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高炉渣处理烟囱腐蚀分析及处理

时间:2019-11-14 05:33来源:柳州钢铁股份极速赛车怎么押注炼 作者:刘 伟 庞国海 点击:
  • 摘   要  调查炼铁厂高炉渣处理烟囱腐蚀情况,分析其原因,并提出了改进措施和方案。

    关键词   高炉渣处理  烟囱  腐蚀 


    1  前言

    柳钢高炉渣处理系统负责高炉熔渣的冷却、淬化,分离出的水渣通过皮带外运、循环利用,冲渣水经净化、冷却后循环使用。其中,2号高炉渣处理系统使用INBA法渣处理工艺,3、4、6号高炉渣处理系统使用明特法渣处理工艺,5号炉渣处理系统使用嘉恒法渣处理工艺,处理工艺不同,流程布置上也存在差异。冲制箱是各渣处理工艺的第一个环节,也是最关键的流程之一,在冲制箱内,高压冲渣水将高炉熔渣切割、冷却、淬化,形成含有大量小颗粒玻璃体水渣的渣水混合物,经后续渣水分离、冲渣水冷却等工序后回收、循环利用,由于高炉熔渣温度超过1500 ℃,且含有一定量的S,在与冷却水接触过程中,发生化学反应后产生少量的SO2、H2S等酸性物质,易导致冲制箱上部锥段及烟囱部分腐蚀严重,影响设备的安全运行和周边人员、设备安全。本文调查分析各高炉渣处理烟囱的腐蚀情况,可望制定处理措施。

    2  调查与分析

    2.1  渣处理烟囱腐蚀、损坏调查

    本文涉及的高炉渣处理烟囱,包括2号、3号、4号炉渣处理冲制箱烟囱、5号炉渣处理脱水器烟囱和6号炉冲渣沟烟囱,均为钢结构,冲制箱烟囱位于冲制箱上部。2号炉渣处理烟囱设计直径3 m,高65 m,与冲制箱之间通过法兰连接,2012年9月投入使用;3号、4号炉渣处理烟囱设计直径4 m,高60 m,整体焊接,分别于2008年5月、2008年3月投入使用;5号炉渣处理烟囱设计直径4 m,高63 m,坐落于脱水器顶部钢筋混凝土平台上,2005年3月投入使用;6号炉烟囱坐落于冲渣沟上,设计直径3 m,高55 m,整体焊接,2005年9月投用。

    (1)2号炉渣处理冲制箱烟囱。2015年8月13日,点检发现2号炉渣处理北面烟囱与冲制箱锥段连接处有水流出,经进一步检查发现烟囱标高16 m处法兰连接部位严重腐蚀出现较大穿漏,后经专业检测,北面烟囱顶部向西面倾斜80 mm,向北面倾斜20 mm,南面烟囱向北面倾斜20 mm,向东面倾斜3 mm。在设计院的指导下,制作了20块筋板对烟囱直段与锥段连接法兰进行焊接加固,防止烟囱进一步倾斜,然后取消16 m标高处的法兰,对整圈进行挖补更换。

    (2)2017年11月28日,检查2号炉渣处理烟囱发现标高约20 m处腐蚀严重,敲击铁锈后出现较大孔洞,经局部取样测量,原来壁厚14 mm的烟囱,目前厚度为3~8 mm,整体减薄量接近一半。后来,在设计院的要求下,对腐蚀严重的部位进行挖补修复。

    (3)3号炉冲制箱烟囱。2016年5月,厂部安排外委土建专业队伍对烟囱壁厚和倾斜度进行了检测,发现东、西两根烟囱锥段由原壁厚14mm减薄至8~10mm,烟囱上段由原壁厚14mm减薄至8.5~9mm,腐蚀量达到35%左右,烟囱垂直度方面,两根烟囱分别存在往东偏40mm、50mm,南北面偏差20mm情况。

    (4)4号炉冲制箱烟囱。2016年4月8日6:00,4号炉渣沟过铁,部分铁水进入冲制箱引起爆炸,导致该炉西面冲制箱完全破坏,烟囱倒塌。经检查,烟囱倒塌的主要原因是冲制箱锥段及烟囱腐蚀严重,原厚度为14 mm的烟囱和冲制箱锥段腐蚀后仅剩6~9 mm,钢材厚度大幅降低,导致其强度明显下降。4号炉西面冲制箱及烟囱损坏、倒塌后,对冲制箱及烟囱进行了整体更换。新烟囱、冲制箱锥段选用Q345低合金钢板卷制。

    (5)5号炉渣处理烟囱。5号炉渣处理脱水器烟囱为带钢结构固定架烟囱,烟囱下端位于混凝土建筑物框架内,实际烟囱高度较低,经专业检测,东面烟囱向北偏40 mm,向西偏10 mm,西面烟囱向东偏70 mm,向南偏10 mm,烟囱原壁厚10 mm,现在实测壁厚4.5~5.5 mm,腐蚀较为严重。

    (6)6号炉渣处理烟囱。6号炉渣处理烟囱为东西面冲渣沟共用,远离冲渣沟喷头,温度相比其它系统要低得多,烟囱原壁厚14 mm,现在实测壁厚11~13 mm,腐蚀情况较轻,但烟囱高度较低,排放的蒸汽飘至炉顶区域,影响炉顶钢结构的寿命和设备的运行,于2017年4~5月高炉停炉期间进行了整体更换。

    2。2  分析与讨论

    针对各渣处理烟囱腐蚀情况,车间从烟囱结构、烟囱材质及烟囱冷凝水水质等多方面进行了排查和分析。

    (1)烟囱结构。2号炉渣处理烟囱与冲制箱锥段之间通过法兰连接,法兰在烟囱内、外部均凸出来,烟囱内部凸台位置积水、积渣,易导致烟囱腐蚀,第一次发现的严重腐蚀部位集中在法兰上部的现状也印证了这一判断。

    (2)烟囱材质。经查阅设计图纸,原渣处理烟囱钢材材质为Q235碳素钢,该号牌的钢种耐腐蚀性能较差,不适于渣处理现场温度高、湿度大、腐蚀性杂质多的恶劣环境。2017年12月6日,取2号炉渣处理烟囱腐蚀严重区域的钢板送技术中心分析,在腐蚀穿孔截面样组织为F(铁素体)+P(珠光体),未见其它异常组织和明显的基体腐蚀产物(见图1)。取表面腐蚀产物用SEM和EDS分析(见图2),均观察到S的存在,部分颗粒存在Cl。

    (3)冷凝水水质。2017年12月及2017年1月,车间收取了各渣处理烟囱冷凝水进行水质化验,主要指标见表1。冷凝水化验结果表明,2号炉渣处理冷凝水pH值为2.3,非常低,酸性较强,常温下检测电导率高达5.66 mS/cm。研究结果[1]表明,水电导率对金属的腐蚀行为具有影响,无论在静止水中还是在流动水中都存在临界电导率,小于临界电导率时,水电导率对金属的腐蚀行为影响较小;反之对金属的腐蚀行为影响较大,Q235钢的临界电导率在0.4~4.0 mS/cm,本次检测电导率结果为5.66 mS/cm,超过了临界电导率上限值4.00 mS/cm。因此,烟囱冷凝水腐蚀性较强,总铁含量61.7 mg/L,含量较高,印证了烟囱壁钢材腐蚀较为严重的情况。

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    根据凝结水样检测和烟囱钢板质量分析结果,可以得出:2号炉渣处理烟囱为Q235B材质,不耐烟囱内部酸性强、电导率高的凝结水的腐蚀,导致烟囱钢材腐蚀严重。

    3   应对措施及其效果

    3.1   应对措施

    针对2号炉渣处理烟囱腐蚀特别严重的现状,车间根据设计院土建专业的建议,对烟囱进行了局部改造、加固和挖补,取得了较好的效果。

    针对其余各渣处理烟囱的腐蚀隐患,车间申报了固定资产投资项目,对烟囱进行整体更换。新的建设方案:烟囱下部仍使用钢结构,耐高温、阻燃性能较好,上到高炉出铁场雨棚顶部后,转弯向高炉框架,沿框架敷设,烟囱上部改为玻璃钢材质,提高耐腐蚀性能。其中,3、4号炉剩余3根烟囱的改造已进入施工阶段,目前施工单位正在卷制钢烟囱,2、5号炉烟囱改造处于项目审批阶段。

    3.2   效果与不足

    2号炉渣处理烟囱经过临时处理,隐患得到了控制,但钢材本身不耐腐蚀,烟囱倾斜的现状未得到彻底处理;4号炉渣处理西面冲制箱烟囱在更换时,选用的Q345低合金板材质,耐腐蚀性能仍然不够好;6号炉渣处理烟囱上部改为玻璃钢材质并沿高炉框架敷设后,耐腐蚀强度大大提高,烟囱下部承重也明显降低,效果最好。

    目前,已联系了部分厂家,在渣处理烟囱区域做耐腐蚀挂片、涂层的测试实验,检验耐腐蚀涂层的性能,若实验效果好,后续可以在更新改造的烟囱上推广,通过防腐蚀涂层,提高烟囱钢材的抗腐蚀性能,延长烟囱使用寿命。

    针对渣处理烟囱工作恶劣环境,可选用耐腐蚀性较强的Q235NH、Q355NH耐候钢或耐酸钢材。

    4  结语

    高炉渣处理烟囱工作环境较为恶劣,容易腐蚀,同时靠近高炉本体、热风炉等生产区域,一旦严重腐蚀导致倒塌,将会造成非常严重的后果。因此,渣处理烟囱的长期安全、稳定运行显得特别重要,通过改进烟囱的材质和形式,下部选用耐候钢材或低合金钢材,内部涂刷耐腐蚀涂层,上部选用玻璃钢材质并沿高炉框架敷设至高炉炉顶,能明显改善烟囱下部的受力和抗腐蚀性能,大大延长烟囱使用寿命。

    5  参考文献

    [1] 王日义,王洪仁,刘玉梅.水电导率对钢、铜腐蚀行为的影响(C).全国水环境腐蚀与防护学术交流会,2001:(77-84).

    (责任编辑:zgltw)
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