三钢4号高炉炉底炉缸的设计特点.doc

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1、冶金之家网站三钢4号高炉炉底炉缸的设计特点陈培荣(福建三钢闽光股份有限公司)摘要：针对三钢高炉原料含铅锌高、炉壳开裂等的特点，4号高炉设计采用了一些新的技术，如：加厚炉壳、铁口使用铜冷却壁、设置排铅槽、陶瓷杯与炭砖之间采用硅溶胶结合浇注料、铁口区整体浇注等。同时，对炉底炉缸的设计与维护提出了建议。关键词：高炉；炉底炉缸；炉壳开裂三钢4号高炉(1050m3)于2004年5月投产，在2005年开始就发生了多起铁口开裂现象，焊补无效。2006年12月，进行了2个铁口区炉壳板的更换，钢板厚度由36mm增加到50mm，并在风口下方增设了1圈

2、环向加强筋。2008年，铁口下方炉壳又发生了开裂，多次进行了焊补处理，并在铁口下方增设了2道加固圈。由于炉壳频繁开裂，导致砖缝扩大，2011年3月北铁口区冷却壁烧漏，炉底炉缸多点电偶温度跳升，局部炉壳温度最高达到80℃。2011年5月，开始进行风口定点喂线和加钒钛矿的护炉工作。鉴于炉缸状况已严重威胁到安全生产，2012年5月15日被迫停炉进行大修。1设计的主要特点针对上代炉役发生的实际问题，结合我厂的经济效益情况，本次设计除了继续沿用成熟、适用的炭砖加陶瓷杯，水冷炉底，设置排铅槽等经典技术外，本着“经济、实用、创新”的原则，在炉底

3、炉缸的设计上采取了一些独特的创新技术。1．1炉壳三钢高炉原料含铅、锌比较高，福建地区铁矿石含铅会高达0．2％。据统计，2012年11月炼铁原料中铅、锌负荷高达1．5kg／t。比重大的铅沿砖缝向下渗透，并侵入砖衬内部，引起炉衬膨胀，对炉壳形成很大的侧向力，若炉壳没有足够强度的话，极易造成炉壳开裂，直接影响一代高炉的寿命。本次大修设计将炉底到风口区下沿炉壳钢板厚度由36mm增加到50mm，风口区炉壳板采用60mm厚钢板，材质为Q345—B。1．2冷却壁铁口区要经受高温渣铁的冲刷、泥炮的机械撞击，所以铁口是炉缸工作条件最恶劣的部位，上一

4、代炉役炉壳开裂就是首先从铁口这个最薄弱的地方开始的。解决办法除了加厚铁口区炉壳板外，提高铁口区的冷却强度至关重要。因此，在2个铁口的两侧采用了埋铜管的铜冷却壁，其余冷却壁材质仍为铸铁冷却壁，冷却水管接管尺寸为Φ57mm×5mm。1．3炉衬结构4号高炉炉缸炉底结构如图1所示。冶金之家网站(1)耐热基墩为耐热混凝土，圆周设1环碳素捣打料，吸收耐热混凝土的径向膨胀，减小对炉壳的张力。(2)炭砖。炉底第1～4层用国产微孔炭块；第2层炭砖设置排铅槽；炉底满铺第5层至炉缸第12层采用某厂闲置的价位低廉的进口微孔炭砖。其中，第6、8、9层因原砖

5、型长度不够，采用双环结构，两环之间采用高导热碳素捣打料填充，第13、14层用国产微孔炭块。两环之间采用导热性能优良的碳素捣打料非常关键，其生料导热系数达到16W／(m·K)，烧后导热系数达到23W／(m·K)，超过了SGL7RD—N炭砖在常温时17W／(m·K)的指标。此双环结构的可靠性至少在理论上比较有把握，该碳素捣打料烧后指标见表1。(3)陶瓷杯。陶瓷杯采用国产刚玉莫来石砖，其中杯垫设2层，高345mm，采用了防漂浮设计。理想的炉缸应当是：炭砖通过其高导热特性将炉缸壁的热量及时带走，使1150℃铁水凝固线、870℃的炭砖环裂温

6、度线阻滞在陶瓷杯内。炉缸壁形成稳定的渣铁凝固壳对保护炭砖至关重要，陶瓷杯是绝热材料，太厚的话其热面热量带不走，其热面迟早要被高温渣铁侵蚀掉。为了达到合理的温度分布线，因此它不需要太厚。铁口以上杯壁的渣皮较易形成，设计最薄处为230mm；“象脚”侵蚀区为死铁层底部，渣皮不易形成，可以适当设计厚点。陶瓷杯砖最关键的作用是很小的铁水溶蚀指数(<1％)，远小于炭砖的28％。因此，陶瓷杯对炉底炉缸抵御渣铁侵蚀起第一道防线的作用，延缓了炭砖的侵蚀。(4)陶瓷杯与炭砖之间。炉缸大块环形炭砖实际上是一个多边形，该多边形与陶瓷杯砖之间冶金之家网站在

7、施工上极易形成大的三角缝。以往的设计没有考虑到这个问题，最多只是用碳素胶泥填充。开炉后，碳素胶泥中的有机物挥发完易形成空洞，铁水或铅、锌等极易趁虚而入，使陶瓷杯失去保护炭砖的意义。为了解决这个问题，本次设计在陶瓷杯与炭砖之间设计了1条60mm缝，内部浇注硅溶胶结合的浇注料。硅溶胶结合浇注料具有低水分、无挥发性物质、流动性好、高温性能好、耐渣铁侵蚀等优点。最主要的是它有一个特点：当硅溶胶水分蒸发时，胶体粒子能牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合，具有很强的结合力。另外，虽然炉缸温度很高，属于还原气氛，此位置即使陶瓷杯侵蚀掉了，温

8、度最多也就1500℃，而硅的还原温度是1650～1700℃，所以不用担心材料中的硅被还原。综上所述，此部位使用该材料，一方面使炭砖热面能更有效抵御铁水侵蚀；另一方面，方便了施工，从此不用再担心三角缝影响砌筑质量。硅溶胶结合浇注料具体指标见表2。(5