大型热风炉炉壳开裂原因探讨分析

武建龙，陈辉，孙健，王伟，梁海龙，马泽军

（首钢技术研究院，北京，10043）

摘要

随着炼铁技术的进步，风温使用水平逐步提高，提高风温有利于提高生产效率、增加煤比、降低焦比及生产成本。风温不断提高的过程中，炼铁工作者们也必须要面临这新的挑战，如热风系统炉壳高温点和炉皮开裂频繁等问题。本文针对国内某大型高炉热风炉炉壳开裂频发的现象，进行了炉壳取样、着色探伤、微观分析等，探讨了炉壳开裂的原因。

关键词：热风炉；炉皮开裂；腐蚀

Discussion and Analysis of Shell Cracking of Large Hot Blast Stove

WU Jianlong，CHEN Hui，SUN Jian, WANG Wei, LIANG Hailong，MA Zejun

（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100041，China）

Abstract:

With the progress of iron making technology, the utilization level of air temperature is gradually improved. The temperature increase is conducive to improving production efficiency, increasing coal ratio, reducing coke rate and production cost. In the process of the continuous improvement of the wind temperature, the iron workers must also face the new challenges, such as hot air system, high temperature furnace shell and cracking of the furnace shell. In this paper, the phenomenon of cracking frequently occurred in the hot blast furnace shell of a large blast furnace in China is studied. The sampling of shell, the stain detection and microscopic analysis are carried out, and the cause of cracking of the furnace shell is discussed.  

Key Word: Hot blast stove; Cracking of furnace shell; Corrosion

1. 前言

高风温的使用是当今世界炼铁技术发展的方向，提高风温有利于提高生产效率、增加煤比、降低焦比及生产成本^[1-3]。随着高炉的大型化，风温的水平也不断的提高。在风温不断提高的过程中，炼铁工作者们也必须要面临这新的挑战，如热风系统热风管系高温点多、管系开裂频繁等问题^[4-6]。

2. 热风炉炉壳取样

一次很难得的机会，国内某大型高炉热风炉因为炉壳开裂较多进行更换，为此针对有开裂部位和母材进行取样分析。取样主要针对竖焊缝、恒焊缝、T型焊缝附近出现裂纹区域，母材开裂区域以及完整母材区域开展。

如图1所示，为热风炉炉壳包含竖焊缝位置区域取样。可以看到的是，裂纹沿着焊道分布，且存在着贯穿焊道的现象。

图1 竖焊缝位置裂纹

如图2所示，为母材区域开裂取样。可以明显看到，在炉壳内部存在着一条肋板，疑似为建炉时搭平台所用。在肋板与母材连接处，可以看到一条清晰的裂纹。

图2母材取样（内部含有肋板）

3. 炉壳着色探伤分析

为了能够发现细微裂纹和更加细致的观察到裂纹状态，通过着色渗透探伤对炉壳进行处理。首先是将炉壳内部存在的铁锈、防腐漆等通过角磨机打磨清理掉，并通过专用清洗、渗透、显影剂依次进行处理。

如图3所示，为竖焊缝裂纹进行着色探伤后照片可以清晰看到，裂纹纵贯焊道。同时呢，卯钩外置也发现了明显的裂纹。

图3  竖焊缝开裂区域着色探伤

如图4所示，为母材区域含有肋板位置着色探伤分析结果。

图4 母材肋板区着色探伤分析

在着色探伤处理下，钢板裂纹明显的显现出来，并且在主裂纹周边更多细小的肉眼未观察到的裂纹也一并被探索到。针对图 1.2对内部含筋板的炉壳产生裂纹进行分类和分析。裂纹的类型大体可以分为如下几类：

如①位置所示，远离筋板位置母材无裂纹存在。通过大面积着色渗透探伤分析可以看出，裂纹集中在筋板周边，而远离筋板的母材上无裂纹出现，可以推测得出裂纹的产生就是由筋板开始的。

如②位置所示，为筋板与母材焊接位置发生的主裂纹。可以看出，裂纹非常明显，无需着色渗透探伤就可以清晰看到。

如③位置所示，为筋板裂纹延伸到钢板的其它裂纹。

如④位置所示，为焊道上的裂纹。

4. 开裂位置微观分析

切取小块试样，进行微观观察，以下是抛光后裂纹的分布情况，宏观上看在距离焊缝1cm处有一道与焊缝弧线一致的裂纹，1.5cm处有一道垂直于炉板内壁的裂纹，深度为1.2cm，见图5。

图5 焊缝附近炉板内侧裂纹形貌

从裂纹开裂宏观观察，熔和线处出现咬边，产生应力集中，易产生裂纹。焊接组织左侧的裂纹进行微观形貌分析发现裂纹从熔和线处开裂，裂纹周边无夹杂，裂纹周边有分支，尾部扩展处沿晶扩展，如图6。试样母材组织为铁素体＋珠光体，组织正常。

图 7为电子探针的能谱分析结果。由结果可见，炉壳内侧存在点蚀坑，同时在点蚀坑内存在S、Cl和N等腐蚀性介质。

分析认为，由于焊接缺陷和点蚀坑的存在造成了钢板内侧存在应力集中的区域，而焊接质量差，焊接残余应力去除效果较差，给焊缝附件带来了较大的焊接残余应力，另外由于热风炉内压力的周期性变化引起的交变应力，促使应力集中位置开裂或已开裂部位的裂纹扩展。因此，残余应力、工作过程中的交变应力与腐蚀介质是炉壳开裂的三个因素，开裂机理为应力腐蚀疲劳开裂。

5. 结论

本文针对热风炉炉壳出现裂纹区域进行了取样，并利用着色探伤和微观分析对开裂原因进行了探讨，主要结论如下：

（1）通过对开裂区域热风炉炉壳取样观察，得出裂纹主要是沿着焊道周边分布，这与焊接质量差、焊接残余应力去除效果差有一定关系；而母材区域发生开裂主要原因在于内部有肋板未清理掉，造成应力集中。

（2）通过着色探伤分析，可以看出裂纹清晰分布在焊道或肋板周边，且主裂纹上会有其它小裂纹分支存在，故焊接质量、退火效果以及不相关肋板清理是维持热风炉炉壳稳定的重要措施。

（3）通过电子探针能谱发现，炉壳内部点蚀坑内存在S、Cl和N等腐蚀性介质，结合炉况运行得出残余应力、工作过程中的交变应力与腐蚀介质是炉壳开裂的三个因素。

6. 参考文献

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