碳复合砖在山西建邦集团高炉的应用生产实践课件.ppt

1、碳复合砖在山西建邦集团高炉的应用生产实践 内容提要内容提要 一、一、山西建邦集团有限公司高炉配置情况山西建邦集团有限公司高炉配置情况 二、二、碳复合砖在山西碳复合砖在山西建邦集团建邦集团高炉上的应用背景高炉上的应用背景 三三、碳复合砖在山西碳复合砖在山西建邦集团建邦集团450m3、1860m3高炉上高炉上的应用情况的应用情况 四、碳复合砖在山西四、碳复合砖在山西建邦集团建邦集团高炉上的应用效果高炉上的应用效果 五、几点建议五、几点建议一、山西建邦集团简介一、山西建邦集团简介 1、山西、山西建邦集团建邦集团是一家民营企业，集团公司总部位于山是一家民营企业，集团公司总部位于山西省侯马市北郊工业园区

2、西省侯马市北郊工业园区(侯马市归侯马市归临汾市临汾市管辖），集团公司管辖），集团公司下设下设三个三个分公司分公司，分别是山西通才工贸有限公司（曲沃县），分别是山西通才工贸有限公司（曲沃县）、山西建邦集团铸造有限公司（侯马市）、山西建邦集团铸造有限公司（侯马市）、山西汤荣机械制、山西汤荣机械制造股份有限公司造股份有限公司（侯马市）。（侯马市）。公司员工公司员工5000余人，余人，生铁产能生铁产能400万吨，其中铸万吨，其中铸造用造用球球墨生铁和高纯生铁墨生铁和高纯生铁100万吨，炼钢生万吨，炼钢生铁铁300万吨。万吨。炼钢、轧钢炼钢、轧钢产能产能 300万吨万吨。一、山西建邦集团生产配置一、山西

3、建邦集团生产配置 集团公司现有高炉集团公司现有高炉5座。座。2、山西建邦集团铸造有限公司、山西建邦集团铸造有限公司450m31，230m31；带；带式烧结机式烧结机45m21，步进式烧结机，步进式烧结机 90m21。3、山西通才工贸有限公司，位于曲沃县太子滩工业园区，、山西通才工贸有限公司，位于曲沃县太子滩工业园区，高炉高炉3座座1860m31，450m31，380m31；烧结机；烧结机3台台：带式烧结机：带式烧结机360m21，步进式烧结机，步进式烧结机 90m22。一、一、山西建邦集团山西建邦集团高炉配置高炉配置1 1、山西通才工贸有限公司、山西通才工贸有限公司1#1#高炉有效容积高炉有效

4、容积380m3,380m3,设设1212个个风口，炉缸炉底采用风口，炉缸炉底采用碳砖碳砖+棕刚玉陶瓷杯棕刚玉陶瓷杯结构，配结构，配4 4座座球式热风炉，空气单预热，风温球式热风炉，空气单预热，风温11501150；2 2、山西通才工贸有限公司、山西通才工贸有限公司2#2#高炉和建邦铸造有限公司高炉和建邦铸造有限公司2#2#高炉，有效容积高炉，有效容积410m3,410m3,设设1414个风口，炉缸炉底采用个风口，炉缸炉底采用碳碳砖砖+碳复合砖碳复合砖结构，配结构，配3 3座豫兴顶燃式热风炉，空气单座豫兴顶燃式热风炉，空气单预热，风温预热，风温12501250；3 3、山西通才工贸有限公司、山西

5、通才工贸有限公司3#3#高炉有效容积高炉有效容积1300m3,1300m3,设设2222个风口，炉缸炉底采用了个风口，炉缸炉底采用了高导热碳砖高导热碳砖+微孔碳砖微孔碳砖+碳复碳复合砖合砖+陶瓷垫结构。配陶瓷垫结构。配4 4座豫兴顶燃式热风炉座豫兴顶燃式热风炉+2+2座预热座预热炉，空气煤气双预热，助燃空气二次预热，全烧高炉炉，空气煤气双预热，助燃空气二次预热，全烧高炉煤气，送风风温可达煤气，送风风温可达13501350；二、二、碳复合砖在山西碳复合砖在山西建邦集团建邦集团高炉上高炉上的应用背景的应用背景 通过生产实践应用对传统炉底炉缸结构的认识：通过生产实践应用对传统炉底炉缸结构的认识：1.

6、全炭结构中由于炭砖抗氧化性差，在冷却壁漏水时易出现烧穿的全炭结构中由于炭砖抗氧化性差，在冷却壁漏水时易出现烧穿的危险，危险，2005年年3#高炉高炉2#风口下漏水炉缸烧穿；风口下漏水炉缸烧穿；2.炭砖的抗铁和抗冲刷性差，易出现象脚状侵蚀炭砖的抗铁和抗冲刷性差，易出现象脚状侵蚀3.炭砖加陶瓷杯结构中的陶瓷杯使用效果没有想象中的好，使用寿炭砖加陶瓷杯结构中的陶瓷杯使用效果没有想象中的好，使用寿命仅命仅1-3年，陶瓷杯侵蚀完后仍然存在全炭结构中存在的的问题年，陶瓷杯侵蚀完后仍然存在全炭结构中存在的的问题1996年前济源钢铁厂全炭炉底炉缸结构年前济源钢铁厂全炭炉底炉缸结构73131400刚 玉 浇 注

7、 料1250（400+1）6 2406炉 壳 拐 点4517165（99+1.25）16 1604R2625R275034534523023050BFD-S9炭 素 捣 料8075350炭 素 捣 料8769微 孔 炭 砖42178112025?180?3008200铁 口 中 心 线刚 玉 浇 注 料467763910900BFD-S9炭 素 捣 料风 口 中 心 线40066511965刚 玉 浇 注 料缓 冲 泥 浆?5600756610022878微 孔 刚 玉 铁 口 组 合 砖微 孔 刚 玉 风 口 组 合 砖粘 土 保 护 砖80粘 土 保 护 砖粘土保护衬粘土保护衬1996年后

8、济源钢铁厂采用炭砖加陶瓷杯年后济源钢铁厂采用炭砖加陶瓷杯炉底炉缸结构炉底炉缸结构陶瓷杯陶瓷杯碳复合砖与国内外几种炭砖性能的比较碳复合砖与国内外几种炭砖性能的比较性性 能能单位单位碳复合砖碳复合砖日本日本CRD-BFAL棕刚玉浇注棕刚玉浇注块块刚玉刚玉莫来石砖莫来石砖复合复合棕刚玉砖棕刚玉砖Al2O3%78.6075.49体积密度体积密度g/cm32.982.783.292.863.02显气孔率显气孔率%10.9612.8101813透气度透气度mDa0.636.08119435平均孔径平均孔径m0.2380.3610.175-1m孔容积孔容积%80.446795.33-铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数

9、%0.312.410-0.530.540-0.96抗炉渣侵蚀性抗炉渣侵蚀性%1.562.7323.0857100导热导热系数系数室温室温W/mk17.3418.846.354.16-30016.2113.614.934.485.0360014.275.424.46-80013.784.615.08-抗抗碱碱性性原耐压强度原耐压强度MPa76.004466.0810598.41后耐压强度后耐压强度MPa79.9344.5667.0535.86.55强度变化率强度变化率%+5.20+8.1+2.386693体积膨胀率体积膨胀率%3.924.525.8417.031.86外观外观无裂纹无裂纹无裂纹无

10、裂纹无裂纹无裂纹松散松散无裂纹无裂纹评价评价优优(U)优优(U)优优(U)差差(C)优优(U)碳复合砖与国内外陶瓷杯的比较碳复合砖碳复合砖 特点特点 碳复合砖碳复合砖保留了保留了炭砖的高导热性炭砖的高导热性,又具有陶瓷杯又具有陶瓷杯高高的耐压强度（常温的耐压强度（常温70MPa以上）、良好的耐磨性、优以上）、良好的耐磨性、优良的抗铁水溶蚀性（铁水溶蚀指数良的抗铁水溶蚀性（铁水溶蚀指数1.5）、抗氧化）、抗氧化性性等，对等，对提高高炉运行的安全性，延长高炉使用寿命提高高炉运行的安全性，延长高炉使用寿命具有重要意义。具有重要意义。三、碳复合砖在山西通才三、碳复合砖在山西通才450m3、1860m3

11、高炉上的应用高炉上的应用1、山西通才、山西通才2#410m3高炉，炉缸炉底采用高炉，炉缸炉底采用微孔碳复合砖微孔碳复合砖，2007年年12月投产；月投产；2、山西建邦铸造、山西建邦铸造2#410m3高炉，炉缸炉底采用高炉，炉缸炉底采用微孔碳复微孔碳复合砖合砖，2008年年7月投产；月投产；3、山西通才、山西通才3#1860m3高炉，炉缸炉底采用高炉，炉缸炉底采用微孔碳复合微孔碳复合砖砖，2012年年7月月13日投产；日投产；?760010030120?5400微 孔 模 压 炭砖微 孔 模 压 炭砖微 孔 模 压 炭砖微 孔 模 压 炭砖4 5449 7.55 4 61 60 46 9 22

12、76 85 4 67 25渣 口 中 心线8250铁 口 中 心 线7000铁口 中 心 线炉 皮 拐点6220微 孔模 压 炭 砖 上 面标 高微 孔 模压 炭 砖 下 面 标高10 6 430 0 0524436409250997510000炉 皮 拐 点炭 素捣打 料6853 7 8 084 58.549 3碳 复 合砖 炉 底碳 复合 砖 炉 底碳复 合渣口 组合砖碳 复合铁口 组合砖碳复 合风口 组合砖碳 复 合 砖上 面 标 高碳 复合砖通才、建邦通才、建邦2#高炉设计方案高炉设计方案碳复合砖碳复合砖四、碳复合砖在山西四、碳复合砖在山西建邦集团建邦集团高炉上的高炉上的应用效果应用效

13、果 山西建邦集团原有山西建邦集团原有2 2座高炉，使用寿命仅座高炉，使用寿命仅3-53-5年左右，利用系数仅为年左右，利用系数仅为2.83.02.83.0。为改变这种状况，。为改变这种状况，20072007年在新建通才年在新建通才2#410m32#410m3高炉和建邦高炉和建邦2#410m32#410m3高炉时进行了认真的考察和分析高炉时进行了认真的考察和分析比较和反复论证，认为由巩比较和反复论证，认为由巩义市第五耐火材料总厂研发的碳复合砖兼顾了炭砖优良的导热性和传义市第五耐火材料总厂研发的碳复合砖兼顾了炭砖优良的导热性和传统陶瓷杯的抗铁溶蚀性、抗氧化性等，又克服了它们各自存在的不足，统陶瓷杯

14、的抗铁溶蚀性、抗氧化性等，又克服了它们各自存在的不足，特别是解决了炭砖存在的抗铁溶蚀性和抗氧化性差的问题及其设计的特别是解决了炭砖存在的抗铁溶蚀性和抗氧化性差的问题及其设计的新型结构对提高高炉下部的安全性、长寿命具有极好的作用，因此在新型结构对提高高炉下部的安全性、长寿命具有极好的作用，因此在这两座高炉的下部采用了相同的结构和材料：炉底下部采用这两座高炉的下部采用了相同的结构和材料：炉底下部采用4 4层高导层高导热微孔模压炭砖，炭砖上部满铺热微孔模压炭砖，炭砖上部满铺2 2层碳复合砖，其余炉缸及风、铁、层碳复合砖，其余炉缸及风、铁、渣口全部采用碳复合砖。经过渣口全部采用碳复合砖。经过6 6年的

15、使用，以通才年的使用，以通才2#2#炉为例：利用系炉为例：利用系数最高达数最高达 4.0 4.0，停炉检查炉缸区域基本还是原砖面，达到了非常好，停炉检查炉缸区域基本还是原砖面，达到了非常好的使用效果，目前这两座高炉运行状况良好。的使用效果，目前这两座高炉运行状况良好。四、碳复合砖在山西四、碳复合砖在山西建邦集团建邦集团高炉上的高炉上的应用效果应用效果 根据碳复合砖及其新型结构在通才根据碳复合砖及其新型结构在通才2#2#和建邦和建邦2#2#炉上的应用成效，炉上的应用成效，20112011年在新建年在新建1860m31860m3高炉时高炉时决定仍然采用了类似的结构，该高炉决定仍然采用了类似的结构，

16、该高炉20122012年年7 7月月1313日投产，日投产，3 3 个月已实现产月产个月已实现产月产11.811.8万万 吨。经过吨。经过1 1年多的生产年多的生产运行，目前高炉各项数据稳定：日产运行，目前高炉各项数据稳定：日产3900-4250d/t,3900-4250d/t,焦比焦比330-330-360Kg/t360Kg/t煤比煤比150Kg/t150Kg/t，风温，风温1270,1270,风压风压385KPa385KPa顶压顶压220 KPa 220 KPa，运行，运行正常。正常。从以上三座高炉使用情况显示出：采用碳复合砖材料和全碳复合从以上三座高炉使用情况显示出：采用碳复合砖材料和全

17、碳复合砖炉缸结构与水冷却系统形成了稳定的传热体系，碳复合砖优良的抗砖炉缸结构与水冷却系统形成了稳定的传热体系，碳复合砖优良的抗铁溶蚀性和抗氧化性提高了炉缸的安全性，也大大延长了高炉的使用铁溶蚀性和抗氧化性提高了炉缸的安全性，也大大延长了高炉的使用寿命。以寿命。以2#2#炉为例，从检查测定情况估算至少可用炉为例，从检查测定情况估算至少可用2020年，比原结构多年，比原结构多用用 15 15 年。年。采用碳复合砖结构也具有较好的经济效益，主要在三个方面：该采用碳复合砖结构也具有较好的经济效益，主要在三个方面：该结构比原结构炉缸有一定的扩容，约结构比原结构炉缸有一定的扩容，约15%15%左右；有效延

18、长高炉使用寿左右；有效延长高炉使用寿命二倍以上，比原结构命二倍以上，比原结构2 2次大修投资节约次大修投资节约30003000万元以上；实际单位容万元以上；实际单位容积产铁可提高二倍以上，具有极好经济效益和推广价值，前景广阔。积产铁可提高二倍以上，具有极好经济效益和推广价值，前景广阔。通才通才2#高炉运行指标高炉运行指标微孔刚玉砖微孔刚玉砖刚玉莫来石砖刚玉莫来石砖 碳复合砖碳复合砖通才通才1860m3高炉设计方案高炉设计方案通才通才1860m3高炉高炉炉底炉缸温度分布炉底炉缸温度分布通才通才1860m3高炉投产高炉投产4个月后指标个月后指标注：注：2012年年7月月13日点火投产日点火投产山西

19、通才山西通才1860m3高炉生产指标高炉生产指标日期日期 日产量日产量/利用系数利用系数 焦比焦比 焦丁比焦丁比 煤比煤比 燃料比燃料比 风温风温/2012-07 2353 1.81 534.1 2.98 68.23 605.34 10582012-08 3120 2.40 391.29 10.5 132.3 534.09 11972012-09 3133 2.41 380.84 8.99 134.41 524.24 12482012-10 3614 2.78 357 9.0 142 508 13092013-6 3835 2.95 369 6.4 152 528 12512013-7 395

20、0 3.04 373 5.8 141 521 1194 通才通才2#高炉碳复合砖使用高炉碳复合砖使用4年后风口及以年后风口及以下部位几乎没有侵蚀，避免了炉缸象脚状蚀损、下部位几乎没有侵蚀，避免了炉缸象脚状蚀损、风口上翘、炉壳开裂等现象风口上翘、炉壳开裂等现象 通才2#高炉山西建邦2号高炉炉缸内衬侵蚀分析结果东北大学 陈良玉(2013年1月22日)1 计算结果该2号410m3高炉于2007年12月29日开炉，至今服役5年。单铁口，陶瓷杯+碳砖综合炉缸炉底结构，侧壁和炉底为水冷。根据2号高炉的结构图纸和温度以及热负荷数据及变化情况，利用计算者独创的二维侵蚀分析和计算方法，建立该高炉炉缸轴截面二维传

21、热模型，使用有限元数值传热计算技术，逼近计算1150等温线以确定炉缸轴截面的内衬侵蚀形貌和剩余厚度。2012-12-17数据：炉缸侧壁冷却壁112管直通水管总水量1359t/h，进水温度36。炉底找平层中心温度468。炉底总水量515t/h（实测），进水温度36，水管20根，中心水管水温差0.10.2。炉壳温度3036.5，西南方位36.5。炉基中心点温度76.6。选择西南方位计算炉缸内衬侵蚀。山西建邦2号高炉炉缸内衬侵蚀分析结果 经计算，炉缸西南方位的温度场和侵蚀形貌如图1、图2所示。由图可知，炉缸内衬轴截面的侵蚀形貌为：炉底锅底型+炉缸侧壁圆角侵蚀形貌。炉底内衬剩余厚度1700mm，115

22、0侵蚀线位于第5层砖中下部（距第5层耐材下界面106mm），炉底保有4层耐材。炉缸西南方位平均剩余厚度为700mm。图1 西南方位侵蚀温度场（炉缸轴截面传热分析有限元模型，节点总数66957，单元总数132572）通才2#高炉 侵蚀区侵蚀区图2 西南方位轴截面内衬侵蚀形貌2D图1150侵蚀边界 碳复合砖56微孔模压碳块14501502503504505506507内衬平均余厚700 mm内衬平均余 厚700 mm1700mm508T2碳复合砖Re=3800mm计算结果综述炉底炉缸侵蚀为锅底型+炉缸侧壁圆角侵蚀，侵蚀量中等。炉底内衬剩余厚度1700mm，1150侵蚀线位于第5层砖中下部（距第5层

23、耐材下界面106mm），炉底保有4层耐材。炉缸西南方位内衬平均剩余厚度为700mm。当前，炉缸炉底均处于安全状态。高炉长寿是一个综合技术，设计是基础，包括炉底炉缸结高炉长寿是一个综合技术，设计是基础，包括炉底炉缸结构、冷却壁材质、冷却水质等；筑炉质量和高炉操作管理是保构、冷却壁材质、冷却水质等；筑炉质量和高炉操作管理是保证；高导热耐材是关键，山西建邦集团通才公司在国内首次大证；高导热耐材是关键，山西建邦集团通才公司在国内首次大胆采用巩义五耐研发生产的专利产品碳复合砖（专利号胆采用巩义五耐研发生产的专利产品碳复合砖（专利号ZL200610107205.5），），它保留了高炉炭砖和传统陶瓷杯材料各

24、它保留了高炉炭砖和传统陶瓷杯材料各自的优点，克服了炭砖的抗氧化差、抗铁水熔蚀性差、强度低自的优点，克服了炭砖的抗氧化差、抗铁水熔蚀性差、强度低和传统陶瓷杯韧性差、热膨胀大的不足，和传统陶瓷杯韧性差、热膨胀大的不足，碳复合砖碳复合砖可以代替炭可以代替炭砖使用，也砖使用，也可以做陶瓷杯使用可以做陶瓷杯使用，能有效地提高炉底炉缸安全性，能有效地提高炉底炉缸安全性，延长高炉的使用寿命，具有广阔的推广应用前景。延长高炉的使用寿命，具有广阔的推广应用前景。高炉长寿体会高炉长寿体会几点建议几点建议1、由于碳复合砖侵蚀极其缓慢，高炉生产几年后，炉缸仍感到很小，建议、由于碳复合砖侵蚀极其缓慢，高炉生产几年后，炉

25、缸仍感到很小，建议从设计上考虑，炉缸内型直接做大点，内衬设计尺寸改为接近操作炉型从设计上考虑，炉缸内型直接做大点，内衬设计尺寸改为接近操作炉型尺寸，同时减少炉底厚度。尺寸，同时减少炉底厚度。2、碳复合砖作为一种新型复合耐火材料，优越性显而易见；如果能进一步、碳复合砖作为一种新型复合耐火材料，优越性显而易见；如果能进一步研发做成功能性耐火材料，根据高炉不同部位工况要求和耐材损坏机理研发做成功能性耐火材料，根据高炉不同部位工况要求和耐材损坏机理，采用不同配方，量体裁衣，量身定制，开发不同性能特效专用系列产，采用不同配方，量体裁衣，量身定制，开发不同性能特效专用系列产品，更好满足高炉不同部位对耐材的

26、不同要求，既能避免不重要部位质品，更好满足高炉不同部位对耐材的不同要求，既能避免不重要部位质量过剩，降低成本，又能在不增加总投资情况下，重点部位如铁口区域量过剩，降低成本，又能在不增加总投资情况下，重点部位如铁口区域做得更优，效果和效益更好，应用前景将更加广阔，将会产生近似于永做得更优，效果和效益更好，应用前景将更加广阔，将会产生近似于永久性的炉底炉缸。久性的炉底炉缸。3、碳复合砖的研发和成功应用，开辟了高炉耐材优越性能复合的新时代，、碳复合砖的研发和成功应用，开辟了高炉耐材优越性能复合的新时代，高炉设计理念、高炉生产操作和管理将产生重大变革，相关问题需进一高炉设计理念、高炉生产操作和管理将产生重大变革，相关问题需进一步深入研究。步深入研究。4、现在巩义五耐碳复合砖实物质量比七年前好很多，烧成温度、表面质量、现在巩义五耐碳复合砖实物质量比七年前好很多，烧成温度、表面质量和尺寸精度、综合性价比更好，几乎无风险了，可以放心使用。和尺寸精度、综合性价比更好，几乎无风险了，可以放心使用。谢谢谢谢各位专家和同仁各位专家和同仁！敬请批评指正敬请批评指正！真诚欢迎各位到山西建邦集团真诚欢迎各位到山西建邦集团考察和指导工作！考察和指导工作！