【摘要】：在我國高爐大型化趨勢背景下,大型高爐的爐缸長壽成為制約高爐長壽的關(guān)鍵,也越來越成為大高爐發(fā)揮優(yōu)勢的限制性環(huán)節(jié),本文基于我國最早興建的寶鋼4000m~3級高爐的大修破損調(diào)查結(jié)果,結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和高爐的操作實(shí)績研究,分析大型高爐爐缸破損的主要原因,并提出從設(shè)計(jì)和操作量方面延長高爐爐缸的壽命的建議。寶鋼自1號高爐(一代)停爐開始就進(jìn)行爐缸的破損調(diào)查,最新的3號高爐和4號高爐不僅僅開展了侵蝕線調(diào)查,還在沒有放殘鐵的前提下對爐缸進(jìn)行了切割,據(jù)此研究死鐵層和死料柱狀態(tài),并在鉆孔取樣后對高爐爐缸殘留物的物理化學(xué)性能、微觀形貌進(jìn)行了深入的分析研究,發(fā)現(xiàn):1)高爐爐缸在不同位置的侵蝕程度是不同的,在鐵口下方1至2m是侵蝕最嚴(yán)重的區(qū)域;2)雖然死鐵層不斷加深,大型高爐爐缸死料柱仍是沉坐在爐底的;3)侵蝕后的爐缸碳磚基體內(nèi)已經(jīng)滲入了外來的元素,且越靠近熱面且含量越高;4)在殘留碳磚基體和死鐵層之間存在著凝鐵層和脆化層,在侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域脆化層出現(xiàn)了粉化,凝鐵層和脆化層的厚度在各區(qū)域的尺寸都有差異。結(jié)合寶鋼X射線分析研究和其它學(xué)者對碳磚溶蝕性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出當(dāng)鐵水與碳磚接觸后,鐵水很快通過碳磚的孔隙滲透到碳磚內(nèi)部,一旦高溫鐵水與碳磚發(fā)生了接觸,碳磚很快就被不飽和碳的鐵水溶蝕,鐵水也很容易滲透到碳磚基體內(nèi),這說明高爐爐缸碳磚侵蝕的主要原因可能是鐵水和碳磚發(fā)生接觸后的溶蝕作用,這也解釋了在高爐殘留碳磚中發(fā)現(xiàn)其它元素的原因。正因如此,必須要把碳磚熱面的溫度降低到鐵的融化溫度1150℃以下,從而在碳磚熱面和液態(tài)鐵水之間形成凝固層來避免鐵水與碳磚直接接觸。由于目前尚沒有手段來直接測量碳磚熱面的溫度,因此采用數(shù)值模擬的方法定量地研究碳磚熱面的溫度場、爐缸鐵水流場和側(cè)壁剪切應(yīng)力場。在對生產(chǎn)中高爐爐缸內(nèi)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)作合理簡化的基礎(chǔ)上,采用單因素的分析方法研究操作和設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化時對碳磚熱面溫度場和剪切應(yīng)力場的影響。從高爐的操作上,通過改變冶煉強(qiáng)度、高爐鐵口深度、鐵口角度、鐵口直徑和出鐵角度來分析了這些參數(shù)對碳磚熱面?zhèn)缺跍囟鹊挠绊�。其中冶煉�?qiáng)度、鐵口深度和出鐵角度對高爐碳磚熱面的影響最大,冶煉強(qiáng)度越高、鐵口深度越淺、出鐵角度越小都會造成側(cè)壁溫度的上升,剪切應(yīng)力增加,對爐缸的長壽不利。從實(shí)際高爐長壽操作來看,可以通過減產(chǎn)、堵風(fēng)口、提高鼓風(fēng)動能等手段來降低側(cè)壁溫度,大型高爐操作過程中,鐵口深度必須不小于3500mm,鐵口最小夾角設(shè)計(jì)盡量大,出鐵過程中盡量安排夾角較大的鐵口輪流出鐵,在側(cè)壁溫度較高的時候,可以采用對角出鐵的模式來降低側(cè)壁溫度。從設(shè)計(jì)上來看,可以通過提高爐缸耐材的導(dǎo)熱率、增加高導(dǎo)熱安全墻以及消除爐缸側(cè)壁的氣隙來提高爐缸整體的傳熱效率。提高耐材的導(dǎo)熱率,可以有效地降低爐缸側(cè)壁熱面的溫度,有助于形成凝鐵層;在爐缸側(cè)壁增加高導(dǎo)熱安全墻可以進(jìn)一步將高溫向爐內(nèi)推移,但是高導(dǎo)熱安全墻會以犧牲碳磚其它性能為代價(jià),有可能造成侵蝕的加劇;通過壓漿的方式可以消除爐缸在生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的氣隙,從而改善傳熱效率,但是在實(shí)際生產(chǎn)中,由于漿料的凝固性能、壓力控制等因素考慮不周,可能會造成爐缸不可逆的損傷,這也是寶鋼3號高爐和4號高爐長壽差異的關(guān)鍵所在。大型高爐的死鐵層深度不斷增加,寶鋼從1800mm深增加到3600mm,從數(shù)值模擬的結(jié)果來看,死鐵層深度增加對降低側(cè)壁溫度是不利的,增加的死鐵層深度并沒有能夠形成爐底的對流來緩解側(cè)壁環(huán)流。寶鋼高爐在操作、長壽維護(hù)上采取了眾多的措施來延長高爐壽命,對比已經(jīng)大修的5座大型高爐,其壽命的長短差異很大,通過對一代爐齡高爐指標(biāo)、長壽維護(hù)措施來分析了導(dǎo)致高爐壽命差異的主要原因,包括高爐開爐后前期的冶煉強(qiáng)度、煤比、高爐爐況的穩(wěn)定性、高爐壓漿維護(hù)、鐵口深度、出鐵順序等進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF573

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2674138