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影响高炉冷却壁寿命的原因分析

浏览次数: 日期:2019年4月26日 09:27

在高炉生产过程中,高炉内衬及冷却设备受到复杂的化学侵蚀,机械摩擦,热应力及高温的作用.高炉中下部冷却构件的损坏程度决定着一代炉役的寿命,冷却设备损坏到一定程度就必须大修,以保证高炉生产安全,高炉中下部的冷却设备和砖衬,在冷却水的冷却下,抵御炉内化学的和物理的侵蚀破坏,冷却构件的冷却能力决定着冷却壁和砖衬的抗侵蚀能力,冷却不足将直接导致耐火材料的侵蚀和冷却设备的损坏,因此高炉中下部冷却壁的寿命是保证高炉长寿的重要基础条件,各国对高炉所用冷却壁材质结构制造工艺等都做了很多的研究工作,以尽量延长一代高炉炉役寿命.了解高炉冷却,增强冷却壁的冷却能力以延长高炉中下部冷却壁的使用寿命,对延长高炉寿命具有重要的意义.生产中造成冷却壁损坏烧毁的原因很多,下面作一下简要的分析.

 

加工制造原因

加工制造工艺是决定一代冷却壁寿命的基础,经过几十年的发展,我国在加工制度高炉用冷却壁的技术工艺上已日趋成熟,选购时应严格按照工艺要求采购,以确保冷却壁能得到时预期的寿命.

1使用材质不同决定不同的使用寿命

铸造高炉用冷却壁需选用优质的含铬耐热铸铁或优质球墨铸铁或优质铜材,选用不同的材质,决定着冷却壁不同的使用寿命,我们知道,高炉用冷却壁所用材质的发展经历了铸铁,铸钢,铜质冷却壁几个阶段,早期的冷却壁也称第一代冷却壁,采用一般铸铁,如HT150,第二代铸铁冷却壁采用低铬铸铁,第三代冷却壁采用了球墨铸铁如QT400-18等,第四代冷却壁才采用了铸钢材质,这是几代炼铁工作者经过长期实践于生产中总结出的适宜于高炉生产且能最大限度延长冷却壁使用寿命的不断改进的结果.

对于铸铁冷却壁,首先因为铸铁基体上布满着大小不同的球状石墨,它被氧化后会形成无数微小的孔洞,在温度和应力作用下,这些孔洞成为产生裂缝和裂纹的内因.其次,在浇铸大型厚铸件时,铸件表面和中心的延伸率存在较大的差值,表面延伸率要大于中心一倍以上,在冷却壁工况下会促进冷却壁产生裂纹.另外,球墨铸铁的线性膨胀系数在600度以下变化较平缓,在600度以上则随温度的升高而急剧地增长,而在降温后这个增长量却不能缩回,这一现象叫铸铁的生长,这是一个不可逆的过程,所以铸铁冷却壁在热面温度超过600度后破损速度会加快.一般对于铸铁冷却壁我们要求热面温度不能超过400-500度.最后,与铸钢相比铸铁的冲击韧度,断面收缩率,耐热疲劳性等均较低,不利于防止裂纹的产生,而且铸铁的热导率本来就不高,加之还要在冷却水管外附加防渗碳涂层,使冷却壁总体导热性降低,冷却壁冷面和热面温度梯度加大而引起热应力加大,导致裂纹和破损的可能性加大.所以相比于铸铁冷却壁,铸钢冷却壁的冷却性能,使用寿命从材质性能上分析要优于铸铁冷却壁.

铸钢冷却壁为低合金钢,它很好的解决了铸铁基体与钢质水管之间的熔合问题,消除了基体与冷却水管间的气隙层,从而从根本上提高了冷却壁的导热性能,相比于铸铁冷却壁,铸钢冷却壁具有熔点高,延伸率高,抗拉强度高,耐热冲击性能好等特点,更适宜于高炉内的工况,铸钢基体含碳量低,没有铸铁冷却壁因石墨氧化而生成的孔洞或裂纹,也没有铸铁的高温下不可逆的相变生长现象,特别是低碳钢具有较好的屈服强度,伸长率随温度的升高而增加,使局部高应力重新分布,使应力集中得以释放,大大减缓各种应力的破坏作用.所以是铸铁冷却壁的优良替代品.

20世纪70年代欧洲出现了纯铜冷却壁.使冷却壁在材质选用上更进了一步.铜质冷却壁具有以下优点.A高导热性能,铜的导热性能是铸铁冷却壁的10倍左右.铜冷却壁综合导热性能是铸铁冷却壁的40-45倍.良好的导热性能易于形成稳定的渣皮.B 抗热震性能好.使渣皮脱落和重新生成的周期次数减少,这使铜质冷却壁的热疲劳得到抑制,铜质冷却壁在渣皮脱落后一般在2-4小时以内即可重新形成稳固的渣皮,而铸铁冷却壁一般需要8-16个小时左右才可重新形成稳定的渣皮.C 散热损失小,因易形成稳定的渣皮,所以虽然导热性良好,但在较短时间内形成渣皮反而减少了热损失.D 冷却均匀E质量轻,易于安装.F可以节省耐材G延长高炉寿命.

可见使用不同的材质直接影响冷却壁的使用寿命,而且当使用不合格的材质时,也会造成冷却壁使用寿命缩短的现象.

2 铸造工艺不完善

冷却壁在生产铸造的过程中,要求按照一定的工艺要求来完成,如应严格按工艺要求进行防渗碳处理,退火等工艺也必须严格按规定操作.工艺上的缺陷往往也是造成冷却壁快速损坏的原因之一.目前最为成熟的铸造技术当属铸铁冷却壁,铸钢冷却壁生产技术分为钻孔式和铸造式,钻孔式冷却能力强,导热性能好,成本高,制造技术要求高,铸钢式冷却壁需要解决铸造过程中钢管熔化的技术问题,且导热性能劣于钻孔式冷却壁,铜质冷却壁的制造一般有轧制铜板坯钻孔冷却壁,使用芯棒的连铸冷却壁和埋铜管或铜合金管及钢管的铸铜冷却壁,不同的制造工艺,其导热性能也各有差异,制造成本也各不相同,制造技术也有待完善,目前科技人员仍在不断努力寻找试验新的制造技术,以改善冷却壁性能和降低生产成本.希望不久的将来,铜冷却壁能完全代替铸铁冷却壁应用于高炉.

 

设计缺陷

设计上的缺陷也是影响冷却壁寿命的关健因素,通常设计上可能形成的缺陷包括以下几个方面.

1冷却死角过多过大

未能解决均匀冷却的问题,冷却壁存在没有冷却的死角,特别是带凸台的冷却壁.或者是冷却死角过多过大,都可能影响冷却壁的使用寿命.

2冷却比表积低

冷却比表面积是指冷却壁内冷却水管外周长与冷却水管间隙的比值.理论和实践证明,冷却比表面积在1.1-1.3比较合适,冷却比表面积过小冷却壁冷却强度不够,极易烧毁,过大,冷却效果已不再有明显增强且增加制造困难,冷却壁冷却比表面积不同,对冷却壁冷热面温度,温度梯度,热面平均热流密度等的影响也不同,冷却壁在设计铸造时应合理选择合适的冷却比表面积以延长冷却壁使用寿命.

3冷却壁厚度不合理

冷却壁厚度不合理,也是造成冷却壁因冷热面温度差异过高而热应力较大产生裂纹损坏的原因之一,过厚不利于传热,冷热面温差大,不仅热应力加大,而且使热面热流强度增加而易于烧毁.

 

安装原因

冷却壁在安装过程中,安装不正,使冷却壁在投产后内部产生很大应力,或者冷却壁间的缝隙未处理好,煤气通过间隙穿到冷却壁背面,使原来只考虑热面工作的冷却壁两面温度都升高,加速冷却壁损坏.

 

高炉操作因素

在冷却壁使用过程中,高炉操作不合理是造成冷却壁损坏的主要原因,操作方面的因素主要包括以下三方面的原因.

1冷却制度不合理

冷却制度包括对水压,水温,水温差的控制,冷却水流量的控制,这些参数直接影响冷却壁的冷却效果和冷却强度,不合理的冷却制度会导致冷却壁局部温升过高而损坏.各厂在投产初期都会制定相应的比较合理的冷却制度,生产中应严格按照操作规程操作,防止损坏冷却壁.

2冷却水质不合格

冷却水质也是影响冷却壁寿命的主要因素之一,对冷却水质的监测是冷却系统日常工作的主要内容之一,水质不达标,对冷却壁主要产生两方面的危害,一是易导致冷却壁结垢而使传热效率降低,使局部过热而烧坏,二是加快金履构件的腐蚀,腐蚀冷却壁内的管道,破坏管道内的保护膜,从而加快对冷却壁的化学侵蚀.

3高炉煤气流分布不合理

高炉操作过程中,长期煤气流分布不合理,如长期边缘气流过分发展,使保护冷却壁的砖衬过早过快损坏,使冷却壁暴露在高温煤气流中,不论任何材质的冷却器,都有它的极限工作温度,超过这个温度就会烧坏,无论是铸铁壁冷却壁,钢冷却壁,甚至纯铜的风口,渣口等.铸铁冷却壁正常的热面工作温度应保持在400-500度以下,边缘气流发展时,铸铁冷却壁长期在高温作用下会发生晶格生长,体积膨胀,机械强度降低变酥,首先从无冷却的死角开始损坏,逐步扩展到时其它部分.

铜质冷却壁的损坏还表现在炉役后期的磨损,因操作制度不合理使砖衬损坏后,大量炉料直接与铜质冷却壁接触,在炉料运动中产生磨损,成为铜质冷却壁损坏的主要原因之一,另外,由于铜质冷却壁材质为紫铜,质地较软,在安装运输过程中极易变形,这都是铜质冷却壁相对于铸铁铸钢冷却壁急待解决的问题.

 

结语

1影响高炉中下部冷却壁寿命的因素很多,对于设计制造及材质方面的因素,随着现代科学技术的发展及新材料的运用,已经取得了很好的效果,而且这往往也是高炉操作者无能为力的因素.

2高炉操作者在日常操作中,应不断提高操作不平,保证一代高炉长寿顺行高产优质,冷却壁的损坏,操作因素往往是主要的一方面,我们在操作中应严格遵循各厂制定的冷却制度,把好不质关,关健是保持合理的煤气流分布,稳定渣皮,以加强对冷却壁的保护作用,杜绝或减缓冷却壁的损坏.

(转自 头条号 高炉炼铁技术分享

 

 

 

 

 

 

 

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