水温差继续升高，10点20分，到3.3，立刻改常压、放风，准备停风。鼓风压力由2.63逐步降到1.1 Kg/cm2,由于铁水流的太慢，风压无法继续降低，一直维持到11点20分出完铁。,30,2012/10/1,水温差不断提高，冷却壁的烧穿范围在扩

14、大，11点20分，看水工发现，炉皮铁锈剥落一大片，炉皮发红，炉台下冒出黄烟，随即响起铁水遇到水产生的爆炸声。水温差急剧上升，已经是烧穿的前兆。当热流强度超过极限值以后，铁水已将冷却壁烧坏，不断升高，表明冷却壁烧毁面积在不断扩大。此后水温差的急剧上升，是必然的，烧穿已不可避免，这是烧穿前的普遍现象，下表给出首钢两座高炉的烧穿前温度变化：,31,2012/10/1,各高炉均应设热流强度预警线，一旦出现烧穿威胁，应立即采取措施。,表2 烧穿冷却壁的水温差变化,32,2012/10/1,第2节 补炉操作,1，对预防烧穿操作方法的评价 高炉炉缸发现烧穿威胁，首先是提高冷却壁的冷却强度，这是最常用的方法。

15、首钢四高炉，在1984年，炉缸二层冷却壁受到烧穿威胁时，曾将炉缸1、3、4层冷却壁的冷却水压力由3.4 kg/cm2降到3.2 kg/cm2，将炉身冷却壁的水压由2.3 kg/cm2.降到2.2 kg/cm2，以提高烧穿威胁最严重的二层冷却壁的水压。部分水温差过高的冷却壁，用1012 kg/cm2的高压水，使危险的烧穿威胁，暂时躲过。与此同时，将原来长度380mm、下斜50的风口，改成长度400mm的直风口。这是简单的辅助措施，起不了很大作用。,33,2012/10/1,1985年7月，四炉炉缸二层多块冷却壁水温差超标，其中有8块大于10，当时，曾利用检修机会，停风12小时，水温差很快由10降

16、到0.60.80。送风后控制风量、降低冶炼强度，得到暂时稳定，以后恢复冶炼强度，烧穿威胁，再次出现，超限的冷却壁水温差，又回到原来的水平。11月曾停风16小时，降温效果显著、快速，恢复生产后，依然如故。解决不了根本问题。显然，砖衬已严重侵蚀，暂时停风，解决不了砖衬缺损。,34,2012/10/1,也曾将有威胁烧穿部位上方的风口堵死，实际是减少产量、且减少风口附近局部温度，效果是有的，对操作不利，且解决不了根本问题。许多厂在面临烧穿严重威胁时，采取堵风口或停风措施，它是在高炉处于烧穿紧急情况下，争取时间的较好手段。与此同时，应采用有效的补炉方法，制止烧穿。把堵风口作为经常手段，不能解除烧穿的威胁

17、；同样，把停风作为处理手段，也无济于事。用钛化物补炉，如果方法正确，可有效延长高炉寿命。,35,2012/10/1,2，用含钛炉料补炉的历史日本铁矿资源贫乏，日本沿海部分海域，生产砂铁，砂铁中除铁以外，还含Ti。作为炼铁原料，生产过程发现，钛化物在炉底炉缸有沉积、保护作用。表3是日本住友公司小仓炼铁厂一座高炉，1955年使用砂铁的实际结果，此炉最多用砂铁250kg/吨铁12。后来日本砂铁资源枯竭，开始进口含钛矿物，用于高炉补炉。,36,2012/10/1,日本福山1高炉1969年4月，距炉底约1公尺处的炉缸砖衬温度逐渐上升，5月由100升到130。当时除将产量由4700吨/日降到4600吨以外

18、，将炉料中的含TiO2量由5 Kg/t增加到7.5 Kg/t。但并未能制止温度升高，到7月，炉衬温度升高到300，将炉料中的TiO2量增加到20 Kg/t，炉衬温度迅速下降，仅仅10天，就降到100的正常水平（图11）13。图12是日本和歌山4#炉补炉炉操作曲线。原图分四个区间，这里取三个：下部是铁口下方炉缸砖衬温度，TiO2 在炉料中12Kg/t时，炉缸砖衬温度没有降低，当加大到18-20 Kg/t时，砖衬温度下降。图的中部实线表示TiO2加入量，虚线表示排除量。在排出量下方的数字（TiO2入炉量，kg/t）和区间(具体时间间隔)，是不同TiO2加入量的日期。图的上部，是入炉TiO2总量和回

19、收量（入炉总量 留在炉内的量）之比，实际是回收率，在6-17%之间14。,37,2012/10/1,图11 1969年福山1#炉护炉操作,38,2012/10/1,图12 1979年和歌山4#炉护炉操作曲线,39,2012/10/1,首先在中国应用补炉技术的是柳州钢铁厂。柳钢受攀枝花钢铁公司冶炼的影响以及日本用钛矿补炉的成功经验，于1981年1月在柳钢2高炉开始加钒钛矿试验，具体操作如图13。图中砖衬温度计装在铁口平面砖墙内250mm，正常温度水平在400-500之间。TiO2加14Kg/t时，虽然炉缸水温差没有上升，但砖衬温度继续升高，3月11日将TiO2加到18Kg/t，12日加到20Kg

20、/t，温度迅速下降，仅一周时间，砖衬温度降到150以下。柳钢的成功，开创了我国补炉操作的先河，功不可殁15。,40,2012/10/1,图13 柳钢2高炉补炉操作曲线,41,2012/10/1,1982年9月湘潭钢铁厂2号高炉试验补炉，对试验过程做了仔细分析，当TiO2在炉料中含量在12Kg/t时，铁水中含Ti在0.15%左右，一周后，炉缸冷却壁水温差降到正常水平(稳定在2以下)，高炉转危为安，大修推迟到1986年进行，炉役寿命达到11年。图14是湘钢2号炉补炉过程，冷却壁水温差的变化。,42,2012/10/1,他们于1984年开会鉴定，在会上介绍用钛矿补炉的成功经验，由此在我国宣传、推广了

21、这一重要技术，为延长我国高炉寿命，作出了重大贡献16。,图14 湘钢2号炉补炉过程，冷却壁水温差的变化,43,2012/10/1,3，钛回收率 多年实践证明，无论使用钛矿或钛渣，钛的回收率与铁水含Si量关系密切。,图15 首钢钛回收率,44,2012/10/1,图15是首钢的实践结果。从图中看出，钛的回收率与钛的来源关系较小，与铁水含Si量几乎呈直线关系。当铁水含Si在0.40.7%之间时，Ti回收率在1830%之间17。宝钢实践，钛的回收率在22-30%之间18。图16是日本的回收率数据，和中国的试验接近19。,45,2012/10/1,表3 宝钢钛回收率,图16 日本Ti回收率和Si的关系

22、,46,2012/10/1,4，钛化物在炉缸的形成于沉积很多学者对高炉条件下的钛化物析出及结晶过程做过研究，这些结果，指导补炉工作，取得显著成效。图17是任允芙、蒋烈英给出的钛在铁水中不同条件下的溶解度20。,图20 铁水中钛溶解度与温度、氮分压的关系,47,2012/10/1,从图中看出，当铁水温度低于所示曲线温度，就有金属钛析出，因此，铁水中的钛含量下限可根据炉底温度而定。例如当炉底温度为1200 0C时，铁水中的钛溶解度仅0.012。“一般控制下限为0.08”20。从图中看到，钛的溶解度和温度关系密切，温度越低，析出的钛越多。当铁水接近冷却壁，温度显然最低，此处恰好有利于金属钛析出。,4

23、8,2012/10/1,图21是Tashikiro在铁水含C 4%时，不同条件的Ti溶解度。从图中看出，在接近高炉条件下，Ti的溶解度不超过0.15。据董一诚等研究，铁水中钛0.1，“就可以形成Ti(C,N)护炉层”21。两者的推论是接近的。,图21 Ti的溶解度,49,2012/10/1,钛在炉内还原析出后，与碳、氮结合，生成TiC、TiN和固溶体Ti(C,N)。下表是三者的数据：上述钛化物和固溶体熔点很高，呈颗粒状悬浮、弥散在铁水中，使铁水变粘稠，这些钛化物是补炉的基本材料。杜鹤桂等通过热力学计算，得出高炉条件下Ti在铁水中的溶解度22：,50,2012/10/1,不同作者给出的结果，比较

24、接近，可以指导补炉操作。首钢4高炉1985年3月5日烧穿，修补后，又生产一年，主要靠用含钛物料补炉。1987年4月停炉后发现：“在炉缸碳砖被侵蚀严重部位，沉积了大量碳氮化钛Ti（C，N）和少量的石墨和-Fe。此沉积物是高熔点、高硬度、高密度、具有磁性和导电性的护炉材料。碳化钛的沉积过程是TiO2经逐级还原成Ti，与铁水中溶解的N和C反应形成Ti N和Ti C”，在低于1350界面时，Ti N和Ti C交替析出，形成像树的年轮状构造23。,51,2012/10/1,图22 4炉沉积凝结物示意图,52,2012/10/1,图22是依据1987拆炉结果绘制的。“炉缸和炉底交界处沉积了很厚一层亮的古铜

25、色矿物”。“在炉缸侵蚀最严重的部位，钛沉积物最厚”。铁口西侧的炉缸部位，碳砖全部被蚀掉，仅剩下30mm左右的碳捣料，其上沉积了400mm的钛化物”。,53,2012/10/1,图23 沉积的钛化物,54,2012/10/1,“沿炉壁向上逐渐减薄，其厚度为20mm左右，呈浅古铜色。沿炉底方向延伸到高铝砖止，呈浅古铜色。铁口东侧炉缸部位钛沉积物比西侧薄些，但比铁口对面炉缸部位的沉积物较厚。两风口下0.5m处钛沉积物与较多的炉渣、焦炭混合在一起。在炉底高铝砖表面未发现有钛沉积物析出，只在个别碳砖与高铝砖缝隙中有少量的渗渣现象”。,55,2012/10/1,首钢4炉停炉后的实际侵蚀线，说明学者们研究结

26、论是正确、可靠的：第一，越是侵蚀严重的地方，沉积越厚，即最需要的地方，补的最多；第二，越是冷却强度大的地方，沉积的越厚，这地方一般也是距冷却壁最近的地方，温度最低，钛化物最容易析出。可以说，用含钛炉料补炉，是合适的、合理的。从钛化物沉积厚度判断，4高炉炉底、炉缸部分，可以继续安全生产。图中的沉积凝结物，靠近冷却壁的是沉积的钛化物，鲜亮的金属光泽。在沉积物外是凝结的铁、炉渣及焦炭碎粒，如图24所示。,56,2012/10/1,图24 附在钛化物或炉衬上的凝结物,57,2012/10/1,图25 Ti（C，N）放大600倍：金黄TiN(多数)紫色碳氮化铁,58,2012/10/1,表4是图25所示

27、位置的沉积凝结物的成分23。表4 沉积凝结物的成分,59,2012/10/1,国外的数据，和我国相似，他们对沉积、凝结物的位置，取样很仔细，清楚地表明它们之间的关系。图26是神钢3号炉（1850m3）拆炉实测结果，表5是神钢3号炉钛沉积物成分25。图中显示出炉底砖已侵蚀3层，炉缸和炉底交界处侵蚀最深，钛沉积物在此沉积。炉底上面是碳砖。下面三层是粘土砖。右侧的照片中，C是残存的碳砖，T是钛沉积物。其沉积状态和化学成分均和首钢结果一致24。,60,2012/10/1,图26 神钢3号炉钛沉积物成分,61,2012/10/1,表5 三层碳砖结合处的沉积物,62,2012/10/1,5，为什么“补炉”

28、后，依然烧穿？有的高炉，虽用钛矿补炉，但效果不佳，甚至一样烧穿。补炉有两个重要条件：铁水中Ti浓度和铁水接触的砖衬温度。Ti的浓度，要求应入炉足够的含钛矿物；被严重侵蚀的炉衬，应有很强的冷却强度，足以使接触的铁水温度降低到1200以下，促使铁水中的Ti，及时析出、沉积。我们曾有教训：1995年首钢4高炉（容积2000m3），因经常洗炉，投产两年多，部分二层冷却壁水温已接近烧穿危险，2月22日开始加钛渣补炉，铁水含钛0.06-0.08%，但二层冷却壁水温差继续升高，冷却壁1#-1 水温差已到1，热流强度达到16500Kcal/m2.h，超过首钢规定的报警界限；23日将铁水中Ti提高到0.12-0

29、.16%范围。24日11：00，热流强度高达18234Kcal/m2.h，这是前所未有的，立即停风堵相应的4个风口，送风后，控制风量到4000m3/分。25日铁水中Ti达到0.12-0.16%范围，冷却壁水温差开始下降，28日达到正常水平，风口逐步捅开，风量也恢复正常，见图27。,63,2012/10/1,图27 4炉危险冷却壁水温差变化,64,2012/10/1,事实教训我们，铁水含Ti量低于0.07%，在炉内沉积的数量极少，大于0.08%，才有可能沉积。李永镇、宋建成和陈培坚、莫燧炽和杜春荣，均汇总过成功的补炉经验252627。,.,65,2012/10/1,66,2012/10/1,67

30、,2012/10/1,李永镇汇总7个实例，TiO2入炉量10-15kg/吨铁，铁水含Ti 0.06-0.25%，其中0.06%是指Ti波动的下限，实际波动范围在0.06-0.14%；宋建成和陈培坚总结了16例，铁水中Ti含量在0.09-0.36%，其中承钢的6例，是冶炼钒钛矿的正常生产，并非补炉。莫燧炽和杜春荣总结14例，铁水含Ti 从0.09-0.36%。众多经验表明，铁水含Ti在0.080.12%之间，补炉作用明显，含Ti在0.150.25%之间，作用更有效。更高的含Ti量，虽然补炉效果甚佳，但容易形成炉缸堆积，破坏高炉行程，有的高炉，因入炉Ti量过多，造成“炉缸热结”28，并粘铁水罐和铁

31、沟，不能正常生产。,68,2012/10/1,补炉过程，要经常作钛平衡，当入炉量大于排除量时，在进行补炉；收、支相等，在维持现状；支大于收，说明已沉积的钛，正在被溶解掉，应当警惕。一般冶炼制钢铁，铁中含Ti 0.020.04%之间。控制铁水含Ti 0.8%左右，大体能略高于平衡。大于0.8%，能发挥补炉作用；小于0.7%，则不起补炉作用或作用很小。表6是鞍钢补炉过程。铁水含Ti 0.075%时，从高炉排除的Ti，大于入炉的Ti，说明此时不仅不能补炉，还把已经沉积的钛化物，溶掉了一部分。所以，补炉过程，应做Ti平衡。,69,2012/10/1,表6 补炉过程的Ti平衡,70,2012/10/1,

32、住友公司小仓炼铁厂烧结矿配用砂铁，最多用到250kg/t，1955年一月平均留在炉内的TiO2 21.58kg/日，2月平均6.95kg/日。从表中看不出留在炉内如此巨大差别的原因。但文中指出，铁中钛与V、C、Zn 相关。上渣率对钛的存留也有影响。当时基础研究尚处于起步阶段，相关问题，尚未全面研究。,71,2012/10/1,表7 小仓高炉的TiO2平衡,72,2012/10/1,6，补炉操作的优点和缺点 加补炉料，代价很大。要不断的、长期加入不产铁或很少产铁的物资。不仅如此，它还消耗焦炭。首钢曾在1987年总结、对比二炉与三炉分别加入钛矿和钛渣的冶炼结果。实践证明，使用钛矿每提高铁水0.01

33、%Ti，消耗焦比1.83 Kg；而用钛渣，仅1Kg。当然，由于钛矿和钛渣的成分不同，结果也有差别。不过，使用钛渣消耗焦比较低，是可以肯定的，但是，使用钛渣的另一后果，是渣量显著增多，对于高炉强化是不利的。,73,2012/10/1,表8 含钛物料成分,高炉长寿，不能指望补炉，这种消费，日积月累，相当可观。现代科学技术，完全可能使高炉寿命达到20年，而不用补炉料。这方面的经济效益是非常可观的。,74,2012/10/1,第3节 灌浆、压入和喷涂造衬高炉生产过程，炉衬不断受到侵蚀，发现和修补炉衬，是延长高炉寿命，维持正常生产的经常手段，其中灌浆、压入和喷涂造衬，是高炉成功的方法。国内已有多家专门公

34、司，从事这方面的工作。这里仅提出应注意事项。,75,2012/10/1,1，灌浆 生产后，发现高炉局部炉皮温度过高，首先应判断是炉衬侵蚀的结果还是炉皮和冷却壁之间，高温煤气窜入。如系煤气窜入，应及时灌浆，堵塞通道。此类灌浆，也叫冷面灌浆，安全可靠。应注意三点：灌浆孔位置选择：有的区域炉皮上管路很多，空隙部位很少，选择性受限，为此要考虑两点：第一要按估计的煤气通路附近开孔，孔距不超过500mm，保证灌入泥浆能互相重叠。单孔灌入适量：每孔不超过1吨。有时很多灌浆孔已经堵塞，不能灌入，于是在能灌入的孔大量灌入，这种情况，须作出判断，是灌入泥料填充通道，还是另有“短路”，大量泥浆流失。当前还没有很精确

35、的仪器测量，在灌浆孔附近有灌浆孔的，打开截门，观察是否有泥浆流出；或测量炉皮温度，降温区域是否扩大。如炉衬较完整，或冷却壁之间填料可靠、坚固，可试探继续灌浆；如系末期高炉或炉衬已侵蚀严重，不应继续。灌浆压力：冷面灌浆压力，一般2-3MPa，不超过4MPa。,76,2012/10/1,2，热面灌浆。系指泥浆通过冷却壁到达砖衬和冷却壁之间或砖衬之间。砖衬侵蚀或砖与砖之间缝隙过大，用灌浆方法填补缝隙。因灌入泥料，有可能到达有赤热焦炭和含氢煤气的炉内，可能发生爆炸，特别是炉缸部分，容易导致爆炸。因此，热面灌浆充满危险，因热面灌浆而发生爆炸，已有多起，损失惨重。凡是发生灌浆爆炸的高炉，炉墙破损严重，铁水

36、外流，不得不停炉处理；有些高炉，在爆炸时，因风口附近有人而烧伤、死人。2010年2月，山西一座高炉，停风检修，风口附近，很多工人正在工作，同时炉缸热面灌浆，导致爆炸。从各风口喷出火焰，烧伤数十人，其中重伤13人。2010年8月阳春（1250m3）2号炉，计划检修。“在1号.铁口右下侧2段5号冷却壁右侧实施灌浆作业时，炉内放炮突然大火”29，恰巧一人从风口前经过，被喷出的大火烧死。3天后，此处炉缸烧穿。江苏一座2500m3高炉，2010年“8月20日上午在正常生产情况压浆，过程中于10：54，1622#7个风口前全黑，同时风压从355Kpa突增至400Kpa，并在25#中套与大套间有焦油类物质流

37、出。放风后发现，封口前堵塞物为焦粉掺加在焦炭间；8月20日(炉缸)20：08烧穿”30。热面灌浆，应当慎重。炉衬侵蚀严重的高炉，不许热面灌浆。,77,2012/10/1,3，硬质料压入造衬 硬质料压入造衬，最早由宝钢开始。作为经常维护炉体技术，宝钢从1号炉起，就一直采用。“炉身中、下部的修补主要是硬质料压入。利用高炉计划定期休风（一般需20h），采用17.4-19MPa的高压泵将粘稠的浆料压入炉内，使之在靠近炉壳的地方形成一层100-200mm厚的耐火材料层，达到降低炉壳温度的目的”31。,78,2012/10/1,图28 宝钢2号炉硬质压入,79,2012/10/1,许多高炉应用此法，效果较

38、好。必须注意压入泵压力控制，应根据高炉状况，按实际条件，确定压力，防止因压力过高，破坏炉体。,80,2012/10/1,4，喷涂造衬喷涂造衬，在国内广泛流行，从炉腹到炉身，或局部或全部，实施喷涂。许多专门公司，用各自开发的配料和专门的设备，从事喷涂作业。喷涂操作，应注意：1），喷涂前，应清理炉墙，去掉局部粘接物。轻微粘接，可是当发展边缘气流；如有结瘤，应有效洗炉。如不适于洗炉，应采取其他措施，去掉炉瘤。喷涂料应负载比较干净的炉墙上。2），把料面降到需要喷涂的部位下面。降料面操作，和检修基本相同；所不同的是料面下降到位后，需加盖面料，盖面料数量由料面深度和喷涂时间决定。一般盖面料由合作的喷涂公司

39、提供。3），喷涂后是否烘炉，有合作方提供的喷涂料决定，现在多数喷涂料已不需烘炉操作。图29是2006年首钢喷涂的烘炉操作。,81,2012/10/1,图29 首钢喷涂烘炉操作,82,2012/10/1,4），喷涂后清理喷涂反弹料，过去反弹料比例很高，有的10%以上，现在实行“湿法喷涂”，反弹料一般5%左右，将来会更低。反弹料和该面料，有条件的应清理出来；清理困难，应在该面料上面布少量工具，方反弹料结成整体，妨碍送风操作。,83,2012/10/1,第4节 烧穿后的修复,84,2012/10/1,1，减少烧穿损失炉缸有烧穿威胁时，一方面采取措施，防止烧穿；同时做烧穿准备，减少损失。首先，清理炉基

40、及出铁场下边的空地，将一切障碍物清除。将地下水道的入口、电缆沟入口周围，砌起挡墙。如有设备，能搬走的必须搬走，搬不走的应采取保护措施。挂在出铁场下边的电缆，应当用防火、绝热材料保护起来。炉基周围及出铁场下边，应当干燥；如有水，应当排除。对于末期高炉，很难做到这点，大量喷水沿炉体流下来，炉基及其周围，到处是水。在这种条件下，应把水引离可能烧穿方向，用管道或暗沟把水引走。尽力避免铁水和水相遇，导致爆炸。有条件可砌一条沟，将烧出来的铁水，引到便于清除的地方。,85,2012/10/1,当炉缸冷却壁水温差超过极限温度后，烧穿已难避免。如果尚未出铁，高炉工长应立刻出铁，改常压、放风，并兼顾出铁速度；同时

41、组织监测水温差，并向调度室及领导汇报。高炉停风后，按长期停风要求，做好高炉密封。当水温差出现1分钟升高1的速率时，应及时命令高炉周围的工作人员，除工长及其助手外全部撤离，并派出警戒人员，组成警戒线，防备人员进入。,86,2012/10/1,减少烧穿带来的损失，首先要控制事故范围，减少烧坏冷却壁的区间，重要的方法是发现烧穿，立即作停风手续，特别是现代大高炉，它的风压很高，破坏力极强，如不立刻停风，会很容易扩大烧坏冷却壁区域，由于喷出区域扩大，会使很多铁水、炉渣及高温炉料，大量喷出，如同火山喷发一样，排山倒海，无法阻挡。所过之处，一片火海。可能烧坏所遇到的一切，使事故从高炉烧穿，扩大成巨大的火灾，

42、给生产带来难以估量的损失。优秀的高炉工长，在烧穿事故面前，沉着反应对，做到人员及时撤退，控制烧穿冷却壁区域尽量缩小，流出的铁水、炉渣尽量少。因烧穿范围很小，炉料不可能从盛铁水的炉缸烧穿缺口流出来，流出的仅限于铁水和少量炉渣。从铁口以下的烧穿位置，喷出炉料，是降压、停风迟缓的结果。,87,2012/10/1,2，烧穿后的修复32炉缸侵蚀一般呈“象脚”状，多半在二层两块冷却壁之间，这里是冷却的薄弱环节，烧穿一般由此开始。因此，炉缸烧穿，大部同时烧坏两块冷却壁。图30是首钢4高炉1985年3月5日烧穿的示意图。首钢4高炉第二代，容积1200m3.，炉缸二层72块冷却壁，每块冷却壁有两个进水口、两个出

43、水口（两进两出），以强化冷却。两个渣口，一个出铁口。1983年6月4日开炉。,88,2012/10/1,开炉后10个月，因铁口经常较浅，铁口附近的炉墙被侵蚀，铁口下面的两块冷却壁进出水水温差，显著升高，到1984年四月水温差超过1，已接近首钢规定的警戒热流强度15000千卡/m2.h(62800 kj/m2.h)。立刻提高冷却水压力，由3.4kg/cm2提到10 kg/cm2。水温差降到0.8。但此处的炉墙，已被侵蚀。又过3个月，有47个出水口的水温差，相继超过1，占二层冷却壁出水口的33。说明二层冷却壁内的砖衬，已被大范围侵蚀。,89,2012/10/1,以后，经常有二层冷却壁水温差升高现象

44、，虽采取很多措施，并未得到长期稳定，炉衬继续被侵蚀。到1985年底（开炉后约30个月），二层冷却壁附近的炉衬侵蚀已相当严重，冷却壁水温差随出铁而波动，部分冷却壁在出铁时，水温差下降，出铁后30分钟左右，又开始升高，说明，铁水已接近相应的冷却壁。1986年1月，有几块冷却壁，即使在出铁时，水温差也不降低，停风1小时后才降到允许的水平，终于在3月5日烧穿。烧出是在32#和33#冷却壁之间开始的。在这两块冷却壁中部，恰是象脚区，据1987年大修时判断，约500mm宽的一条，炉墙碳砖已经很薄或完全侵蚀。烧出从32号冷却壁向31号横向发展，烧坏了31号靠近32号一侧的一部分。,90,2012/10/1,

45、这次烧穿，流出约100吨铁和少量炉渣，炉基附近虽有爆炸声，因人员撤离及时，并没有人员伤亡，除炉缸烧穿外，其它设备安然无恙。,91,2012/10/1,图30 首钢4炉炉缸烧穿示意图,92,2012/10/1,四炉烧穿后，一边组织清理现场，一边依据进出水和烧出状况，判定烧坏的冷却壁。炉皮烧毁的区域已经包含31、32、33三块冷却壁，因此断定这三块冷却壁均应更换。一方面寻找冷却壁备件，同时组织制作烧毁的炉皮，准备耐火砖和填充用的耐火泥。按拉出三块冷却壁的位置，切开炉皮，然后将烧坏的冷却壁拉下来。一般情况，烧坏的冷却壁难以整体拉下来，多半要将冷却壁切割几块，然后分别取下来。取下冷却壁后，露出残砖和焦

46、炭，在焦炭表面轻微浇水，以便清理烧出区域的砖面和外移的焦炭。沿残砖表面向炉内清理，保持能砌一块砖的深度。在缺砖处砌砖，然后装上冷却壁，壁后用可塑耐火泥找平。最后将炉皮焊好。,93,2012/10/1,一座3850m3的高炉，1973年1月29日投产，1977年6月3日烧穿，用13天时间修复，6月14日送风，具体修复进程如下：,94,2012/10/1,烧穿位置和砌砖情况如下图：,95,2012/10/1,第5节 预防炉体破损,1，高炉结构，决定高炉寿命。错误的结构，不可能长寿，合理的结构，才可能长寿。自从有了炉底冷却，炉底烧穿，已很少发生，就是合理结构的成果。高炉设计的第一原则是：从冷却壁起，

47、愈向内（炉底向上）导热能力应越小；反过来说，越向外（炉底向下）导热能力应越大。高炉一般均是多层结构：炉壳钢板、冷却装置、缓冲填料、耐火砖衬等，中间任何一环，均不允许有“热阻”存在。中间有“热阻”，会导致“热量积累”，促使此处温度升高，这是导致炉身烧穿的原因。,96,2012/10/1,图31 从传热角度看炉缸结构,97,2012/10/1,图31是炉缸结构示意图。一般，对耐火材料选择很慎重，有时忽视冷却壁内侧的填料层。它虽然很薄，要求很严格，即有很高的导热性，又有很好的“弹性”，能吸收砖衬的变形。导热不好成为“热阻层”；收缩过大，会导致冷却壁和砖衬之间的空隙。不能收缩，又会导致砖衬与冷却壁之间

48、“刚体连接”，当炉壳或砖衬变形位移时，会产生应力，甚至“拉裂”。,98,2012/10/1,2，材质炉缸、炉底，工作条件严酷，应具有抗铁水、炉渣侵蚀能力。实践已证明，高石墨化的砖衬，易被铁水溶蚀，虽然它的其他性能很适于炉缸工作。材质单独分析，性能很好，但必须整体考虑。不同材质的炉衬，在整体中，必须互相适应。最明显的是有的陶瓷杯炉缸结构，陶瓷杯材料膨胀率高于外层的砖衬，生产过程，产生胀裂，由于外层炉衬缝隙很大，导致烧穿。自焙碳砖是我国专家的创造。自1974年以来，已有200余座高炉使用，对我国高炉筑炉发展，作出了贡献。,99,2012/10/1,自焙碳砖有它的特性，它“以煤沥青、煤焦油并参加添加

49、剂的混合油为粘结剂”的炭素制品。“高炉烘炉时，表面层粘结剂开始软化，其中水分和低温分解物资开始逸出。2000C以下挥发物排除很少，主要是水分蒸发，在3506000C时自焙炭块(包括浸润剂)中主要来自粘结剂中的低温分解物资大量逸出。在3506000C时，粘结剂中的高温分解物资剧烈分解排除。”33,100,2012/10/1,自焙碳砖要得到足够的强度，必须经7000C以上温度焙烧、还要有足够的热量供应，以保证粘结剂挥发所需；而陶瓷杯的隔热作用，恰恰相反，不能向自焙碳砖提供充裕的热量，也不能创造所需的高温焙烧条件。显然，陶瓷杯与自焙碳砖结合，是设计上的缺点，高炉越大，缺点越突出；小高炉，由于炉缸直径

50、小，炉底后度较薄，缺点不大突出。,101,2012/10/1,从炉缸、炉底，各切取一段，并将炉缸的一段顺时针旋转900，用细线把等温线联,图32 炉底及炉缸的局部断面放大图,102,2012/10/1,在一起，组成图32。从图明显的看到，热面（炉内）温度大体相同，冷面（冷却壁或冷却水管）温度也比较接近，中间区域因材质不同，相邻等温线之间的厚度（距离）是不同的。图中的热面温度是指炉缸内的温度，炉缸冷面是指炉缸冷却壁内側，炉底料面是指炉底冷却水管内側。图中内层炉衬是莫来石砖，炉缸外层和炉底下部是碳砖。现在假定：图中炉缸热面温度是15000C，冷面温度是1000C；再假设内层依旧是莫来石砖，炉缸外层