太钢4号高炉大修炉体破损调查及改进

　　月8日开炉至2000年9月13日停炉，一代炉龄8年10个月，累计产铁7290051t，单位炉容产铁5400.04t.投产初期，由于炉内外各种因素不配套、冶炼水平不高，中期随着原燃料质量改善、炉料结构日趋合理以及高炉操作技术进步，各项技术指标明显好转，特别是1997年进行利用系数达2.0和高炉冶炼创水平攻关后，产量、质量和消耗指标大幅度改善。1995年以后，由于冷却设备破损严重被迫进行5次喷涂造衬，又由于立管漏水严重，5次打水空料线停炉喷涂造衬，对炉缸造成损坏。从19%年下半年开始，配加钒钛护炉料维护炉缸，钒钛矿配比一般为1.5%2.0%，钒钛球配比一般为0.5%，铁水钛含量控制在0.06% ~0.12%.4号高炉本代炉龄历年的主要技术经济指标见表1.由于4号高炉冷却设备大量破损，因此公司决定对4号高炉进行扩容改造大修，在停炉后进行了炉体破损调查。

　　4号高炉**代炉龄冷却系统采用软水密闭和净水开路循环方式，高炉风口、渣口及渣口3套为高压工业水开路循环冷却。炉腹、炉腰和炉身下部611段冷却壁本体材质采用TRQT40-18牌号的铸态铁素基高韧性球墨铸铁，其余各段（15段和12~13段）冷却壁材质为RTG-08（含铬铸铁），1998年2月第4次喷涂时更换了7、8、93段冷却壁（带沟槽无凸台，沟槽内捣打SiC捣料），10段更换炉皮并穿管冷却，同时更换炉喉钢砖。

　　炉底结构为平砌、立砌各一层碳砖，立宠两层桂线石砖，立砌一层高招砖（外环为3层碳砖），炉底砖上部为8层环形碳砖，外层保护砖为高铝砖，碳砖上部至风口为硅线石砖，炉腹部位至炉身下部为氮化硅结合碳化硅砖与高铝砖，炉身上部为粘土砖。

　　开炉初期，由于设计施工及冷却设备质量问题，漏水出现较早，当时由于检漏经验不足，致使712段冷却凸台冷却水过早切除，凸台被侵蚀掉后，砖衬脱落，造成炉腹、炉腰、炉身下部冷却设备损坏严重，被迫5次喷涂造衬。

　　表1 4号高炉**代主要技术经济指标Tab.年份工艺、安装密封等技术以及降低制造成本，是推广应用该技术的前提条件。

　　2.4炉缸破损情况本次调查，炉缸14段光面冷却壁及第5层风口区光面冷却壁完好无损。冷却壁与砌砖间捣料厚度为130完好无损。风口部位的硅线石砖受到侵蚀。风口大套上部的侵蚀量大于下部的侵蚀量。经测量侵蚀后风口大套上部砖衬残存厚度为100 ~200，下部残存厚度为350.风口部位残存的砖衬外部均被渣皮覆盖，渣皮厚度为300mm左右。

　　炉缸圆周环砌15层碳砖（从下到上编号：1~15层），外砌一层高铝砖保护层。炉缸高铝砖保护层被完全侵蚀，从炉缸周边的第6层碳砖到15层碳砖均被侵蚀掉一部分，炉底部位1~5层环砌碳砖完好无损，各层侵蚀情况见表3和、。

　　调查中还发现，炉缸圆周部位7~ 15层碳砖有环裂现象。在炉缸东侧渣口下方的9~12层环裂内有渣铁混合物，如所示，渣铁混合物呈楔状分布，上部厚度为100，往下逐渐加厚，*下端为270.在炉缸西侧环裂带内未见渣铁混合物，在南北铁口区域9层、10层各发现一块圆周长1.8m厚约150的夹铁层，说明出渣出铁区域是碳砖易发生环裂并渗铁的部位。加强铁口维护工作对保护炉缸至关重要。从炉缸各处取样分析的碱金属含量见表4，碳砖环裂带内渗入的渣铁混合物中碱金属含量较高，碱金属钾、钠侵入石墨碳晶格内，形成不同的化合物，沉积在碳砖的孔隙内，使碳砖内部产生极大的应力，引起碳砖进一步损坏和裂缝向两侧延伸。

　　炉缸715层环砌碳砖的热端温度在10001C以上，与冷却壁接触的冷端温度在300t以下，两端温差大，热应力非常大。本次调查发现4高炉环砌碳砖的环裂比较严重，环裂与捣料*近处只有340mm，而且炉缸9~ 15层环宠碳砖的环裂带与捣料距离都在400以下，特别是渣铁口区的环裂带内渗人渣铁混合物温度较高，危险性更大，如果该部位冷却强度降低或断水，有可能造成烧穿事故，是高炉生产的*大安全隐患3部位/层原始厚度/mm残余厚度/mm环裂距捣料厚度/mm表4炉缸取样分析结果（％）取样部位及名称南铁口45层碳砖环裂间渣铁混合物13风口下第丨3层碳砖13风U下碳砖内渣铁混合物冷却壁与碳砖间捣料取样北铁口下方炉缸侧壁碳砖环裂处取样炉缸发生环裂后，在碳砖的环裂带存在较大的热阻，影响传热和冷却，即使增大炉缸冷却壁的冷却强度，但由于环裂带热阻非常大，碳砖与渣铁接触的热面温度也不能有效降低，渣铁对碳砖的侵蚀速度加快，高炉生产的安全不能保证。

　　炉缸的蒜头状侵蚀位于610层，相应位置如所示，蒜头状侵蚀主要在铁口线下方，断面高度为1800mm，蒜头状侵蚀内陷*大处位于第8层碳砖中部，该处残砖厚度为624，从第10层下沿开始至第6层，侵蚀线炉内侧存在100200mm厚的石墨碳保护层，炉底石墨碳结构致密呈层状，炉缸为片状。总之，蒜头状侵蚀并不明显，这与4高炉的死铁层较深有关。炉底残存高铝砖和硅线石砖烧结明显，主要是由于高铝砖和硅线石砖中Si2与铁水发生下列反应：下部硅线石砖及碳砖的渗透，未被侵蚀的硅线石砖和碳砖均保持了原有的结构。

　　总的来看，炉底的侵蚀不是很严重，铁口下死铁层*终深度1800mm和3号高炉数次停炉*终死铁层18001900相似。炉缸环砌碳砖的环裂比较明显，而且渣铁口区环裂带有大量的渣铁混合物渗人，继续生产有威胁，有待改进碳砖质量。

　　3本代高炉炉体大修改进3.1炉型变化本次大修4高炉有效容积由1350m3扩大到1650m3，风口数量由20个增加到24个，有效高度不变，炉喉、炉腰、炉缸直径分别扩大400、1100、1000mm，炉缸、炉腹高度分别增加100mm，炉腰高度增加350，相应的炉身高度降低550，炉身角缩小1°33'40"，炉腹角变化不大，炉型趋于矮胖，高径比由2.635减小到2.364.炉底减薄一层碳砖厚度，死铁层由上代炉役的1500mm加厚到1900mm，以便降低铁水环流侵蚀。

　　实践证明，该炉型设计是成功的，2000年11月17日开炉后，第6天系数达到1.6921/（1￡1），第23天系数达到2.2081/（13￡1），提前顺利实现开炉达产目标。

　　3.2冷却系统及炉身耐火材料改进针对上代高炉冷却系统的不足，本次大修做了一些改进，在炉喉钢砖下设置一段倒扣式冷却壁（内侧与炉料直接接触），强化炉喉区域的冷却，取消原来的支梁水箱，用冷却壁取代。冷却壁凸台位置由上凸台改为中上部凸台，凸台水管由横8型改为U型，炉身中部凸台为单层水管，炉身下部和炉腰高热负荷部位凸台水管双层布置，炉腹冷却壁在立管背部布置蛇形水管加强冷却。系统增设脱汽罐，回水系统分区布置，增设了大量的水流量、压力、温度检测元件，但水温度检测元件精度不够，不能准确检测冷却水的温度，今后需逐步更换为高精度的测温元件。

　　开炉后的生产实践证明，冷却壁凸台寿命短的问题仍未解决，从开炉后100天，7~8段凸台水管开始有漏水现象，到6月丨日（开炉仅6个多月）已有11根凸台水管漏水。凸台热电偶监测显示温度波动剧烈，渔皮脱落后的热冲击对凸台水管构成严重威胁。尽管加大水量后减缓了凸台水管的损坏速度，但频繁的温度波动仍然对实现长寿非常不利。

　　炉身下部到炉腰耐火材料选用烧成微孔铝碳砖，铝碳砖砌体周围点状布置刚玉质片砖，弥补铝碳砖挂渣性不好的缺点，目的是改善该部位的抗热震、抗渣铁侵蚀性能，延长炉衬和冷却壁的寿命。

　　3.3炉底炉缸的改进炉缸炉底采用陶瓷杯结构，目的是将炉缸800X：等温线控制到陶瓷砌体内，防止炉缸侧壁碳砖过早产生环裂。在炉底、炉缸增设了大量的热电偶，炉底热电偶同一方向插入深度不同的两支电偶，为传热计算创造条件。

　　4结论喷涂造衬在炉身上部可形成光滑致密的保护层，耐磨性能可满足高炉冶炼需要，作为修复炉身上部破损砖衬的一种手段经济有效。

　　在炉役后期安装小型平冷板，能保护炉皮正常工作，比安装铜柱冷却器，冷却面积大，易形成保护渣皮、成本低。

　　冷却壁凸台*容易损坏，高炉实现长寿的关键因素之一是，取消凸台，用冷却壁热面嵌铸和嵌砌薄砖衬取代传统的凸台支撑厚壁炉衬砌筑方式，高热负荷区*好选用铜冷却壁。

　　炉喉钢砖受煤气流冲刷严重，是易变形、磨损的部位，改进炉喉结构及炉喉区域设置冷却，才能满足长寿高炉的需要。

　　从本次炉底破损调查情况看，适当减薄炉底砖衬厚度，仍然能满足10年炉龄要求。

　　本次高炉破损调查由炼铁厂何小平总工主持，技术科王全武、李红卫、杨志荣、郭东参加，4高炉的张杰、李夯为、李勇刚、苗全清、阎魁洪，钢研所的尹素萍、阎毅、冯建忠等参加。

　　（感谢罗英薄、向君中高工对本文的指导和帮助）