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耐火球粘结及损坏原因分析

从产生粘连的部位进行取样分析看,高铝球表面覆盖着一层很薄的深灰色致密物,这一层深灰色致密物是球与球之间产生粘连的主要物质。产生粘连的40mm高铝球表面普遍存在裂纹,其深度1一3mm不等,除受外力作用而产生的较大贯穿裂纹外,裂纹的分布很不规则,大多呈网状结构,球的形状也不完整,从外观可以看出耐火球变形比较明显。这是耐火球渣化和长期处于急冷急热环境下产生应力所造成的结果。
耐火球渣化与高铝球的成分及其所处的气体环境有关。在换球前对高铝球的成分进行了分析,其Al2O3含量为68.3%。有研究表明,制品中Al2O3含量越高,其热稳定性会显著降低。
球床结构对热风炉内球床的气体流场、温度场的分布以及它们的均匀稳定性产生较大的影响。此次所换球的球床结构为2.5米60mm镁铝球+4.5米40mm高铝球,这样的球床结构不合理。理论上可以证明球床的孔隙度与耐火球的直径无关,但耐火球之间的孔隙当量直径随耐火球直径的减小而减小,热气体流场中的迷宫系数随耐火球直径的减小而增加。当烧炉时,来自热风炉上部的高温气体经过中60mm镁铝球段进入40mm高铝球段后,显然气体流动的阻力增加,因而气体的流速降低,导致40mm与60mm耐火球的接触段的蓄热量增加,结果是该球段的温度比其它球段要高出许多。在高温作用下耐火球产生软化变形,加之在煤气所含低熔点粉尘以及助燃风机所吸人的周围环境的粉尘等的共同作用下,耐火球产生渣化和粘连。
燃烧器烧嘴中心线与水平线的上倾角为25°,一方面,通过燃烧器进人热风炉拱顶的高温气体对拱顶耐火砖产生冲刷作用,因耐火砖受冲剧而产生的粉末随气体流向球床,在球床阻力较大处产生积聚,堵塞球床的孔隙;热气体堵塞处的流动受阻而使该处温度升高,温度超过一定限度使得耐火球产生软化变形,球与球之间的孔隙进一步减小,热气体在该处的流向发生变化,使其邻近区域耐火球的温度升高,蓄热累积而软化变形,形成恶性循环,最终导致局部整体粘连。另一方面,烧嘴中心线与水平线的上倾角决定着高温烟气在球床内流动的均匀性,涟钢球式热风炉由于没有采用上部气流均配技术,从燃烧器产生的大量高温烟气不能均匀地从上部进人球床,因而存在上部气流不均匀的问题,从煤气中所带人的粉尘易在球床上部积聚,
使球床阻损增加,缩短卸球清灰周期。
高铝球的强度不够,由于高铝球处于球床的下部,受上部球床球的压力、球床的运动、球与球之间的相互挤压以及热风炉内耐火球受急冷急热的作用而变形、破碎,使球与球之间的点接触,逐步变为面接触,破碎后的耐火球碎块填充在球与球之间的空隙中,使球床的孔隙度降低,导致球床的透气性变差,清球周期缩短。
从热风炉换球时的现场观察和取样分析看,耐火球的变形、破碎也是使清球周期缩短的一个主要原因之一。由于耐火球还没有相关的质量标准,与耐火球有关的热工特性和矿物组成要达到何种标准才符合要求,这是球式热风炉在选用耐火球时所遇到的一个难点问题,也是目前球式热风炉在推广过程中所引起争论的一个焦点。高炉的3座球式热风炉,由于缺乏检验标准以及没有相关的检验设备和手段,耐火球的热工特性(如重烧线收缩率、热震稳定性,蠕变率、高温耐压强度、荷重软化温度等)在装球前没有进行检验,且球式热风炉在300m3级高炉使用的历史并不长,耐火球的
制作工艺和烧成工艺还有待研究和发展,虽然耐火球某些常温特性(如体密度、气孔率等)通过检验后符合厂家质量保证的要求,这些常温特性是否是耐火球使用的最佳值或符合某一标准,并且这些特性是否适应热风炉内耐火球的热物理特性需进一步研究论证。
对布袋除尘运行状况要进行有效监测。
煤气含尘也是造成耐火球球床淤积堵塞和耐火球渣化的另一方面原因,而煤气中的含尘量与煤气除尘布袋的运行状况有着很大的关系。由于除尘布袋的材质及其所使用的环境(如煤气温度)与布袋的使用寿命有着很大的关系,但布袋的使用状况目前还没有一种行之有效的检漏手段,对高炉煤气的日常检测中,煤气含尘量不作常规检测。除尘布袋损坏到发现时,就已有大量粉尘流向热风炉内,在球床的某些局部积聚,积聚的粉尘在高温作用下软化使耐火球产生粘连,同时粉尘中的碱性氧化物如Na20、KZO以及其它一些氧化物(如氧化锌等)和铁的氧化物与耐火球表面相关组成氧化物如1A203、510:在高温作用下发生化学反应生成低熔点的化合物,不断向耐火球内渗透使耐火球表面渣化、剥落,产生裂纹;同时从助燃风机吸人大气中的固体颗粒也起着同样的作用。
二、延长耐火球使用寿命的措施
加强对热风炉所用煤气含尘量和助燃空气吸人颗粒的控制。完善对煤气含尘量的检测手段,控制助燃空气从大气中吸人固体颗粒的量,减少粉尘对球床的堵塞,提高热风炉的热交换能力。
对球床结构进行优化。通过对热风炉内温度场和气体流场的研究,从温度分布和气体分布的均匀性角度提出最佳的球床结构,减少因温度、气流分布不均使局部温度过高所造成的耐火球软化变形,达到提高耐火球使用寿命的目的。
提高耐火球的质量。耐火球的矿物组成、制作工艺、烧成工艺等对耐火球的使用特性起着决定性的作用,提高耐火球的质量(主要是其热物理特性)是延长球式热风炉使用寿命的一个重要途径。均匀混合煤气热值,主要是确定混合煤气的比例,使混合煤气均匀、稳定,减少因混合煤气热值的波动对热风炉的影响。


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