2012国外炉缸长寿研究

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德国某高炉炉缸的侵蚀情况
高炉炉底平均年侵 蚀速度为30mm/a， 铁口的平均年侵蚀 速度为15mm/a。 呈锅底状侵蚀。
高炉炉缸直径10.3m，设计死铁层深度为炉缸直径的 26.8%，侵蚀后的深度为32.8%，风口高度为39.2%。一代 寿命将近9年，累计产铁量1600万吨，炉缸面积利用系数为 65~78t/(m3.d)。
高炉长寿必须分别从炉体结构、材料、设备、管理、操 作方面综合采取措施。 提高炉底炭砖致密程度­高导热性、炉缸深度、有效的炉 缸冷却、强化侧壁温度管理、改善炉料分布等等，综合的 结果才能达到延长高炉寿命的目的。 近年来，国外着力于炉缸内部状态的研究，铁水环流对 炭砖侵蚀的影响和死料堆结构对炉缸铁水环流的影响等等 。 力求提高操作技术，维持操作稳定；防止未还原的炉料 进入炉缸，防止不饱和碳素的铁水与炭砖接触；结合铁口 使用方法和冷却强度保持炉缸部位的粘滞层和凝固层，极 力抑止炉缸部位炭砖的侵蚀，采取最佳的综合技术措施， 来预防炉缸事故以达到高炉长寿的目的。
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解剖调查及侵蚀特征
国外几乎对所有停炉的高炉都进行详细的解体调查。 不但对残余砖衬进行了详细的研究，而且对残铁、凝 固层、死料堆结构等等方面进行了详细的研究。 国外有一部分高炉不放残铁，炉缸内的状态得到了较 好的保持，为解剖调查创造了良好的条件。 由于炉底设计和生产操作 的改善，蘑菇型侵蚀A已经很 少见到。 目前高炉炉底、炉缸的侵 蚀可以分为三种类型： 象脚侵蚀B； 锅底状侵蚀D； 宽脸状侵蚀C。这是 新近出现的一种侵蚀状态。 3
推算炉底炉缸耐材侵蚀线 炉底炉缸结构设计
焦炭自由层
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4 结语
从国外在炉缸长寿方面进行的部分研究工作，可以得到。 （1）高炉炉底、炉缸的侵蚀可分为三种类型：蘑菇状侵蚀、象脚侵蚀 侵蚀和锅底状侵蚀。侵蚀是长期的、有先兆的过程。 由于生产条件的变化，最近出现了宽脸状侵蚀。炉底在向下呈锅底状侵 蚀的同时，仍然不能避免侧壁的侵蚀，已经引起炼铁界的重视，并寻求对 策。 （2）炉缸事故有先天性的原因，如炉底结构、材料、设备等；炉缸事 故更是一种长期的生活习惯病，只有改变生活习惯从提高操作技术入手， 加强炉缸维护，防止铁水环流对侧壁的冲刷，防止不饱和碳素的铁水与炭 砖接触，结合出铁口使用方法和合理冷却保持炉缸部位的粘滞层，从管理、 操作方面采取综合有效的措施。防止炉缸部位炭砖的侵蚀。 （3）控制出铁速度；各铁口均衡出铁，包括轮流出铁等；关注每次铁 的铁量、渣量，见渣时间；铁口深度、打泥量等等。
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为了减少铁水环流，欧美首先提出，希望在死料堆下部 形成焦炭自由层(Coke free space) ，以及死料堆漂浮在炉缸 中的概念，而不要坐落在炉底上。 欧洲首先在上世纪80年代初提出，死铁层加深至炉缸直径 的25%以上的建议，英国在上世纪90年代初投产的安妮女王 号、维利亚娜女王号、伯斯女王号高炉死铁层深度均在27% 左右。 P.W.在解剖德国炉缸直径分别为10.3m和11.0m的高炉 后，认为设计死铁层深度26.8%的好，而15.5%不好，临界 深度为31.1%。提出两座炉缸直径12.2m高炉的设计死铁层 高度与炉缸直径之比在26.5~28.7%，并估计侵蚀后达到 31.5%。风口至铁口高度为40.7%。
建立了模型实验[35~43]研究炉缸内铁水流动状态，其中大部 分采用缩小尺寸的实验模型[37~42]研究死料堆在炉缸内的状态 及与铁水流动关系，以及死料堆中焦炭的更新[43,44]等。
3.2 数学模型
影响炉缸铁水流动的最重要的因素是炉缸内部的填充层 结构，即死料堆的沉浮、焦炭的粒度、孔隙率的空间分布。 国外开展了很多关于模拟炉缸部分填充结构的数学模型研究 [33~50]。
低硅冶炼的影响
低硅冶炼时的渣铁分布
低硅冶炼时的FeO分布
风口前端0.9m, (FeO)为25~26%
渣量
风口前端1.3m, (FeO)为2~20%
(FeO),%
＞1.5m, (FeO)为2% 终渣(FeO)为0.4%
铁水量
距风口前端，m 距风口前端，m 上世纪80年代后出现的宽脸型炉缸侵蚀可能与大喷煤使炉缸堆积， 边缘铁水滴落增加有关，因此国外十分重视喷煤后炉缸内死料堆的状况。 17
0.112
0.111
户烟1
京浜1
0.080 1970
君津3
1980
1990
年代
2000
2010
最近，鹿岛1、3号改造成炉容5265m3高炉时，炉缸直径 15m，死铁层深度为4.5m，为30%。日本5000m3级高炉的 死铁层高度一般为炉缸直径的25~30%。 9
1.3 宽脸状侵蚀
上世纪80年代后出现了“宽脸”状侵蚀C，炉缸侧壁和炉 底中心都有侵蚀，而主要影响高炉寿命的侵蚀方向仍然是炉 缸侧壁。如，君津2号高炉、大分2号高炉 、户田1号高炉等 。
2.4 采用示踪原子了解炉缸内铁水流动
法国、加拿大、日本等国在高炉上从风口喷入示踪物，测 量铁水中示踪物程度随时间的变化。同时还在停炉解体对高 炉下部进行解体调查。对炉底炭砖、和残铁取样研究。 图中表示示踪原子对正常操作A、高燃料比操作B、降料 线和停炉操作时，铁水中Co浓度的变化。
Co的浓度，ppm
正常
高燃料比
降料线和停炉
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不同操作时期
正常操作时期A，死料堆透液性低，部分铁水由侧壁绕 道流向铁口，Co时间延长，说明环流强。西侧的1、4号铁 口比东侧的2、3号铁口的渣比高，侧壁长期温度高。
高燃料比操作B，Co排出很集中，说明死料堆透液性 好，铁水能透过死料堆，比较集中地流向铁口。东侧、西侧 铁口的渣比均匀，侧壁和炉底温度升高。 正常操作A，南－西与北－东北之间的温度的相关性低； 在时期B的相关性高。也就是说，在期间A炉缸内存在妨碍 铁水流动的区域，而在期间B得到缓解。
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（4）加强对出铁信息的研究，分析炉内渣铁的不均匀流动的原因， 在炉缸内是否存在妨碍铁水流动的区域，使得侧壁不均匀侵蚀，是否 可能引发事故。 （5）加强对炉底和炉缸侧壁温度的监视，用各部温度变化推测铁水 环流状况、侵蚀状况、炉芯状态。 （6）在生产试验和解剖调查的基础上，进行了缩小尺寸模型的补充 试验，研究铁水流动、死料堆底面变化和死料堆内焦炭的更新等。在 生产试验和解剖调查和补充试验的基础上，进而建立了炉内铁水流动 的数学模型。 以上研究结果对采取正确预防炉缸事故的措施是有帮助的。各厂可 以根据实际生产来检验和运用。 只有深入研究炉内现象，才能更好地找到解决高炉炉缸长寿的有效 方法。希望炼铁界的同仁在这方面有新的进展、新的发现。
君津2号炉容约2700 m3高炉，炉役从1982年2月至1994年2月停炉， 寿命12年，炉缸侧壁残存炭砖厚度约300mm。开炉初期炉缸侧壁很快 侵蚀。停炉解剖时，高炉炉底也有严重侵蚀。 10
大分2号高炉第1代
大分2号高炉第1代炉 容5070 m3，于1988年8 月2日停炉，寿命11年 另10个月。解体时的炉 底侵蚀情况。侵蚀最严 重的部位在4号铁口下 面的炉缸侧壁第二层， 残存的炭砖也比较厚约 800mm。炉底中心部 位有1300mm。
1.1 象脚侵蚀
象脚侵蚀B特点是，向炉底垂 直方向的侵蚀较少，炉底和侧壁交 界的角部严重侵蚀，有的象脚侵蚀 炉底中心部位反而有些隆起，形如 象脚。炉容1000~5050m3。福山5 高炉；福山2高炉；京浜1高炉； 加古川2高炉；加古川3高炉；千 叶3高炉；千叶1号高炉；水岛4高 炉；和歌山3高炉；鹿岛3高炉； 罗德罗基1、2高炉；艾依莫登7高 炉。施威尔根1号高炉前后5次。 西德马A高炉。
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2.1 炉缸侧壁的保护
日本千叶6号高炉第1代炉缸侧壁侵蚀速度的变化。高炉最 初3年炉缸侧壁的侵蚀速度相当快，并采用了Ti矿等措施。 长寿的关键是从第4年开始侵蚀得到了缓和，整个炉役期间 对建立起稳定的凝固层，一直保持到炉役终了。
发现炉底中心温度低，侧壁温度就升高。可能是死料堆的低透液区域 到达炉底中心，另外，由于死料堆上浮又可能在炉底边缘部位周期性地出 现焦炭的自由层，使得凝固层的厚度不断变化。
炉底温度推算残存砖厚度(1150℃线)与解体时炭砖的脆化层基本一致。 炉底取样调查，砌砖上面的脆化层如A部所示。与过去的调查结果相 同，有铁水渗入，表观比重2.23，表观气孔率9.8%；化学分析：C76.8%， Fe13.5%，K2O0.17%；X射线分析也确认气孔内渗入了铁。
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2 生产中的研究
最终侵蚀后，死铁层深度约4.5m，炉底残存炭砖厚度1.4m， 炉底中央宽阔的范围呈平坦状侵蚀； 5
小仓2号第2代，炉容1850 m3高炉
高炉有3铁口个，风口28个。死铁层深度与炉缸直径之比为19%。图 中总炉底厚度为4250mm。炉底结构上层有7层粘土砖，下设2层炭砖。
高炉于1982年开炉2002 年停炉。高炉炉缸侧壁炭 砖完好，炉底有较厚的粘 土砖内衬，最终死铁层深 度约3.5m。
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2.2 炉缸温度变化与铁水流动状况
户田1号高炉于1985年12月投产于1998年1月停炉，工作了 12年另2个月。操作的后期，炉缸呈“宽脸”状侵蚀，并限 制了高炉的寿命。高炉通过炉缸侧壁芯钻，对砖衬和残铁进 行取样调查。
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估计的铁水流动模式
由于死料堆结构变化，在炉缸侧壁与炭砖之间存在低流动性 的粘滞层，以及含Ti或高富集碳的凝固层。 在炉缸角部形成了焦炭自由空间使高炉中心的透液性恶化， 在侧壁形成强烈的铁水环流，特别是在铁口下面环流削薄了粘 滞层和凝固层。 铁水中C的饱和度对凝固层的分解以及炭砖的侵蚀有很大的 影响。 未饱和铁水对炭砖的侵蚀是比较严重的。
铁水的浮力、作用在死料堆上的力和自身的重力，决定 炉缸中死料堆沉入铁水的深度，以及炉缸中焦炭自由空间的 轮廓，并对铁水流动和炉缸侵蚀产生重大影响。
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炉缸应力场分布的研究
物料运动速度
风口中心
垂直应力值
铁水面 铁口中心
图中表示了炉缸内应力 场的分布和死料堆下部边 界形状的估算结果。并且 与芯钻观测的结果进行了 比较。