劉云彩-高爐爐缸燒穿的預(yù)防和處理

高爐爐缸燒穿的預(yù)防和處理

劉云彩22012/10/1第3節(jié)

灌漿、壓入和噴涂造襯第4節(jié)

燒穿后的修復(fù)第5節(jié)

預(yù)防爐體破損參考文獻(xiàn)第2節(jié)

補(bǔ)爐操作第1節(jié)

爐缸燒穿是一個(gè)過程，經(jīng)過很長時(shí)間32012/10/142012/10/11，爐缸在那里經(jīng)常燒穿？高爐燒穿是一個(gè)過程，爐襯被侵蝕，需要時(shí)間。隨著磚襯的侵蝕，鐵水逐漸接近冷卻壁，冷卻壁的進(jìn)出水水溫差，越來越高，因此通過冷卻壁的熱流強(qiáng)度也越來越高。圖1是首鋼四高爐大修停爐的實(shí)測結(jié)果。52012/10/1圖1大修實(shí)測爐型（1200m3）62012/10/1圖2（1983-1987）1987年大修實(shí)測爐缸狀況72012/10/1四爐一個(gè)鐵口，經(jīng)常利用系數(shù)在之間，出鐵速度較快，爐缸環(huán)流侵蝕較重。圖2是四爐第2代實(shí)測爐缸，它是在燒穿修復(fù)后，積極準(zhǔn)備，一年后大修。82012/10/1開爐10年3個(gè)個(gè)月后，爐底磚侵蝕4層，侵蝕速度約13mm/月。最嚴(yán)重處，距爐缸二層冷卻壁60mm。四爐第二代，1983年6月4日開爐，30個(gè)月后，爐缸侵蝕嚴(yán)重，局部熱流強(qiáng)度超過15000千卡/m2.h(62800kj/m2.h)，1986年3月5日二層冷卻壁燒穿。92012/10/1圖3武鋼5號(hào)爐大修實(shí)測[1]武鋼5高爐，3200m3，1991年10月19日開爐，2007年5月17日停爐，生產(chǎn)15年8個(gè)月，爐底侵蝕速度約9.6mm/月。最薄處距2段冷卻壁186mm。102012/10/1圖4福山5高爐[2]福山5高爐1973年投產(chǎn)，1983年停爐，中間經(jīng)歷兩次石油危機(jī)。在3號(hào)風(fēng)口方向下部，爐缸侵蝕嚴(yán)重，鐵水已滲透到爐殼鋼板約400mm，磚襯已變質(zhì)脆化。侵蝕形狀，也是象腳型。112012/10/1圖5施維爾根2高爐爐缸侵蝕情況[3]122012/10/1圖5是斯維爾根2高爐，也是歐洲最大的高爐，1993年投產(chǎn)。圖5給出的爐缸侵蝕情況是數(shù)學(xué)模型推算的結(jié)果，它是陶瓷杯內(nèi)襯，已出鐵33,79800噸，日產(chǎn)12300噸。爐缸直徑14.9m，工作容積4769m3。從圖中看到，開爐10年后爐缸侵蝕形狀，和以上各高爐類似，也是象腳型。132012/10/1爐缸象腳型侵蝕，也有人叫“蒜頭狀”侵蝕，這一區(qū)域爐缸最薄弱，最易燒穿。這一區(qū)域的最薄弱點(diǎn)是冷卻強(qiáng)度最弱的地方，兩冷卻壁之間，冷卻強(qiáng)度最弱，這里是最容易成為燒穿的突破點(diǎn)。圖6是首鋼高爐高爐生產(chǎn)的實(shí)例。從圖中看到，此點(diǎn)距冷卻壁冷卻水管“最遠(yuǎn)”。顯然，足夠的冷卻強(qiáng)度，可使少量滲透的鐵水凝固，避免燒出；冷卻強(qiáng)度不足，深入的鐵水，會(huì)燒穿冷卻壁，擴(kuò)大燒穿范圍。142012/10/1圖6首鋼2高爐1955年燒穿部位[4]并不是所有燒穿，均發(fā)生在冷卻壁之間，但相對(duì)較弱的冷卻強(qiáng)度，燒穿的幾率最大。152012/10/12，“突然”燒穿的原因我們經(jīng)歷過多次高爐燒穿，經(jīng)常處于精神緊張的擔(dān)心狀態(tài)，任何爐缸冷卻壁水溫差變化或測溫元件溫度變化，都會(huì)提醒我們，全面觀察。我們也看到有些廠，出現(xiàn)意外燒穿，如鞍鋼3號(hào)爐2008年8月25日的燒穿，沒有任何先兆[5]。

162012/10/13號(hào)爐容積3200m3，2005年12頁28日投產(chǎn)。燒穿部位爐缸砌磚厚度1914mm，即使局部燒穿，也需要很長的時(shí)間，從2010年3月停爐大修觀察，爐缸下部侵蝕嚴(yán)重，大修是必要的。為什么沒有先兆，正如鞍鋼的分析，爐缸區(qū)域測溫點(diǎn)太少，在關(guān)鍵的第2、3段冷卻壁，僅有24個(gè)測溫點(diǎn)，在爐缸圓周方向，相距3m多，才有一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，局部侵蝕或燒穿，很難有反應(yīng)。這是沒有先兆的主要原因。172012/10/1高爐爐缸外層用美國著名的UK小塊碳磚，內(nèi)襯低導(dǎo)熱的“陶瓷杯”，設(shè)計(jì)壽命15年，又是著名的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的，很難想到，不足3年，會(huì)發(fā)生燒穿。爐襯侵蝕過程是存在的，正如鞍鋼總結(jié)的，UK高石墨化的碳磚容易被鐵水熔損，爐缸冷卻壁爐墻強(qiáng)度較低，加快了侵蝕速度。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷，是短命的另一原因。國外陶瓷杯材料，一般可經(jīng)受3年多的侵蝕，鞍鋼的陶瓷杯材料，局部顯然低于3年，是施工問題還是材質(zhì)問題，上不清楚，這也是出人意外的重要原因。182012/10/13，為什么爐缸侵蝕多為象腳型？

高爐爐缸象腳狀浸蝕，已被許多試驗(yàn)證明，主要是爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流和應(yīng)力造成的。加深死鐵層，是減輕象腳浸蝕的有效措施。圖7是依據(jù)高爐上推力關(guān)點(diǎn)[6]，推算出的高爐死鐵層深度[7]。

圖7實(shí)際死鐵層深度和推薦死鐵層深度192012/10/1從圖中看到，實(shí)際各國高爐的死鐵層深度，差別很大。

即使同容積的高爐，深度也很不同，1000m3以上高爐，淺的不足1米，深的3米多。推薦死鐵層深度與爐缸直徑之比，結(jié)果如表8。從表8中看到：小高爐死鐵層深度與爐缸直徑之比，大于或接近0.2，而大于500m3的高爐，死鐵層與爐缸直徑之比，僅是16—14%。現(xiàn)在高爐設(shè)計(jì)，經(jīng)常以爐缸直徑20%作為死鐵層深度，對(duì)小高爐比較合適，對(duì)大于500m3高爐，其值較大，15%左右比較合理。202012/10/1

圖8爐缸直徑與推薦死鐵層深度212012/10/1高爐容積，m35010025550010001500200025003000400050005500推薦死鐵層深度Ld,m0.50.60.70.91.11.31.41.51.61.792.02.1爐缸直徑

d，m2.22.84.15.87.48.6101111.613.214.615.1Ld/d0.230.210.170.160.150.150.140.140.140.140.140.14表1推薦死鐵層深度與爐缸直徑之比222012/10/1處于死鐵層位置的鐵水，除因出鐵放渣死料柱升降對(duì)其擾動(dòng)外，是比較平靜的。用同位素測定爐缸鐵水，證實(shí)了這點(diǎn)[8]。巴巴雷金等曾對(duì)前蘇聯(lián)馬鋼的三座高爐、從死鐵層放出的鐵水，進(jìn)行研究，結(jié)果表明：不同深度的鐵水，成分和溫度是不同的。愈向下溫度愈低。鐵口附近的鐵水溫度大約14600C，鐵口下2.5—4米處、即殘鐵口底部（其中一座高爐約2.5米，另兩座約4米）的鐵水溫度，只有12000C[9]。車?yán)飦嗁e斯克2號(hào)爐在1950年放殘鐵時(shí)，測定的下殘鐵口的鐵水溫度只有1160—11800C[10]。當(dāng)時(shí)所測定的高爐，爐底均沒有冷卻。這說明死鐵層的鐵水，還有另一項(xiàng)功能，即2—3米深的鐵水，可降低鐵水溫度250—3000C。所以，加深死鐵層，不僅減低鐵水環(huán)流的浸蝕作用，還能大幅度降低鐵水溫度，減輕對(duì)爐底爐缸的破壞作用。232012/10/1盡管如此，作者還是推薦死鐵層深度不超過2.5米，因?yàn)楦郀t經(jīng)過幾年生產(chǎn)后，死鐵層會(huì)因鐵水浸蝕而加深；現(xiàn)在的大高爐，爐底均有冷卻設(shè)施，不可能像50年代，浸蝕很深。預(yù)留過深，白白浪費(fèi)了高爐容積。特別是大高爐，每增加1米死鐵層深度，會(huì)擴(kuò)大高爐容積幾十甚至上百立方米。對(duì)于大高爐，15%左右的死鐵層深度，完全能滿足冶煉要求；也能保護(hù)爐缸長壽。242012/10/1日常操作中，要控制出鐵速度。大高爐出鐵速度過快，會(huì)產(chǎn)生‘環(huán)流’，破壞爐缸爐墻。雖然加深死鐵層能減少環(huán)流，出鐵速度過快，環(huán)流依然難以避免。圖9是一些高爐的出鐵速度。圖9部分高爐的出鐵速度252012/10/14，重點(diǎn)檢測那里？爐缸危險(xiǎn)燒穿區(qū)多在象腳侵蝕區(qū)，一般在爐缸二段冷卻壁鐵口以下的盛鐵水區(qū)域。因此這區(qū)間的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)當(dāng)密集，高爐設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)十分重視。高爐操作者應(yīng)經(jīng)常觀察這區(qū)域的檢測記錄，不放過任何變化、異動(dòng)。爐缸爐底監(jiān)測，多種多樣，溫度檢測依然是主要的。此區(qū)域冷卻壁水溫差的變化，能及時(shí)反映爐缸爐底侵蝕情況或爐缸活躍程度。升溫過程，一般也是侵蝕過程。此區(qū)爐襯的測溫?zé)犭娕迹容^靈敏，有些設(shè)計(jì)，沿爐缸徑向到中心或沿爐墻徑向不同距離，埋設(shè)2-3點(diǎn)，利用兩點(diǎn)間的已知距離和不同溫度，算出爐襯侵蝕深度。。262012/10/15，爐缸燒穿前的徵兆圖10是首鋼4高爐1985年3月5日爐缸燒穿前的水溫差變化和熱流強(qiáng)度變化記錄。

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圖104高爐爐缸燒穿前的記錄282012/10/1從圖中看到，8點(diǎn)，爐缸二層32#--1和32#--2相鄰的兩塊冷卻壁的水溫差已到0.9和1.1℃,熱流強(qiáng)度分別達(dá)到37和45.4Kw/m2（15500和19000Kcal/m2.h）。按首鋼經(jīng)驗(yàn)（有爐底冷卻的綜合爐底），熱流強(qiáng)度到35.8Kw/m2（15000Kcal/m2.h），冷卻壁處于危險(xiǎn)狀態(tài)、已到安全生產(chǎn)的極限，這是警戒溫度；熱流強(qiáng)度到43.Kw/m2（18000Kcal/m2.h），是極限溫度，鐵水已接觸到達(dá)冷卻壁表面，如不采取堅(jiān)決措施，冷卻壁隨時(shí)可能燒穿。292012/10/19點(diǎn)，32#--1的水溫差繼續(xù)升高，已經(jīng)超過極限溫度，到1.2℃，熱流強(qiáng)度高達(dá)49.5Kw/m2（20720Kcal/m2.h）。這么高的熱流強(qiáng)度，說明鐵水已經(jīng)侵入冷卻壁，冷卻水已不可能將如此巨大的熱量帶走，冷卻壁溫度必然繼續(xù)升高，燒穿隨時(shí)可能發(fā)生。此時(shí)必須采取緊急措施。將32#--1冷卻壁進(jìn)水水壓，由17.8提高到20.5Kg/cm2，9點(diǎn)45分完成。但是溫差繼續(xù)上升。于是組織出鐵，準(zhǔn)備停風(fēng)。10點(diǎn)17分出鐵，32#--1的水溫差繼續(xù)升高，10點(diǎn)20分，到3.3℃，立刻改常壓、放風(fēng)，準(zhǔn)備停風(fēng)。鼓風(fēng)壓力由2.63逐步降到1.1Kg/cm2,由于鐵水流的太慢，風(fēng)壓無法繼續(xù)降低，一直維持到11點(diǎn)20分出完鐵。302012/10/1水溫差不斷提高，冷卻壁的燒穿范圍在擴(kuò)大，11點(diǎn)20分，看水工發(fā)現(xiàn)，爐皮鐵銹剝落一大片，爐皮發(fā)紅，爐臺(tái)下冒出黃煙，隨即響起鐵水遇到水產(chǎn)生的爆炸聲。水溫差急劇上升，已經(jīng)是燒穿的前兆。當(dāng)熱流強(qiáng)度超過極限值以后，鐵水已將冷卻壁燒壞，不斷升高，表明冷卻壁燒毀面積在不斷擴(kuò)大。此后水溫差的急劇上升，是必然的，燒穿已不可避免，這是燒穿前的普遍現(xiàn)象，下表給出首鋼兩座高爐的燒穿前溫度變化：312012/10/1年月日爐別高爐容積冷卻壁號(hào)冷卻壁水溫差變化℃19891116396318#--1時(shí)間10:10—11:1511:1911:3511:3711:3811:40溫度,℃1（出鐵）停風(fēng)6.67.68.4燒出1985.354120032#--1時(shí)間8:009:0010:0010:3011:0011:4911:55溫度,℃0.91.22.83.83.716.2燒出各高爐均應(yīng)設(shè)熱流強(qiáng)度預(yù)警線，一旦出現(xiàn)燒穿威脅，應(yīng)立即采取措施。表2燒穿冷卻壁的水溫差變化322012/10/1第2節(jié)

補(bǔ)爐操作1，對(duì)預(yù)防燒穿操作方法的評(píng)價(jià)高爐爐缸發(fā)現(xiàn)燒穿威脅，首先是提高冷卻壁的冷卻強(qiáng)度，這是最常用的方法。首鋼四高爐，在1984年，爐缸二層冷卻壁受到燒穿威脅時(shí)，曾將爐缸1、3、4層冷卻壁的冷卻水壓力由3.4kg/cm2降到3.2kg/cm2，將爐身冷卻壁的水壓由2.3kg/cm2.降到2.2kg/cm2，以提高燒穿威脅最嚴(yán)重的二層冷卻壁的水壓。部分水溫差過高的冷卻壁，用10－12kg/cm2的高壓水，使危險(xiǎn)的燒穿威脅，暫時(shí)躲過。與此同時(shí)，將原來長度380mm、下斜50的風(fēng)口，改成長度400mm的直風(fēng)口。這是簡單的輔助措施，起不了很大作用。332012/10/11985年7月，四爐爐缸二層多塊冷卻壁水溫差超標(biāo)，其中有8塊大于10，當(dāng)時(shí)，曾利用檢修機(jī)會(huì)，停風(fēng)12小時(shí)，水溫差很快由10降到0.6－0.80。送風(fēng)后控制風(fēng)量、降低冶煉強(qiáng)度，得到暫時(shí)穩(wěn)定，以后恢復(fù)冶煉強(qiáng)度，燒穿威脅，再次出現(xiàn)，超限的冷卻壁水溫差，又回到原來的水平。

11月曾停風(fēng)16小時(shí)，降溫效果顯著、快速，恢復(fù)生產(chǎn)后，依然如故。解決不了根本問題。顯然，磚襯已嚴(yán)重侵蝕，暫時(shí)停風(fēng)，解決不了磚襯缺損。342012/10/1

也曾將有威脅燒穿部位上方的風(fēng)口堵死，實(shí)際是減少產(chǎn)量、且減少風(fēng)口附近局部溫度，效果是有的，對(duì)操作不利，且解決不了根本問題。許多廠在面臨燒穿嚴(yán)重威脅時(shí)，采取堵風(fēng)口或停風(fēng)措施，它是在高爐處于燒穿緊急情況下，爭取時(shí)間的較好手段。與此同時(shí)，應(yīng)采用有效的補(bǔ)爐方法，制止燒穿。把堵風(fēng)口作為經(jīng)常手段，不能解除燒穿的威脅；同樣，把停風(fēng)作為處理手段，也無濟(jì)于事。

用鈦化物補(bǔ)爐，如果方法正確，可有效延長高爐壽命。352012/10/12，用含鈦爐料補(bǔ)爐的歷史日本鐵礦資源貧乏，日本沿海部分海域，生產(chǎn)砂鐵，砂鐵中除鐵以外，還含Ti。作為煉鐵原料，生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)，鈦化物在爐底爐缸有沉積、保護(hù)作用。表3是日本住友公司小倉煉鐵廠一座高爐，1955年使用砂鐵的實(shí)際結(jié)果，此爐最多用砂鐵250kg/噸鐵[12]。后來日本砂鐵資源枯竭，開始進(jìn)口含鈦礦物，用于高爐補(bǔ)爐。362012/10/1日本福山1高爐1969年4月，距爐底約1公尺處的爐缸磚襯溫度逐漸上升，5月由100℃升到130℃。當(dāng)時(shí)除將產(chǎn)量由4700噸/日降到4600噸以外，將爐料中的含TiO2量由5Kg/t增加到7.5Kg/t。但并未能制止溫度升高，到7月，爐襯溫度升高到300℃，將爐料中的TiO2量增加到20Kg/t，爐襯溫度迅速下降，僅僅10天，就降到100℃的正常水平（圖11）[13]。圖12是日本和歌山4#爐補(bǔ)爐爐操作曲線。原圖分四個(gè)區(qū)間，這里取三個(gè)：下部是鐵口下方爐缸磚襯溫度，TiO2在爐料中12Kg/t時(shí)，爐缸磚襯溫度沒有降低，當(dāng)加大到18-20Kg/t時(shí)，磚襯溫度下降。圖的中部實(shí)線表示TiO2加入量，虛線表示排除量。在排出量下方的數(shù)字（TiO2入爐量，kg/t）和區(qū)間(具體時(shí)間間隔)，是不同TiO2加入量的日期。圖的上部，是入爐TiO2總量和回收量（入爐總量–

留在爐內(nèi)的量）之比，實(shí)際是回收率，在6-17%之間[14]。372012/10/1圖111969年福山1#爐護(hù)爐操作382012/10/1圖121979年和歌山4#爐護(hù)爐操作曲線392012/10/1402012/10/1圖13柳鋼2高爐補(bǔ)爐操作曲線412012/10/11982年9月湘潭鋼鐵廠2號(hào)高爐試驗(yàn)補(bǔ)爐，對(duì)試驗(yàn)過程做了仔細(xì)分析，當(dāng)TiO2在爐料中含量在12Kg/t時(shí)，鐵水中含Ti在0.15%左右，一周后，爐缸冷卻壁水溫差降到正常水平(穩(wěn)定在2℃以下)，高爐轉(zhuǎn)危為安，大修推遲到1986年進(jìn)行，爐役壽命達(dá)到11年。圖14是湘鋼2號(hào)爐補(bǔ)爐過程，冷卻壁水溫差的變化。422012/10/1圖14

湘鋼2號(hào)爐補(bǔ)爐過程，冷卻壁水溫差的變化432012/10/13，鈦回收率多年實(shí)踐證明，無論使用鈦礦或鈦渣，鈦的回收率與鐵水含Si量關(guān)系密切。圖15首鋼鈦回收率442012/10/1圖15是首鋼的實(shí)踐結(jié)果。從圖中看出，鈦的回收率與鈦的來源關(guān)系較小，與鐵水含Si量幾乎呈直線關(guān)系。當(dāng)鐵水含Si在0.4—0.7%之間時(shí)，Ti回收率在18—30%之間[17]。寶鋼實(shí)踐，鈦的回收率在22-30%之間[18]。圖16是日本的回收率數(shù)據(jù)，和中國的試驗(yàn)接近[19]。452012/10/1表3寶鋼鈦回收率圖16日本Ti回收率和[Si]的關(guān)系462012/10/14，鈦化物在爐缸的形成于沉積很多學(xué)者對(duì)高爐條件下的鈦化物析出及結(jié)晶過程做過研究，這些結(jié)果，指導(dǎo)補(bǔ)爐工作，取得顯著成效。圖17是任允芙、蔣烈英給出的鈦在鐵水中不同條件下的溶解度[20]。圖20鐵水中鈦溶解度與溫度、氮分壓的關(guān)系472012/10/1從圖中看出，當(dāng)鐵水溫度低于所示曲線溫度，就有金屬鈦析出，因此，鐵水中的鈦含量下限可根據(jù)爐底溫度而定。例如當(dāng)爐底溫度為12000C時(shí)，鐵水中的鈦溶解度僅0.012％。“一般控制下限為0.08％”[20]。從圖中看到，鈦的溶解度和溫度關(guān)系密切，溫度越低，析出的鈦越多。當(dāng)鐵水接近冷卻壁，溫度顯然最低，此處恰好有利于金屬鈦析出。482012/10/1圖21是Tashikiro在鐵水含C4%時(shí)，不同條件的Ti溶解度。從圖中看出，在接近高爐條件下，Ti的溶解度不超過0.15％。據(jù)董一誠等研究，鐵水中鈦≥0.1％，“就可以形成Ti(C,N)護(hù)爐層”

[21]。兩者的推論是接近的。圖21Ti的溶解度492012/10/1鈦化物C%N5熔點(diǎn)

℃TiN0.20.72950Ti(C,N)30/70615.1Ti(C,N)50/509.611.2TiC19.7痕6150鐵水溫度℃1350140014501500Ti溶解度

%0.2120.2991.4140.567鈦在爐內(nèi)還原析出后，與碳、氮結(jié)合，生成TiC、TiN和固溶體Ti(C,N)。下表是三者的數(shù)據(jù)：上述鈦化物和固溶體熔點(diǎn)很高，呈顆粒狀懸浮、彌散在鐵水中，使鐵水變粘稠，這些鈦化物是補(bǔ)爐的基本材料。杜鶴桂等通過熱力學(xué)計(jì)算，得出高爐條件下Ti在鐵水中的溶解度[22]：502012/10/1不同作者給出的結(jié)果，比較接近，可以指導(dǎo)補(bǔ)爐操作。首鋼4高爐1985年3月5日燒穿，修補(bǔ)后，又生產(chǎn)一年，主要靠用含鈦物料補(bǔ)爐。1987年4月停爐后發(fā)現(xiàn)：“在爐缸碳磚被侵蝕嚴(yán)重部位，沉積了大量碳氮化鈦Ti（C，N）和少量的石墨和α-Fe。此沉積物是高熔點(diǎn)、高硬度、高密度、具有磁性和導(dǎo)電性的護(hù)爐材料。碳化鈦的沉積過程是TiO2經(jīng)逐級(jí)還原成[Ti]，與鐵水中溶解的[N]和[C]反應(yīng)形成[TiN]和[TiC]”，在低于1350℃界面時(shí)，[TiN]和[TiC]交替析出，形成像樹的年輪狀構(gòu)造[23]。512012/10/1圖224爐沉積凝結(jié)物示意圖522012/10/1圖22是依據(jù)1987拆爐結(jié)果繪制的。“爐缸和爐底交界處沉積了很厚一層亮的古銅色礦物”?！霸跔t缸侵蝕最嚴(yán)重的部位，鈦沉積物最厚”。鐵口西側(cè)的爐缸部位，碳磚全部被蝕掉，僅剩下30mm左右的碳搗料，其上沉積了400mm的鈦化物”。532012/10/1圖23沉積的鈦化物542012/10/1“沿爐壁向上逐漸減薄，其厚度為20mm左右，呈淺古銅色。沿爐底方向延伸到高鋁磚止，呈淺古銅色。鐵口東側(cè)爐缸部位鈦沉積物比西側(cè)薄些，但比鐵口對(duì)面爐缸部位的沉積物較厚。兩風(fēng)口下0.5m處鈦沉積物與較多的爐渣、焦炭混合在一起。在爐底高鋁磚表面未發(fā)現(xiàn)有鈦沉積物析出，只在個(gè)別碳磚與高鋁磚縫隙中有少量的滲渣現(xiàn)象”。552012/10/1首鋼4爐停爐后的實(shí)際侵蝕線，說明學(xué)者們研究結(jié)論是正確、可靠的：第一，越是侵蝕嚴(yán)重的地方，沉積越厚，即最需要的地方，補(bǔ)的最多；第二，越是冷卻強(qiáng)度大的地方，沉積的越厚，這地方一般也是距冷卻壁最近的地方，溫度最低，鈦化物最容易析出。可以說，用含鈦爐料補(bǔ)爐，是合適的、合理的。從鈦化物沉積厚度判斷，4高爐爐底、爐缸部分，可以繼續(xù)安全生產(chǎn)。圖中的沉積凝結(jié)物，靠近冷卻壁的是沉積的鈦化物，鮮亮的金屬光澤。在沉積物外是凝結(jié)的鐵、爐渣及焦炭碎粒，如圖24所示。562012/10/1圖24附在鈦化物或爐襯上的凝結(jié)物

572012/10/1圖25Ti（C，N）

放大600倍：金黃——TiN(多數(shù))紫色——碳氮化鐵582012/10/1表4是圖25所示位置的沉積凝結(jié)物的成分[23]。表4沉積凝結(jié)物的成分592012/10/1國外的數(shù)據(jù)，和我國相似，他們對(duì)沉積、凝結(jié)物的位置，取樣很仔細(xì)，清楚地表明它們之間的關(guān)系。圖26是神鋼3號(hào)爐（1850m3）拆爐實(shí)測結(jié)果，表5是神鋼3號(hào)爐鈦沉積物成分[25]。圖中顯示出爐底磚已侵蝕3層，爐缸和爐底交界處侵蝕最深，鈦沉積物在此沉積。爐底上面是碳磚。下面三層是粘土磚。右側(cè)的照片中，C是殘存的碳磚，T是鈦沉積物。其沉積狀態(tài)和化學(xué)成分均和首鋼結(jié)果一致[24]。602012/10/1圖26神鋼3號(hào)爐鈦沉積物成分612012/10/1表5三層碳磚結(jié)合處的沉積物622012/10/15，為什么“補(bǔ)爐”后，依然燒穿？有的高爐，雖用鈦礦補(bǔ)爐，但效果不佳，甚至一樣燒穿。補(bǔ)爐有兩個(gè)重要條件：鐵水中Ti濃度和鐵水接觸的磚襯溫度。Ti的濃度，要求應(yīng)入爐足夠的含鈦礦物；被嚴(yán)重侵蝕的爐襯，應(yīng)有很強(qiáng)的冷卻強(qiáng)度，足以使接觸的鐵水溫度降低到1200℃以下，促使鐵水中的Ti，及時(shí)析出、沉積。我們?cè)薪逃?xùn)：1995年首鋼4高爐（容積2000m3），因經(jīng)常洗爐，投產(chǎn)兩年多，部分二層冷卻壁水溫已接近燒穿危險(xiǎn)，2月22日開始加鈦渣補(bǔ)爐，鐵水含鈦0.06-0.08%，但二層冷卻壁水溫差繼續(xù)升高，冷卻壁1#-1水溫差已到1℃，熱流強(qiáng)度達(dá)到16500Kcal/m2.h，超過首鋼規(guī)定的報(bào)警界限；23日將鐵水中[Ti]提高到0.12-0.16%范圍。24日11：00，熱流強(qiáng)度高達(dá)18234Kcal/m2.h，這是前所未有的，立即停風(fēng)堵相應(yīng)的4個(gè)風(fēng)口，送風(fēng)后，控制風(fēng)量到4000m3/分。25日鐵水中Ti達(dá)到0.12-0.16%范圍，冷卻壁水溫差開始下降，28日達(dá)到正常水平，風(fēng)口逐步捅開，風(fēng)量也恢復(fù)正常，見圖27。632012/10/1圖274爐危險(xiǎn)冷卻壁水溫差變化642012/10/1事實(shí)教訓(xùn)我們，鐵水含Ti量低于0.07%，在爐內(nèi)沉積的數(shù)量極少，大于0.08%，才有可能沉積。李永鎮(zhèn)、宋建成和陳培堅(jiān)、莫燧熾和杜春榮，均匯總過成功的補(bǔ)爐經(jīng)驗(yàn)[25][26][27]。.652012/10/1662012/10/1672012/10/1682012/10/1補(bǔ)爐過程，要經(jīng)常作鈦平衡，當(dāng)入爐量大于排除量時(shí)，在進(jìn)行補(bǔ)爐；收、支相等，在維持現(xiàn)狀；支大于收，說明已沉積的鈦，正在被溶解掉，應(yīng)當(dāng)警惕。一般冶煉制鋼鐵，鐵中含Ti0.02～0.04%之間。控制鐵水含Ti0.8%左右，大體能略高于平衡。大于0.8%，能發(fā)揮補(bǔ)爐作用；小于0.7%，則不起補(bǔ)爐作用或作用很小。表6是鞍鋼補(bǔ)爐過程。鐵水含Ti0.075%時(shí)，從高爐排除的Ti，大于入爐的Ti，說明此時(shí)不僅不能補(bǔ)爐，還把已經(jīng)沉積的鈦化物，溶掉了一部分。所以，補(bǔ)爐過程，應(yīng)做Ti平衡。692012/10/1表6補(bǔ)爐過程的Ti平衡702012/10/1住友公司小倉煉鐵廠燒結(jié)礦配用砂鐵，最多用到250kg/t，1955年一月平均留在爐內(nèi)的TiO221.58kg/日，2月平均6.95kg/日。從表中看不出留在爐內(nèi)如此巨大差別的原因。但文中指出，鐵中鈦與V、C、Zn相關(guān)。上渣率對(duì)鈦的存留也有影響。當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)研究尚處于起步階段，相關(guān)問題，尚未全面研究。712012/10/1表7小倉高爐的TiO2平衡722012/10/16，補(bǔ)爐操作的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)加補(bǔ)爐料，代價(jià)很大。要不斷的、長期加入不產(chǎn)鐵或很少產(chǎn)鐵的物資。不僅如此，它還消耗焦炭。首鋼曾在1987年總結(jié)、對(duì)比二爐與三爐分別加入鈦礦和鈦渣的冶煉結(jié)果。實(shí)踐證明，使用鈦礦每提高鐵水0.01%Ti，消耗焦比1.8—3Kg；而用鈦渣，僅1Kg。當(dāng)然，由于鈦礦和鈦渣的成分不同，結(jié)果也有差別。不過，使用鈦渣消耗焦比較低，是可以肯定的，但是，使用鈦渣的另一后果，是渣量顯著增多，對(duì)于高爐強(qiáng)化是不利的。732012/10/1表8含鈦物料成分742012/10/1第3節(jié)

灌漿、壓入和噴涂造襯高爐生產(chǎn)過程，爐襯不斷受到侵蝕，發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)爐襯，是延長高爐壽命，維持正常生產(chǎn)的經(jīng)常手段，其中灌漿、壓入和噴涂造襯，是高爐成功的方法。國內(nèi)已有多家專門公司，從事這方面的工作。這里僅提出應(yīng)注意事項(xiàng)。752012/10/11，灌漿生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)高爐局部爐皮溫度過高，首先應(yīng)判斷是爐襯侵蝕的結(jié)果還是爐皮和冷卻壁之間，高溫煤氣竄入。如系煤氣竄入，應(yīng)及時(shí)灌漿，堵塞通道。此類灌漿，也叫冷面灌漿，安全可靠。應(yīng)注意三點(diǎn)：灌漿孔位置選擇：有的區(qū)域爐皮上管路很多，空隙部位很少，選擇性受限，為此要考慮兩點(diǎn)：第一要按估計(jì)的煤氣通路附近開孔，孔距不超過500mm，保證灌入泥漿能互相重疊。單孔灌入適量：每孔不超過1噸。有時(shí)很多灌漿孔已經(jīng)堵塞，不能灌入，于是在能灌入的孔大量灌入，這種情況，須作出判斷，是灌入泥料填充通道，還是另有“短路”，大量泥漿流失。當(dāng)前還沒有很精確的儀器測量，在灌漿孔附近有灌漿孔的，打開截門，觀察是否有泥漿流出；或測量爐皮溫度，降溫區(qū)域是否擴(kuò)大。如爐襯較完整，或冷卻壁之間填料可靠、堅(jiān)固，可試探繼續(xù)灌漿；如系末期高爐或爐襯已侵蝕嚴(yán)重，不應(yīng)繼續(xù)。灌漿壓力：冷面灌漿壓力，一般2-3MPa，不超過4MPa。762012/10/1772012/10/1782012/10/1圖28寶鋼2號(hào)爐硬質(zhì)壓入792012/10/1許多高爐應(yīng)用此法，效果較好。必須注意壓入泵壓力控制，應(yīng)根據(jù)高爐狀況，按實(shí)際條件，確定壓力，防止因壓力過高，破壞爐體。802012/10/14，噴涂造襯噴涂造襯，在國內(nèi)廣泛流行，從爐腹到爐身，或局部或全部，實(shí)施噴涂。許多專門公司，用各自開發(fā)的配料和專門的設(shè)備，從事噴涂作業(yè)。噴涂操作，應(yīng)注意：1），噴涂前，應(yīng)清理爐墻，去掉局部粘接物。輕微粘接，可是當(dāng)發(fā)展邊緣氣流；如有結(jié)瘤，應(yīng)有效洗爐。如不適于洗爐，應(yīng)采取其他措施，去掉爐瘤。噴涂料應(yīng)負(fù)載比較干凈的爐墻上。2），把料面降到需要噴涂的部位下面。降料面操作，和檢修基本相同；所不同的是料面下降到位后，需加蓋面料，蓋面料數(shù)量由料面深度和噴涂時(shí)間決定。一般蓋面料由合作的噴涂公司提供。3），噴涂后是否烘爐，有合作方提供的噴涂料決定，現(xiàn)在多數(shù)噴涂料已不需烘爐操作。圖29是2006年首鋼噴涂的烘爐操作。812012/10/1圖29首鋼噴涂烘爐操作822012/10/14），噴涂后清理噴涂反彈料，過去反彈料比例很高，有的10%以上，現(xiàn)在實(shí)行“濕法噴涂”，反彈料一般5%左右，將來會(huì)更低。反彈料和該面料，有條件的應(yīng)清理出來；清理困難，應(yīng)在該面料上面布少量工具，方反彈料結(jié)成整體，妨礙送風(fēng)操作。832012/10/1第4節(jié)

燒穿后的修復(fù)842012/10/1852012/10/1當(dāng)爐缸冷卻壁水溫差超過極限溫度后，燒穿已難避免。如果尚未出鐵，高爐工長應(yīng)立刻出鐵，改常壓、放風(fēng)，并兼顧出鐵速度；同時(shí)組織監(jiān)測水溫差，并向調(diào)度室及領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。高爐停風(fēng)后，按長期停風(fēng)要求，做好高爐密封。當(dāng)水溫差出現(xiàn)1分鐘升高1℃的速率時(shí)，應(yīng)及時(shí)命令高爐周圍的工作人員，除工長及其助手外全部撤離，并派出警戒人員，組成警戒線，防備人員進(jìn)入。862012/10/1872012/10/12，燒穿后的修復(fù)[32]爐缸侵蝕一般呈“象腳”狀，多半在二層兩塊冷卻壁之間，這里是冷卻的薄弱環(huán)節(jié)，燒穿一般由此開始。因此，爐缸燒穿，大部同時(shí)燒壞兩塊冷卻壁。圖30是首鋼4高爐1985年3月5日燒穿的示意圖。首鋼4高爐第二代，容積1200m3.，爐缸二層72塊冷卻壁，每塊冷卻壁有兩個(gè)進(jìn)水口、兩個(gè)出水口（兩進(jìn)兩出），以強(qiáng)化冷卻。兩個(gè)渣口，一個(gè)出鐵口。1983年6月4日開爐。882012/10/1開爐后10個(gè)月，因鐵口經(jīng)常較淺，鐵口附近的爐墻被侵蝕，鐵口下面的兩塊冷卻壁進(jìn)出水水溫差，顯著升高，到1984年四月水溫差超過1℃，已接近首鋼規(guī)定的警戒熱流強(qiáng)度15000千卡/m2.h(62800kj/m2.h)。立刻提高冷卻水壓力，由3.4kg/cm2提到10kg/cm2

。水溫差降到0.8℃。但此處的爐墻，已被侵蝕。又過3個(gè)月，有47個(gè)出水口的水溫差，相繼超過1℃，占二層冷卻壁出水口的33％。說明二層冷卻壁內(nèi)的磚襯，已被大范圍侵蝕。892012/10/1以后，經(jīng)常有二層冷卻壁水溫差升高現(xiàn)象，雖采取很多措施，并未得到長期穩(wěn)定，爐襯繼續(xù)被侵蝕。到1985年底（開爐后約30個(gè)月），二層冷卻壁附近的爐襯侵蝕已相當(dāng)嚴(yán)重，冷卻壁水溫差隨出鐵而波動(dòng)，部分冷卻壁在出鐵時(shí)，水溫差下降，出鐵后30分鐘左右，又開始升高，說明，鐵水已接近相應(yīng)的冷卻壁。1986年1月，有幾塊冷卻壁，即使在出鐵時(shí)，水溫差也不降低，停風(fēng)1小時(shí)后才降到允許的水平，終于在3月5日燒穿。燒出是在32#和33#冷卻壁之間開始的。在這兩塊冷卻壁中部，恰是象腳區(qū)，據(jù)1987年大修時(shí)判斷，約500mm寬的一條，爐墻碳磚已經(jīng)很薄或完全侵蝕。燒出從32號(hào)冷卻壁向31號(hào)橫向發(fā)展，燒壞了31號(hào)靠近32號(hào)一側(cè)的一部分。902012/10/1這次燒穿，流出約100噸鐵和少量爐渣，爐基附近雖有爆炸聲，因人員撤離及時(shí)，并沒有人員傷亡，除爐缸燒穿外，其它設(shè)備安然無恙。912012/10/1圖30首鋼4爐爐缸燒穿示意圖922012/10/1932012/10/1日期34567891011121314工作內(nèi)容

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1234567891016:0燒穿1修復(fù)水管2清理噴出物3-4清理噴出物4-5切開爐殼5-6下段砌磚6-7焊接下段爐殼7-8中段砌磚8-9上段砌磚9-10爐殼焊接，爐底底板水管修復(fù)。14日20:04送風(fēng)一座3850m3的高爐，1973年1月29日投產(chǎn)，1977年6月3日燒穿，用13天時(shí)間修復(fù)，6月14日送風(fēng)，具體修復(fù)進(jìn)程如下：942012/10/1燒穿位置和砌磚情況如下圖：

952012/10/1第5節(jié)

預(yù)防爐體破損962012/10/1圖31從傳熱角度看爐缸結(jié)構(gòu)972012/10/1982012/10/12，材質(zhì)爐缸、爐底，工作條件嚴(yán)酷，應(yīng)具有抗鐵水、爐渣侵蝕能力。實(shí)踐已證明，高石墨化的磚襯，易被鐵水溶蝕，雖然它的其他性能很適于爐缸工作。材質(zhì)單獨(dú)分析，性能很好，但必須整體考慮。不同材質(zhì)的爐襯，在整體中，必須互相適應(yīng)。最明顯的是有的陶瓷杯爐缸結(jié)構(gòu)，陶瓷杯材料膨脹率高于外層的磚襯，生產(chǎn)過程，產(chǎn)生脹裂，由于外層爐襯縫隙很大，導(dǎo)致燒穿。自焙碳磚是我國專家的創(chuàng)造。自1974年以來，已有200余座高爐使用，對(duì)我國高爐筑爐發(fā)展，作出了貢獻(xiàn)。992012/10/1自焙碳磚有它的特性，它“以煤瀝青、煤焦油并參加添加劑的混合油為粘結(jié)劑”的炭素制品?！案郀t烘爐時(shí)，…表面層粘結(jié)劑開始軟化，其中水分和低溫分解物資開始逸出。2000C以下?lián)]發(fā)物排除很少，主要是水分蒸發(fā)，在350~6000C時(shí)自焙炭塊(包括浸潤劑)中主要來自粘結(jié)劑中的低溫分解物資大量逸出。在350~6000C時(shí)，粘結(jié)劑中的高溫分解物資劇烈分解排除?！盵33]1002012/10/1自焙碳磚要得到足夠的強(qiáng)度，必須經(jīng)7000C以上溫度焙燒、還要有足夠的熱量供應(yīng)，以保證粘結(jié)劑揮發(fā)所需；而陶瓷杯的隔熱作用，恰恰相反，不能向自焙碳磚提供充裕的熱量，也不能創(chuàng)造所需的高溫焙燒條件。顯然，陶瓷杯與自焙碳磚結(jié)合，是設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)，高爐越大，缺點(diǎn)越突出；小高爐，由于爐缸直徑小，爐底后度較薄，缺點(diǎn)不大突出。

1012012/10/1從爐缸、爐底，各切取一段，并將爐缸的一段順時(shí)針旋轉(zhuǎn)900，用細(xì)線把等溫線聯(lián)圖32爐底及爐缸的局部斷面放大圖1022012/10/1在一起，組成圖32。從圖明顯的看到，熱面（爐內(nèi)）溫度大體相同，冷面（冷卻壁或冷卻水管）溫度也比較接近，中間區(qū)域因材質(zhì)不同，相鄰等溫線之間的厚度（距離）是不同的。圖中的熱面溫度是指爐缸內(nèi)的溫度，爐缸冷面是指爐缸冷卻壁內(nèi)側(cè)，爐底料面是指爐底冷卻水管內(nèi)側(cè)。圖中內(nèi)層爐襯是莫來石磚，爐缸外層和爐底下部是碳磚?，F(xiàn)在假定：圖中爐缸熱面溫度是15000C，冷面溫度是1000C；再假設(shè)內(nèi)層依舊是莫來石磚，爐缸外層和爐底下部是自焙碳磚，圖中的等溫線依然存在，但等溫線之間的距離卻因?qū)嵯禂?shù)而不同。自焙碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)和碳磚比較，差別較大[33][34]。1032012/10/12012/10/1104

溫度，0C2530060080090010001200自焙碳磚熱壓碳磚一般微孔碳磚半石墨化磚襯低鐵石墨化磚莫來石磚3.055.249.0018.418.819.319.710.410.410.510.9423832120701.81052012/10/1由上表可以看出：自焙碳磚的特點(diǎn)是溫度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越低，因此越是爐底下部，導(dǎo)熱系數(shù)越低，到爐底冷卻水管上部，導(dǎo)熱系數(shù)接近3，較高溫時(shí)降低接近3倍。在爐底陶瓷杯下部用自焙碳磚，這種排列結(jié)構(gòu)，不利于熱量導(dǎo)出；而使用專用的已焙碳磚，導(dǎo)熱系數(shù)差別較小或隨溫度降低、導(dǎo)熱系數(shù)升高，有利于熱量導(dǎo)出。所以，不能用自焙碳磚砌爐底。1062012/10/13，冷卻系統(tǒng)

自從使用銅冷卻壁，爐腹燒出，已經(jīng)很少。但爐缸燒穿，未能避免。從操作分析，主要是結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和冷卻三方面有缺陷。有的設(shè)計(jì)專家提出：我國的高爐爐墻用水量，高于西歐和日本，為什么燒穿發(fā)生后，總認(rèn)為是冷卻強(qiáng)度不足，水量過少。其實(shí)，冷卻強(qiáng)度決定于是否能將爐內(nèi)傳遞到爐墻裝置的熱量帶出去？所以，冷卻強(qiáng)度決定于結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和施工質(zhì)量。有的高爐往往忽視填充層的傳熱作用，盡管此層很薄，很少超過80mm；有的筑爐公司，也不重視此薄層的施工質(zhì)量，填充層空隙較多而不知，結(jié)果形成“阻熱層”。也有的高爐施工，質(zhì)量嚴(yán)格，但存在選擇不當(dāng)，導(dǎo)熱能力小于內(nèi)襯，也容易造成“熱量積累”。這類情況，只能用提高水量彌補(bǔ)。水質(zhì)影響傳熱能力發(fā)揮，水溫過高或含有雜質(zhì)，在冷卻裝置中沉積、結(jié)垢，降低了冷卻能力，定期檢測冷卻裝置的工作狀態(tài)，十分必要。1072012/10/1,4，施工質(zhì)量1995年著名的鋼鐵公司當(dāng)時(shí)最大的