炉缸侵蚀处理与有效补炉操作

lbsheq1zhtir9i 2018-03-05

展开全文

刘云彩

（原首钢总公司总工办）

摘要 当高炉炉缸面临烧穿威胁时，现场一般采取减少风量、提高冷却强度、加含钛物料护炉、堵部分风口，甚至停风凉炉等措施应对。减少风量、堵风口、停风凉炉，虽然暂缓危险，但只能延缓烧穿，不能使已侵蚀的炉衬补上，一旦恢复风量，烧穿威胁依然存在。采取有效的补炉方法，能延长高炉寿命。保持一定的冷却强度和铁水中的Ti 浓度，是有效补炉的关键。

关键词 补炉补炉率有效补炉钛回收率

1 对预防烧穿操作方法的评价

高炉炉缸发现烧穿威胁，最常用的方法首先是提高冷却壁的冷却强度。

首钢4号高炉在1984年炉缸二层冷却壁受到烧穿威胁时，曾将炉缸1、3、4层冷却壁的冷却水压力由0.34MPa降到0.32MPa，将炉身冷却壁的水压由0.23MPa降到0.22MPa，以提高烧穿威胁最严重的二层冷却壁的水压。部分水温差过高的冷却壁，用1.0-1.2MPa的高压水，使危险的烧穿威胁暂时躲过。

改变风口角度和长度以减少环流对炉缸的侵蚀强度：将原来长度380mm、下斜5°的风口，改成长度400mm的直风口，这是简单的辅助措施，但不能起很大作用。

降低冶炼强度减少炉缸的工作强度：1985年7月，首钢4号高炉炉缸二层多块冷却壁水温差超标，其中有8块大于1°C，当时曾利用检修机会停风12h，水温差很快由1°C降到0.6－0.8°C。送风后控制风量、降低冶炼强度，得到暂时稳定，以后恢复冶炼强度，烧穿威胁再次出现，超限的冷却壁水温差又回到原来的水平。

11月曾停风16h，降温效果显著、快速，恢复生产后依然如故，解决不了根本问题。显然砖衬已严重侵蚀，暂时停风不能解决砖衬缺损。

曾将有威胁烧穿部位上方的风口堵死，实际是减少产量、降低风口附近局部温度，效果是有的，但对操作不利，解决不了根本问题。许多厂在面临烧穿严重威胁时，采取堵风口或停风措施，它是在高炉处于烧穿紧急情况下，争取时间的较好手段。与此同时，应采用有效的补炉方法制止烧穿。

把堵风口作为经常手段，不能解除烧穿的威胁；同样把停风作为处理手段，也无济于事。用钛化物补炉，如果方法正确，能有效延长高炉寿命。

2 含钛炉料补炉

2.1 含钛炉料补炉的历史

含Ti炉料，不仅能保护炉缸，而且能修补炉缸。日本早在20世纪60年代，就用本国含Ti的‘沙铁’作为护炉料，维护炉缸。以后又从国外购买使用。日本福山1高炉1969年4月，在距炉底上约1m处的炉缸砖衬温度逐渐上升，5月由100℃升到130℃。当时除将产量由4700t/d降到4600t/d以外，将炉料中的含TiO₂量由5 kg / t增加到7.5 kg / t，但并未能制止温度升高，到7月，炉衬温度升高到300℃，将炉料中的TiO₂量增加到20 kg / t，炉衬温度迅速下降，仅仅10天，就降到100℃的正常水平^[1]。

首先在中国应用补炉技术的是广西柳州钢铁公司^[2]。1982年湘潭钢铁厂2号高炉成功补炉，于1984年开会鉴定，在我国宣传推广了这一重要技术，为延长我国高炉寿命，做出了重大贡献^[3][4]。

2.2 钛化物在炉缸的形成与沉积

很多学者对高炉条件下的钛化物析出及结晶过程做过研究，依这些结果指导补炉工作，取得显著成效。任允芙、蒋烈英给出了钛在铁水中不同条件下的溶解度。当铁水温度为1200 ℃时，铁水中钛的溶解度仅0.012％，一般控制下限为0.08％^[5]。董一诚等研究，铁水中钛≥0.1％，就可以形成Ti(C,N)护炉层^[6]。杜鹤桂等通过热力学计算，得出高炉条件下Ti在铁水中的溶解度（见表1）^[7]。

不同作者给出的结果，比较接近，从钛的溶解度分析，大于1350℃的铁水，其中的钛很难析出、沉积，除非铁水中钛的浓度大于0.21%；如铁水温度接近1200℃，即使钛浓度0.08%或更低，钛也会析出、沉积。所以铁水温度和钛的浓度是补炉的决定性条件。这些研究结果，可以指导补炉操作。

首钢4号高炉1985年3月5日烧穿，修补后又生产一年多，主要用含钛物料补炉。1987年4月停炉后发现：在炉缸炭砖被侵蚀严重部位，沉积了大量碳氮化钛Ti（C，N）和少量的石墨和α-Fe。此沉积物高熔点、高硬度、高密度，具有磁性和导电性。碳化钛的沉积过程是TiO₂经逐级还原成[Ti]，与铁水中溶解的[N]和[C]反应形成[TiN]和[TiC]^[8]。

图1是裴志云等依据1987首钢4号高炉拆炉结果绘制的。炉缸和炉底交界处沉积了很厚一层亮的古铜色物质。在炉缸侵蚀最严重的部位，钛沉积物最厚。铁口西侧的炉缸部位，炭砖已全部蚀掉，仅剩下30mm左右的炭捣料，其上沉积了400mm的钛化物，且有鲜亮的金属光泽^[15]，在沉积物外是凝结的铁、炉渣及焦炭碎粒^[15]。

首钢4号高炉停炉后的实际侵蚀线，说明学者们研究结论是正确、可靠的：第一，越是侵蚀严重的地方沉积越厚，即最需要的地方，补的最多；第二，越是冷却强度大的地方沉积的越厚，这地方一般也是距冷却壁最近的地方，温度最低，钛化物最容易析出。可以说，用含钛炉料补炉，是合适的、合理的。从钛化物沉积厚度判断，4号高炉炉底、炉缸部分，可以继续安全生产。

2.3 Ti 回收率

Ti 回收率与炉温关系密切，图2是首钢苏少雄整理的首钢实践结果。从图中看到，来自钛矿粉和来自钛渣的钛，回收率相近，仅因用钛渣时渣量稍大，回收率有点变化，钛的回收率与钛的来源关系很小。补炉用钛，可以用价格低廉的含钛物料，以降低费用，补炉效果接近。

3 补炉的操作要点

有的高炉，虽用钛矿补炉，但效果不佳，甚至烧穿。其关键是没能注意满足两个重要条件：铁水中Ti浓度和铁水接触的砖衬温度。要求入炉足够的含钛物质和很强的冷却强度，足以使接触的铁水温度降低到1200℃以下，促使铁水中的Ti及时析出、沉积。我们曾有教训：1995年首钢4号高炉（第二代容积2000m³），因经常洗炉，投产两年多，部分二层冷却壁水温已临近烧穿危险，2月22日开始加钛渣补炉，初期因铁水中钛低不起作用；铁水中Ti达到0.12-0.16%范围，冷却壁水温差开始下降，28日达到正常水平，风口逐步捅开，风量也恢复正常^[15]。

事实教训我们，铁水含Ti量低于0.08%，在炉内沉积的数量极少，大于0.08%，才有可能沉积。李永镇^[9]、宋建成和陈培坚^[10]、莫燧炽和杜春荣^[11]，均汇总过成功的补炉经验。众多经验表明，铁水含Ti在0.08—0.12%之间，补炉作用明显，含Ti在0.15—0.25%之间，作用更有效。[Ti]0.25% 是补炉上限。

铁水中含Ti浓度大于0.25%，虽然补炉效果甚佳，但铁水粘度明显变坏，容易形成炉缸堆积，破坏高炉行程。“（铁水温度）在1200 ℃以下，粘度突变而急剧升高（见图3）。熔化温度在 [Ti]为0.2—0.25%之间发生突变（见图4），[Ti]为0.2％%时，t_融只有1196 ℃，而当[Ti]增加至0.25%时，t_融达到1436℃，变化达240℃之多。”^[12]

有的高炉，因入炉Ti量过多，造成“炉缸热结”，并粘铁水罐和铁沟，不能正常生产^[13]。

补炉过程，要经常作钛平衡，当入炉量大于排除量时，在进行补炉；收、支相等，在维持现状；支大于收，说明已沉积的钛，正在被溶解掉，应当警惕。控制铁水含Ti 0.08%左右，大体能略高于平衡。大于0.08%能发挥补炉作用，我们把留在炉内的Ti与进入炉内的Ti总量之比称补炉率。小于0.08%则不起补炉作用或作用很小。表2是鞍钢补炉过程的Ti平衡^[14]。鞍钢补炉是成功的，铁中的Ti经常大于0.1%。所以补炉过程，应做Ti平衡，不断观察补炉效果（见表2）。