CN117025867A - 一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法，包括：(1)在炉缸耐材热面形成稳定的富渣保护层；(2)控制利旧炭砖与浇注料间夹层热电偶温度低于Zn的熔点。本发明根据浇注修复型高炉的破损调查结果，结合理论分析，提出了多方位的工艺控制措施，从而为在役修复型高炉提供一定的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及炼铁高炉炉缸长寿领域，尤其涉及一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法。
背景技术
随着炼铁工艺水平的进步，产业结构的日趋完善，高炉向大型化方向转变，在此背景下，高炉长寿已然成为现代炼铁中一个极为重要的命题。近年来，由于我国高炉利用系数、冶炼强度呈现阶梯式增长，炉缸侵蚀严重，炉缸维护压力升高，出现大部分高炉未能达到设计寿命，甚至一些新投产的高炉在远离设计寿命的时间段就出现炉缸侧壁温度超出控制上限的情况，对生产造成极大的安全隐患。如果将上述高炉直接停炉大修，不仅投资大、耗时长，也不符合当前市场需求。因此，高炉炉缸整体浇注修复技术应运而生，它是一种快速重构高炉炉缸陶瓷杯与安全传热结构的新技术，通过在利旧的炉缸炭砖热面浇注一层耐高温、抗渣侵蚀、不溶于铁水的整体无缝陶瓷杯，以满足高炉正常冶炼需要，该项技术较重新砌筑炭砖施工周期缩短一半以上，修复成本也在使用利旧炭砖的加持下大幅下降。
由于该项技术优势显著，因此使用该技术修复的高炉数量逐年增加，而现役生产的大多数浇注修复型应该从哪些角度来调控以延长炉缸使用寿命，提高安全生产年限成为技术人员关注的重点。基于此，本发明根据浇注修复型高炉的破损调查结果，结合理论分析，提出了多方位的工艺控制措施，从而为在役修复型高炉提供一定的技术支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法，实现浇注修复型高炉使用寿命的延长，为安全生产提供一定的技术保障。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法，包括：
(1)在炉缸耐材热面形成稳定的富渣保护层；
(2)控制利旧炭砖与浇注料间夹层热电偶温度低于Zn的熔点。
进一步的，具体包括：
(1)浇注修复型高炉服役初期，浇注料导热性差，热面温度很难达到渣相凝固点1350℃，因此，该阶段无法形成真正的保护，该周期为0.5～1年；随着浇注料被侵蚀，厚度逐渐减薄，当耐材热面温度达到渣相凝固点1350℃时，渣相会在一定条件下依附在浇注料表面而阻止流动渣铁对浇注料的进一步侵蚀；破损调查结果发现，炉缸侧壁富渣保护层中渣相成分的Al由浇注料提供，而Ca和Mg主要来自炉缸内部的渣相，当高炉炉缸热面具备形成富渣保护层条件时，操作上应当注重对炉渣CaO、SiO2、Al2O3的含量控制，在炉况稳定的前提下，炉渣二元碱度按照上限调整，Al2O3含量适当下调，控制区间选择在炉渣二元碱度为1.16～1.20，炉渣Al2O3含量为12.4～12.8％从而使炉渣经焦炭带入到炉缸侧壁后，与高铝质的浇注料反应，溶解浇注料中的Al2O3，析出镁铝尖晶石高熔点物相；同事在冷却制度方面，高炉炉缸冷却水量和水速应严格按照设计能力控制，炉缸热流强度按照不超过12000kcal/m2·h控制，如果出现热流强度持续超上限的情况，适当增加水流量和水速以降低浇注料热面温度，保证在形成富渣层的同时可使富渣层与浇注料稳定结合；
(2)在高炉正常生产的条件下，炉料中带入的碱金属以及含Zn物质会被还原成碱蒸汽与Zn蒸汽，并通过浇注料表面的裂纹进入浇注料内部，在热面温度达到900℃以上时，锌与钾钠蒸汽被氧化并与浇注料中的氧化物反应生成液态硅铝酸盐，造成耐材内部体积膨胀，导致浇注料的微观结构被破坏；由于Na的熔点为883℃、K的熔点为758℃，而Zn的熔点为419℃，因此，Zn凝固的温度区间更靠近冷面，Zn的沉积会造成所在区域的浇注料结构以及导热性能的改变，从而影响更靠近冷面的耐材性能；为保护耐材整体性能不过早的受到Zn的沉积破坏，控制利旧炭砖与浇注料间的夹层热电偶温度低于Zn的熔点温度，以避免交界面处Zn富集进而影响材料结合能力；同时应加强入炉原燃料有害元素源头管控，降低入炉锌负荷含量，减少Zn在高炉内的循环富集量。由于Zn在高炉的排出主要以煤气流带出为主，因此高炉在布料制度的选择上应以发展中心气流稳定边缘气流为导向，注重对高炉炉缸活跃程度的把控，提高高炉炉温稳定率，降低高炉波动次数，以达到排锌的效果。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明根据浇注修复型高炉的破损调查结果，结合理论分析，提出了多方位的工艺控制措施，从而为在役修复型高炉提供一定的技术支撑。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为富渣保护层的形成机理图。
具体实施方式
一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法，包括：
1.在炉缸耐材热面形成稳定的富渣保护层；
2.利旧炭砖与浇注料间夹层热电偶温度控制。
具体包括：
目前，高炉炉缸浇注修复技术使用的浇注料主要组成物相为Al2O3与SiC，占有效成分的85％，由于SiC易发生氧化，因此浇注料中也有一定数量的SiO2，浇注料中主要组成为Al2O3大颗粒，在这些大颗粒之间存在着SiC、C等物相，起着连接作用，为了强化浇注料的性能，在浇注料中也会加入一定数量的TiO2。
根据包钢浇注修复型高炉的破损调查结果发现，铁口中心线上方区域的炉渣接近高炉终渣成分，越靠近炉缸下方，Al2O3含量逐渐增大，而碱度呈现逐渐降低的趋势。通过炉渣成分判断，该炉渣具有良好的流动性能，可以顺畅的到达炉缸侧壁，为富渣保护层提供物质来源。而在铁口下方位置，仅存在铁水和焦炭，而铁水中的碳是不饱和的，铁水会与焦炭进一步发生渗碳反应，残留下来的焦炭灰分一部分上浮造渣，另一部分会富集在炉缸侧壁。由于浇注料中含有Al2O3及SiO2，与焦炭灰分、焦炭气孔中渗入挟裹的炉渣等相互作用，渣相中会生成一定数量的CaS、镁铝尖晶石等高熔点物相，最终形成富渣层。具体形成过程见图1。
浇注修复型高炉服役初期，浇注料导热性差，热面温度很难达到渣相凝固点1350℃，因此，该阶段无法形成真正的保护，该周期约为0.5～1年。随着浇注料被侵蚀，厚度逐渐减薄，当耐材热面温度达到渣相凝固点1350℃时，渣相会在一定条件下依附在浇注料表面而阻止流动渣铁对浇注料的进一步侵蚀。破损调查结果发现，炉缸侧壁富渣保护层中渣相成分的Al由浇注料提供，而Ca和Mg主要来自炉缸内部的渣相，所以当高炉炉缸热面具备形成富渣保护层条件时，操作上应当注重对炉渣CaO、SiO2、Al2O3的含量控制，在炉况稳定的前提下，炉渣二元碱度按照上限调整，Al2O3含量适当下调，控制区间选择在炉渣二元碱度为1.16～1.20，炉渣Al2O3含量为12.4～12.8％炉渣中Al2O3含量建议按照12.4～12.8％控制，从而使炉渣经焦炭带入到炉缸侧壁后，与高铝质的浇注料反应，溶解浇注料中的Al2O3，析出镁铝尖晶石等高熔点物相。在冷却制度方面，高炉炉缸冷却水量和水速应严格按照设计能力控制，炉缸热流强度按照不超过12000kcal/m2·h控制，如果出现热流强度持续超上限的情况，可通过适当增加水流量和水速以降低浇注料热面温度，保证在形成富渣层的同时可使富渣层与浇注料稳定结合。
另一方面，在高炉正常生产的条件下，炉料中带入的碱金属以及含Zn物质会被还原成碱蒸汽与Zn蒸汽，并通过浇注料表面的裂纹进入浇注料内部，在热面温度达到900℃以上时，锌与钾钠蒸汽被氧化并与浇注料中的氧化物反应生成液态硅铝酸盐，造成耐材内部体积膨胀，导致浇注料的微观结构被破坏。由于Na的熔点为883℃、K的熔点为758℃，而Zn的熔点为419℃，因此，Zn凝固的温度区间更靠近冷面，Zn的沉积会造成所在区域的浇注料结构以及导热性能的改变，从而影响更靠近冷面的耐材性能。为保护耐材整体性能不过早的受到Zn的沉积破坏，应控制利旧炭砖与浇注料间的夹层热电偶温度低于Zn的熔点419℃，有利于避免交界面处Zn富集进而影响材料结合能力。与此同时，应加强入炉原燃料有害元素源头管控，降低入炉锌负荷含量，减少Zn在高炉内的循环富集量。由于Zn在高炉的排出主要以煤气流带出为主，因此高炉在布料制度的选择上应以发展中心气流稳定边缘气流为导向，注重对高炉炉缸活跃程度的把控，提高高炉炉温稳定率，降低高炉波动次数，以达到排锌的效果。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种提高浇注修复型高炉使用年限的方法，其特征在于：包括：
(1)在炉缸耐材热面形成稳定的富渣保护层；
(2)控制利旧炭砖与浇注料间夹层热电偶温度低于Zn的熔点。
2.根据权利要求1所述的提高浇注修复型高炉使用年限的方法，其特征在于：具体包括：
(1)浇注修复型高炉服役初期，浇注料导热性差，热面温度很难达到渣相凝固点1350℃，因此，该阶段无法形成真正的保护，该周期为0.5～1年；随着浇注料被侵蚀，厚度逐渐减薄，当耐材热面温度达到渣相凝固点1350℃时，渣相会在一定条件下依附在浇注料表面而阻止流动渣铁对浇注料的进一步侵蚀；破损调查结果发现，炉缸侧壁富渣保护层中渣相成分的Al由浇注料提供，而Ca和Mg主要来自炉缸内部的渣相，当高炉炉缸热面具备形成富渣保护层条件时，操作上应当注重对炉渣CaO、SiO2、Al2O3的含量控制，在炉况稳定的前提下，炉渣二元碱度按照上限调整，Al2O3含量适当下调，控制区间选择在炉渣二元碱度为1.16～1.20，炉渣Al2O3含量为12.4～12.8％，从而使炉渣经焦炭带入到炉缸侧壁后，与高铝质的浇注料反应，溶解浇注料中的Al2O3，析出镁铝尖晶石高熔点物相；同事在冷却制度方面，高炉炉缸冷却水量和水速应严格按照设计能力控制，炉缸热流强度按照不超过12000kcal/m2·h控制，如果出现热流强度持续超上限的情况，适当增加水流量和水速以降低浇注料热面温度，保证在形成富渣层的同时可使富渣层与浇注料稳定结合；
(2)在高炉正常生产的条件下，炉料中带入的碱金属以及含Zn物质会被还原成碱蒸汽与Zn蒸汽，并通过浇注料表面的裂纹进入浇注料内部，在热面温度达到900℃以上时，锌与钾钠蒸汽被氧化并与浇注料中的氧化物反应生成液态硅铝酸盐，造成耐材内部体积膨胀，导致浇注料的微观结构被破坏；由于Na的熔点为883℃、K的熔点为758℃，而Zn的熔点为419℃，因此，Zn凝固的温度区间更靠近冷面，Zn的沉积会造成所在区域的浇注料结构以及导热性能的改变，从而影响更靠近冷面的耐材性能；为保护耐材整体性能不过早的受到Zn的沉积破坏，控制利旧炭砖与浇注料间的夹层热电偶温度低于Zn的熔点温度，以避免交界面处Zn富集进而影响材料结合能力；同时应加强入炉原燃料有害元素源头管控，降低入炉锌负荷含量，减少Zn在高炉内的循环富集量；由于Zn在高炉的排出主要以煤气流带出为主，因此高炉在布料制度的选择上应以发展中心气流稳定边缘气流为导向，注重对高炉炉缸活跃程度的把控，提高高炉炉温稳定率，降低高炉波动次数，以达到排锌的效果。
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