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高炉本体常见问题剖析及解决方法王道久马钢合肥公司炼铁厂摘要：对我3#高炉主体各部位耐火材料选材及其使用过程中损毁现象进行了分析，列出了高炉压入材料的性能指标和应用范围，并就高炉本体常见问题提出了3种解决方案，在实际应用中取得了较好的效果。关键词：3#高炉本体；耐火材料；解决方案现代高炉内衬是由各种耐火材料砌体砌筑成为一个密闭的整体，经过一段时间生产运行后，在高风温和强化冶炼情形下，耐火材料内衬在热状态环境中，难免受热应力、气流冲刷等因素的影响，而使内衬受热变形、开裂和收缩，出现贯通裂纹，炉渣和煤气随缝隙逐渐向炉壳处渗透和冲刷，由此使高炉填料层和喷涂层逐渐被破坏，使得高炉炉壳温度过高，炉壳发红，热量损失过大。高炉在生产过程中出现煤气向炉壳外泄漏，恶化了生产环境，威胁生产人员的安全，甚至发生因炉壳内压过大造成炉壳撕裂的事故。目前2#高炉炉壳渣口左上方炉壳开裂严重，煤气泄漏严重，严重威胁着生产人员的安全,针对上述问题，目前冶金行业提出了高炉灌浆维修的设想，即利用高炉生产过程的短时休风机会，针对高炉的外部结构，对生产过程中产生煤气泄露、炉壳过热和发红部位进行系统的压力灌浆处理，通过压人材料填充被损的部位和封闭缝隙通道，使耐火材料内衬重新成为一个密闭的整体，阻塞热气流对炉壳的直接传导和向炉外泄漏，保证高炉正常工作。经过几年实践，这一举措得到了广大炼铁同行的首肯，为高炉的稳产、高产、降低热能耗以及保证高炉的正常生产提供了保证。1高炉主体1．1耐热基墩高炉耐热基墩主要承载整个高炉耐火材料内衬的重量，其区域由高炉混凝土基座至水冷管下表面，其内部结构形式为耐热混凝土，外部结构形式为高炉炉壳+相应厚的碳质填料层+耐火黏土砖+耐热混凝土。生产过程中承受的温度(50～60℃)影响不大，主要维修原因为浇注、砌筑材料的收缩形成气流通道引起的煤气泄漏。1．2炉底和炉缸高炉炉底水冷管至陶瓷杯底部属炉底区域，炉底和炉缸是高炉的重要部位，炉龄的长短主要取决于这两个部位的使用寿命。因此，近代高炉在此部位均采用炭砖+陶瓷杯的混合结构，炉底下部全部使用炭砖，上部靠周边冷却壁砌筑环形炭砖，炉缸部位也采用炭砖砌筑，在炉底中央和炭砖内侧砌筑陶瓷质材料的陶瓷杯。大、中型高炉常用炭砖炉底，内部炭砖用碳质泥浆砌筑，外部结构形式为炉壳、冷却壁和碳质捣打料层与炭砖相连，炉壳与冷却壁之间由填料层(也有用压浆料层)填充。高炉炉缸区域从炉底炭砖表面至风口组合砖下缘，主要工作特征是盛装高炉生产时不断产生的铁水和铁渣，是高炉的关键部位和高温区域，炉龄的长短主要取决于此部位的使用寿命。其结构形式为：内部由刚玉等陶瓷组合砖砌筑成杯体，杯体外由炭砖、渣口组合砖、铁口组合砖和风口组合砖环砌筑而成的炉缸，外部由炉壳、冷却壁和炭砖组成，炉壳与冷却壁之间用填料层(也有用压入料或自流浇注料)填充，炭砖与冷却壁和陶瓷杯之间的间隙用碳质捣打料填充。该区域内部组合砖在高炉生产过程中受温度、渣、铁水冲刷和化学侵蚀等影响，外部则出现各类材料的收缩，造成煤气泄露，也有冷却壁循环水泄露使循环水被封闭，造成冷却壁循环水水温过高，导致炉壳表面温度过高以及局部炉壳过热发红和变形现象，经常被迫采用外喷水冷却补救。小型高炉炉底内部采用高铝砖或高铝砖与黏土砖混合炉底，外部结构形式与大、中型高炉相似。采用该结构形式目的是利用炭砖热传导性能好的特点，加强炉底冷却散热，将铁水凝固等温线(1150℃)向上部推移，并把800℃左右的化学反应等温线推至保护层内，防止铁水和铁渣对炉底侵蚀，减缓炉底受侵蚀速率，防止环形断层的发生，延长炉底使用寿命。另外，炭砖的最大弱点是抗氧化能力差，尽管高炉冶炼属于还原性气氛，但暴露在与炉气接触的炭砖，非常容易氧化。该部位在生产过程中，内部结构材料因高温使炭砖产生热应力，且渗透的碱金属和渣铁对炭砖产生破坏，从而造成炭砖层损坏。外部结构在高炉生产过程中受高温和气流冲刷的影响，造成炭砖、碳质捣打料层和冷却壁填料层产生收缩破坏形成裂缝，有时因冷却壁循环水泄漏，使碳质材料引起氧化而形成破坏。1．3铁口和渣口在高炉炉缸区域，均设置铁和渣的放出口，其均由陶瓷材料组合砖与炭砖环砌，共同组成炉缸内部内衬。外部衬体由炉壳、冷却壁、炭砖和炉壳与冷却壁之间的填料层(也有用压入料或自流浇注料)组成，炭砖与冷却壁和陶瓷杯之间的间隙用碳质捣打料填充，其主要作用是定时排放炉缸内积蓄起来的渣和铁水。在高炉生产过程中，渣和铁水的冲刷使渣和铁水通道受侵蚀，砖的砌缝则因高温下材料收缩和频繁的急冷急热等形成的应力而产生裂缝，形成煤气泄漏通道，造成煤气严重泄漏。1．4风口风口区域是整个高炉工况条件最为恶劣的区域之一，冲刷、侵蚀和热震三种破坏同时存在，特别是冲刷和侵蚀对此区域砖衬造成的破坏作用很大：同时该区域孔洞较多，且风口区域的耐火砌体既要对下部炭砖和刚玉砖进行有效的保护，又要对上部砖衬进行有效支撑。现代高炉内部采用陶瓷组合砖来砌筑，组合砖套砌在风口大、中套外壁，组合砖与风口大、中套外圆壁结合部用刚玉质捣打料填充，外部结构由炉壳、冷却壁和炭砖组成，炉壳与冷却壁之间用填料层(也有用压入料或自流浇注料)填充，炭砖与冷却壁和陶瓷杯之间的间隙用碳质捣打料填充。该区域在高炉生产过程中，受高温和气流的影响，大套与组合砖、组合砖与冷却壁以及冷却壁与炉壳之间难免产生裂缝，煤气泄漏严重。1．5炉腹和下部炉身炉身部主要是热震破坏，其次是机械冲刷。在炉身上部，其破损主要是由于炉料下降和布料对内衬的机械冲刷和化学侵蚀。但是，由于新设计的高炉大都采用倒扣式冷却壁技术，因此，布料对内衬带来的破坏作用已大大减轻。化学侵蚀主要来自钾、钠和锌等碱金属，炉料中的碱金属在高炉下部被还原，随着气流上升至炉身上部，在砖衬表面重新凝固和聚集，并与内衬耐火材料发生化学反应，从而对炉衬造成严重破坏。现代高炉由于采用高风温和高冶炼强度生产，对炉身的要求更加苛刻，为此，增加冷却壁的高度和采用铜冷却壁技术是必然的趋势。内衬采用高铝砖或烧成铝碳砖环砌，外部结构为炉壳、冷却壁和内衬砌砖，炉壳与冷却壁之间的缝隙用填料或压浆料填充，冷却壁与砌砖之间的缝隙用高铝质捣打料或碳质捣打料填充。内衬主要损毁为机械冲刷、热震破坏和炉内气流沿缝隙通道向外部渗透，外部为填充材料收缩导致裂缝串通，造成煤气泄漏以及局部炉壳过热和发红，通常需采用炉外喷水冷却。2压入材料的选择上述分析表明，高炉部分主要表现为喷涂层体既要对下部炭砖和刚玉砖进行有效的保护，又和填料层的隔热作用削弱或丧失，从而引起煤气煤气泄漏和局部炉壳。现有的炉子结构和筑炉材料在生产过程中均难以消除这些现象，针对上述问题，利用维修的材料重新加强或弥补存在的不足，是选择所用压入材料的关键，高炉压入材料以组成密实结构体阻止煤气泄漏且防止炉壳发红为主。3解决方案的选择3．1快速安装铜冷却壁再进行灌浆处理若整层冷却壁缺失或损毁较多，则需在炉顶处打开料钟，从上部往下进行冷却壁的整体更换；若冷却壁缺失或损毁较少，则可在现场将冷却壁缺失的炉皮处保护性割除，再在老炉皮上安装新铜冷却壁，然后再进行炉壳与冷却壁之间的灌浆。3．2热喷补、安装铜冷却棒并进行灌浆处理．铜棒安装要注意以下几个问题：①便于安装和更换，且不破坏炉壳整体金属结构，即安装时要确定合适的开孔位置和数量；②根据冷却壁侵蚀程度，确定冷却棒的伸进长度，如果冷却壁侵蚀程度不严重，开孔后伸进长度可相应长些，以到达冷却壁内侧面或稍短些。如果冷却壁侵蚀程度严重(仅剩下很薄壁体或只剩炉壳)，冷却棒伸进炉内长度相应要短些，因为冷却捧过长，易造成前端暴露突出而再次烧损；③安装时间要尽可能短，不影响正常的生产；④要达到足够的冷却强度，保护局部炉壳；⑤由于铜具有优良的导热性，国外已有许多高炉的冷却壁安装铜质冷却棒，密集的冷却器易于挂渣，形成渣皮，铜冷却棒能在15rain内完成渣皮的重建；⑥对于局部炉壳，在面积相同的情况下，圆形炉壳比扁形和方形炉壳对炉壳的破坏应力要小一蝗，从而避免了方形棱角的应力集中，因此选择圆形炉壳较好。基本安装方案是在炉壳开孔后焊接带法兰短管，再植入铜冷却棒，冷却棒与短管由螺丝紧固。冷却棒安装过疏易使安装的冷却棒承受热负荷过大而再次烧损，因此，在冷却水消耗量和冷却面积一定的情况下，可以通过控制水温差和安装个数来保证足够的冷却强度。通过在炉壳上开孔后焊接短管的长度来调节冷却棒伸进长度，这样可确保因冷却棒过长易造成前端暴露突出而再次烧损，同时最后的灌浆处理使冷却棒能完全处于造衬料紧密包裹之中。一方面，冷却棒在造衬料的保护下可避免煤气流的冲刷，延长使用寿命，另一方面，灌浆料在冷却器的冷却作用下可延缓侵蚀，既有效保护了所安装的铜冷却棒，也有益于生产中铜棒的挂渣护炉。3．3采用新型材料直接进行灌浆造衬处理高炉压浆造衬技术是延长高炉寿命的一项有利措施，高炉压浆主要以炉身和炉腹压浆为主。随着高炉生产时间的延长，有些部位炉衬逐渐被侵蚀，到期后炉墙很薄，甚至只剩炉皮，炉皮温度升高，需要进行压浆来修补炉衬。压浆方法广泛用于短期修补炉身和炉腹区，也可以按计划定期应用灌浆耐火材料来维持稳定的炉衬厚度，必须视情况在一定条件下重复施工来保持炉衬厚度。具体方案是将需要灌浆造衬的部位分为上中下三段，每段分两层开孔，先在最下段进行灌浆，用来形成灌浆造衬的第一平台。在此基础上，再对中上部进行灌浆造衬，这样就可避免后续灌浆料的流淌流失，有利于灌浆料均匀分流，单孔造衬料压人量多，扩展面大，分布均匀，使用寿命长，可有效地保护炉皮。同时，利用灌浆料自身的结合机理，使压入的料与炉料紧密堆积形成一体，紧贴炉皮形成一层耐火层，从而起到保护铁皮的作用。最后在灌浆造衬完成后，在相应造衬的炉皮外部挂装水箱进行冷却。4应用效果马钢合肥公司炼铁厂1号、3号和4号高炉耐热基墩、炉底、风口、渣口、铁口和下部炉身采用C昏SP，CB-SP2，SSR一2和SC一8yk实施压入维修，减少了煤气泄漏，消除了局部过热和炉外喷水现象，特别是耐热基墩部分减少煤气泄漏效果明显。