高炉喷煤管内壁耐磨性差的原因分析

2021-07-09吴月龙毕丽燕葛宪伟

山东冶金 2021年3期

蒋鹏，吴月龙，毕丽燕，葛宪伟，吴艳

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东济南271100）

1 前言

喷煤是将煤粉通过喷煤管径直吹管喷入高炉风口，喷煤管的工作环境十分恶劣，喷煤管容易破损，破损后导致喷出的煤粉射流改变流动方向，对高炉风口直接冲刷，造成风口损坏、影响生产。一般来说，喷煤管使用寿命在2 个月左右，最低不少于1 个月，某高炉喷煤管近期出现频繁破损的故障，为查明原因，取样进行分析。

2 试验方法

1）宏观检测，对样品进行宏观形貌分析并借助SZ61TR体视显微镜进行局部形貌分析。

2）化学成分检测，在送检试样上截取化学成分试样，用SPECRTOLAB M10 型光电直读光谱仪对试样化学成分进行分析。

3）金相分析，对送检试样截取金相试样磨制、抛光，在GX51金相显微镜上进行金相检测。

4）电镜能谱分析，使用Sigma 500 场发射电镜进行电镜能谱分析。

3 试验结果

3.1 宏观检测

送检样品外径约25 mm，外壁锈蚀严重，内壁磨损严重，向一侧磨出弧形凹槽，剖开后对内表面放大30 倍进行观察发现，内壁较为光滑部位存在少量点状凹坑，磨损明显部位存在大量粗糙的凹坑及沟状磨损痕迹，凹坑中分布大量锈蚀颗粒物。

3.2 化学成分检测

根据协议要求喷煤管材质为06Cr25Ni20，化学成分检测结果见表1，参照GB/T 20878—2007，各元素含量符合国标规定范围。

表1 样品化学成分检测结果 %

3.3 金相检测

沿样品轴向截取金相样品，磨制、抛光后进行非金属夹杂物检测，发现样品仅存在少量C类夹杂物，级别0.5级，夹杂物控制较好。

沿样品径向截取金相样品，磨制、抛光后对内壁部位进行金相观察，结果见图1，内壁磨损严重部位存在深度约50 μm的网状裂纹，内壁较光滑部位存在深度约30 μm的凹坑，凹坑周围伴有轻微的网状裂纹存在。经苦味酸盐酸溶液腐蚀后发现，样品基体部位组织为奥氏体组织，晶粒度为5.5 级。网状裂纹基本位于奥氏体晶界部位。

图1 金相检测结果

3.4 电镜能谱检测结果

对内壁靠近裂纹部位的金相样品进行电镜能谱观察，结果见图2，晶界部位C、O 元素含量较高，Cr、Ni元素含量较低，此外有一定量的Cl元素存在。

图2 内壁金相样品电镜能谱分析结果 %

4 样品化学成分检测结果分析

样品化学成分检测结果知，各元素含量符合国标要求；夹杂物检测结果知，样品存在少量的0.5级C 类夹杂物；样品基体部位金相检测结果知，组织为奥氏体组织，组织状态正常。由此可知喷煤管本身无制造问题。

对样品内壁部位进行金相检测知，磨损严重部位存在严重的网状裂纹，裂纹位于晶界位置，为晶间腐蚀的特征。此外，平滑部位也有网状裂纹脱落形成的凹坑。电镜能谱分析发现，晶界部位Cr 元素含量低于基体Cr元素含量，为典型的贫铬现象。喷煤管靠近风口温度一般要求在400 ℃以内，但是实际作业的区域温度一般在400～600 ℃范围内，虽然06Cr25Ni20 属于耐热不锈钢范畴，可适用于1 000 ℃以上的作业环境，但是，一般来说奥氏体不锈钢的敏化区间为450～850 ℃，在此温度区间内长时间停留，晶粒内的Cr元素扩散能力增强，极易使晶界贫铬出现晶间腐蚀。

喷煤是经喷煤管在氮气作用下高速喷入高炉内，煤粉在喷煤管快速运动对内壁造成冲蚀，由于内壁发生晶间腐蚀，在煤粉冲蚀下发生晶间腐蚀的内壁表层会被率先冲刷掉，造成喷煤管内壁减薄。在高温及煤粉高速冲蚀长时间作用下，喷煤管内壁会逐渐减薄直至穿透。

此外，电镜能谱检测还发现晶界存在一定含量的Cl元素，由于Cl离子体积较小，极易破坏不锈钢表面的钝化膜，使得晶界出现贫铬现象，会进一步加剧腐蚀现象的发生。经查询，Cl离子应为洗煤所用水中的，洗煤过程中附着在煤粉中进入喷煤管。