高炉风口大量破损原因分析报告.docx

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高炉风口大量破损原因分析报告

高炉风口大量破损原因分析

来源：

焦刚  文章发表时间：

2009-03-10

  风口套等对于高炉系统来讲，是重要的工艺设备，一般企业对于风口套进行的都是寿命管理，实行定期更换。

假若高炉出现大量风口损坏的情况，意味着高炉操作或者冶炼条件发生了重大的变化。

风口破损需要休风更换，而无计划休风是高炉生产的大忌，因此，减少风口破损意义重大。

这里作者就A厂风口损坏的原因进行简要分析，便于对照找出防范的措施。

  1、前言

  一般情况下，高炉的风口小套都是寿命管理，实行定期更换。

若高炉风口小套出现非正常损坏，对连续性非常强的高炉工艺非常不利。

除休风对产量的影响外，还包括漏水导致燃料比升高、高炉炉凉，损坏炉缸耐火材料等。

频繁的休风还会导致软熔带位置变化，上部形成炉墙结厚甚至结瘤，下部导致炉缸不活直至堆积。

所以，降低风口损坏导致的休风是必须的。

这里就A企业的风口破损进行分析。

  2、风口损坏的数量统计

  为便于分析，特对A厂2007年、2008年各月风口损坏的数量、方式进行了数学统计，如表1，表2所示。

                    表1  A厂风口破损的数量（个）

  ———————————————————————————————————————

        1月  2月  3月  4月  5月  6月  7月  8月  9月  10月  11月  12月  合计

  ———————————————————————————————————————

  2007年  4  4  12  3  17  4  11  7  24  33  17  18  154

  2008年  19  15  11  21  17  22  9  19  27  19  34  15  228

  ———————————————————————————————————————

          表2  A厂风口破损的方式

  ——————————————————————

          烧漏  磨漏  裂纹  合计

  ——————————————————————

  2007年    140    1    13    154

  2008年    211    2    15    228

  ——————————————————————

  由于风口破损主要方式是风口烧漏，因此对2008年风口烧漏的部位进行统计分析，得出如下比例，见表3。

      表3  2008年风口烧漏部位的比例统计

  ——————————————————————

        上部烧漏下部烧损  前端烧损  合计

  ——————————————————————

  2008年  81.25%  12.50%  6.25%    100%

  ——————————————————————

  从统计的数据可以看出：

2007年，除9月、10月外，A厂高炉损坏风口个数月均量差不多；2008年，除7月和11月外，损坏风口个数月均量差不多。

总体来讲，A厂高炉风口的破损数量是比较多的，其中又以烧漏为主要破损方式，说明在高炉操作方面存在一定问题。

  3、风口破损的可能原因

  3.1与操作无关的客观因素

  风口破损的原因很多，有许多是客观条件造成的，比如风口的结构、制造质量、冷却水的压力、流速等，这些是高炉短期不可能改变的，和高炉操作无关。

  现在，由于风口的结构、制造质量不断提高，这两个因素已经不是风口破损的主要原因，但质量原因造成的损坏现象仍然存在。

这样的风口漏水被更换下来，漏水处经过处理，一般有针眼等孔隙可见，并且漏水的孔洞呈现外小内大（和由于铁水熔化的孔洞外大内小有明显区别）。

对于风口质量形成的裂纹漏水，一般发生在焊缝处。

但是裂纹漏水不一定就是质量问题，有些风口本身质量没有问题，但受到高炉炉况、冷却等多种因素影响，风口在承受瞬间巨大的热负荷时，在热梯度作用下，也可使风口产生裂纹而漏水。

  在冷却方面，有单位做过试验，随着冷却水流速的不断提高，冷却强度加强，即使风口浸在铁水里面，也不会熔化。

但高压、高流速并不是最经济的选择，一般450～1000m3高炉的风口冷却水流速选择在7～11m/s之间。

A厂450m3高炉风口区域的水压在0.85MPa，水流速度为6.1m/s；1000m3A1号高炉风口区域的水压在1.15MPa，水流速度在8.3m/s；1000m3A2号高炉风口区域的水压在1.08MPa，水流速度在7.7m/s。

从水压、流速来看，属于偏低的水平，不过仍然可以维持足够的冷却能力，应该不是风口破损的主要原因。

  3.2操作原因

  一般情况，高炉的操作才是导致风口大量破损的主要原因，主要有下面几种：

  第一，高炉边缘过度发展。

由于边缘气流过剩，高炉在边缘的反应增加，生成的渣铁量也大，相对于正常情况下渣铁沿风口回旋区表面进入炉缸，此时就会出现少量渣铁沿炉墙下滴，当有少量渣铁滴打在风口上端，就会造成风口损坏。

这种原因造成的风口烧损部位一般多在风口的上部，烧漏的孔洞多呈现外大内小，类似水滴石穿的现象。

边缘过度发展时，通过风口镜，还可以看到风口前比较频繁的升降现象。

  第二，高炉炉缸不活，有堆积。

无论是中心堆积还是边缘堆积，都会造成炉缸容积变小。

由于高炉的出铁次数、时间一般都是固定的，所以同等情况下，炉缸堆积后，渣铁面将比原来升高，高炉在外部就会表现出压量关系紧张，料慢等现象，炉内渣铁就容易把风口烧毁。

有时由于外围事故，延迟了出铁时间，也可能造成风口烧损。

不过，炉缸堆积造成风口破损最主要的原因是：

炉缸堆积后，高炉死焦堆透液性变差，致使风口前有渣铁聚集，从而烧坏风口。

如高炉炉凉后恢复炉况，常常会造成大批的风口破损，其最主要的原因就是炉缸死焦透液性能差，加上刚刚生成的渣铁物理热低、流动性差，不能及时渗透到炉缸，渣铁在风口前聚集所致。

这类原因造成的风口烧损部位一般多在风口的下部。

  第三，高炉鼓风动能不足。

比如高炉长期减风，风口面积不及时调整，由于鼓风动能不足，风口回旋区变小，渣铁就可能烧损风口的前端。

  第四，高炉不顺，悬坐料原因。

悬料后，减风坐料甚至休风坐料，存在风口灌渣的可能，从而使风口烧损；也可能料柱从上部突然下落，导致风口破损，特别是长时间顽固悬料，更是危险。

曾经就有企业因为长时间恶性悬料，坐料时把风口砸掉的事故发生。

  第五，喷煤工艺中煤粉冲刷的原因。

高炉喷吹煤粉后，由于喷枪枪位不正，可使风口在很短时间内被磨漏。

即使枪位很正，煤粉的摩擦对风口的磨损也是非常严重的。

有企业统计数据表明，煤粉的磨损可使风口内径每月扩大0.5～0.8mm。

因此煤比较高时，不能忽略煤粉冲刷的影响。

  总结风口损坏的原因：

前三个都是铁水烧坏风口，后两个原因主要是机械力作用。

铁水烧坏风口小套的机理主要是存在固液相反应，其反应温度只有700多度，炉内小套表面很容易达到这一温度，只要有液态铁水与铜套接触，就会烧坏风口。

  当然，风口损坏的原因还很多，但一般都会通过上面几种形式表现出来，比如原、燃料中的有害元素造成炉渣粘稠，导致炉缸堆积，从而损坏风口等。

  根据表3的统计，结合风口烧损的原因分析，A厂风口破损的最主要原因可能是高炉边缘过度发展。

  4、减少风口烧损的主要措施

  根据上述分析得知，A厂高炉边缘较发展，应采取相应措施减少风口的损坏。

因此，对该厂的焦炭强度和烧结矿粒级进行了统计，得出以下比例，见表4。

    表4焦炭转鼓强度和烧结矿粒级统计

  ———————————————————

  焦炭转鼓强度  烧结矿粒级比例（%）

  ———————————————————

    M25  M10    ≤5mm    5-10mm

  89.75  7.80    2.51    36.79

  ———————————————————

  从统计数据可见，焦炭强度属于中等水平，但烧结矿小于10mm粒级则属于很差的水平，合计约40%。

A厂要想减少风口大量破损的状况，首先，必须改变烧结矿的粒级，提高烧结矿的强度，避免高炉为维持顺行被迫采取边缘发展的操作思路；其次，保持合理的鼓风动能，加强操作，防止悬料的发生；最后，若条件允许，可以改造冷却水系统，提高风口冷却水的压力、流速，降低来水温度，达到强化冷却的目的，则可大大降低风口的破损率。

  5、结论

（1）风口大量损坏，对连续生产的高炉工艺极为不利，必须采取有效措施降低风口的破损率。

（2）风口损坏和高炉操作密切相关，但只有改变了原、燃料情况，高炉才可能采取最经济的操作制度，从根本上消除风口破损的原因。

  （3）经济允许，将风口水压提高到设计中等水平，提高冷却水流速，强化冷却，从外围上改善不利的因素，为减少风口破损创造条件。

1、高炉冷却设备漏水的检查

检查漏水时，若从风口各套接触面之间往外渗水，或固定螺栓与护管焊缝处炉皮渗水，则判定为漏水。

若煤气成分中H2含量比平时上升0.5%，则为漏水征兆。

若出水发白，并带有白线，为漏水征兆。

出水头向外喷煤气、喷火则判定为漏水。

用煤气测试法检查冷却壁漏水时，用煤气测试管从出水管口抽气，观察煤气测试管的颜色变化来判断冷却壁是否漏水。

用点燃法检查冷却壁漏水时，用明火试点，看是否能引燃出水头的煤气。

如将煤气点燃，则判定为冷却壁漏水。

用关水法检查冷却壁漏水时，通过逐步关小水量，使冷却壁出水管的压力小于炉内煤气的压力，如果水中有气泡或喘气现象则判定为冷却壁漏水。

2、高炉冷却壁损害的主要原因

高炉冷却壁损害的主要原因有：

（1）进水水管根部受剪切力断裂。

剪切力产生的原因是新安装的冷却壁在开炉不久，由于炉壳和冷却壁热膨胀的量不同，而产生上下方向的剪切力。

（2）近几年高炉不断强化后，因热量过大，现有材质、结构与冷却强度的冷却壁不能承受而发生冷却壁烧坏；特别是炉役中后期炉腹、炉身冷却壁烧坏较多。

（3）冷却水质差。

水中含悬浮物太大时，在冷却壁中沉淀或水中含有较高的钙、镁碳酸盐，在冷却壁中形成水垢，不仅缩小了冷却壁内水管的内径，降低了冷却强度，而且水垢的导热性差，易烧坏冷却壁。

（4）高炉操作因素的影响。

炉温波动大，对炉腹、炉腰冷却壁渣皮起破坏作用，长期发展边缘气流或发生管道行程会造成冷却壁热流量过大等。

（5）冷却壁铸造质量差，因高炉发生急冷急热时，造成冷却壁断裂。

综上所述，延长高炉寿命的对策可以归纳为：

改进高炉操作，采用合理的冷却制度，改进冷却设备的结构、材质和冷却水的水质，及时准确掌握冷却设备所处的热负荷状态，实行强化冷却。

3、冷却壁损坏的处理

确定冷却壁漏水后，要判断漏水的严重程度。

对漏水量不大的冷却壁，采取关小进水阀门的办法，使冷却壁内谁的压力接近炉内煤气压力，使其得到动态平衡，既保证冷却壁冷却，又能减少水的流入。

漏水严重时要及时将出水头堵死，同时关闭进水阀门，并在外部喷水冷却。

利用休风检修机会对损坏的冷却壁用铜冷却棒代替。

对于损坏的冷却壁，外部喷水冷却工作要保证连续均匀，定期清理氧化铁皮，提高冷却效果。

4、风口破损的原因

风口损坏的部位总是在露出的风嘴部分，大部分是在外圆柱的上面，下面和端面上发生。

风口的损坏原因主要有以下几种：

1）熔损这是风口常见的损坏原因。

在热负荷较高时，如风口和液态铁水接触时，风口处热负荷超过正常情况的一倍甚至更高，如果风口冷却条件不好（如冷却水压力、流速、流量不足），再加上风口前端出现的Fe—Cu合金层恶化了导热性等，可使风口局部温度急剧升高，很快会使风口冲蚀熔化而烧坏。

2）开裂风口外壁处于1500～2200℃的高温环境，而内壁为常温的冷却水。

另外，风口外壁承受鼓风的压力，内壁则承受冷却水的压力。

并且这些温度和压力是经常变化的，从而造成热疲劳与机械疲劳。

风口在高温下会沿晶界及一些缺陷发生氧化腐蚀，降低了强度，造成应力集中，最后引起开裂，风口中的焊缝处也容易开裂。

3）磨损风口前端伸出在炉缸内，高炉内风口前焦炭的回旋运动以及上方的炉料沿着风口上部向下滑落和移动，会造成对风口上部表面的磨损。

在高温下风口的强度下降很多，因此冷却不好会加剧磨损。

同时，现在大型高炉普遍采用喷吹煤粉工艺，如果保护不好，内孔壁及端头处被煤粉磨漏的现象也时有发生。

为使风口能承受恶劣的工作条件，延长风口使用寿命，常采取以下几方面的措施：

（1）提高制作风口的紫铜纯度，以提高风口的导热性能；

（2）改进风口结构，增强风口冷却效果；

（3）对风口前端进行表面处理，提高其承受高温和磨损的能力。

当然，风口的使用寿命还与高炉采用的操作工艺、炉况、水冷条件等多种因素有关

高炉风口挂渣的原因都有：

1，炉凉。

2，炉缸堆积。

3，严重偏料。

4，风口上部冷却器漏水。

5，边沿太重。

6，长期慢风操作。

7，碱度过高。

8，局部严重结瘤。

最常见的原因都是：

1，炉凉。

2，炉缸堆积，渣铁排放不及时

风口挂渣的原因有：

1.炉缸堆积；2.炉况难行；3.焦炭质量差；4.渣铁排放不及时

风口挂渣主要是炉缸的工作状态差造成的，死料柱透液性差

况特征

计器指示    管道行程    边缘气流发展    边缘气流不足      

热风压力    波动，先趋低后升高，有时冒尖    偏  低    偏  高      

透气性指数    波动，先趋低后升高    偏  大    偏  小      

炉顶温度    管道部位升高    较  高    较  低      

炉喉温度    管道部位升高    升  高    降  低      

炉身水温差    管道部位升高    升  高    降  低      

炉喉CO2    管道部位CO2降低    边缘CO2降低    边缘CO2升高      

料面上温度    管道部位升高    中心温度降低    中心温度高      

探尺状态    下料不均，常有突然塌落现象    边缘下料快    边缘下料慢      

风口状态    管道方位的风口有生降    风口明亮，有大块生降    风口暗淡不均，显凉      

炉  渣    渣温波动大    渣温不足，下渣显凉    刚见下渣时显凉，后期好转      

铁  水    铁温波动大    铁水温度不足，先热后凉化学成分高硅高硫        铁水物理热不足，化学成分低硅低硫 

况特征

计器指示    管道行程    边缘气流发展    边缘气流不足      

热风压力    波动，先趋低后升高，有时冒尖    偏  低    偏  高      

透气性指数    波动，先趋低后升高    偏  大    偏  小      

炉顶温度    管道部位升高    较  高    较  低      

炉喉温度    管道部位升高    升  高    降  低      

炉身水温差    管道部位升高    升  高    降  低      

炉喉CO2    管道部位CO2降低    边缘CO2降低    边缘CO2升高      

料面上温度    管道部位升高    中心温度降低    中心温度高      

探尺状态    下料不均，常有突然塌落现象    边缘下料快    边缘下料慢      

风口状态    管道方位的风口有生降    风口明亮，有大块生降    风口暗淡不均，显凉      

炉  渣    渣温波动大    渣温不足，下渣显凉    刚见下渣时显凉，后期好转      

铁  水    铁温波动大    铁水温度不足，先热后凉化学成分高硅高硫        铁水物理热不足，化学成分低硅低硫 

况特征

计器指示    管道行程    边缘气流发展    边缘气流不足      

热风压力    波动，先趋低后升高，有时冒尖    偏  低    偏  高      

透气性指数    波动，先趋低后升高    偏  大    偏  小      

炉顶温度    管道部位升高    较  高    较  低      

炉喉温度    管道部位升高    升  高    降  低      

炉身水温差    管道部位升高    升  高    降  低      

炉喉CO2    管道部位CO2降低    边缘CO2降低    边缘CO2升高      

料面上温度    管道部位升高    中心温度降低    中心温度高      

探尺状态    下料不均，常有突然塌落现象    边缘下料快    边缘下料慢      

风口状态    管道方位的风口有生降    风口明亮，有大块生降    风口暗淡不均，显凉      

炉  渣    渣温波动大    渣温不足，下渣显凉    刚见下渣时显凉，后期好转      

铁  水    铁温波动大    铁水温度不足，先热后凉化学成分高硅高硫        铁水物理热不足，化学成分低硅低硫 

王维兴：

高炉特殊炉况处理技术

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  时间：

2009-6-2415:

37  中国钢铁资源服务网

１、低料线

　　料线;低于正常料线0.5m以上叫低料线,时间在1小时以上.

　　•低料线的危害;打乱了炉料的正常分布,使料拄的透气性变坏,炉内煤气流分布失常,炉料得不到正常预热和正常还原,是造成炉凉和炉况失常的重要原因.。

低料线会使高炉顺行变坏，炉温向凉，生铁含硫升。

高1-2倍。

风渣口易破损

　　低料线易损坏炉衬,打乱软熔带的正常分布,易造成炉墙结厚和结瘤，也容易烧坏炉顶设备。

　　低料线;的炉料到达软熔带时，高炉难操作。

炉料透气性差，风量和压差不对应。

　　•低料线的原因;生产不稳定.高炉顺行变差，崩料或连续崩料；

　　?

料坐料形成低料线，特别是顽固?

料坐料形成低料线特别深；

　　设备故障不能上料或上料慢。

　　以及原燃料供应不上等。

　　•低料线的处理；要充分认识低料线的危害。

　　根据炉顶温度（不超过250℃）高低，适度减风，控制好料线，要确保炉顶温度不能超出允许最高值（300℃），保护好炉顶设备（启动炉顶打水设备，但不能打水过多）。

　　减风是赶料线的最好办法。

但不适宜于长期低料线作业。

减风、低压时间不超过2小时。

　　为补偿炉料加热不足，防炉凉，低料线一定要轻焦炭负荷，要根据料线的深度和时间而定，一般轻焦炭负荷10%?

?

30%。

低料线的时间，h

料线深，m

加焦炭量，%

0，5

一般

5-10

1

一般

8-12

1

大于3，0

10-15

大于1

大于3，0

15-25

　　•设备故障；减风到高炉允许的最低水平，只要风口不来渣。

　　故障消除后，要先装料，撵上料线后，再加风。

　　上料过程中要补净焦。

　　故障处理时间长，不能上料，要抓紧组织出铁，铁后休风。

　　•上料设备故障之后，可先上几批焦，后补矿石。

但焦炭上料设备故障，不允许先上几批矿石，后补焦炭的做法。

　　•炉况不顺的高炉低料线的处理一定要慎重。

要防止恶性?

料。

可采取减风与控料线相结合的办法，风压平稳是前提。

炉子已?

料，要先装料，后坐料。

　　•赶料线到炉料碰撞点时，可改1-3批倒装料，以疏松边缘。

　　•低料线的炉料到达风口区时，如遇风压高，高炉炉况不顺，可改1-3批倒装料或适度减风。

　　•为保护炉顶设备，在炉顶温度大于500℃时，可向大小钟之间通蒸气，但严禁向炉内打水，可适度减风。

　　•风量减到50%以上时，料线深3m以上，低料线的因素没排除，要立即组织出铁，铁后休风。

　　•撵料线不能急，要均匀上料，防止?

料或恶性?

料。

　　•连续崩料造成的低料线，建议休风堵风口，以利于恢复炉矿。

　　•案例：

某厂1513m³高炉因设备事故造成低料线4m，处理过急，低料线的炉料到达风口区时连续崩料，未及时减风，导致悬料，以及顽固悬料。

最终导致炉凉，用十多天处理才正常。

某厂1513m³高炉因上料设备故障，造成低料线。

赶料线过急，料满后悬料，进一步处理不当，坐料不下，休风料也不下，喷吹渣口和铁口无效，只好拉下渣口小套，送风吹炉缸内炉料外排。

两小时后坐料下来，炉大凉，出三次号外。

　　2.偏料

　　两尺相差大于0.5m以上叫偏料。

钟阀高炉两尺相差1.0m以上也叫偏料。

　　•偏料的危害：

破坏煤气流正常分布，能量利用率降低，使装料调剂手段效果减小

　　造成高炉圆周工作不均，特别是炉缸温度不均，对喷煤和下部调剂效果有较大影响，易产生炉况大凉，大崩料或连续崩料,悬料.结瘤。

炉料粉末易集结在下料慢的部分。

　　2.1偏料的征兆

　　•在料线浅的高炉易发生装料过满，或大钟关不严。

　　•风口圆周工作不均，一侧暗，一侧亮。

　　•各渣口，上下渣温差别大。

　　•渣铁物理热不足，生铁含s高，炉渣流动性差。

　　•CO2曲线低料线侧较低，最高点向中心移。

　　•风压高且不稳，顶压常见尖峰。

　　•炉顶温度曲线分散，低料线一侧温度高。

　　2.2偏料的原因

　　•炉衬侵蚀不均，侵蚀严重一侧煤气流过分发展。

　　•炉型发生变坏，一侧可能有结瘤，使下料不均。

　　•旋转布料器故障，停转后布料偏。

　　•风口圆周工作不均。

　　•炉料粉末多，布料时发生炉料粒度偏析。

　　2.3偏料的处理办法

　　•检查料尺工作