新型炉缸在中型高炉上的应用

刘卫国，李　纲，李培言

（山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司，新疆维吾尔自治区　疏勒县830000）



生产技术

新型炉缸在中型高炉上的应用

刘卫国，李纲，李培言

（山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司，新疆维吾尔自治区疏勒县830000）

摘要：山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司高炉炉缸应用SGL炭砖、铁口区域应用铜冷却壁和适当提高炉缸高度等措施，降低了炉前耐火材料的消耗，达到高炉长寿的目的，使风口小套的实际使用寿命比设计使用寿命延长了近5个月，每天铁口的出渣铁次数降低2、3炉，降低了炉前操作人员的劳动强度。

关键词：高炉；炉缸；SGL炭砖；高炉长寿

1　前　言

炉缸寿命决定了高炉一代炉役的长短，只要炉缸安全工作，高炉就可以继续生产；炉缸以上的区域无论是冷却壁烧坏或炉皮开裂，都可以通过短期的抢修来维持继续生产。近年来，国内一批中型高炉达不到设计寿命，开炉2 a左右，炉缸侧壁温度超限，甚至发生炉缸烧穿事故［1］。

大多数中型高炉炉缸侧壁温度超上限的位置，侵蚀严重的一般都在炉低炭砖和陶瓷杯垫结合的侧壁处，这也是炉缸侵蚀的薄弱环节。如何解决这一难题是山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司1 080 m3高炉设计的重点。

2　炉缸侵蚀机理

高炉炉缸是一个带有液态渣铁高温容器，在渣铁生成和排放过程中始终存在着复杂的物理化学反应。

1）高温液态渣铁的流动冲刷。液态渣铁的环流和炉缸内渣铁液面的升降对炉缸侧壁的机械磨损和冲刷是主要破坏因素。2）热应力导致耐材的破坏和环面断裂。因炭砖的尺寸大，导热性相对较差，开炉后炭砖内外面的温差较大，炭砖热面膨胀和冷面膨胀不同步产生热应力，使炭砖容易产生环面断裂。3）渣铁渗透侵蚀。在高压作用下，流动性较好的液态渣铁渗透到炭砖气孔和砖缝，发生渗碳反应生成Fe2C或FeC，进一步使气孔和砖缝扩大，破坏炭砖的工作面。4）碱金属和锌对耐材的溶蚀。碱金属和锌侵入后引起炭砖异常膨胀而产生应力，破坏炭砖热面的稳定性，造成炭砖热面破损［2］。

3　炉缸设计思路

为了延长炉缸的使用寿命，结合新疆地区的地理气候条件和原燃料条件，新疆公司高炉设计时采用了一些新思路。

3.1综合炉底

本次炉缸设计的炉底部分采用水冷炉底+石墨质炭砖+半石墨质炭砖+超微孔炭砖+刚玉质陶瓷杯垫，高炉炉缸设计见图1。此结构的特点是随着标高的上升每层耐火材料的导热系数逐渐降低，最上层使用耐火度高、热稳定性好、导热系数低的刚玉质陶瓷杯垫。刚玉质陶瓷杯垫直接与高温液态渣铁接触，利用刚玉质陶瓷杯的特点，既能经得住炉缸内液态渣铁环流时的冲刷，又要使炉缸内的热量不易传导出去，部分热量经过刚玉质陶瓷杯垫传导出去的也是通过导热性好、抗热震稳定性好的炭砖迅速传导到水冷管里的冷却水并带走，这样热量不会积聚在炉底，达到有效保护炉底的目的。

图1　新疆公司高炉炉缸设计示意图

3.2采用SGL炭砖

炉缸陶瓷杯垫以上部位的侧壁容易被侵蚀，也是高炉炉缸比较薄弱的区域。炉缸侧壁采用SGL炭砖+刚玉质陶瓷杯壁。刚玉质陶瓷杯壁的作用和刚玉质陶瓷杯垫相似。SGL炭砖的主要特点：1）铁含量低。由于铁是2CO=C+CO2反应的催化剂，产生的碳是很脆的沉积物，使气孔和裂纹扩大，加速炭砖的侵蚀，所以控制炭砖中铁含量。2）抗铁水渗透性强。SGL在原材料中加入硅粉，硅在高温焙烧（＞1 400℃，28～42 d）过程中与碳发生反应，产生的化合物一方面可以填充气孔，降低气孔率；另一方面隔断和封闭气孔，减小气孔直径，提高微孔率。因此，它们具有很强的抗铁水渗透性能。

3.3铁口异常侵蚀区采用铜冷却壁

铁口区域也是炉缸比较容易被侵蚀的区域。在高炉生产过程中，高温液态渣铁通过铁口排出，故铁口区域的热负荷较大，在出铁过程中还要经受高温液态渣铁的侵蚀和高温煤气流的冲刷。

针对铁口工作环境的特点，在选择好铁口区域耐火材料后，同时也要有导热能力强和抗震性能高的冷却设备，而铜冷却壁在铁口区域的应用是这次炉缸设计的亮点之一。在高炉生产过程中，利用铜冷却壁高导热性和良好的抗热震性能的特点，在铁口区域的耐材表面形成渣铁凝固保护层保护耐材不受渣铁的侵蚀和降低耐材的温度，以降低热应力的破坏作用。

3.4增加炉缸高度

本次设计中，增加炉缸高度也是亮点之一，新疆公司高炉较同类型高炉的炉缸高500 mm。适当加高炉缸高度，相对提高了死铁层的厚度，减轻炉缸侧壁受液态渣铁环流冲刷的压力，有利于保护炉缸，延长炉缸的工作寿命；其次是扩大了炉缸容积，增加渣铁在炉缸的存储量，降低高炉在强化冶炼条件下出现“憋风”的可能性，降低炉前工人的劳动强度；最后，炉缸高度的提高，相对降低炉缸内渣铁液面的位置，有利于保护风口小套，延长风口小套的工作寿命。

4　实际应用情况

2013年3月7日山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司1 080 m3高炉点火投产，截至目前，已稳定生产近2.5 a。

1）2015年7月的炉缸陶瓷杯垫处侧壁温度在100～120℃。

2）2015年7月炉基中心点温度趋势在50～60℃，高值比较平稳，如图2所示。图中出现波浪式曲线与南疆昼夜温差大、昼夜蒸发量大导致空气湿度相差大有关。

图2　2015年7月炉基中心点温度变化趋势

3）由于炉缸高度的增加，高炉生产2 a多来没有烧坏过风口小套，使风口小套的实际使用寿命比设计使用寿命延长了近5个月左右。

4）炉缸的容积增大，炉缸内渣铁存储量上升，与国内其他中型高炉相比较，每天铁口的出渣铁次数降低2、3炉，不仅降低了炉前耐火材料的消耗，也减轻了炉前操作人员的劳动强度。

5　结　语

这种新型炉缸在莱钢新疆公司高炉应用后，经过近2.5 a的实践，炉缸各点温度平稳，没有异常侵蚀的情况发生，也没有过风口小套烧损现象，说明此类型炉缸设计的合理性，达到高炉长寿的目的，同时随着炉缸容积的增大，炉缸内渣铁存储量上升，每天出渣铁12炉，较同类型高炉减少3炉左右，降低了生产成本，减轻炉前操作人员的劳动强度。

参考文献：

［1］汤清华.高炉炉缸结构上一些问题的探讨［J］.炼铁，2015（5）：7-10.

［2］程坤明，银汉.现代高炉炉底炉缸结构［J］.炼铁，2005（2）：27-29.

Application of New Type of BF Hearth in the Medium Blast Furnace

LIU Weiguo, LI Gang, LI Peiyan

（Shandong Laiwu Iron and Steel Group Xinjiang Co., Ltd., Shule 830000, China）

Abstract:The application of SGL carbon brick, using copper cooling stave in the BF taphole area and increasing the hearth height can reduce the consumption of BF refractories, and prolong the service life of BF. The actual service life of the tuyeres can be extended for about 5 months longer than the service life designed. The slag emissions and iron discharge via taphole were reduced 2 or 3 times a day. The labor intensity of the furnace workers can be reduced.

Key words:blast furnace; BF hearth; SGL carbon bricks; long campaign of blast furnace

中图分类号：TF573.1

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2016）02-0018-02

收稿日期：2015-09-18

作者简介：刘卫国，男，1978年生，2002年毕业于安徽工业大学钢铁冶金专业。现为山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司炼铁作业区副经理，高级工程师，从事高炉生产、工艺技术管理工作。