Corex是一種用非煉焦煤及純氧代替焦炭及空氣的熔融還原煉鐵工藝。風口區(qū)溫度比高爐風口區(qū)溫度高很多，因而風口的承受能力是一大難題。印度JSW鋼廠停爐故障中近15%是由于更換燒損風口造成的。為了弄清故障機理及找出主要原理，對風口故障及影響風口燒損的生產(chǎn)過程參數(shù)進行了詳細分析。雖然造成風口故障的原因很多，但主要是細煤粉（-6.3mm）過多、平均粉粒尺寸過小、壓力低、風口堵塞產(chǎn)生痂疤及崩料等。

    2 風口故障類型

   在Corex煉鐵過程中發(fā)生的風口故障有不同類型。一種是因風口底部受到鐵水沖擊造成的燒穿。風口頂部是溫度最高的區(qū)域，此區(qū)域液態(tài)熔融產(chǎn)物流動可能極為迅速。當煤質(zhì)不夠堅硬產(chǎn)生大量煤粉時，流動阻力會變大，熔融產(chǎn)物流動變緩，會聚積在風口底部。在這種情況下，熔渣及鐵液都會升高，到達風口平面。另外兩種風口故障是由氧流噴嘴前端腐蝕及堵塞引起的。據(jù)觀測超過90%的風口故障是由此噴嘴前端腐蝕引起的。風口材質(zhì)是99.96%高純銅材，原噴嘴口徑為24mm，而腐蝕后擴大到84mm。

    3 問題說明

    兩套Corex裝置從投產(chǎn)開始就都頻頻出現(xiàn)風口燒穿故障。Corex-I及Corex-II大修后，月風口燒穿率最高分別達到19次及16次。觀察結(jié)果表明，風口壽命從46天到360天不等，平均為100天。另據(jù)觀測發(fā)現(xiàn)，故障出現(xiàn)頻率與爐子部位有關(guān)。出鐵口區(qū)是受影響最重的地方。

    4 煤性能對風口故障的影響

    根據(jù)工藝參數(shù)統(tǒng)計分析進行觀測表明，風口故障主要原因之一是煤質(zhì)量差，主要是細煤粉多（-6.3mm）及煤粉平均粒度?。?/span>MPS）。Corex所用煤粉平均粒度通常在17mm及20mm之間不等，而細煤粉量可高達26%。不同煤粉平均粒度對風口燒損率的影響不同。據(jù)觀測，隨著細煤粉的增多及煤粉平均粒度的下降，風口的燒損次數(shù)逐漸增多。而細煤粉比率的影響遠大于煤粉平均粒度。細煤粉比率高的及平均粒度小的煤會降低含碳料層的透氣性，造成氣流分布不均，形成氣溝。這樣就會因熱傳導不足及氣流不均勻而進一步導致風口區(qū)附近局部溫度偏高。當煤粉平均粒度小時，可以觀測到出現(xiàn)更多的壓力峰值，使爐子難以保持穩(wěn)定。

    5 有可能是反壓力失控

    風口可能因熔融金屬及熔融爐渣的反向沖擊發(fā)生損壞。研究證實，內(nèi)腔呈直斜狀的風口可以保證速度與音速的最佳比值，即最大馬赫數(shù)為1。

    當馬赫數(shù)為1時，在P/P0=0.5283的條件下不會出現(xiàn)反向沖擊。其中P代表內(nèi)壓力，P0代表氧氣的排出壓力。

    在Corex反應過程中，排出壓力P0=6.6bar（取設備運行壓力=3.6bar）。按公差值為10%考慮，風口前面氧氣壓力應大于6bar，才可防止上述反向沖擊。但在實際操作中，由于氧氣廠壓力達不到供氣壓力及供氧系統(tǒng)發(fā)生故障，氧氣壓力常有波動。顯然，無論是氧壓低于下限，還是波動很大，只要這類現(xiàn)象持續(xù)較長時間，風口都會發(fā)生故障。對10個風口這類故障（發(fā)生于2008年2月23日）進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，爐子開始運行時風口氧氣入口壓力為5.9bar～6.1bar，之后降至4.9bar，而在1h后，10個風口被燒穿。經(jīng)對工藝參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，在此次事故中除氧氣入口壓力有上述改變外，其它各項運行參數(shù)皆在正常范圍內(nèi)。

    6 形成痂塊及掛料

    造成風口故障的一種可能原因是熔融氣化爐內(nèi)懸料及塌料。采用高堿度爐料可能導致熔融氣化爐圓頂及凈空區(qū)形成痂塊及渣殼。只要中斷噴吹或壓力下降就可能引起渣殼降落在含碳料層里。這種現(xiàn)象會成為爐內(nèi)發(fā)生較大擾動的根源，很可能造成風口故障。對1次這類風口故障作了實驗，實驗中發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)上述現(xiàn)象后，FeO渣高達2.5%（正常比率為0.3%）。而這種現(xiàn)象的出現(xiàn)只有在渣殼或痂塊掉進鐵水熔池，爐子受到干擾時才有可能。

    7 風口關(guān)閉

    為使爐子保持較低生產(chǎn)率，有些風口被關(guān)閉，以維持要求的氧流量。據(jù)觀測，在一個風口關(guān)閉時，該風口標高處溫度低，氣流阻力高。這樣就使風口關(guān)閉區(qū)變成不活動區(qū)，增大了被關(guān)風口附近發(fā)生燒損的可能性，而且附近風口區(qū)這種燒損的發(fā)生具有不對稱性。例如，1個被關(guān)閉的風口，兩邊各有1個及兩個風口發(fā)生燒損，或者兩個緊接著的風口關(guān)閉，其附近的１個及較遠的一個風口發(fā)生燒損。另外，位于出鐵場區(qū)風口容易發(fā)生燒損。出鐵區(qū)是更不穩(wěn)定區(qū)，出鐵場區(qū)附近風口關(guān)閉增大了旁邊仍在運行的風口燒損的機會。

    8 燒損風口分析

    為了分析風口故障機理，從Corex生產(chǎn)現(xiàn)場收集了燒壞的風口。一般情況下，氧氣噴嘴是內(nèi)腔先為平直，而后變?yōu)闈u縮，最后又恢復平直的一種噴嘴。將燒壞的風口從其中心線縱向切開后發(fā)現(xiàn)氧氣噴嘴已腐蝕。風口試樣都是從受燒壞風口影響最嚴重的區(qū)域收集來的。腐蝕處含有可以分別取出的純銅物質(zhì)及粘著物質(zhì)，粘著物的化學成分。

    9電子彌散X射線分析

    對既有銅又有粘附物的試樣，沿其橫斷面縱向進行了電子彌散X射線分析。為進行更細致的觀測，在從頭到尾的不同斷面部位上分析了鐵及銅的百分率，發(fā)現(xiàn)鐵從粘著物擴散到銅噴嘴中深達2.5mm，從噴嘴末尾到頭頂，鐵百分率逐漸下降，而銅百分率升高。粘著物中的其它元素未擴散到銅中。

    10 故障機理的討論

    幾乎90%的風口故障是由氧流噴嘴末端腐蝕造成的。對燒嘴的故障分析表明，氧氣噴嘴的腐蝕及濁雜物的粘著都發(fā)生在噴嘴內(nèi)部。粘著物的成分是鐵水、熔渣及含碳料層材料。在粘著物所含的各類元素中，只有鐵擴散到銅里。溫度梯度可以加快擴散速度。鐵擴散到銅噴嘴內(nèi)表面以下深度2.5mm，這降低了熱傳導，進而引起風口溫度升高。隨著時間及鐵擴散，溫度升高得更多，最后風口的一部分變軟被高速氧流沖走。于是氧流噴嘴出現(xiàn)腐蝕后風口被燒損。

    爐況不穩(wěn)定造成物質(zhì)附著于銅噴嘴上。對操作參數(shù)的分析表明，爐子運行當中細煤粉量增多，煤粉平均粒度變小及渣量增加。粉量大降低了含碳料層的透氣性，增加了發(fā)生氣溝、掛料及塌料的機會，破壞了爐子穩(wěn)定。隨著循環(huán)區(qū)附近氣流阻力升高，氣體有了向風口頂處循環(huán)的機會。這樣，氣體就有將熔渣或鐵水或含碳料層顆粒物帶入風口頂端的機會。被攜帶的顆粒物質(zhì)粘附于銅嘴頂端，進而引起腐蝕。一旦銅嘴前端發(fā)生腐蝕，嘴口就會擴大，向外擴散，使噴嘴嘴壁出現(xiàn)低壓區(qū)，使反向沖擊力有可能大增。這樣一來，熔渣、鐵水或含碳料層物質(zhì)貼附于銅噴嘴的可能性自然會大增。

    11 結(jié)語

    風口故障有不同類型：風口前端受金屬反沖擊燒穿，氧流噴嘴前端腐蝕及前端堵塞。

    風口故障原因各不相同，可能的原因有：

    .煤性能不佳；

    .反壓力下降；

    .爐內(nèi)結(jié)疤及塌料；

    .風口堵塞。

    從操作角度來看，煤粉細及含碳料層透氣性差是風口故障重要原因。由于透氣性差導致氣流阻力大，增加了出現(xiàn)氣溝、崩料、塌料的機遇。這些不良現(xiàn)象會破壞爐子穩(wěn)定。

    風口前面氧氣壓力需大于6bar，才能防止反向沖擊。