韶钢7号高炉炉缸侧壁温度异常的处理

冶金之家网站韶钢7号高炉炉缸侧壁温度异常的处理刘素伟，匡洪峰(宝钢集团广东韶关钢铁有限公司)摘要：对韶钢7号高炉炉缸侧壁温度异常升高的现象进行了分析，认为主要原因是由于陶瓷杯壁脱落等造成。为此，不断完善高炉炉缸操作管理制度，使处理该类现象更加稳妥、合理。关键词：大型高炉；炉缸；侧壁温度韶钢7号高炉(2200m3)于2005年8月18日投产。炉缸、炉底采用“陶瓷杯+全炭砖炉底”结构，第1、2层为平砌半石墨质焙烧砖，中间2层为平砌的进口微孔炭砖，上面2层为竖砌的塑性相结合刚玉复合砖；陶瓷杯杯璧内环采用塑性相结合刚玉复合砖49层，外环下部为5层进口超微孔半石墨砖，上部为4层国产微孔半石墨砖。风口与铁口采用大块塑性相结合刚玉复合组合砖，炉壳与冷却壁之间和半石墨质砖与冷却壁之间采用炭质捣打料。1炉缸结构及FK系统7号高炉从乌克兰引进了炉缸炉底内衬烧蚀状况自动化诊断系统(简称“FK系统”)。该系统利用埋设在含炭内衬立体空间的传感器来检测炉缸炉底内衬的温度分布。热电偶分布圆周上分22个扇区，每个扇区热电偶分布相同的(如图1所示)，在纵向分11层，分别埋在各层炭砖表面挖的槽里(如图2所示)，其埋入深度及热电偶数量如图3所示。2炉缸侧壁温度异常升高情况(1)2010年7月，6扇区侧壁温度首次出现报警(400℃)以来，7号高炉炉缸侧壁温度异冶金之家网站常升高显现出现频率有明显加快的迹象，并且每次异常升高时温度不断创新高。从纵向来看，升高幅度最大的主要集中在铁口下方1～2m第7层和第8层位置，而横向报警扇区不固定，但多数在铁口区域。侧壁温度异常升高的时间和次数如图4所示。(2)铁口标高以下1至2m处侧壁温度升高速度较快。自2010年以来，在30多次侧壁温度异常升高的过程中，每次温度升高的趋势基本一致。在某扇区开始出现温度升高时，首先是铁口标高下方1．0m处温度上升，随后铁口标高下方1．6m处温度上升，且温度上升幅度达到50～100℃／h，同时带动周围扇区温度升高，当上升到一定高度时，会稳定较长时间，之后逐步下行。2013年6月底，8、9扇区铁口下方温度点显示趋势如图5所示。3炉缸侧壁温度异常升高的原因(1)高炉炉缸内衬设计因素。棕刚玉材质的陶瓷杯使用到一定周期后发生脱落现象，铁水与炭砖进一步靠近或接触，造成埋在炭砖内部的热电偶温度异常升高。7号高炉在设计时采用“陶瓷杯+全炭砖炉底”结构，由于陶瓷杯为隔热性较好的棕刚玉材质，而外围采用传热性较好的进口大块炭砖，经过将近8年的生产周期，陶瓷杯被逐渐的侵蚀。尤其是在冲刷和侵蚀较为严重的铁口区域，陶瓷杯出现环向的缺口后，整个陶瓷杯的环向应力将不复存在。此时，在铁水环流的作用下，陶瓷杯就会出现逐步脱落现象。脱落后，铁水很快渗透接触炭砖，因炭砖传热性能较好，埋在炭砖内部的热电偶温度异常升高，同时热量很快传至冷却壁被冷却水带走。(2)高炉炉缸活跃程度不均匀，炉缸侧壁内衬凝铁层不稳定，加速了棕刚玉材质的陶瓷杯脱落，导致炉缸侧壁温度频繁异常升高。2010年以来，7号高炉因各种原因造成休风率高，高炉冶炼强度波幅大，炉缸状况长期在炉缸堆积和活跃之间徘徊。当炉缸出现堆积现象时，炉缸内铁水环流减弱，炉缸侧壁内衬容易黏结，凝铁层加厚。而当炉缸状况从不活跃转至活跃时，高炉冶炼强度逐步增大，炉内铁水环流加剧，逐步冲刷凝铁层，此时因炉缸内圆周陶瓷杯不是均匀的，极易造成铁水渗透至陶瓷杯与炭砖之间的缝隙中，导致该部位陶瓷杯脱落。炉缸圆周方向上，铁口位置是铁水环流炉缸内衬冲刷最为剧烈的位置。从统计数据上看，3个铁口方向侧壁温度升高达到数10次之多。(3)炉缸侧壁传热体系。无论何种炉缸结构，只有建立有效的传热体系，在耐材的表面形成稳定的凝铁层凝铁层作为保护层，炉缸才能实现长寿。炉缸侧壁传热体系中主要有炭砖冶金之家网站传热、炭砖与冷却壁之间传热两个关键节点。从各扇区第7层3个测温点温度的历史数据来看，任意两点温度的线性相关性都在0．98以上(y=1．5729x－16．818，R2=0．9978)，表明该炭砖传热较为均匀，目前不存在炭砖脆化、环裂等现象。从历次温度异常升高的情况来看，每次侧壁温度升高都会出现对应的冷却壁水温差上升(如图6所示)。(4)炉缸侧壁侵蚀情况。通过热电偶传出的数据处理，对铁口标高下方1．6m的第7层3个测温点的温度计算，得出炉缸象脚侵蚀最严重的侧壁厚度(见表1)。从计算结果看，各扇区基本未出现明显的炭砖侵蚀。该计算采取“等温等距”方法，其中涉及到炭砖和棕刚玉砖的传热系数取值，因此，该数值可能存在较小的偏差。但结合计算数值与其他现象趋势判断，在环向的22个扇区中，1～11扇区陶瓷杯基本脱落，其余扇区可能有少量残留。4处理自发现炉缸侧壁温度异常升高现象以来，由于缺乏该方面经验，采取的措施相对保守。到2013年，通过逐步深入的研究，不断完善高炉炉缸操作管理制度，使处理该类异常现象更加稳妥、合理。(1)确保高炉顺行，使炉缸内衬形成稳定的凝铁层。通过加强稳定原燃料条件的稳定工作，制订、执行科学的操作方针，努力消化外部带来的不利因素，减缓高炉内衬和冷却壁遭受热应力破坏的程度，使炉缸内壁形成稳定的凝铁层。(2)加强铁口操作和管理，维护好铁口工作状态。首先将铁口控制要求由原有的3．1～3．3m提高至3．3～3．5m。如发现铁口附近区域温度异常升高时，则减少该铁口出铁量，适当缩短该铁口出铁周期或短时间休止该铁口出铁作业。(3)加强风口管理，防止风口漏水对炉缸炭砖的影响。如高炉有风口漏水的情况下，如无其他因素影响情况，有3个小套漏水应立即组织更换，减少水与炭砖的接触氧化。(4)适当提高炉缸冷却水量，提高炉缸冷却强度。2011年11月，将炉缸第2～3层冷却壁水量由原来的1700m3／h增加至2200m3／h，流速由原来的1．6m／s增加至2．5m／s。(5)加入钛矿，提高铁水[Ti]含量。TiO2在炉内还原，生成高熔点的TiC、TiN，沉积在耐火砖表面，起到保护炉衬的作用。2010年下半年，单独加入钒钛球冶炼，铁水中[Ti]含量连续3个月达到1．0％。在此期间，侧壁温度仍出现1次异常升高现象。2012年下半年，采取在烧结矿中配加高含钛量的南非精粉，铁水中[Ti]含量控制在0．8％左右，但侧壁温度仍有多次异常升高现象。但是，加入钛矿保护炉衬的方法效果不明显，且易造成炉况不顺。(6)制订科学合理的残厚管理模式，加强监控。根据国内大型高炉炉缸损坏统计资料，炉缸侧壁侵蚀较严重的区域在高度上大多是在铁口水平线以下约1．5m范围。因此，取7冶金之家网站号高炉第7层(铁口标高下方1．6m)的历史温度推算出700、600、500mm对应温度(见表2)，针对3个测温点温度制订残厚管理分为要注意、注意、危险等阶段和采取的对应措施。5结语(1)高炉炉缸的侵蚀是一种不可逆的现象，维持高炉的稳定顺行，形成稳定的凝铁层是减缓炉缸内衬侵蚀的重要手段之一。(2)高炉炉缸管理重点在于监控手段的完善。主要有：各点温度、水温差、热流强度的对应趋势和绝对值等。(3)炉缸为“陶瓷杯+全炭砖炉底”结构的高炉，在生产到一定周期后陶瓷杯会大面积脱落，突发性局部温度升高现象将呈现多发状态，尤其是在出铁口标高以下区域，这是必然现象。处理时须综合分析原因，避免一些过度维修行为造成不必要的后果。(4)高炉炉缸陶瓷杯脱落后，炉缸侧壁就会进入稳定期，这样的状态采用残厚值管理是有意义的。这种管理方式是基于炭砖不可再生原理，用温度管理的方式推断侧壁的实际残厚。