高炉布料溜槽故障分析及长寿化应用实践

张荣军，于成忠

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山114021）

高炉炉顶布料溜槽是高炉装料的关键设备，一旦发生故障，就会直接造成高炉休风的恶性事故。高炉布料溜槽耐高温长寿型技术一直是国内外研究高炉炉顶设备长寿化的重要课题。随着大高炉冶炼强度提高，高炉布料时烧结矿单位时间内第一落料点处料流冲击量增大，且高炉炉喉中心温度经常达到700℃以上，而现有高炉布料溜槽技术不能完全解决这一问题。

鞍钢股份有限公司炼铁总厂3200 m3高炉炉顶布料溜槽曾多次发生烧损断裂故障，特别是在2005年12月4日和12月28日新2#高炉、3#高炉分别投产运行后，仅新2#高炉从开炉到2009年上半年炉顶布料溜槽就连续发生5起事故，布料溜槽平均寿命只有6个月左右，严重制约了高炉正常生产。研究3200 m3级以上高炉在高冶炼强度下，如何能满足生产的需要，并有效提高布料溜槽使用寿命，使其适应大高炉高强度、高温冶炼和设备周期管理的要求，成为炼铁工作者迫切需要解决的重大课题。

1 布料溜槽使用现状和存在的问题

1.1 布料溜槽使用现状

布料溜槽正常生产状态是在粗煤气 （含尘蒸汽、煤气）环境下运行，炉顶温度为150～230℃，炉喉中心温度约在700℃以上。高炉各批次炉料从料流调节阀衬板处冲落到布料溜槽上，下料落差约2.9 m，每座高炉每天上料312批，其中矿石批重82 t，焦炭批重15.97 t，合计每天上矿石12 792 t，焦炭2 491.32 t。 布料溜槽在高炉内不断螺旋式旋转并改变倾角，炉料沿布料溜槽滑向炉内。

目前鞍钢炼铁高炉使用的布料溜槽按结构来讲属于分体式，即槽身和鹅头体单独成体，再用紧固件把合，鹅头体可重复利用，两边对称度较好；槽身按衬板制作工艺分为：堆焊合金衬板和镶嵌硬质合金块衬板2种布料溜槽。鞍钢使用的布料溜槽槽身主要采用堆焊合金衬板形式，少数采用镶嵌合金形式。从鞍钢实际使用状况看，堆焊合金衬板的布料溜槽其耐磨耐冲刷性较好，而镶嵌硬质合金块衬板的布料溜槽却由于其硬质合金块利用率和基体钢板本身耐冲刷性之间的矛盾，其应用受到限制，使用效果不太理想。

堆焊合金衬板的布料溜槽其形式如图1所示。布料溜槽的鹅头体和槽身、保护板之间通过螺栓连接（局部焊接）而组成。鹅头体、槽身、保护罩等材质都是1Cr18Ni9Ti；衬板为堆焊合金；槽体与保护罩间填充隔热棉材料；紧固螺栓是耐热不锈钢，布料溜槽总体长度为4 m。

图1 堆焊合金衬板的布料溜槽结构图

1.2 布料溜槽存在的问题

以鞍钢炼铁总厂新2#高炉为例，新2#高炉2005年12月4日投产，高炉布料溜槽设计使用寿命15个月，实际寿命平均只有6个月左右，主要破损形式如下：

（1）下料点处磨穿。2006年9月份年修时发现布料溜槽在下料点处磨穿，形成Φ150 mm左右的窟窿，因更换及时未造成后果。

（2）衬板与颚部脱离。2007年5月1日7:30新2#高炉非计划休风，11:00发现布料溜槽的溜槽衬板部分与颚部脱离，立刻组织设备更换，因备品尺寸误差耽误，修风时间延长，到5月2日9:30安装完毕，高炉12:00送风，事故造成高炉推迟送风14.5 h。2007年5月1日布料溜槽损坏状况见图2所示。

（3）下部脱落。2007年10月7日4:09新2#高炉生产不顺；至10月8日凌晨，发现炉内布料溜槽异常；9:32非计划休风处理煤气；13:10开炉顶北大门检查,发现布料溜槽本体断裂,下部掉入炉内；18:00布料溜槽更换完毕；18:12高炉送风，事故时间为26.06 h。

图2 布料溜槽损坏状况

（4）溜槽断裂。 2008年8月1日3：00，新2#高炉岗位人员发现炉顶水冷齿轮箱旋转电流突然减小，十字测温中心点温度降低，拱顶温度升高，初步判断为炉顶布料溜槽问题；7：20高炉开始减风；8：45检查发现布料溜槽已断，高炉休风更换布料溜槽；17：20送风恢复生产。鞍钢新2#高炉布 料溜槽使用寿命和破损原因见表1。

表1 鞍钢新2#高炉布料溜槽使用寿命和破损原因

2 布料溜槽损坏主要原因分析

通过对鞍钢3200 m3高炉多次发生事故的布料溜槽检查发现，布料溜槽损坏的主要原因是：

（1）鹅头体与槽体连接螺栓连接强度不足，在长期冲击负荷和热应力作用下螺栓孔拉长断裂，连接失效，是衬板与颚部脱离的主要原因。

（2）外侧护板不能承受炉喉中心高温、煤气流周期冲刷而发生烧损脱落，造成溜槽整体抗弯强度下降，槽体钢板变形而失效，是溜槽下部脱落和断裂的主要原因。

（3）布料溜槽内耐磨衬板不能承受大料流冲击磨损，是下料点磨损的主要原因。

鞍钢以往2580 m3高炉布料溜槽损坏原因主要集中在布料溜槽内耐磨衬板不能承受大料流冲击和滑移磨损，导致使用寿命降低。3200 m3高炉和2580 m3高炉布料溜槽损坏的主要原因差别是冶炼强度不同，从而导致炉喉中心温度和中心气流不同。

3 布料溜槽改进措施

传统观念认为[1]，布料溜槽的内表面铺设耐磨衬板，高炉炉料从料流调节阀下落到布料溜槽鹅头端部的耐磨衬板上，再通过耐磨衬板的工作表面滑向炉内布料。因此布料溜槽的使用寿命是由镶嵌在布料溜槽内的耐磨衬板的使用寿命决定的。但是生产实践表明，3200 m3级高炉布料溜槽的使用寿命不仅与耐磨衬板的使用寿命相关，而且在很大程度上取决于布料溜槽外壳体的耐高温腐蚀冲刷的能力[2]。

针对3200 m3高炉布料溜槽损坏原因分析，综合考虑布料溜槽的整体刚度、耐高温腐蚀辐射性能和布料溜槽重量，以及设备成本等因素，在现有的堆焊合金衬板布料溜槽基础上进行改进，以提高布料溜槽寿命，使之适应高炉冶炼和设备周期检修的需求。具体措施如下：

（1）增强布料溜槽鹅头体和槽体的连接强度。布料溜槽鹅头体材料、厚度不变，鹅头体沿槽体方向延长一定长度，同时鹅头体与槽体连接处的紧固螺栓直径增大，数量增加一倍，增加连接强度，并在紧固螺栓靠近炉内一侧增加1Cr18Ni9Ti保护罩，减少热辐射对螺栓连接性能的影响。

（2）彻底改变布料溜槽外保护壳体结构，提高抗热辐射腐蚀强度。改变原有布料溜槽外层护板和中间层之间添加隔热棉的结构，取消外层保护板和隔热棉设计，适当增加中间层板厚度后，对布料溜槽槽体热辐射面的紧固螺栓采取增加防护罩的保护措施，并沿布料溜槽槽体方向设置一定数量的加强方钢筋板，在圆周方向分割成小块区域焊接不锈钢铆固钉并填充钢纤维，增加耐高温浇注材料（耐温1 000～1 200℃），提高布料溜槽的整体刚度和热辐射面的耐热性,适应高炉高温高强度冶炼要求。

（3）增强布料溜槽第一落料点耐料流冲击性能，延长布料溜槽衬板整体寿命。在第一落料点处的阶梯耐磨衬板层上增加一种可拆换的加厚堆焊合金耐磨衬垫，提高料流的冲击磨损能力，可拆换的焊接合金耐磨衬垫整体直接插入阶梯耐磨衬板层之间连接，使布料溜槽更易于维护。

4 改进布料溜槽应用效果

在原有堆焊合金衬板布料溜槽基础上，新改进的耐高温长寿型高炉布料溜槽在2009年9月鞍钢新1号高炉年修中首次投入使用后，运行至2010年10月年修下线更换，高炉布料溜槽使用寿命达到14个月，比改进前延长9个月，可以满足3200 m3高炉高温高强度的冶炼需求，没有产生热变形烧损事故，达到预期效果。目前该类型布料溜槽在鞍钢本部高炉已推广使用，经过连续多年的实践检验，基本满足高炉高温冶炼的需求。新型布溜槽3个月和14个月下线状态分别见图3和图4所示。

图3 新型布料溜槽在线3个月状态

图4 新型布料溜槽14个月下线状态

5 结论

（1）3200 m3级高炉布料溜槽的使用寿命不仅与耐磨衬板的使用寿命相关，而且在很大程度上取决于布料溜槽外壳体的耐高温腐蚀冲刷的能力，这与以往2580 m3级及以下高炉布料溜槽使用寿命有着很大不同。

（2）改进的布料溜槽能够满足3200 m3高炉高强度高温冶炼要求，具有耐高温辐射、抗大料流冲击磨损性能，适应鞍钢高炉高温、高强度冶炼需求，实现高炉布料溜槽耐高温长寿化的要求，达到预期长寿目标，取得良好的经济效益，有利于实现高炉设备周期化管理和高炉的稳定运行，在鞍钢高炉和国内外高炉大冶炼中极具推广价值。

（3）布料溜槽使用寿命与高炉炉顶温度、中心煤气流都有着直接相关性。由于布料溜槽所用1Cr18Ni9Ti材质本身性能的限制，建议高炉炉喉中心温度最好不要长时间超过600℃，同时谋求合理的炉顶中心煤气流分布，因为中心煤气流过盛，虽然炉顶温度在正常范围内，但在中心却存在局部温度过高区域，而中心煤气流正对布料溜槽上部（断裂位置）。因此布料溜槽上部如何减缓高温煤气流的冲刷，也是我们面临的新课题。

[1] 高晓松，高晓柏．长寿命布料溜槽的研制[J]．中国设备工程，2005（4）： 31-32．

[2]张洪宇，于成忠，赵长城.鞍钢新2号高炉布料溜槽损坏原因[J].炼铁， 2007（6）： 36-38.