硅铁矿热炉炉体破损调查与研究.pdf

年第 期总第 期铁 合 金.:./.作者简介 王先武 男 年 月出生 年毕业于兰州理工大学冶炼工程专业工程师 现在主要从事硅系、锰系、铬系合金冶炼工作:.收稿日期 硅铁矿热炉炉体破损调查与研究王先武范鸡鸣(嘉峪关宏电铁合金有限责任公司 甘肃嘉峪关)摘 要 通过对硅铁矿热炉炉体拆除过程中破损原因的调查与分析为今后矿热炉冶炼过程中如何保护炉体内部薄弱区域提供理论指导达到延长炉体运行时间的目的关键词 硅铁 矿热炉 耐火材料中图分类号/文献标识码 文章编号()(.).前言硅铁矿热炉随着炉体运行时间的延长炉体内部耐火材料受高温铁水冲刷及氧化侵蚀变薄严重影响矿热炉的安全运行 嘉峪关宏电铁合金公司硅铁 号矿热炉于 年 月份大修改造后投入运行 年 月份停炉进行了小修并于 年 月份再次送电投入生产安全运行一年半后因炉体内部耐火材料侵蚀严重炉体部分区域鼓包变形温度超出正常控制范围于 年 月份停炉大修 矿热炉主要炉型参数硅铁 号矿热炉炉型主要参数如表 所示表 硅铁 号炉参数.参考名称数值变压器容量/炉膛内径/炉墙厚度/炉膛外径/炉膛深度/炉底厚度/炉底炭砖厚度/炉壳高度/电极直径/极心圆直径/功率因数.停炉前矿热炉生产运行情况.矿热炉生产指标 年 月份对炉体进行小修恢复生产后通过对矿热炉进行强化冶炼日平均产量逐渐增加但受炉体状况及设备设施老化影响停炉次数增加设备开动率下降导致平均冶炼电耗居高不下 年 月至 年 月生产指标如图 所示图 硅铁 号炉生产指标趋势图.从 年 月恢复生产后受部分生产时间段炉况不顺影响产量偏低冶炼电耗较高最低日平均产量为.最高冶炼电耗为 /.电极压放量统计硅铁 号炉 年 月至 年 月日平均压放量统计趋势如图 所示图 硅铁 号炉日平均压放量趋势图.通过对 年 月份小修恢复生产后日平均电极压放量进行统计分析受 年 月炉况失常影响电极日平均压放量仅为 其他时间段电极日平均压放量基本控制在 左右 从整体压放量趋势来看 相电极压放量明显高于、两相 炉体破损状况调查.电极工作端长度测量停炉后三相电极位移均处于控制上限将、三相电极打断拉出对三相电极进行测量长度分别为 相.、相.、相.从电极打断位置来看三相电极断面距离压力环长度分别为 相.、相.、相.炉口平台距离三相电极压力环高度为.则停炉后三相电极炉口以下长度为 相.、相.、相.可以判断停炉前三相电极工作端长度基本相平此次停炉为计划停炉大修停炉前两天停止了电极压放按照日常电极消耗速度 /天测算则停炉前三相电极工作端长度为 相.、相.、相.加之冶炼过程中电极拉弧距离硅铁 号矿热炉炉膛深度为.由此可以判断炉底炭砖存在一定程度的侵蚀.炉底侵蚀情况.炉底炭砖侵蚀情况测量炉体拆开后对炉内耐火材料剩余厚度进行了实际测量炉底炭砖侵蚀程度基本在 之间其中炉心区域侵蚀最为严重炉心区域炭砖厚度仅剩 其次为四个炉眼下方区域四个炉眼区域炭砖剩余厚度为 之间炉底西侧及东侧区域炭砖侵蚀相对较少炭砖剩余厚度约为 炉底各区域炭砖剩余厚度如表 所示部分炉底侵蚀情况如图 所示表 炉底炭砖剩余厚度统计表.位置 相右 相左炉眼 相右炉眼 相左 相右炉眼 相左炉眼炉心厚度/通过炉体挖开后炉底炭砖实际侵蚀情况测量炉心区域炭砖侵蚀深度最深炉眼区域次之东西两侧区域侵蚀最浅从三相电极下方整体侵蚀情况来看 相电极下方炭砖侵蚀最深这与前面统计的 相电极日平均压放量最多有一定的关系.炉底侵蚀程度示意图根据前面炉底炭砖不同区域厚度实际测量结果炉底炭砖侵蚀程度如图 所示 第 期王先武等 硅铁矿热炉炉体破损调查与研究 图 炉心及炉眼区域炭砖侵蚀情况.图 炉眼和 炉眼断面炉底侵蚀示意图.炉墙侵蚀情况.炉墙耐火材料侵蚀测量从整个炉墙侵蚀情况来看炉体东侧与西侧炉墙相对完整侵蚀较少四个炉眼区域不同程度地侵蚀最为严重其中 炉眼和 炉眼区域侵蚀最多炉墙仅剩 的耐火材料 炉墙区域耐火材料侵蚀剩余厚度如表 所示部分炉墙侵蚀情况如图 所示从炉眼区域炉墙侵蚀情况来看炉眼区域炉墙耐火材料侵蚀最为严重根据现场实际测量炉眼周围耐火砖厚度仅剩 左右且炉眼内口呈喇叭口状结合前期出铁情况进行分析判断硅铁 号炉在生产过程中采用人工开堵炉眼炉眼堵不深堵不实炉眼深度较浅 据不完全统计除新开炉眼深度较深外能够达到 左右 随着炉体运行时间的延长炉眼深度逐渐变浅炉役后期时炉眼深度基本在 范围内且生产过程中频繁使用氧气吹烧炉眼使炉眼周围耐火材料侵蚀较多导致炉眼区域炉墙变薄 可见在正常生产过程中减少使用氧气吹烧炉眼的频次加强对炉眼深度的维护将有利于延长炉体使用寿命表 炉墙耐火材料剩余厚度统计表.区域炉眼炉眼炉眼炉眼炉眼炉眼炉眼炉眼厚度/图 炉眼和 炉眼区域及 炉眼区域炉墙耐火材料侵蚀情况.炉墙侵蚀程度示意图根据前面对炉墙不同区域耐火材料剩余厚度实际测量结果炉墙耐火材料侵蚀程度如图 所示(此示意图仅表示炉底水平位置上下 左右的炉墙侵蚀程度)图 炉底部位水平位置炉墙耐火材料侵蚀示意图.炉体破损研究.炉底温度监测通过人工对炉底温度进行监测炉底各区域温度统计如表 表示铁 合 金 年 表 炉底各区域温度统计表.区域温度 相炉底 相炉底 相炉底炉底最低/炉底最高/炉底平均/由表 数据可知炉底钢壳温度在 之间平均炉底温度在 左右.炉底侵蚀理论测算利用不同耐材导热系数推导炉体侵蚀状况假定炉底耐材温度场不随时间变化即/热量传导为单纯的传导传热过程依据傅里叶克希荷夫热微分方程近似一维稳定导热的思路进行计算即:()()()公式()中:为各界面温度 为热通量/总热阻 为热阻/厚度/导热系数冶炼 硅铁合金液温度在 左右取炉内耐火材料热面温度为 进行炉底热传导测算则理论炉壳冷面温度如表 所示表 炉底未侵蚀状况下不同耐火材料表面导热理论测算表.耐火材料第一层炭砖第二层炭砖第三层炭砖高铝砖黏土砖炉壳炉壳外面空气耐火材料厚度/.导热率/.耐火材料表面温度/从表 可知假设炉底炭砖未侵蚀冶炼 硅铁合金炉况正常时炉壳外表面理论温度为 随着炉役时间的延长炉底耐火材料逐渐被冲刷及氧化侵蚀变薄根据表 数据取平均炉底温度时反推测算炉底炭砖剩余厚度仅为.炉底侵蚀状况实测与理论测算对比通过对炉底耐火材料炭砖侵蚀后进行实际测量结果为剩余 理论反推测算其厚度仅剩余 实际测量与理论测算结果误差较大 通过挖炉过程中实际观察发现炉底炭砖部分区域有渗铁迹象如图 所示图 炉底炭砖渗铁侵蚀图.由图 可以看出炉眼和电极下方区域渗铁明显可以推测渗铁是导致炉底温度上升较高的主要原因对炉底耐火材料剩余厚度侵蚀理论测算造成一定的影响 结语()通过对硅铁矿热炉炉体拆除过程中破损调查分析炉底炭砖侵蚀程度最深的区域为炉心区域和出铁炉眼区域其他区域炭砖侵蚀相对较少()经过炉底破损状况实际考察炉底炭砖存在破损渗铁情况严重影响炉底安全运行可以推测为砌筑炉底炭砖过程中部分炭砖缝隙较宽烘炉及冶炼过程中出现渗铁 因此在砌筑炉体耐火材料时要确保炉底炭砖缝隙严密()从炉墙破损情况来看炉墙破损最为严重的区域为出铁炉眼区域 因此后续生产过程中严禁人工开堵炉眼必须使用专用开堵炉眼机开堵炉眼确保炉眼堵深堵实深度控制在炉墙相当厚度同时使用无水炮泥替代有水炮泥增强炉眼通道的抗冲刷强度维护好炉眼通道及内部结构减缓炉眼内部炉墙耐火材料冲刷侵蚀速度()硅铁矿热炉生产冶炼过程中控制适宜的电极工作端长度使炉底形成稳定碳化硅层来保护炉底炭砖 在确保电极长度足够用的情况下防止电极控制过深对炉底炭砖造成侵蚀()炉体内部耐火材料侵蚀测算仅为理想状态下导热理论测算存在一定的误差仅可作为冶炼过程中侵蚀测算参考(下转第 页)第 期王先武等 硅铁矿热炉炉体破损调查与研究 结语()根据计算结果绘制了铅钢爆炸焊接工艺窗口通过小板工艺试验确定了焊接工艺参数制备的铅钢复合板界面波形呈锯齿状、波形细小、分布均匀无明显漩涡元素在界面的扩散深度在 以内界面结合强度高于铅基体的强度()在大板的爆炸焊接工艺上采取了一些特殊工艺措施通过垫胶皮有效保护铅板添加高爆速炸药解决了起爆点未复合区大的问题铺设火药时加延长铁皮解决了远端和角部未复合区过大的问题批量制备了合格的铅钢复合板参考文献 郑远谋.爆炸焊接和爆炸复合材料的原理及应用.长沙:中南大学出版社.宋小龙安继儒.新编中外金属材料手册.北京:化学工业出版社:.李军刘金涛韩刚等.铅钢爆炸焊接用低爆速炸药的研制与应用.材料开发与应用():./:.樊新民张越.爆炸复合参数的计算机辅助设计.南京理工大学学报():.:.聂云端.爆炸焊接专用粉状低爆速炸药的研制.爆破():.布拉齐恩斯基.李富勤吴柏青译.爆炸焊接、成形与压制.北京:机械工业出版社.邵丙璜张凯.爆炸焊接原理及其工程应用.大连:大连工学院出版社.(上接第 页)参考文献 王永军邸俊明徐文高.大型矿热炉提高炉衬寿命的探讨/第 届全国铁合金学术研讨会论文集(上).沈巧珍杜建明.冶金传输原理.北京:冶金工业出版社.刘卫.铁合金生产工艺与设备.北京:冶金工业出版社.(上接第 页)表 加强工艺过程控制前后氯化炉运行周期统计.时间备注 年/月 停 炉 停 炉 年/月.炉 启炉炉 启炉炉 实现自动化控制 年/月炉 启炉 停炉炉 启炉炉 停炉启炉至文章撰稿时、炉仍在运行中 结语通过上述分析可以通过加强工艺控制延长氯化炉生产周期的有效途径主要有以下几点:()严格控制氯化炉反应温度保持整个系统的热平衡()合理控制氯化炉加盐量和排盐周期使熔盐始终保持良好的循环状态()严格控制物料粒度、加料量和配料比()合理控制盐柱高度熔盐中杂质含量做好氯化炉的保温工作()进一步强化氯化炉二次电流的有序控制参考文献 马慧娟.钛冶金学.北京:冶金工业出版社.莫畏邓国珠罗方承.钛冶金(第 版).北京:冶金工业出版社.陈朝华刘长河.钛白粉生产及应用技术.北京:化学工业出版社.冶 金 工 业 部 有 色 金 属 研 究 院.国 外 钛 冶 金(三).第 期李军等 铅钢复合板的开发研究