爐襯侵蝕

爐襯侵蝕是進行實時監測和預報並提前採取有效措施是提高高爐壽命和安全生產運行的重要手段。

減輕爐襯侵蝕，提高爐襯壽命已經成為當前油爐和煤粉爐發展中急待解決的重要課題。立式油爐和煤粉爐的主要侵蝕部位是在環形火道的頂面、火口的擋火磚、過橋前部底面；臥式油爐和煤粉爐的爐襯侵蝕主要部位是前爐的爐頂、環形火道的頂面、火口擋火磚。

基本介紹

• 中文名：爐襯侵蝕
• 外文名：lining wear
• 產生的問題：爐膛直徑增大、風口參數變化
• 嚴重影響部位：氧化帶頂端和熔化帶
• 套用：爐襯侵蝕檢測、技術經濟指標等

爐襯侵蝕機理

爐襯在以下三種機理的綜合作用下被逐層侵蝕，進入爐渣：

①化學侵蝕在高溫環境中，爐渣與爐襯之間存在的相互化學作用造成爐襯侵蝕；

②熱應力侵蝕爐襯中溫度梯度造成的熱應力，使爐襯表層逐層剝離造成爐襯侵蝕；

③熔融侵蝕爐襯中的低熔點材料，在高溫作用下熔融，造成爐襯侵蝕。

爐襯侵蝕導致的問題

普通爐襯沖天爐的爐襯侵蝕導致以下兩個基本問題：

①爐膛直徑增大，如果未相應增大沖天爐的入爐風量，則鐵液溫度下降；如果相應增大入爐風量，則熔化率相應增加；如果未加接力焦，則運行底焦高度下降，鐵液溫度下降。

②風口參數變化，爐襯侵蝕使風口直徑增大，風口風速降低，同時使風口在爐內的位置後退，風口參數的雙重變化導致附壁效應增強，爐壁侵蝕速度進一步增加，爐況進一步惡化。

爐襯侵蝕導致了普通爐襯沖天爐的一系列性能與操作問題，引起普通爐襯沖天爐熔化性能（熔化率、鐵液溫度等）的持續變化，需要不斷改變操作參數（送風量、風壓、加料參數等），沖天爐的操作難度大幅度增加。相對於水冷沖天爐，普通爐襯沖天爐的熔化性能與操作參數均不穩定，不適合於長期連續熔化。

爐襯侵蝕狀況判斷

氧化帶頂端和熔化帶這兩處是爐襯侵蝕最大的地方。故通過打爐後次日對爐襯侵蝕狀況的觀察，可判斷爐況：

①侵蝕最深處的高度矮，說明氧化帶短；

②侵蝕不深，也不集中，爐膛較平滑無深凹，說明燃燒的高溫區不集中；

③熔化帶侵蝕區低，說明底焦不高；熔化帶侵蝕區較長，說明底焦波動大。

爐襯侵蝕的檢測

連續檢測高爐爐襯侵蝕狀況，勞及時採取措施，對保證高爐正常生產和延長壽命十分重要。從70年代中期國外就著手開發高爐爐襯侵蝕方面的檢測方法，並不斷改進，用於高爐生產實際，見下表。

高爐爐襯侵蝕檢測方法

熱電偶法、熱流計法、紅外線溫度攝像法都受爐襯耐火材料導熱性的變化影響，所以測試精度不高；埋設放射性同位素法又不能給出被侵蝕爐襯的具體部位；鑽孔法必須在高爐停產時才可進行。由於上述幾種方法所存在的問題，需要尋找一種連續、高精度的高爐內襯侵蝕量的檢測方法。70年代末，國外先後開發了TDR法（其原理、構造與檢測軟熔帶的裝置相同）和FMT（新式精密多電偶感測器）法（見下圖）。

套用

爐襯侵蝕監測技術

爐襯侵蝕監測技術主要包括測量元件和計算機監測系統兩部分。測量元件由電阻測厚元件與熱電偶測溫元件構成。測量方法是在高爐爐襯內沿垂直爐襯的方向埋設測量元件，元件前端與爐襯內表面相齊，元件通過引線與計算機系統連線。測量元件的電阻值與其長度相關。在高爐生產過程中，電阻元件與爐襯同步被侵蝕，元件長度上的變化將引起電阻值的變化，因而輸出信號也相應變化。計算機線上連續監測這一信號，進行計算、處理及綜合判斷可得知該處爐襯的現存厚度及變化情況。通過對埋設在爐襯各部位測量元件輸出信號的監測，可在CRT上直觀地顯示出高爐的實際內型剖面圖和測量數據，以及爐襯各部位測量點處的厚度溫度變化趨勢，通過印表機可列印數據報表和圖形拷貝。

關鍵技術

①該項技術測量方法簡單，測量元件具備兩個特點：元件與爐襯同步損耗，元件電阻值與元件長度成函式關係。

②測量元件為鎧裝型，結構合理、全密封、耐腐蝕、防水、防塵、安裝方便。能較正確反映爐襯厚度的變化，測厚解析度為30毫米。元件製作定型化和規格化。

③計算機監測系統為上、下2級工業計算機，採用光電隔離技術及信號隔離電路，抗干擾能力強，系統線上連續運行，穩定可靠。

④實現了高分辨串圖像處理、圖形顯示和圖形拷貝等功能。

⑤實現了不同匯流排間計算機與計算機，計算機與印表機之間遠距離串列通訊。

技術經濟指標

①測厚測溫元件定型化、規格化，可批量製造。

②磚襯測厚解析度⁺_-30mm，冷卻壁本體損耗測量解析度⁺_-20mm，測溫精度1.5%。

③計算機系統線上運行率97%以上。

④監測系統的使用完好率80%。我國大型高爐40多座，中小高爐不計其數，600立方米以上高爐就有60多座，高爐採用該測厚技術，由於用計算機線上連續監測，操作人員能隨時掌握爐襯侵蝕狀況，從而採取相應的保護措施，延長高爐壽命；由於跟蹤及時，可避免突發事故，對高爐安全生產和長壽有很大的經濟效益和社會效益。新建或大修一座高爐，投資在10億元左右，壽命按8年計算（國內高爐為5年左右），高爐延長壽命一個月，節約投資1041萬元；延長高爐壽命，多出鐵，一個月產生的直接經濟效益為：1噸鐵效益×高爐日產×30。以寶鋼高爐為例，高爐延長一個月壽命，爐襯測厚技術的效益為112.04萬元，3個月便是336.12萬元。從防止突發事故來看，避免重大事故造成的巨額經濟損失和安全生產帶來的社會效益是無法估算的。該項技術不僅可套用於各種容積的高爐，還可在煉鋼爐、鐵水罐、沖天爐、玻璃窯等其它工業爐窯中套用，有廣闊的套用前景，如有條件還可推向國際市場。我國煉鐵生產以高爐為主，高爐安全生產、穩產長壽必須依靠先進技術，該成果正是達到這一目標的技術措施之一。通過“八五”科技攻關，該技術已比較成熟，並已將攻關階段成果逐步在寶鋼高爐、本鋼高爐及武鋼高爐上套用，取得了初步成效。

如何減少爐襯侵蝕

我國廣泛使用的沖天爐爐襯為粘土磚，呈弱酸性。而爐渣的鹼度又常小於1，顯出酸性。既然爐渣是酸性，爐襯也是酸性，為什麼每次開爐後仍舊遭受很大的侵蝕呢?原因是：

①熔劑侵蝕。沖天爐熔化每批料都要添加占焦炭重量20%～30%的熔劑（石灰石），溶劑在下落過程中與爐襯接觸，高溫下與爐襯粘土磚中的SiO₂化合，侵蝕了爐襯。

②機械沖刷。高溫下爐襯軟化，在爐料和爐氣的沖蝕下受到破壞。

減少爐襯侵蝕的措施有：

①使用小風口，將風打進沖天爐中心，減輕送風氣流對爐壁的沖刷。

②溶劑應加在沖天爐中心部位，不要靠近爐壁。此外，石灰石用量不宜過多。

③修爐的磚縫應儘可能小，並且兩層磚縫應相互錯開。

④有腐蝕嚴重的地方（如氧化帶、過橋），選用品質高的耐火磚修築。