關(guān)于三鋼4號高爐爐底爐缸的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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1、三鋼4號高爐爐底爐缸的設(shè)計(jì)特點(diǎn)陳培榮(福建三鋼閩光股份有限公司)摘要：針對三鋼高爐原料含鉛鋅高、爐殼開裂等的特點(diǎn)，4號高爐設(shè)計(jì)采用了一些新的技術(shù)，如：加厚爐殼、鐵口使用銅冷卻壁、設(shè)置排鉛槽、陶瓷杯與炭磚之間采用硅溶膠結(jié)合澆注料、鐵口區(qū)整體澆注等。同時，對爐底爐缸的設(shè)計(jì)與維護(hù)提出了建議。關(guān)鍵詞：高爐；爐底爐缸；爐殼開裂三鋼4號高爐(1050m3)于2004年5月投產(chǎn)，在2005年開始就發(fā)生了多起鐵口開裂現(xiàn)象，焊補(bǔ)無效。2006年12月，進(jìn)行了2個鐵口區(qū)爐殼板的更換，鋼板厚度由36mm增加到50mm，并在風(fēng)口下方增設(shè)了1圈環(huán)向加強(qiáng)筋。2008年

2、，鐵口下方爐殼又發(fā)生了開裂，多次進(jìn)行了焊補(bǔ)處理，并在鐵口下方增設(shè)了2道加固圈。由于爐殼頻繁開裂，導(dǎo)致磚縫擴(kuò)大，2011年3月北鐵口區(qū)冷卻壁燒漏，爐底爐缸多點(diǎn)電偶溫度跳升，局部爐殼溫度最高達(dá)到80℃。2011年5月，開始進(jìn)行風(fēng)口定點(diǎn)喂線和加釩鈦礦的護(hù)爐工作。鑒于爐缸狀況已嚴(yán)重威脅到安全生產(chǎn)，2012年5月15日被迫停爐進(jìn)行大修。1設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)針對上代爐役發(fā)生的實(shí)際問題，結(jié)合我廠的經(jīng)濟(jì)效益情況，本次設(shè)計(jì)除了繼續(xù)沿用成熟、適用的炭磚加陶瓷杯，水冷爐底，設(shè)置排鉛槽等經(jīng)典技術(shù)外，本著“經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、創(chuàng)新”的原則，在爐底爐缸的設(shè)計(jì)上采取了一些獨(dú)特的創(chuàng)新

3、技術(shù)。1．1爐殼三鋼高爐原料含鉛、鋅比較高，福建地區(qū)鐵礦石含鉛會高達(dá)0．2％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年11月煉鐵原料中鉛、鋅負(fù)荷高達(dá)1．5kg／t。比重大的鉛沿磚縫向下滲透，并侵入磚襯內(nèi)部，引起爐襯膨脹，對爐殼形成很大的側(cè)向力，若爐殼沒有足夠強(qiáng)度的話，極易造成爐殼開裂，直接影響一代高爐的壽命。本次大修設(shè)計(jì)將爐底到風(fēng)口區(qū)下沿爐殼鋼板厚度由36mm增加到50mm，風(fēng)口區(qū)爐殼板采用60mm厚鋼板，材質(zhì)為Q345—B。1．2冷卻壁鐵口區(qū)要經(jīng)受高溫渣鐵的沖刷、泥炮的機(jī)械撞擊，所以鐵口是爐缸工作條件最惡劣的部位，上一代爐役爐殼開裂就是首先從鐵口這個最薄弱的地

4、方開始的。解決辦法除了加厚鐵口區(qū)爐殼板外，提高鐵口區(qū)的冷卻強(qiáng)度至關(guān)重要。因此，在2個鐵口的兩側(cè)采用了埋銅管的銅冷卻壁，其余冷卻壁材質(zhì)仍為鑄鐵冷卻壁，冷卻水管接管尺寸為Φ57mm×5mm。1．3爐襯結(jié)構(gòu)4號高爐爐缸爐底結(jié)構(gòu)如圖1所示。(1)耐熱基墩為耐熱混凝土，圓周設(shè)1環(huán)碳素?fù)v打料，吸收耐熱混凝土的徑向膨脹，減小對爐殼的張力。(2)炭磚。爐底第1～4層用國產(chǎn)微孔炭塊；第2層炭磚設(shè)置排鉛槽；爐底滿鋪第5層至爐缸第12層采用某廠閑置的價位低廉的進(jìn)口微孔炭磚。其中，第6、8、9層因原磚型長度不夠，采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，兩環(huán)之間采用高導(dǎo)熱碳素?fù)v打料填充，第1

5、3、14層用國產(chǎn)微孔炭塊。兩環(huán)之間采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的碳素?fù)v打料非常關(guān)鍵，其生料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到16W／(m·K)，燒后導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到23W／(m·K)，超過了SGL7RD—N炭磚在常溫時17W／(m·K)的指標(biāo)。此雙環(huán)結(jié)構(gòu)的可靠性至少在理論上比較有把握，該碳素?fù)v打料燒后指標(biāo)見表1。(3)陶瓷杯。陶瓷杯采用國產(chǎn)剛玉莫來石磚，其中杯墊設(shè)2層，高345mm，采用了防漂浮設(shè)計(jì)。理想的爐缸應(yīng)當(dāng)是：炭磚通過其高導(dǎo)熱特性將爐缸壁的熱量及時帶走，使1150℃鐵水凝固線、870℃的炭磚環(huán)裂溫度線阻滯在陶瓷杯內(nèi)。爐缸壁形成穩(wěn)定的渣鐵凝固殼對保護(hù)炭磚至關(guān)重要，陶瓷杯是

6、絕熱材料，太厚的話其熱面熱量帶不走，其熱面遲早要被高溫渣鐵侵蝕掉。為了達(dá)到合理的溫度分布線，因此它不需要太厚。鐵口以上杯壁的渣皮較易形成，設(shè)計(jì)最薄處為230mm；“象腳”侵蝕區(qū)為死鐵層底部，渣皮不易形成，可以適當(dāng)設(shè)計(jì)厚點(diǎn)。陶瓷杯磚最關(guān)鍵的作用是很小的鐵水溶蝕指數(shù)(<1％)，遠(yuǎn)小于炭磚的28％。因此，陶瓷杯對爐底爐缸抵御渣鐵侵蝕起第一道防線的作用，延緩了炭磚的侵蝕。(4)陶瓷杯與炭磚之間。爐缸大塊環(huán)形炭磚實(shí)際上是一個多邊形，該多邊形與陶瓷杯磚之間在施工上極易形成大的三角縫。以往的設(shè)計(jì)沒有考慮到這個問題，最多只是用碳素膠泥填充。開爐后，碳素膠泥

7、中的有機(jī)物揮發(fā)完易形成空洞，鐵水或鉛、鋅等極易趁虛而入，使陶瓷杯失去保護(hù)炭磚的意義。為了解決這個問題，本次設(shè)計(jì)在陶瓷杯與炭磚之間設(shè)計(jì)了1條60mm縫，內(nèi)部澆注硅溶膠結(jié)合的澆注料。硅溶膠結(jié)合澆注料具有低水分、無揮發(fā)性物質(zhì)、流動性好、高溫性能好、耐渣鐵侵蝕等優(yōu)點(diǎn)。最主要的是它有一個特點(diǎn)：當(dāng)硅溶膠水分蒸發(fā)時，膠體粒子能牢固地附著在物體表面，粒子間形成硅氧結(jié)合，具有很強(qiáng)的結(jié)合力。另外，雖然爐缸溫度很高，屬于還原氣氛，此位置即使陶瓷杯侵蝕掉了，溫度最多也就1500℃，而硅的還原溫度是1650～1700℃，所以不用擔(dān)心材料中的硅被還原。綜上所述，此部位

8、使用該材料，一方面使炭磚熱面能更有效抵御鐵水侵蝕；另一方面，方便了施工，從此不用再擔(dān)心三角縫影響砌筑質(zhì)量。硅溶膠結(jié)合澆注料具體指標(biāo)見表2。(5)鐵口區(qū)整體澆注。鐵口在生產(chǎn)時最怕磚