加入收藏
客服熱線：0311-85395669
首頁
鋼6號高爐爐體破損調(diào)查
瀏覽：次|評論：0條 [收藏] [評論]
鋼6號高爐爐體破損調(diào)查
馬新林
(酒泉鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)
摘 要 對酒鋼6號高爐(450m3)停爐小修時的爐體破損調(diào)查進(jìn)行了總結(jié)。重點考察了爐皮變形、冷卻壁破損情況，對冷卻壁進(jìn)行金相分析，指出了冷卻壁破損及爐皮變形、開裂原因，并提出了相應(yīng)技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞 高爐 冷卻壁 破損 金相分析
酒鋼6號高爐(450 m3)于2005年3月31日建成投產(chǎn)。由于各方面原因，6號高爐投產(chǎn)后不到半年爐身冷卻壁水管即出現(xiàn)破損現(xiàn)象，而且愈演愈烈。爐身4～11段冷卻壁水管破損數(shù)量達(dá)到477根，其中4～8段破損461根，破損率達(dá)96．04％；4～8段冷卻壁整塊破損109塊，破損率達(dá)90．83％；9段冷卻壁整塊破損14塊，破損率為58．33％；10段、11段各破損1塊冷卻壁，破損率為4．17％。隨著冷卻壁的破損，爐皮逐步出現(xiàn)變形、開裂現(xiàn)象，先后于2008年1月23日、3月31日、5月14日進(jìn)行小修，在冷卻壁損壞部位安裝冷卻柱145根，爐皮嚴(yán)重變形、開裂部位挖補52 m2，爐內(nèi)6～8段噴涂造襯120mm。但是，恢復(fù)生產(chǎn)后爐皮仍出現(xiàn)不斷變形、焊縫頻繁開裂等事故，嚴(yán)重威脅到高爐的安全生產(chǎn)，造成高爐頻繁休風(fēng)補焊爐皮，打破了高爐連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)局面，生產(chǎn)指標(biāo)大幅度下滑，嚴(yán)重制約了高爐技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化。為此，2008年10月16日停爐對6號高爐進(jìn)行小修。主要檢修項目為更換4～8冷卻壁及9～11段破損冷卻壁，更換5～9帶爐皮，常壓水、高壓水環(huán)管外移，風(fēng)口區(qū)域進(jìn)行澆注，爐內(nèi)噴涂造襯，熱風(fēng)主管及圍管拆除重砌。
為了解6號高爐爐體破損情況，掌握爐體破損原因，為高爐護(hù)爐工作提供指導(dǎo)，在6號高爐小修停爐期間，對爐體破損情況進(jìn)行了調(diào)查[1]。，重點考察了爐皮變形及冷卻壁破損情況。
1 高爐爐體破損情況
(1)爐皮變形情況。6號高爐停爐后，檢查發(fā)現(xiàn)5段、9段爐皮局部有變形現(xiàn)象，但不明顯。6～8段爐皮變形非常嚴(yán)重，爐皮焊接部位普遍向內(nèi)凹陷，其余部位向外鼓包，總體呈波浪狀變形。由于6～8段爐皮變形嚴(yán)重，導(dǎo)致9段以上爐體整體下沉約170mm。
(2)爐內(nèi)噴涂層殘存情況。高爐停爐后進(jìn)入爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，6號高爐2008年5月14日進(jìn)行的爐內(nèi)噴涂層(厚度120mm)已全部剝落，沒有噴涂料殘存痕跡。爐內(nèi)6～8段僅剩爐皮鋼殼，6～8段爐皮挖補部位銅冷卻管及鋼冷卻柱清晰可見，基本全部裸露于爐內(nèi)。
(3)冷卻壁殘存情況。6號高爐爐內(nèi)5～8段冷卻壁母體幾乎損失殆盡，4段渣皮中有零星殘存冷卻壁，4—17號冷卻壁被渣皮包裹于其中，其母體尚存。9段已損壞的冷卻壁母體部分損失，未壞的冷卻壁下部均存在不同程度熔損現(xiàn)象，熔損約10％左右。10、11段冷卻壁基本完好。
(4)爐內(nèi)渣皮黏結(jié)物情況。6號高爐停爐后進(jìn)入爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)6段以上基本沒有渣皮，4段、5段以及6段下沿部位有渣皮黏結(jié)物，從上到下逐步增厚。6段下沿最薄處渣皮厚度約30 mm，4段下沿西面渣皮最薄處約200mm，東面(鐵口上方)渣皮最厚，約500 ITlm，分析與鐵口上方長期使用長風(fēng)口有關(guān)。
(5)爐喉鋼磚上翹、變形情況。6號高爐爐喉鋼磚下端存在不同程度向內(nèi)翹起、變形現(xiàn)象。
(6)風(fēng)口區(qū)域磚襯侵蝕情況。風(fēng)口區(qū)域磚襯侵蝕、脫落嚴(yán)重，基本沒有一塊完整的磚，零星殘存半塊，厚度約100～150mm，侵蝕掉約650～700mm。殘磚工作面有明顯侵蝕剝落層，殘磚隨清理渣皮而脫落，風(fēng)口大套被爐料、渣皮所包裹，二套基本裸露于爐內(nèi)。
(7)高爐操作爐型。根據(jù)調(diào)查情況，6號高爐運行3年零6個月之后，從上到下其爐型為：爐喉鋼磚下沿存在輕微上翹現(xiàn)象；9～ll段未損壞冷卻壁其母體基本完好，9段冷卻壁下沿母體存在不同程度熔損現(xiàn)象，熔損約10％左右；6～8段冷卻壁母體基本損失殆盡，且沒有渣皮保護(hù)，僅靠爐皮鋼殼維持生產(chǎn)；4～5段冷卻壁母體基本損失殆盡；為數(shù)不多的冷卻壁水管和殘存冷卻壁母體被渣皮包裹于其中，二套有80％，部分裸露于爐內(nèi)，大套則被固狀爐料及渣鐵所包裹。根據(jù)調(diào)查情況，繪制6號高爐運行3年6個月之后的操作爐型如圖1所示(虛線為設(shè)計爐型)。
2 爐內(nèi)渣皮黏結(jié)物化學(xué)分析
此次爐體破損調(diào)查，對6號高爐爐內(nèi)渣皮黏結(jié)物進(jìn)行取樣化檢，結(jié)果見表1、2。
(1)K2O的分布。5段爐墻黏結(jié)物中K2O含量最高為9．5％，平均8．075％；4段渣皮黏結(jié)物中含量較低，1個試樣僅為0．849％，；到達(dá)風(fēng)口區(qū)又有升高趨勢，東邊最高為9．6％，東南西北四個方向平均含量為4．7875％。6段以上由于沒有渣皮，所以沒有取樣分析。資料顯示，6號高爐K2O含量不算高，在國內(nèi)高爐中屬中等水平。
(2)Na2O的分布。Na2O的含量從上到下均不高，5段爐墻黏結(jié)物中Na2O最高含量為1．46％，平均為1．42％；4段Na2O含量僅為0．147％；風(fēng)口區(qū)域平均含量為0．8535％，也不高。
(3)ZnO的分布。爐身5段渣皮黏結(jié)物中ZnO含量不高，平均為0．162％；但在4段存在富集現(xiàn)象，1個渣皮試樣中ZnO含量最高達(dá)到53．56％。此外，風(fēng)口區(qū)域也存在zn富集現(xiàn)象，6號大套上沿試樣中ZnO含量達(dá)到36．6％。爐缸炭磚黏結(jié)物中ZnO含量最高達(dá)38．5％，平均24．4％，亦不低。
據(jù)此分析認(rèn)為，堿金屬的腐蝕作用不是造成6號高爐冷卻壁異常破損的主要原因。但在爐腹、風(fēng)口區(qū)域及爐缸存在鋅富集現(xiàn)象，分析Zn蒸氣在風(fēng)口區(qū)冷卻強度較高的部位冷凝，形成液態(tài)，沿爐墻滴落在風(fēng)口上部，是造成風(fēng)口上部頻繁被燒壞的主要原因之一。
3 冷卻壁解剖分析
3．1 4段17號冷卻壁力學(xué)分析
6號高爐5～8段冷卻壁基本損失殆盡，停爐后檢查發(fā)現(xiàn)僅4段17號冷卻壁母體被渣皮包裹，對其進(jìn)行了力學(xué)測試(見表3)。設(shè)計要求450m3高爐球墨鑄鐵冷卻壁本體最厚處抗拉強度＞320 N／mm2，延伸率＞7％。實際力學(xué)測試表明，運行3年6個月后的4段17號冷卻壁其抗拉強度與設(shè)計要求基本相當(dāng)，而延伸率僅為2％～3％。據(jù)此分析認(rèn)為抗拉強度的變化也不是冷卻壁破損的主要原因。在3年半的生產(chǎn)實踐中，4～8段冷卻壁上下5聯(lián)，冷卻強度不足，冷卻壁長期在炙熱環(huán)境中工作，延伸率大幅度降低，脆性增加，是造成冷卻壁母體破損的主要原因。
3．2 金相分析
(1)冷卻壁水管金相分析。在4—17號冷卻壁母體內(nèi)水管不同部位隨機取4個樣，大小20mm×20mm，將其橫斷面磨制、拋光，并經(jīng)4％硝酸酒精溶液侵蝕后在光學(xué)金相顯微鏡下觀察到，鋼管外壁發(fā)生不同程度的滲碳現(xiàn)象，滲碳深度1～3mm不等，鋼管內(nèi)壁組織為鐵素體，平均晶粒度6級，滲碳層內(nèi)組織為鐵素體 珠光體，晶粒細(xì)小為9．5級。
(2)冷卻壁母體金相分析。對4—17號冷卻壁母體(球墨鑄鐵)切取2塊試樣進(jìn)行金相分析。分析結(jié)果為：石墨球化率平均96％，局部85％。石墨大小級別為6級，球狀石墨平均直徑5～10 um。另外，一塊試樣中夾有3mm×10mm大小的非鑄鐵類材料，其組織是珠光體 網(wǎng)狀鐵素體，為中碳鋼的組織，屬制造質(zhì)量問題。
4 爐體冷卻壁破損及爐皮變形、開裂原因分析
(1)冷卻壁施工、制造質(zhì)量問題。6號高爐于2004年冬季施工，施工過程中防護(hù)措施不到位。開爐前對冷卻壁進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)4～8段鑲磚冷卻壁中有37塊存在掉磚現(xiàn)象，掉磚最多的冷卻壁達(dá)到兩行磚全掉；此外，冷卻壁安裝結(jié)束進(jìn)行試水打壓后未對冷卻壁內(nèi)部水管進(jìn)行吹掃干凈，冷卻壁內(nèi)部水管有被凍裂的可能，這是6號高爐投產(chǎn)后較早出現(xiàn)冷卻壁破損的重要原因。此外，冷卻壁水管金相分析外層滲碳深度為1～3 1Tim，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計要求≤0．8 mm的滲碳深度，說明冷卻壁水管防滲碳處理不過關(guān)。其次，冷卻壁母體中發(fā)現(xiàn)夾雜現(xiàn)象，這也是影響冷卻壁使用壽命的因素之一。
(2)設(shè)計缺陷。4～8段冷卻壁設(shè)計為上下5聯(lián)，設(shè)計聯(lián)接方式不能滿足強化冷卻的需要。在3年6個月的生產(chǎn)實踐中，水溫差控制長期偏高，冷卻強度不足，其延伸率大幅度下降，脆性增加，冷卻壁母體產(chǎn)生龜裂，是4～8段冷卻壁破損速度較快的另一原因。由此可見，設(shè)計中冷卻壁的聯(lián)接方式對投入生產(chǎn)后的使用維護(hù)及長壽至關(guān)重要，設(shè)計不合理，生產(chǎn)中的維護(hù)很難彌補。
(3)高爐冶煉原因。由于受資源限制，酒鋼小高爐原、燃料條件長期較差，且料種雜，高爐頻繁變料，長期使用強度低、粉末多的外購焦炭，造成爐內(nèi)滑尺崩料頻繁，渣皮不能穩(wěn)定存在。為保證爐況穩(wěn)定順行，爐內(nèi)采取發(fā)展中心和邊緣兩股氣流的裝料制度，長期爐料的機械沖擊、磨損及高溫煤氣流的沖刷作用，是造成冷卻壁破損的主要原因。另外，酒鋼煉鋼能力大于煉鐵能力，2007年以來，煉鐵生產(chǎn)任務(wù)重，高爐在入爐品位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計水平的條件下，利用系數(shù)頻頻超過了設(shè)計水平，長期高強度冶煉，加速了冷卻壁破損的速度。
(4)熱應(yīng)力等作用造成爐皮變形、開裂。冷卻壁破損之后，采取爐皮打水冷卻。4、5段位置為成渣帶，雖然冷卻壁已經(jīng)損壞，但在爐皮強制噴水冷卻條件下形成了保護(hù)渣皮。由于渣皮導(dǎo)熱性差，爐皮熱應(yīng)力小，所以爐皮變形輕微。6～8段為塊狀帶，無法形成保護(hù)性渣皮，長期較大熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力及剪切應(yīng)力作用超過了爐皮的抗拉強度，是6～8段爐皮變形嚴(yán)重、焊縫頻繁開裂的根本原因。
5 結(jié)語
(1)新建或大、中修高爐時要嚴(yán)把冷卻壁制造及施工質(zhì)量關(guān)。
(2)冷卻壁設(shè)計連接方式要充分考慮強化冷卻的需要，同時生產(chǎn)實踐中要長期堅持“內(nèi)養(yǎng)外護(hù)”護(hù)爐方針，強化冷卻，盡可能延長冷卻壁使用壽命。
(3)高爐冶煉要盡可能使用精料，確保爐況長期穩(wěn)定順行，減少因頻繁崩料、滑尺原因造成冷卻壁破損。
(4)冷卻壁損壞之后，爐皮打水冷卻只能作為臨時應(yīng)對措施，并非長治久安之策，應(yīng)盡早采取銅冷卻柱及穿管等技術(shù)恢復(fù)爐內(nèi)冷卻功能。
6 參考文獻(xiàn)
[1]宋木森．武鋼5號高爐爐體破損調(diào)查研究[J]．煉鐵．2008(4)：1—10.．
- [騰訊]
- 關(guān)鍵字：無
