安钢170 t铁水罐安全长寿运行实践

2013-10-13魏太林牛卫军焦虎丰

河南冶金 2013年1期

魏太林杨松牛卫军焦虎丰

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

2005年以来，安钢两座2000 m3级高炉相继投产，投运了76个170 t铁水罐运送铁水。由于这种铁水罐在安钢是首次使用，存在使用经验不足和技术难题。在运行初期，170 t铁水罐事故较多，正常周转困难重重，直接影响到了公司高炉铁水的安全运送。后经原因分析、质量改进和加强日常运行监测和管理等多方面努力，最终大大延长了铁水罐的使用寿命，寿命稳定在了550次之上，保证了高炉正常生产与安全运行。笔者主要对安钢170 t铁水罐内衬砖、永久层、砌筑质量、运行监测等过程控制进行分析，为今后的此类铁水罐安全长寿运行提供借鉴。

1 170 t铁水罐的使用情况

随着钢铁业的发展，特大型钢联大多数使用了大鱼雷罐运送铁水。但是，安钢这个亩产钢全国最高的特大型钢铁企业，因占地面积小，炼钢布局紧凑，不得不采用轴跨距较小，容铁量较大的大铁水罐。目前，170 t铁水罐是我国最大容量的铁水罐，因此，在2000 m3级高炉投产时选用了该类型的铁水罐。

在运行初期，170 t铁水罐主要出现两大问题。一是罐的使用寿命不长，最短的使用炉龄只有60次～70次，大多数在300多次，维修工作量十分大。再购买此类铁水罐，占用资金和维修场地，经过测算铁水罐使用寿命必须稳定在550次之上，才能保证使用和维修之间的平衡，避免待修罐积压、铁路线上罐周转不畅、正常生产秩序受到影响;二是罐内衬砖剥落和裂缝大、永久层容易漏铁、罐体外表面温度升高、砌筑质量不能满足工艺要求。因为铁水罐漏铁的安全事故时有发生。

2 出现问题的原因及分析

铁水罐由钢板焊成，罐内砌筑耐火砖衬，并在砖衬与罐壳之间设置永久性内衬，也称永久层。永久层作为铁水罐内衬的重要组成部分，主要兼顾隔热性、保温和辅助防漏能力。

铁水罐内衬砖的受到侵蚀的原因：①铁水和渣铁混合物与内衬材料发生的化学侵蚀;高温的铁水罐在倒掉其中的铁水返回炼铁高炉过程中，空气的氧化、侵蚀等。②一些物理现象引起的内衬材料的损伤，如与落铁点接触部位的机械磨损，铁水渗透到砖缝中，发生龟裂;在温度变化时引起的材料劣化和崩裂;铁水和渣铁冷凝物粘附、损伤。

2.1 内衬砖侵蚀快

当铁水罐砌筑完成后，要经历烘烤、使用、维护和拆除大修四个阶段。根据多年来安钢本部小铁水罐运行管理经验，安钢170 t铁水罐运行寿命短、维修工作量大和安全隐患多的问题，绝非某一个环节出现了短板，而是多个环节出现问题同时作用的结果。

内衬砖的受到侵蚀初期主要由于发生剥落引起，剥落的类型有以下几种：

1)氧化剥落。即含碳内衬材料在烘烤和使用过程中抗氧化性不足，使砖体表面的碳被氧化后，造成表面组织结构疏松，强度下降，同时，间接地劣化砖的抗侵蚀性。

2)结构剥落。即内衬材料产生的膨胀或者不稳定性，超过了砖体自身的强度，导致砖体开裂、断裂。

3)化学剥落。即由于材料自身的组织结构疏松，炉渣和铁水容易侵蚀到内衬材料的内部而发生的一系列化学反应。产生变质层。当变质层到一定厚度时，就开始剥落。

4)热剥落。即在经常的温度变化中，形成了巨大的热应力，超过其强度，则导致不规则剥落。

通过多次跟踪观察发现，安钢170 t铁水罐的剥落，主要发生在新罐初期使用阶段和中期维护以后的更新使用阶段，一次剥落厚度一般为10 mm～20 mm。初期的剥落，表面组织结构疏松，容易用锤头击碎而脱落;剥落块小而多。中期的剥落，表面组织结构有一定的硬度(变质层)用锤头去掉剥落层后，内衬材料(母体)组织结构疏松，剥落块的直径一般为600 mm～800 mm，连成一片，属大块剥落。

在后期，主要是内衬材料表面到内部会产生深度较大的裂纹，随着裂纹的扩展，内衬材料会发生剥落。另一个方面，内衬材料在使用过程中，材料表面经常会结有大量渣铁，并随着每一次倒空罐后罐内温度的下降，残余的渣铁会发生较大的收缩，此时产生的收缩力也可以导致材料表面被拉裂或者收缩，形成内衬材料受到更大的压力造成开裂，从而导致下一次铁水冲刷时产生剥落。

对照四种剥落类型，可以认为：铁水罐初期和中期的剥落主要是氧化剥落和化学剥落，后期出现的剥落主要是热剥落和结构性剥落，安钢所用170 t铁水罐出现的剥落主要发生在初期和中期。

2.2 砌筑及维修质量不高

170 t铁水罐所使用的耐火材料包括铝碳化硅砖(ASC砖)粘土砖、低水泥浇注料。该铁水罐共使用了40余种砖型，砖型搭配较多，砌筑精度要求严格，所以需要较高的砌筑技术。砌筑主要存在的问题是：

1)以罐口为中心放垂直线时，找不好罐体中心，易砌歪工作衬。

2)砌筑异形砖衬时易出现放射缝。

3)永久层不是一次浇筑而成，而是边砌筑边浇注，出现了浇注空洞。

4)受铁冲击区，没有增加砖衬厚度，受铁时冲刷、磨损而被损坏。

5)砌筑用泥浆因搅拌不均匀粘结力不足导致砖缝较大，有的部位超过了5 mm，出现了工作层大裂缝。

6)修补维护罐底时，未清理干净渣铁，未使用与ASC砖同材质的不定型耐火材料，未打铆罐体釉层。

2.3 罐的永久层材质差

通过观察发现，破损的170 t铁水罐永久层存在以下问题：

1)拆除永久层时，较为疏松，没有强度，浇注或捣料时未实。

2)永久层颜色变黑，且不均匀，耐火度差。

3)有裂缝，有渣铁侵入永久层，抗热震性差。

4)有大面积修补痕迹，平时大修时未按照规定进行彻底更换永久层材质。

3 采取的改进措施

3.1 优化内衬材质

从国外使用Al2O3-Si-C砖的情况看，不同性能指标的ASC砖有不同的使用寿命，为了既可低成本运行，又有安全保障，我们选择了一种轻烧Al2O3-Si-C砖制品，该制品的理化指标见表1［1］。

表1 轻烧Al2O3-Si-C砖理化指标

从表1可以看出，该制品的显气孔率，体积密度，耐压强度等物理指标与烧成的高炉用制品有一定的差距，但就铁水罐使用而言，着重考虑了其抗渣性、抗热震性、稳定性和抗机械冲刷能力。另外，还在砖型尺寸和砌筑过程中加以改进。消除了砌筑时放射缝和变砖时大错台和砌体中心歪斜等问题。

为了防止工作层砖衬剥落，冲击区既采用碳化硅砖，还特地增加了其砖衬厚度。其他区域采用了普通的ASC砖和普通粘土砖。

3.2 完善永久层设计

将罐内打理干净，以上罐口和二层罐口为中心，改放线方式为双放线，放好垂直线，找出罐体中心。以中心线为参考，设定模具中心，固定好模具，根据不同部位的使用条件选配浇注料;渣线和罐身部位选用抗侵蚀、耐冲刷具有结构强度的高铝质—碳化硅浇注料，罐底部位选用了莫来石质浇注料，罐体上部选用了低水泥浇注料。进行整体浇注，永久层浇注时，严格控制料与水的混合比。坚持不流淌、不开裂、振动时表面微泛浆为原则。所有浇注作业结束后，根据硬化情况脱模。自然养护48 h后，开始烘烤。烘烤是严格按照烘烤曲线进行。确保前期自由水和中期结晶水顺利烘干、脱出。

3.3 改进砌筑工艺

针对在砌筑工艺中存在的诸多问题，技术人员经过对比其他单位，参照热砌标准，对砌筑工艺实行了如下改进：

1)增加预砌工序，以消除砌筑过程中造成的放射缝、三角缝等不利于长寿的因素。

2)增加受铁区砖衬厚度，通过适当增加工作层厚度(150 mm～200 mm)，以达到延长使用寿命的目的。

3)在使用过程中，铁水罐使用300炉次时和400～450次时分别进行一次冷检修补料。修补料使用与ASC砖同材质的不定型耐火材料，修补有效使用炉数为100次。对下线冷却好的铁水罐，用风镐或者凿子将粘附在工作层的渣铁清理下来，将砖衬釉层打掉然后用高压风吹清罐内残余粉尘直到罐壁内无渣铁和其他粉尘后，再支模浇注修补。修补层一般为200 mm～220 mm.。

永久层部位的改良效果：采用上罐口和二层罐口为中心，双放线找中心和浇注过程分区域选配后，永久层的性能、作用发生了较大变化，与工作层内衬进行了有效互补，为170 t铁水罐安全运行提供了最后的保障。

3.4 加强日常运行监测和管理

由于是首次使用170 t铁水罐，为确保安全生产，充分发挥170 t铁水罐运输铁水的优势，生产技术人员结合本单位生产实际，采取了一系列行之有效的管理措施。

3.4.1 规范热态点检

铁水罐上线运行50次以后，要进行第一次热检，从罐口观察罐内有无衬体剥落、下垂、和砖缝钻铁等砌筑质量问题。

确认无误后再投入使用。对正常在线运行的铁水罐要点检钢结构部分和罐体耐火材料部分。钢结构部分包括车架、支座、耳轴、罐轴、罐壳。罐体耐火材料部分包括护板、罐口浇注料、罐体内衬。点检内衬的方法包括：用测温枪对铁皮测量，温度一般在170℃ ～240℃范围内，如超出此温度范围，要进行重点监护，通过检查铁水罐皮重，找出皮重减轻较多的铁水罐，说明其砖面剥落较严重，应进行重点监护，肉眼观察铁水罐内衬，如发现砖缝清晰，错台明显，砖面呈蘑菇状，说明砖体侵蚀严重，应进行下线，冷态点检，实测砖衬厚度。

3.4.2 增加下线点检

铁水罐使用到300次时要进行一次冷检，观察内衬砖体是否侵蚀均匀，是否有剥落，并对照原始砌筑尺寸计算其破损程度。使用到400炉次时要进行第二次冷检，要对罐口，球形区，直段处、冲击区进行实际尺寸实际测量。测量判断其使用寿命。一般按照罐体内衬侵蚀线来预测其寿命和安全性，要求铁水罐下线大修时罐内最小残余内衬尺寸不得小于120 mm。大修时一般要组织专业技术人员，对铁水罐钢结构进行探伤。

4 使用效果及实践

170 t铁水罐采取改进措施后，内衬材质选用了不同的轻烧Al2O3-Si-C砖理化指标和增加冲击区域的碳化硅砖的厚度，实现了同步侵蚀;砌筑方面，消除了放射缝和浇注空洞，采取清除干净渣铁、打铆砖体釉层，浇注修补料等措施之后，砖缝钻铁现象得到了有效控制;通过170 t铁水罐热态点检、下线点检，运行监控，对应维护，通过记录等手段，不留死角，发现小问题，杜绝大事故，为其使用效率的提高提供了有效依据。

这些措施的有效实施，在生产实践中，控制了氧化剥落、化学剥落和机械剥落，在原设计不足或设计冗余量不足的情况下，根据实际使用的情况，对各方面进行综合改进，充分发挥了170 t铁水罐运输铁水的优势，确保了170 t铁水罐的安全长寿运行，获得了良好的效果。2011年170 t铁水罐平均使用寿命由之前最少的60次～70次提高到了平均550炉次，期间公司未发生一次由于铁水罐泄漏导致的生产事故或安全事故。本次运行实践不仅改良了原设计，优化了原工艺，更取得了具有借鉴意义的成功经验。