李永朝

（河鋼股份有限公司邯鄲分公司）

摘  要  本文介紹了邯鋼5號(hào)高爐大修停爐放殘鐵情況，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況闡述了爐缸爐底侵蝕形態(tài)：存在較為明顯的不均勻侵蝕，炭磚的環(huán)裂現(xiàn)象甚明顯，炭磚熱端存在廣發(fā)的疏松層。并分析了產(chǎn)生這種侵蝕形態(tài)的原因。

關(guān)鍵詞  爐缸  爐底  侵蝕

煉鐵部5號(hào)高爐有效爐容2100m3，本代爐役于2005年7月9日點(diǎn)火開(kāi)爐，生產(chǎn)13年8個(gè)月，累計(jì)產(chǎn)量22991570噸，單位爐容產(chǎn)鐵11496噸/m3。

1  高爐爐缸爐底基本情況

1.1  冷卻設(shè)備和耐材配置

5號(hào)高爐爐缸和爐底采用軟水冷卻，其中爐底區(qū)域的1-4段冷卻壁均為鑄鐵光面冷卻壁，爐底冷卻為下封板冷卻方式。

爐缸爐底共15層炭磚。爐底滿(mǎn)鋪炭磚1-5共五層，自下而上的配備情況：三層半石墨炭磚，第4層和第5層邊緣為西格里微孔炭磚、中部為國(guó)產(chǎn)微孔炭磚；爐缸側(cè)壁炭磚6-15層，6-12層為西格里微孔炭磚、13-15層為國(guó)產(chǎn)微孔炭磚。陶瓷墊和陶瓷杯、風(fēng)口組合磚均為剛玉氮化硅材質(zhì)。

1.2  爐役后期爐缸安全狀況和生產(chǎn)情況

從2013年7月份開(kāi)始爐缸側(cè)壁溫度和冷卻壁熱流強(qiáng)度均快速升高，前后經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：輕微侵蝕期，快速侵蝕期，爐役末期是維持期。

輕微侵蝕期從2013年7月至2016年3月。這個(gè)階段基本上是陶瓷杯侵蝕和凝滯層形成和消解的過(guò)程，炭磚侵蝕非常輕微，侵蝕最嚴(yán)重部位炭磚厚度由960mm降至920mm，侵蝕了40mm，熱電偶溫度在450-480℃之間，雖然不低，但是相對(duì)比較穩(wěn)定。

快速侵蝕期從2016年4月至2017年8月，此階段炭磚侵蝕嚴(yán)重部位的侵蝕量基本在400-600mm，殘厚介于300mm-570mm之間。整個(gè)爐役期炭磚大幅度減薄均發(fā)生在此階段。這個(gè)階段主要依靠加裝的熱電偶來(lái)監(jiān)測(cè)爐缸側(cè)壁炭磚殘厚。

2017年9月至停爐前是維持期。此階段由于停限產(chǎn)較多，總體產(chǎn)量不高，侵蝕較少，但正西偏南方向較為活躍，階段性創(chuàng)新高。

2  爐缸爐底侵蝕情況分析

2.1  爐缸爐底侵蝕的總體概況

5號(hào)高爐爐缸侵蝕也不甚均勻，總體來(lái)說(shuō)是東半部分侵蝕較為輕微，西半部分侵蝕甚為嚴(yán)重。侵蝕最嚴(yán)重部位在東南方向的象腳區(qū)，具體來(lái)說(shuō)就是第7層和第8層炭磚。

爐底炭磚第5層除周邊有殘余炭磚之外，中間已經(jīng)侵蝕殆盡；第4層炭磚西半部分也侵蝕了一部分，形成了一個(gè)“凹坑”，東半部分基本未侵蝕到。

下圖為根據(jù)扒爐現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和拍照還原的東—西方向侵蝕示意圖：

鐵口區(qū)域侵蝕較為輕微，與原來(lái)預(yù)估的僅剩泥包工作的狀況有較大出入，應(yīng)與是西格里全碳鐵口良好的導(dǎo)熱性能和微孔性能有關(guān)，需進(jìn)一步研究。

2.2  放殘鐵情況

根據(jù)2019年2月16日休風(fēng)測(cè)量爐皮溫度的結(jié)果，確定在爐缸爐底交界標(biāo)高7.4m處即為象腳侵蝕的拐點(diǎn)（即侵蝕最嚴(yán)重、殘襯最薄處），該處是第一段冷卻壁上部。圖2為爐殼測(cè)溫形成的t-h曲線：

本次放殘鐵采用新的方法，從開(kāi)始到結(jié)束用時(shí)約4.5小時(shí)，放出殘鐵500余噸。

爐殼和冷卻壁放殘鐵采用燒氧的辦法。燒爐殼和冷卻壁的位置見(jiàn)圖3。燒開(kāi)區(qū)域此位置基本對(duì)應(yīng)第4層炭磚和第5層炭磚的下半部分。

殘鐵口位置定在標(biāo)高6.6m處（爐底自上而下第四層炭磚中部）。鉆至約1.0米時(shí)，觀察炭磚亮紅，燒氧兩次即有殘鐵放出，過(guò)程比較順利。殘鐵口位置見(jiàn)圖4。

這次放殘鐵相較以往，算是非常成功，分析主要原因如下：

（1）首先是放殘鐵組織周密，操作非常熟練和連貫，從爐殼燒氧到燒完冷卻壁，僅用時(shí)2小時(shí)；清理殘鐵溝、殘鐵口周?chē)伭系扔脮r(shí)不到1小時(shí)；鉆鐵口過(guò)程用時(shí)1.5小時(shí)，整個(gè)過(guò)程完畢。

以往大高爐放殘鐵從拆除冷卻壁到燒開(kāi)殘鐵眼往往耗時(shí)10小時(shí)以上，鐵水流動(dòng)性變差，導(dǎo)致放出的殘鐵較少。

（2）殘鐵眼位置亦是侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域。殘鐵眼大約在1號(hào)風(fēng)口下，而侵蝕最嚴(yán)重區(qū)域在26-27號(hào)風(fēng)口下，距離三塊冷卻壁，同時(shí)，殘鐵眼位置的侵蝕情況也非常嚴(yán)重，因此殘鐵較易放出。

7高爐大修放殘鐵，由于鐵路線兌罐等因素的影響，殘鐵眼的位置受限且僅能在東南方向，而東南方向的侵蝕非常輕微，基本還是原始炭磚厚度，導(dǎo)致殘鐵非常不易放出。

（3）鐵水流動(dòng)性較好。末兩次鐵的[Si]和[Ti]分別為0.76%、0.118%和0.62%、0.088%，且[Mn]含量也在0.70%，流動(dòng)性較好，殘鐵排出順暢。

2.3  爐襯侵蝕情況分析

爐襯侵蝕曲線見(jiàn)圖1東—西方向侵蝕示意圖。爐襯最薄處位于第7層第8層炭磚，西大門(mén)北側(cè)面觀測(cè)，第8層算上炭磚熱面的疏松層，厚度尚有300-350mm。西大門(mén)南側(cè)情況類(lèi)似。見(jiàn)圖5

從上圖可見(jiàn)，如果去掉疏松層，殘余炭磚的有效厚度僅在200mm左右！另外，侵蝕最嚴(yán)重的地方不在西大門(mén)部位，而是靠近西大門(mén)南側(cè)的位置，距離西大門(mén)南側(cè)約兩塊冷卻壁（距離殘鐵眼三塊冷卻壁），位于26-27號(hào)風(fēng)口之間的下方區(qū)域。見(jiàn)下圖。

扒爐時(shí)從該處測(cè)量完整的炭磚厚度僅剩150mm（除去疏松層），就是說(shuō)停爐前將近一年半的時(shí)間，該部位緊靠150mm的炭磚維持爐內(nèi)的熱量傳輸體系！

從爐缸侵蝕情況看，有兩個(gè)典型的特征：一是嚴(yán)重侵蝕發(fā)生在圍管和熱風(fēng)總管交叉口下方左右（涵蓋的范圍較7高爐的局部侵蝕要廣，大約是側(cè)壁弧長(zhǎng)的20%左右）；二是炭磚熱端的疏松層較厚；三是炭磚環(huán)裂情況并不太嚴(yán)重。，

試析其原因：（1）圍管與熱風(fēng)總管交叉口附近的進(jìn)風(fēng)量與其他部位進(jìn)風(fēng)不均勻，風(fēng)速較大（或較小），對(duì)爐缸均勻工作有影響，局部鐵水?dāng)_動(dòng)較大，侵蝕較為嚴(yán)重。此為一種推測(cè)，尚需討論。

（2）爐役期間停爐3次，每次打水涼爐對(duì)爐缸炭磚熱面都有較大的危害，尚處于紅熱狀態(tài)的炭磚遇到大量水會(huì)發(fā)生氧化，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的疏松層。

鋅富集也是造成疏松層產(chǎn)生的原因，但是5號(hào)高爐的鋅富集情況并不嚴(yán)重，詳見(jiàn)下條。

（3）炭磚環(huán)裂情況不十分嚴(yán)重，分析主要是兩點(diǎn)原因。

一是西格里炭磚的耐壓強(qiáng)度較高，西格里3RD炭磚的耐壓強(qiáng)度典型值大于55MPa，高出同時(shí)期國(guó)產(chǎn)微孔炭磚70%，其抵抗炭磚自身熱應(yīng)力的性能較國(guó)產(chǎn)炭磚強(qiáng)，大量產(chǎn)生裂縫的幾率明顯降低；

二是堿金屬并不十分嚴(yán)重，扒爐過(guò)程中沒(méi)有明顯的“析堿”現(xiàn)象，在放殘鐵燒完冷卻壁露出炭磚和放完殘鐵后，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)炭磚縫隙往外流鋅。對(duì)炭磚（西格里3RD）分析有害元素，成分如下：

結(jié)合扒爐放殘鐵和扒爐觀察、殘余炭磚取樣，以及環(huán)裂情況來(lái)看，K、Na、Zn對(duì)5號(hào)高爐爐缸的影響并不十分突出。K、Na不十分嚴(yán)重，對(duì)炭磚微裂紋的破壞作用就減小了，即使有微裂紋存在，其擴(kuò)大的程度和速度并不大。

3  總結(jié)和討論

由于此次扒爐為機(jī)械作業(yè)，并且立體交叉嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)取樣和測(cè)量都比較困難，因此，取樣和測(cè)量的涵蓋范圍受限。但是從以上的分析我們?nèi)匀豢梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論和觀點(diǎn)供參考和討論。

（1）爐缸爐底存在不均勻侵蝕，但是不用于7高爐類(lèi)似的局部侵蝕或鼠洞侵蝕，其原因或與熱風(fēng)總管與圍管交叉口的布置有關(guān)。

（2）爐缸爐底沒(méi)有嚴(yán)重的炭質(zhì)環(huán)裂，與西格里炭磚優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和耐壓強(qiáng)度性能有關(guān)，也得益于爐役中后期堿負(fù)荷沒(méi)有嚴(yán)重失控。

（3）炭磚熱端存在比較嚴(yán)重的疏松層，分析認(rèn)為多次停爐過(guò)程中快速打水涼爐，使得炭磚熱端發(fā)生氧化，在熱端形成比較厚的疏松層。

（4）得益于爐役后期兩次加密爐缸熱電偶，在局部炭磚有效殘厚僅150mm的情況下，高爐仍堅(jiān)持服役一年。