关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨

1、关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨 济南钢铁集团炼铁厂2012年5月1 1、前言、前言2 2、炉缸冷却壁长寿、炉缸冷却壁长寿3 3、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿4 4、炉底、炉缸压浆与长寿、炉底、炉缸压浆与长寿5 5、结语、结语内内 容容 提提 要要 随着现代高炉逐渐大型化和生产的高效化，随着现代高炉逐渐大型化和生产的高效化，高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大，因此，已经引起业内的高度重视。广大响巨大，因此，已经引起业内的高度重

2、视。广大炼铁工作者为了尽量延长高炉寿命，从设计、施炼铁工作者为了尽量延长高炉寿命，从设计、施工、操作和维护等方面开发并采用了许多新技术工、操作和维护等方面开发并采用了许多新技术、新工艺和新材料，取得了显著的效果，使高炉、新工艺和新材料，取得了显著的效果，使高炉寿命不断提高。寿命不断提高。 一、前言一、前言国外先进高炉长寿水平较高，一代炉役寿命可达国外先进高炉长寿水平较高，一代炉役寿命可达1515年以年以上，部分高炉达上，部分高炉达2020年以上年以上 日本川崎公司千叶日本川崎公司千叶6 6号高炉号高炉(4500m3)(4500m3)和水岛和水岛2 2号、号、4 4号高炉号高炉都取得了都取得了2

3、020年以上的长寿实绩年以上的长寿实绩 浦项高炉炉役期一般在浦项高炉炉役期一般在1717年年1 1、高炉长寿的现状、高炉长寿的现状我国高炉长寿水平较低，一般一代炉役寿命低于我国高炉长寿水平较低，一般一代炉役寿命低于1010年，年，仅少数高炉可实现仅少数高炉可实现1010至至1515年的长寿目标年的长寿目标 武钢武钢5 5号高炉号高炉(3200 m3)1991(3200 m3)1991年年1010月投产，月投产，20072007年年5 5月大修月大修 首钢首钢4 4号高炉号高炉(2100 m3)1992(2100 m3)1992年年5 5月投产，月投产，20082008年年1 1月停炉月停炉 宝

4、钢宝钢3 3号高炉号高炉(4350 m3)1994(4350 m3)1994年年9 9月投产，现役月投产，现役炉身炉身毁坏毁坏炉底炉底烧穿烧穿早期历史演变早期历史演变技术进步技术进步问题焦点问题焦点冷却设备可更换冷却设备可更换造壁技术被采用造壁技术被采用冷却形式有改善冷却形式有改善耐材传热能力差耐材传热能力差炉底风冷强度低炉底风冷强度低炉底侵蚀速度快炉底侵蚀速度快2 2、影响高炉一代寿命的演变、影响高炉一代寿命的演变炉底炉底烧穿烧穿近期发展趋势近期发展趋势侧壁侧壁烧穿烧穿结构有改进结构有改进高导碳砖高导碳砖水冷设备水冷设备侧壁成焦点侧壁成焦点气隙阻热气隙阻热铁水冲刷铁水冲刷 近年来高炉相继发生

5、了大型高炉炉缸侧壁烧穿的事故近年来高炉相继发生了大型高炉炉缸侧壁烧穿的事故，而且国内有许多高炉存在开炉不久就出现炉缸侧壁温，而且国内有许多高炉存在开炉不久就出现炉缸侧壁温度大幅度上升的度大幅度上升的 现象，严重威胁着高炉的现象，严重威胁着高炉的 安全生产和安全生产和一代炉役寿命，已经引起在高炉炉缸结构设计、耐火材一代炉役寿命，已经引起在高炉炉缸结构设计、耐火材料选择、高炉操作及维护等方面的深入反思。料选择、高炉操作及维护等方面的深入反思。 冷却结构方面冷却结构方面 现代高炉基本上都采用现代高炉基本上都采用“薄壁薄壁”并且全炉冷却结构，风口以上的炉并且全炉冷却结构，风口以上的炉体全部有冷却壁，并

6、且在冷却壁表面镶嵌比较高级的耐火砖，在炉腹、体全部有冷却壁，并且在冷却壁表面镶嵌比较高级的耐火砖，在炉腹、炉腰及炉身下部高温区采用了铜冷却壁，通过上述措施，基本上能够实炉腰及炉身下部高温区采用了铜冷却壁，通过上述措施，基本上能够实现风口以上部分的炉体长寿。现风口以上部分的炉体长寿。 耐火材料方面耐火材料方面 由于炉缸是容纳铁水的地方，特别是大型高炉，炉缸内长期储存着由于炉缸是容纳铁水的地方，特别是大型高炉，炉缸内长期储存着几百吨铁水，在这几百吨铁水的重压、渗透、侵蚀，加上环流和冲刷之几百吨铁水，在这几百吨铁水的重压、渗透、侵蚀，加上环流和冲刷之下，炉底、炉缸耐火材料需要承受特别严厉的考验，不仅

7、考验到耐火材下，炉底、炉缸耐火材料需要承受特别严厉的考验，不仅考验到耐火材料材质、性能及耐久程度，而且还考验到结构组合是否恰当，施工质量料材质、性能及耐久程度，而且还考验到结构组合是否恰当，施工质量是否达到要求，同时还考验传热及冷却结构是否合理，是否满足要求是否达到要求，同时还考验传热及冷却结构是否合理，是否满足要求 。高炉炉体维护方面高炉炉体维护方面 良好的操作维护制度以及检修维护方法，都会影响到炉缸寿命，良好的操作维护制度以及检修维护方法，都会影响到炉缸寿命， 3 3、影响高炉炉缸长寿的主要因素、影响高炉炉缸长寿的主要因素 保证炉缸、炉底长寿首先应该从冷却壁做起，因为再好的耐保证炉缸、炉底

8、长寿首先应该从冷却壁做起，因为再好的耐火材料没有冷却不行，再好的耐火材料也怕水浸泡，因此，彻底火材料没有冷却不行，再好的耐火材料也怕水浸泡，因此，彻底解决炉底、炉缸长寿问题首先要解决冷却壁长寿问题。解决炉底、炉缸长寿问题首先要解决冷却壁长寿问题。二、炉缸冷却壁寿命对炉缸长寿的影响二、炉缸冷却壁寿命对炉缸长寿的影响 2000 2000年以后国内新建的高炉，特别是年以后国内新建的高炉，特别是“薄壁薄壁”高炉，普遍存高炉，普遍存在炉缸风口区冷却壁过早损坏问题，不仅仅是济钢的在炉缸风口区冷却壁过早损坏问题，不仅仅是济钢的1750 m31750 m3高高炉，南钢炉，南钢2200 m32200 m3高炉，

9、以及武钢高炉，以及武钢3200 m33200 m3高炉都存在这一问题。高炉都存在这一问题。济钢的济钢的3 3座座1750m31750m3高炉均在投产高炉均在投产后后1.51.52.02.0年内，发生炉缸风口年内，发生炉缸风口区冷却壁上部损坏问题，如图区冷却壁上部损坏问题，如图1 1。从损坏的严重程度上来看，不难从损坏的严重程度上来看，不难想象冷却壁漏水对炉缸炭砖带来想象冷却壁漏水对炉缸炭砖带来的危害。的危害。图图1 1750 m31 1750 m3高炉风口区冷却壁损坏情况高炉风口区冷却壁损坏情况 冷却壁损坏情况冷却壁损坏情况高炉风口高炉风口二、炉缸冷却壁寿命对炉缸长寿的影响二、炉缸冷却壁寿命对

10、炉缸长寿的影响 为了从结构的改变上延长高炉炉为了从结构的改变上延长高炉炉缸寿命，从缸寿命，从20052005年起济钢就炉缸结构年起济钢就炉缸结构的长寿问题进行了广泛论证，创造性的长寿问题进行了广泛论证，创造性地采取将该段冷却壁上部进行适当地采取将该段冷却壁上部进行适当“减薄减薄”，在，在“减薄减薄”部位附加铜冷却部位附加铜冷却板（见图板（见图2 2）的结构，首先在）的结构，首先在1750m31750m3高炉推广应用，随后又在高炉推广应用，随后又在3200m33200m3高炉高炉应用，开创了应用，开创了3000m33000m3级以上高炉风口级以上高炉风口区冷却壁采用该结构冷却壁的先例。区冷却壁采

11、用该结构冷却壁的先例。为彻底杜绝风口区冷却壁漏水对炉缸为彻底杜绝风口区冷却壁漏水对炉缸炭砖的危害，对炉缸长寿，对高炉长炭砖的危害，对炉缸长寿，对高炉长寿起到重要作用。寿起到重要作用。图图2 2 加铜冷却板后的加铜冷却板后的3200 m33200 m3高炉高炉风口区冷却壁情况风口区冷却壁情况 增加的铜冷却壁增加的铜冷却壁采取的措施采取的措施三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿从炉底开始自下向上具体分布是从炉底开始自下向上具体分布是（见图（见图3 3）：找平层采用）：找平层采用HP4XSRHP4XSR耐耐火浇注料，然后使用炭素胶泥砌筑火浇注料，然后使用炭素胶泥砌筑5 5

12、层炉底炭砖，第一层为石墨炭砖层炉底炭砖，第一层为石墨炭砖，第二层为半石墨炭砖，第三层为，第二层为半石墨炭砖，第三层为微孔炭砖，第四、第五层为超微孔微孔炭砖，第四、第五层为超微孔炭砖。再向上是使用刚玉莫来石砖炭砖。再向上是使用刚玉莫来石砖砌筑的陶瓷垫。炉缸第砌筑的陶瓷垫。炉缸第5 5层至第层至第8 8层层砌筑砌筑TYK-KT-4TYK-KT-4炭砖，第炭砖，第9 9层至第层至第1414层砌筑层砌筑TYK-KT-3TYK-KT-3炭砖，第炭砖，第1515层至第层至第1717层砌筑微孔炭砖，第层砌筑微孔炭砖，第1717层以上至层以上至风口区采用采用塑性相结合刚玉复风口区采用采用塑性相结合刚玉复合砖，

13、炉缸内侧周向采用塑性相结合砖，炉缸内侧周向采用塑性相结合刚玉复合砖作为陶瓷杯杯体。炉合刚玉复合砖作为陶瓷杯杯体。炉缸、炉底炭砖与冷却壁之间也采用缸、炉底炭砖与冷却壁之间也采用HP4XSRHP4XSR耐火浇注料填充。耐火浇注料填充。 1 1、济钢、济钢3200m33200m3高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置图图3 32003 3200高炉炉缸结基本构图高炉炉缸结基本构图 1 1、济钢、济钢3200m33200m3高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置高炉炉底、炉缸耐火材料及其检测系统配置三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿济

14、钢济钢3200m33200m3高炉在总结借鉴国内外长寿高炉经验的基础上，炉底高炉在总结借鉴国内外长寿高炉经验的基础上，炉底、炉缸采用了大块炭砖与陶瓷杯相结合的结构。特别是炉底、炉缸、炉缸采用了大块炭砖与陶瓷杯相结合的结构。特别是炉底、炉缸关键部位采用进口日本关键部位采用进口日本TYKTYK超微孔炭砖，该砖为日本超微孔炭砖，该砖为日本JFEJFE公司生产，公司生产，使用该炭砖的高炉已有使用该炭砖的高炉已有2525年的长寿业绩。因此，济钢年的长寿业绩。因此，济钢3200m33200m3高炉一高炉一代设计寿命不小于代设计寿命不小于1515年。年。在炉底、炉缸检测方面，配备了俄罗斯的在炉底、炉缸检测方

15、面，配备了俄罗斯的FKFK炉底、炉缸内衬侵蚀炉底、炉缸内衬侵蚀在线诊断检测系统，配备了炉缸水温差检测系统，能实时在线显示在线诊断检测系统，配备了炉缸水温差检测系统，能实时在线显示炉缸水温差及炉底、炉缸侵蚀状态。炉缸水温差及炉底、炉缸侵蚀状态。2 2、新型找平层浇注料的特点以及应用、新型找平层浇注料的特点以及应用 三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿济钢于济钢于20092009年年1010月首先在月首先在2#350 m32#350 m3高炉应用高炉应用HP4XSRHP4XSR耐火浇注料浇注耐火浇注料浇注找平层，并确认找平效果大大优于碳素捣打料，随后立即在找平层，并确认

16、找平效果大大优于碳素捣打料，随后立即在3200m33200m3高高炉推广应用，见图炉推广应用，见图4 4。炉底找平层采用炉底找平层采用HP4XSRHP4XSR耐火浇注料耐火浇注料与原来采用碳素捣打料对比，能够与原来采用碳素捣打料对比，能够大幅度减少炉底炭砖与找平层之间大幅度减少炉底炭砖与找平层之间水平面的间隙，因此，能够降低炉水平面的间隙，因此，能够降低炉底底“热阻热阻”。图图4 4 济钢济钢3200 m33200 m3高炉炉底找平层使高炉炉底找平层使用用HP4XSRHP4XSR浇注料后的图片浇注料后的图片 2 2、新型找平层浇注料的特点以及应用、新型找平层浇注料的特点以及应用 三、炉底、炉缸

17、耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿3 3、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望 三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿近几十年来国外高炉炉底、炉缸结构几种模式展望近几十年来国外高炉炉底、炉缸结构几种模式展望 以法国为代表的大块炭砖加陶瓷杯结构以法国为代表的大块炭砖加陶瓷杯结构 欧洲一部分国家采用大块炭砖只加陶瓷垫欧洲一部分国家采用大块炭砖只加陶瓷垫 以日本为代表的全部使用大块炭砖不使用陶瓷杯或陶瓷垫以日本为代表的全部使用大块炭砖不使用陶瓷杯或陶瓷垫 以美国为代表的全部使用小块炭砖不加陶瓷杯也不加陶瓷垫结构以美国

18、为代表的全部使用小块炭砖不加陶瓷杯也不加陶瓷垫结构 3 3、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望、炉缸内层新型浇注料的应用与炉缸修理展望 三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿国内高炉炉底、炉缸结构几种模式国内高炉炉底、炉缸结构几种模式完全采用大块炭砖加陶瓷杯结构：使用情况较好，经受时间考验完全采用大块炭砖加陶瓷杯结构：使用情况较好，经受时间考验 采用大块炭砖只加陶瓷垫采用大块炭砖只加陶瓷垫 ：使用情况较好，经受时间考验：使用情况较好，经受时间考验 “创造性创造性”地采用小块炭砖加陶瓷杯结构地采用小块炭砖加陶瓷杯结构 ：在投产后：在投产后2 23 3年有年有发生炉缸

19、烧穿的案例发生炉缸烧穿的案例 小块炭砖与小块炭砖与Metpump10Metpump10浇注料结合的结构浇注料结合的结构 ：20082008年年8 8月在济钢月在济钢4#350m34#350m3高炉进行试验高炉进行试验小块炭砖与小块炭砖与Metpump10Metpump10浇注料试验浇注料试验三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿 济钢济钢4#350 m34#350 m3高炉高炉20092009年年8 8月月1717日炉缸修理时，炉底的日炉缸修理时，炉底的4 4层炭砖层炭砖予以保留，炉缸中心少量残铁保留，圆周方向先使用予以保留，炉缸中心少量残铁保留，圆周方向先使用Met

20、pump10Metpump10浇浇注料找平，然后在上面砌筑小块炭砖，在小块炭砖内侧，又浇注注料找平，然后在上面砌筑小块炭砖，在小块炭砖内侧，又浇注一层一层Metpump10Metpump10浇注料，作为浇注料，作为“陶瓷杯陶瓷杯”，以保护炭砖。最初浇注，以保护炭砖。最初浇注时时Metpump10Metpump10浇注料厚度为：下部浇注料厚度为：下部200mm200mm，上部，上部150mm150mm。至。至20112011年年6 6月月1515日淘汰性停炉，共安全生产时间日淘汰性停炉，共安全生产时间2222个月（接近两年），从图个月（接近两年），从图5 5照片可以看出，照片可以看出，Metpu

21、mp10Metpump10浇注料厚度仍然接近浇注料厚度仍然接近200mm200mm，基本上没，基本上没有侵蚀，砌筑的小块碳砖根本没有接触到铁水。由于该炉停炉后有侵蚀，砌筑的小块碳砖根本没有接触到铁水。由于该炉停炉后没有放残铁，从扒炉时的残铁铁砣（见图没有放残铁，从扒炉时的残铁铁砣（见图6 6）形状可以看出，铁砣）形状可以看出，铁砣形状规整，基本上呈圆柱状，没有形状规整，基本上呈圆柱状，没有“象脚象脚”侵蚀迹象。通过图侵蚀迹象。通过图5 5、图图6 6这两张照片就能够充分说明这两张照片就能够充分说明Metpump10Metpump10浇注料具有很强的抗侵浇注料具有很强的抗侵蚀能力。甚至可以断言将

22、来高炉大修时，炉底甚至炉缸炭砖就没蚀能力。甚至可以断言将来高炉大修时，炉底甚至炉缸炭砖就没有必要全部拆除更新。这样不仅可以节约大量人力、物力和施工有必要全部拆除更新。这样不仅可以节约大量人力、物力和施工时间，而且有利于环保、有利于节能减排。时间，而且有利于环保、有利于节能减排。小块炭砖与小块炭砖与Metpump10Metpump10浇注料试验浇注料试验三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿小块炭砖小块炭砖Metpump10Metpump10浇注料浇注料 炉底残铁炉底残铁小块炭砖小块炭砖Metpump10Metpump10浇注料浇注料 图图5 5 济钢济钢4#350 m

23、34#350 m3高炉炉底使用高炉炉底使用Metpump10Metpump10浇注料与小块炭砖情况浇注料与小块炭砖情况 小块炭砖与小块炭砖与Metpump10Metpump10浇注料试验浇注料试验三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿三、炉底、炉缸耐火材料结构与长寿图图6 6 济钢济钢4#350 m34#350 m3高炉炉底残铁铁砣情况高炉炉底残铁铁砣情况1 1、炉底、炉缸压浆的新认识及其意义、炉底、炉缸压浆的新认识及其意义四、炉底、炉缸压浆维护与长寿四、炉底、炉缸压浆维护与长寿 新高炉投产后，炉体各个部位都存在受压、受热膨胀问题，经过新高炉投产后，炉体各个部位都存在受压、受热膨胀问题，经过有关专家

24、计算，以有关专家计算，以3000m33000m3级高炉为例，当炉内压力级高炉为例，当炉内压力400KPa400KPa，炉壳表面，炉壳表面温度从温度从2020升高到升高到4040时，炉壳半径方向能够增加时，炉壳半径方向能够增加6mm6mm，这时候如果炉，这时候如果炉缸内耐火材料膨胀量达不到该值，就会使冷却壁与耐火材料之间出现缸内耐火材料膨胀量达不到该值，就会使冷却壁与耐火材料之间出现间隙，使冷却壁内表面间隙，使冷却壁内表面“脱离脱离”耐火材料，业内人士知道，只要耐火耐火材料，业内人士知道，只要耐火材料与冷却元件之间有间隙，哪怕是极小的间隙都会形成材料与冷却元件之间有间隙，哪怕是极小的间隙都会形成

25、“热阻热阻”，致使耐火材料的热量无法传导出来，影响耐火材料的使用寿命。致使耐火材料的热量无法传导出来，影响耐火材料的使用寿命。 济钢济钢3200m33200m3高炉高炉20102010年年8 8月投产，月投产，20112011年年1 1月就开始对炉缸进行压月就开始对炉缸进行压浆维护。由于认识上的突破和理念的进步，加上压浆材料和装备的可浆维护。由于认识上的突破和理念的进步，加上压浆材料和装备的可靠，及时把炉缸、炉底缝隙填实，为炉底、炉缸能够更好地传热，为靠，及时把炉缸、炉底缝隙填实，为炉底、炉缸能够更好地传热，为炉缸安全奠定了一定的的基础。炉缸安全奠定了一定的的基础。 2 2、炉底、炉缸压浆的作

26、用、炉底、炉缸压浆的作用四、炉底、炉缸压浆维护与长寿四、炉底、炉缸压浆维护与长寿 通过在炉缸区域压入浆料，浆料经过高温烧结后，能够有效消除通过在炉缸区域压入浆料，浆料经过高温烧结后，能够有效消除炉缸耐火材料间的气隙，提高其导热性，确保炭砖与炉壳之间的良好炉缸耐火材料间的气隙，提高其导热性，确保炭砖与炉壳之间的良好接触，形成稳定的炭砖前保护凝固层，填充砖衬之间的空隙，这样就接触，形成稳定的炭砖前保护凝固层，填充砖衬之间的空隙，这样就能够提高炉缸冷却系统的冷却效果，减缓炉缸砖衬的侵蚀，同时对封能够提高炉缸冷却系统的冷却效果，减缓炉缸砖衬的侵蚀，同时对封堵铁口煤气泄漏效果也非常明显，对延长高炉的工作

27、寿命将产生积极堵铁口煤气泄漏效果也非常明显，对延长高炉的工作寿命将产生积极的作用。的作用。 3 3、在线压浆的实施、在线压浆的实施四、炉底、炉缸压浆维护与长寿四、炉底、炉缸压浆维护与长寿 济钢济钢3200 m33200 m3高炉开炉后，炉缸炉底压浆采用的是一种树脂键高高炉开炉后，炉缸炉底压浆采用的是一种树脂键高SiCSiC泥浆压入料，压浆机采用的是专用双螺旋压浆泵。在线压浆过程基本和泥浆压入料，压浆机采用的是专用双螺旋压浆泵。在线压浆过程基本和休风灌浆相同，主要步骤为浆料加热休风灌浆相同，主要步骤为浆料加热压浆孔蒸汽吹扫压浆孔蒸汽吹扫设备预热设备预热进进行压浆行压浆记录记录结束收尾。在压浆过程中要将压浆孔上安装一个三通阀结束收尾。在压浆过程中要将压浆孔上安装一个三通阀门，作为排气阀使用。在连接好压浆管后，先打开排气阀，通过高压浆门，作为排气阀使用。在连接好压浆管后，先打开排气阀，通过高压浆料将管道内空气、水及杂质排干净，待出浆后再打开压浆阀并关闭排气料将管道内空气、水及杂质排干净，待出浆后再打开压浆阀并关闭排气阀。通过高压浆料来密封压浆孔阀门接口，能够有效解决高炉不休风实阀。通过高压浆料来密封压浆孔