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高炉炉缸侵蚀因素的分析


在高炉强化冶炼的条件下,炉缸寿命已经成为高炉长寿技术的一个限制性环节,而炉缸寿命主要取决于炭砖的侵蚀情况。根据重庆赛迪公司许俊等人的计算分析,造成炭砖侵蚀的因素主要包括:炭砖热应力、铁流的冲刷、铁水的溶解作用等。
  一.炭砖的热应力。
  根据计算,当炭砖的长端未约束时,炭砖的最大压应力远低于炭砖的抗压强度30 MPa;当炭砖长端约束时,炭砖的热应力是未约束的3倍多,说明约束对炭砖的应力影响较大,因此设计时要重视炭砖结构及膨胀缝的设置。另外,随炭砖的断面尺寸减小,炭砖的热应力总体趋势是减小的,但断面尺寸的均匀性也会影响热应力的大小。至于导热系数对炭砖热应力的影响,计算结果表明,导热系数对热应力影响较小,而对炉缸内热流的传出影响较大,热流的传出有利于炭砖热面形成凝铁层,说明炭砖导热系数对凝铁层的形成影响较大。由此可见,减小炭砖热应力的重点是合理设置膨胀缝;炭砖导热系数对炭砖热条件下的热应力直接影响较小,但导热系数增大有利于炉内热量传出,形成凝铁层,减弱炭砖承受的热强度,从而减小炭砖的热应力;另外设计选择炭砖尺寸时,除了考虑整块砖的尺寸大小,还应考虑断面尺寸规格的均匀性。
  二.铁流的冲刷。
  高炉在出铁过程中,炉缸铁水要流向出铁口,炉缸炭砖附近流动的铁水对炭砖有冲刷作用。计算结果表明,炉缸大部分区域铁水的流速在2.5×10-3m/s以下。对出铁口区域来讲,越靠近出铁口,铁流速度随标高变化比较明显,而对非出铁口区域,铁流随标高变化不明显,所以非出铁口区域工况比较稳定,而铁口区域炭砖承受的铁流速度会做周期性的变化。铁水在炉缸中对炭砖的机械侵蚀包括铁流对炉缸侧壁炭砖的粘性力、炉缸铁水环流在铁口下方转向至出铁口时对炭砖的冲刷。计算结果表明,铁流对炭砖的机械冲刷力是比较小的。
  三.铁水对炭砖的溶解。
  由于铁水中的碳是非饱和的,炭砖在高温下具备溶解于铁水的热力学和动力学条件,故熔融铁水会对炭砖产生溶蚀作用。随着温度升高,铁水对炭砖的溶解作用加重;且随温度升高,铁水黏度降低,碳原子在铁液中扩散阻力减小,铁水中饱和碳含量升高,实际铁水含碳量与饱和含碳量的差增大,碳向铁水溶解的趋势增大。随铁流速度增加,炭砖热面附近的铁水更替较快,能维持较高的碳势,铁水溶解炭砖的速度也会增大。因此要减小铁水对炭砖的溶解能力,需要降低铁水温度和铁流速度,通过建立炉缸良好传热体系,使炭砖热面形成凝铁层,降低炭砖热面附近的铁水温度和铁水流速,从而降低了铁水对炭砖的换热能力,降低炭砖的热应力。可见,建立炉缸良好的导热体系使炭砖热面附近铁水形成凝铁层,是确保炉缸长寿的一个重要方法。
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