2012国外炉缸长寿研究资料

国外高炉炉缸长寿技术研究概况中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆项钟庸1高炉寿命主要取决于耐材的侵蚀。在过去决定高炉寿命的因素是炉身和炉缸耐材的损坏。由于高炉操作条件的改变，近年来国内外有许多高炉寿命受到了炉缸耐材侵蚀的制约。介绍国外高炉的一些研究：

前言炉缸解剖调查213生产中的研究模型研究2

1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。31.1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。

在上世纪70年代初开炉的高炉形成象脚侵蚀的较多。福山5号高炉炉底解剖

ZnO沉积层脆裂层渗铁层凝铁泥包焦炭、铁混合物41.2锅底状的侵蚀

锅底状的侵蚀D的特点是，侵蚀主要向炉底下部发展，在炉底形成深坑，炉底侵蚀严重；有减轻炉缸环流的作用，对侧壁侵蚀较少。君津3号第1代，炉容4063m3高炉，炉役从1971年至1982年，死铁层深度1.0m，炉底上层敷设4层炭砖，下部有5层粘土砖，最下部设1层石墨SiC砖，炉底总厚度约4.0m。炉底结构和侵蚀断面图圆周上平均残存厚度侧壁平均残存厚度1.2m，除了脆裂带后的完好层平均厚度为0.7m。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。小仓2号第2代，炉容1850m3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。6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)。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。7

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(Cokefreespace)，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%。8名古屋3君津3大分1京浜1君津4户烟1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%。日本近年高炉死铁层深度的变化91.3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。

君津2号炉容约2700m3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。大分2号高炉第1代炉容5070m3，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。大分2号高炉第1代112生产中的研究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。

122.1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。132.2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。14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。152.3铁水滴落的研究

日本钢管福山对风口平面铁水、炉渣滴落量的分布，以及风口平面炉渣中Al2O3和FeO的分布进行了研究。当高喷煤比时，大量铁水集中在距风口0.8~1.5m处滴落。

法国福斯高炉也进行了高喷煤条件下，渣铁在风口平面分布的测量。铁水量距风口前端，mAl2O3,%16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。低硅冶炼时的FeO分布低硅冶炼的影响风口前端0.9m,(FeO)为25~26%风口前端1.3m,(FeO)为2~20%＞1.5m,(FeO)为2%终渣(FeO)为0.4%渣量铁水量距风口前端，m距风口前端，m(FeO),%低硅冶炼时的渣铁分布172.4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18

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。不同操作时期19解体调查的结果显示，在炉底角部为焦炭与铁水呈混合状态的区域。残铁残铁＞＞焦炭残铁＋焦粉残铁＞焦炭残铁＝焦炭西7m东7m正常操作A高燃料比B西东相关性高阻碍铁水流动的区域阻碍铁水流动的区域热电偶铁口之间渣比偏差与铁口平面上侧壁温度的相关关系203试验研究及数学模型3.1试验研究

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]。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。21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。风口中心铁水面铁口中心垂直应力值实际面计算面死料堆表面物料运动速度炉缸应力场分布的研究22考虑了铁水流动的炉底侵蚀模型模型的构成铁水流动、传热和耐材侵蚀同时解析推算炉底炉缸耐材侵蚀线炉底炉缸结构设计1三维非稳态模型推算径向铁水滴落分布3炉底铁水流动的侵蚀推算模型推算铁水流动的热负荷和冲刷力推算耐材侵蚀线2应力场模型推算炉芯下部形状焦炭沉入铁水面（至铁口的距离）焦炭自由层炉底耐材炉芯铁水铁口风口23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。4结语24（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。25炉缸部位侵蚀变化大致分为三个时期，各个时期都要分别采取适当的操作方针。从侵蚀的变化考虑长寿措施砖厚侵蚀机理和利用系数的影响延长高炉寿命的措施初步侵蚀阶段＞1.5m·不容易形成凝固层·铁水接触炭砖·由于高