李恒旭，赵正洪，车玉满，王宝海，王志，孙波，周哲，汪琦

(鞍山钢铁股份有限公司，辽宁科技大学)

摘 要：对某厂3200m3高炉炉缸进行了破损调查，测绘了炉缸各部位炭砖剩余厚度，绘制了炉缸侵蚀轮廓图，发现了一些新的侵蚀特征，并分析了炉缸炭砖破损原因。

关 键 词：大型高炉；炉缸；破损调查

某厂3200m3高炉炉缸结构，为UCAR模压小块炭砖+陶瓷杯。炉缸采用光面冷却壁，水管规格为Φ50mm×6mm，每个铁口周围有6块异形铜冷却壁。在生产过程中，高炉顺行状态一直良好，一代炉龄平均利用系数接近2．3，综合焦比在485kg/t以下，煤比180kg/t以上。在生产5年11个月后，由于炉缸热流强度、内衬温度连续攀升，利用数学模型估算最薄内衬不足300mm。为分析炉缸侵蚀原因，利用高炉抢修之机，对高炉炉缸进行了一次破损调查。

1 高炉炉缸炉底破损形状测绘

1．1 铁口及铁口以上区域

在炉缸第5段冷却壁高度范围，砌筑22层半石墨-SiC小块炭砖，厚度745．1mm。破损调查发现，炭砖外形保持完整，没有侵蚀迹象，只有在第34号冷却壁位置，即4号铁口左上部出现1道纵向裂纹，裂纹覆盖4块炭砖，裂缝宽度3～5mm，这与使用普通大块炭砖裂纹宽度100～200mm相比，属于非常轻微的现象；陶瓷杯外表面黏结不同厚度渣皮，渣皮外表面凸凹不平。

第4段冷却壁处于铁口区域高度范围，铁口区域下沿在第3段冷却壁上部。铁口框架区域内，全部使用NMD小块炭砖。本次破损调查，对各铁口区域炭砖剩余厚度进行测量。其中，1号铁口区域，炭砖剩余厚度700~1200mm，最大侵蚀程度1350mm；2号铁口区域，炭砖剩余厚度900～1000mm，最大侵蚀程度1150mm；3号铁口区域，炭砖剩余厚度800～1100mm，最大侵蚀程度1250mm；4号铁口区域，炭砖剩余厚度800～900mm，最大侵蚀程度1250mm。由于铁口区域始终能够得到炮泥保护，炭砖剩余厚度基本大于700mm。第4段冷却壁非铁口区域炭砖保持完整，陶瓷杯剩余厚度大部分在200～230mm，局部保持完整。破损调查发现，在2号铁口到3号铁口之间，小块炭砖并没有形成整体，砖缝之间的部分炭素胶泥已经流失。

1．2 铁口以下区域

铁口以下区域共包含3段冷却壁，其中第1段冷却壁位于炉底第1层到第5层炭砖下部。第2段和第3段冷却壁是炭砖破损最严重区域，且主要集中在陶瓷垫之上100mm到铁口中心线以下1600mm之间，侵蚀最重高度范围900mm。在该高度范围内，非铁口区域侵蚀程度比铁口区域轻许多。

破损调查过程中，测绘各位置炭砖剩余厚度，侵蚀最严重铁口区域测试数据见表1。表1表明，第3段冷却壁下沿和第2段冷却壁上沿是侵蚀最严重的区域。其中，3号铁口最薄处炭砖剩余150mm，1号铁口最薄处炭砖剩余210mm，已达到非常严重程度。

1．3 炉底炭砖

炉底陶瓷垫共2层，每层厚度400mm。破损调查表明，炉底侵蚀线呈平锅底状，边缘并没有出现以往破损调查所发现的向下凹陷形状；上层的陶瓷垫残存厚度为300mm左右，表面沉积一层厚度不均匀凝铁层；凝铁层上表面中含有紫铜色渣铁混合物，局部陶瓷垫出现环裂，裂缝宽度最大约为50mm；炉底第5层炭砖保持完整。

1．4 炉缸侵蚀轮廓

根据破损调查，测绘炭砖剩余厚度实际数据，编制数学模型软件，用数学模型绘制铁口以下炭砖侵蚀轮廓图(如图1～4所示)。

(1)1号铁口区域。1号铁口区域炭砖剩余厚度最薄210mm，位置在第2段冷却壁上沿，在铁口中心线以下2100mm位置。其他炭砖剩余厚度不足500mm高度范围约为900mm，在铁口中心线以下1500～2400mm。

(2)2号铁口区域。2号铁口区域炭砖剩余厚度最薄520mm，位置在第2段冷却壁上沿，在铁口中心线以下2100mm位置。其他炭砖剩余厚度也均超过500mm。

(3)3号铁口区域。3号铁口区域炭砖剩余厚度最薄150mm，位置在第2段冷却壁上沿，在铁口中心线以下2100mm位置。该区域炭砖侵蚀面最大，其他炭砖剩余厚度不足500mm高度范围约为1500mm，在铁口中心线以下1500~3000mm位置。

(4)4号铁口区域。4号铁口区域炭砖剩余厚度最薄490mm，位置在第2段冷却壁上沿，在铁口中心线以下2100mm。其他炭砖剩余厚度均超过500mm。

2 炉缸炭砖侵蚀特征

(1)出现大砖缝。按设计要求，小块炭砖缝隙为1．7mm，炭砖之间使用特制炭素胶泥，要求高炉开炉初期炉缸快速升温，促使小块炭砖形成整体。破损调查发现，在1～2号铁口区域中第2段冷却壁和第3段冷却壁位置存在大砖缝，并有钻铁现象，铁片厚度达46mm，在2号铁口中心线以下300mm位置环炭砖缝最大宽度可达5mm。大砖缝形成是局部陶瓷杯出现裂纹和破损后，铁水钻入陶瓷杯与炭砖之间，侵蚀炭素胶泥，造成胶泥粉化流失或挥发。

(2)局部炭砖存在严重铁水溶蚀现象。破损调查发现，炉缸局部环炭存在严重铁水溶蚀而产生粉化现象，沿高度方向在第2段冷却壁上沿最为严重。特别是3号铁口区域，最薄位置仅剩余150mm，而且炭砖外表面出现严重渗铁、疏松、粉化现象。

(3)炉缸侵蚀程度不均匀性。铁口以上区域炭砖侵蚀比较轻，铁口区域虽然是铁水通道，但炭砖侵蚀程度也比较轻，炭砖剩余厚度在750～980mm。铁口以下区域是炭砖侵蚀的重灾区，特别是铁口中心线以下2100mm位置(第2段冷却壁上沿)。在该高度位置，圆周方向炭砖侵蚀程度也是不均匀的，铁口区域炭砖总体剩余厚度150～520mm。非铁口区域炭砖剩余厚度均在5500mm以上，局部位置陶瓷杯依然存在。即使是在铁口区域，炭砖侵蚀程度也极不均匀，侵蚀最重的3号铁口区域炭砖最薄剩余厚度150mm，而2号铁口区域炭砖剩余厚度最薄520mm，两个铁口炭砖剩余厚度相差370mm。

(4)象脚侵蚀位置向上移动。炭砖在炉缸与炉底交界位置一般都会形成象脚形侵蚀，是高炉炉缸的薄弱环节。破损调查发现，炉底陶瓷垫只出现轻微侵蚀，而且在边缘位置也没有出现加重现象。在陶瓷垫上沿0．1m高度范围内，炉缸炭砖绝大部分保持原始厚度，只有少部分存在轻微侵蚀。象脚侵蚀线向上移动到陶瓷垫以上0．1m位置，与传统象脚侵蚀位置大致向上移动0．9m。

(5)没有环裂现象。根据国内其他企业高炉破损调查资料，大块炭砖普遍存在环裂现象，由于炭砖环裂后裂缝处会出现气体隔热层，造成内部热量向外传递受阻，外部的冷却效果因此降低，促使炭砖温度升高，侵蚀速度加快。炭砖产生环裂的主要原因是炭砖较长，内外温差大，因而产生剪切力。由于铁口以上部位铁水液面高度不稳定，该部位炭砖热面温度也不稳定。因此，环裂现象最容易出现在铁口以上炭砖外表面。

小块炭砖的几何参数比大块炭砖小许多，并且NMD砖导热系数极高，即使是NMA砖，其导热系数也能达到18W／(m·K)以上。因此，每块小块炭砖前面温度与背面温度差值比大块炭砖小许多，从根本上解决了环裂问题。

(6)没有出现熔洞现象。炭砖出现熔洞主要原因是炭素与氧化性气体，如CO2、H2O以及炉渣中的FeO反应造成侵蚀，以及炭素与碱金属氧化物发生还原反应造成侵蚀。这二种化学反应均需要800℃以上温度。调查过程中，没有发现炭砖内表面出现熔洞现象，说明小块炭砖抗碱金属侵蚀能力比较强。

3 结语

(1)破损调查发现，炉缸炭砖最薄剩余厚度150mm，说明炭砖已经被严重侵蚀；

(2)炉缸炭砖侵蚀主要原因是砖缝钻铁，胶泥粉化和挥发，炭砖没有形成整体，铁水渗透造成炭砖疏松、粉化；

(3)新型炉缸结构形式，从上到下及圆周方向炉缸呈现侵蚀程度不均匀性，炉底呈现平锅底侵蚀特征，象脚侵蚀位置与传统高炉相比向上移动0．9m。