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碳砖炉缸产生“蒜头状”侵蚀的 原因分析及解决办法

发布日期:2019-06-19 11:50

高炉炉 缸死铁层部位形成“蒜头状”侵蚀是 影响高炉炉缸寿命的关键。形成“蒜头状”侵蚀的 根本原因是炉缸死铁层部位没有持久的渣皮覆盖以及碳砖抗铁水侵蚀能力差;其对策 主要是在碳砖砌体热面增加保护层和改善碳砖的有关性能。
  炉缸内渣皮覆盖状况 
高炉停炉后发现,铁口中 心线以上的碳砖基本上都被渣皮覆盖,而铁口 中心线以下的死铁层部位碳砖基本上没有渣皮覆盖。
生产过程中,铁口中 心线以上部位有液态渣存在,冷却后 在碳砖表面凝固成一定厚度的渣皮。而铁口 中心线以下的死铁层部位,在日常生产中,总是存满铁水,炉渣不能达此,也即不可能形成渣皮。在新开炉铁水生成前,即使炉 渣首先到达死铁层而形成渣皮,但由于 在以后的生产过程中,没有新的渣皮生成,这些渣 皮也会由于种种原因而逐渐减薄直至完全消失,所以在 高炉的长期生产过程中,该部位 铁水直接接触碳砖。
  碳砖的环裂  
高炉生产实践表明,高炉在 生产过程中碳砖确实存在环裂现象,裂缝宽度有的可达20 mm。因为碳 砖环裂后裂缝处出现气体隔热层,其内部 的热量向外传递受阻,外部的 冷却效果因此而降低,使碳砖温度升高,侵蚀速度加快。所以,环裂对 炉缸的寿命产生很大影响。
碳砖产 生环裂的主要原因是碳砖较长,内外温差大,因而产生剪应力。由于铁 口中心线以上的碳砖在正常状态下有较厚的渣皮覆盖,因此,碳砖热 面温度相对较低;而铁口 中心线以下的碳砖没有渣皮覆盖,铁水直接接触碳砖,其热面温度高得多。因此,后者比 前者内外温差大,热应力也大,这和某 些高炉热应力的测定结果是吻合的。由此可见,死铁层 部位的碳砖因热应力大而易产生环裂和裂纹,是死铁层形成“蒜头状”侵蚀的重要原因之一。
碱金属 侵入碳砖使其变脆,促使碳砖环裂,但由于 死铁层部位经常存满铁水,碱金属 很难与该部位碳砖接触。因此,碱金属 侵入碳砖而促使其环裂不是死铁层部位形成“蒜头状”侵蚀的主要原因。
  铁水对碳砖的侵蚀  
由于死 铁层部位的碳砖没有渣皮覆盖,长期与铁水直接接触,该部位 碳砖不仅因热应力大而受到严重的破坏,而且,铁水还 会沿着碳砖气孔孔道和裂缝向碳砖内部渗透,有的渗入深度可达400~500 mm,无论是 肉眼还是显微观察都十分清楚。
渗入碳 砖的铁水停留在碳砖的气孔孔道和裂纹中,经长期 浸泡和化学侵蚀,到达一定程度后,碳砖的结构遭到破坏,相当于 形成无数小碳块,处于被 铁水的包围之中,这些小 碳块逐渐溶解于铁水中,即产生所谓微观“漂浮”侵蚀现象。
另外,炉底取 样的分析结果表明,砖缝中 凝铁的碳含量竟高达7.34 %,比正常 铁水中碳含量高3 %左右。这说明 铁水与碳砖的长期接触,还存在着化学反应,即化学溶解。
水渗入的碳砖内部,都存在 着铁水溶解碳的反应,这种反 应既有物理反应,也有化学反应,两种反应相互促进,共同侵蚀碳砖。尤其是 碳砖的大孔径气孔率高和石墨化程度高,上述反应更加明显。这也是 碳砖比优质陶瓷砖抗铁水侵蚀能力差,陶瓷质炉缸形成“蒜头状”侵蚀较轻的原因之一。由此可见,铁水对 碳砖的侵蚀也是死铁层形成“蒜头状”侵蚀的一个重要原因。
 炉缸内的铁水环流  
由于炉缸内“死焦堆”的存在,高炉出铁过程中,铁水出 现环流是必然现象。但在什 么部位出现环流最严重,环流达到什么程度,对“蒜头状”侵蚀有多大影响,这些问 题需要进一步研究和探讨。笔者认为,出铁过程中,铁水环 流主要发生于铁口中心线以上,而不应 该发生于死铁层出现“蒜头状”侵蚀的部位。也就是说,铁水环 流不应该是死铁层形成“蒜头状”侵蚀的主要原因。
综上所述,由于死 铁层没有渣皮覆盖,铁水长 期直接接触碳砖,因此,该部位 碳砖热面温度高,内外温差大,热应力大,易出现 碳砖环裂和破损;因此,铁水易渗入碳砖内部,铁水侵 蚀碳砖的反应在该部位就更易进行。由此可见,没有渣 皮覆盖而铁水直接接触碳砖和碳砖抗铁水侵蚀能力较差,是死铁层形成“蒜头状”侵蚀的根本原因。
  解决侵蚀的对策  
1 提高碳 砖本身抗铁水侵蚀的能力
(1) 碳砖实 现微孔或超微孔
铁水主 要是沿着碳砖大孔径孔道和裂纹向碳砖内部渗透的。因此,碳砖实 现微孔或超微孔,减少孔径大于1 μm的气孔,是阻止 铁水向碳砖内渗透的有效措施,从而减 缓铁水对碳砖的侵蚀。实践证明,此措施是有效的。
(2) 碳砖实现气孔封闭
铁水向 碳砖内部渗透的主要渠道是碳砖的气孔孔道。美国UCAR公司的 热压碳块其碳砖气孔为封闭气孔,消除或 减少了铁水向碳砖内的渗透,使铁水 对碳砖的侵蚀只能在碳砖表面进行,缓解了 对碳砖的侵蚀速度。使用UCAR公司热 压小碳块的实践也证明此措施有效。
(3) 提高碳砖的导热系数
提高碳 砖的导热系数是改善碳砖冷却效果,降低碳砖温度,减缓碳 砖侵蚀速度的有效措施。
(4) 提高工 作层碳砖的抗铁水侵蚀能力
碳砖采 用电煅烧无烟煤,降低其石墨化程度,增加某些添加剂,提高其 抗铁水侵蚀能力。
2 采用“碳砖+陶瓷杯”结构
“碳砖+陶瓷杯”结构是 一种理想的消除“蒜头状”侵蚀的结构。因致密的、荷重软 化开始温度高的陶瓷杯,其本身 抗铁水侵蚀能力比碳砖高得多,这样,不仅使 铁水不能直接接触碳砖,消除了对碳砖的侵蚀,而且由 于其导热系数低,可以有 效地降低碳砖热面温度,缓解碳砖环裂。另外,死铁层 部位的陶瓷杯厚度适当加厚效果会更好。
3 强化对炉缸的冷却
强化对 炉缸的冷却是缓解铁水对砌体侵蚀的有效办法。冷却效 果的关键是较高的水速和消除水垢。
4 钛化合物护炉
高炉生产一个时期后,若死铁层“蒜头状”侵蚀逐渐形成,采用钛化物护炉,可以在炉缸下部,尤其是在“蒜头状”侵蚀部位有效地(在碳砖热面)形成钛化合物保护层,制止对 碳砖的进一步侵蚀。要达到 钛化物护炉的效果,关键是[Ti]要达到0.13 %以上和连续护炉。
5 加强对 炉缸及死铁层状态的检测
(1) 检测冷 却设备的水温差和水量,计算热流强度。
(2) 测定砌体的径向温差,计算热流强度。
检测热 流强度最好同时采用上述两种方法,以便相互对照,消除测量误差,准确掌 握砌体侵蚀状况。
6 建立炉 缸状态的管理制度
冷却水管理制度、酸洗制度、水温差检测制度、检测参 数的分析处理制度等都是必要的。
高炉碳砖炉缸“蒜头状”侵蚀的总结:
(1) 炉缸死铁层部位形成“蒜头状”侵蚀的 根本原因是该部位没有持久的渣皮覆盖。因此,铁水直 接接触并侵蚀碳砖,碳砖热面温度高,内外温差大,因而热应力也大。
(2) 对炉缸死铁层形成“蒜头状”侵蚀的 主要对策是在碳砖热面增设陶瓷杯保护层或采用钛化物护炉形成保护层。另外,提高碳砖的有关性能、加强炉 缸的冷却和强化对炉缸状态的检测和管理也是有效措施。
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