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魚雷罐混鐵車耐火材料運行安全研究

文檔作者：蔡昌旺１劉為２文檔來源：１．梅山鋼鐵公司新事業(yè)分公司 2．梅山鋼鐵公司技術(shù)中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月27日
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第３９ 卷第２ 期
２０１７ 年４ 月
甘　肅　冶　金
ＧＡＮＳＵ?。停牛裕粒蹋蹋眨遥牵?
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０１７
文章編號：１６７２?４４６１（２０１７）０２?００９２?０３
魚雷罐混鐵車耐火材料運行安全研究
蔡昌旺１，劉　為２
（１．梅山鋼鐵公司新事業(yè)分公司，江蘇　南京?。玻保埃埃常梗?２．梅山鋼鐵公司技術(shù)中心，江蘇　南京　２１００３９）
摘　要：研究了梅鋼及國內(nèi)部分鋼鐵廠出現(xiàn)的有關魚雷罐因耐火材料質(zhì)量和砌筑質(zhì)量原因而造成的事故案例，從
魚雷罐混鐵車大修過程中出現(xiàn)的冷凝鐵表象為分析突破口，開展了圍繞影響耐材安全的相關因素開展分析與評
估，制定相應的措施，提出魚雷罐耐火材料磚縫設定、空罐等待時間、罐殼最高容忍溫度、裝鐵量等相關建議。
關鍵詞：魚雷罐； 耐火材料；安全
中圖分類號：ＴＦ０６５．１　　　　　　　文獻標識碼：Ｂ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｏｒｐｅｄｏ Ｌａｄｌｅ Ｃａｒ
ＣＡＩ Ｃｈａｎｇ?ｗａｎｇ１， ＬＩＵ Ｗｅｉ２
（１．Ｎｅｗ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｍｅｉｓｈａｎ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｅｉｓｈａｎ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３９， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｃａｓｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｌａｙｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅａｓｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ＭｅｉＳｈａｎ ｓｔｅｅｌ
ａｎｄ ｓｏｍｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｎｔｓ． Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｉｒｏｎ ｓｅｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｏｒｐｅｄｏ ｌａｄｌｅ ｃａｒ ｒｅｐａｉｒ ，ｗｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ
ｒｅｌａｔｅｄ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ， ｐｕｔ
ｆｏｒｗａｒｄ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ｇａｐ， ｓｅｔ ｔｈｅ ｗａｉｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｅｍｐｔｙ ｃａｎｓ， ｓｅｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｉｒｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｒｅｌａｔｅｄ ａｄｖｉｃｅ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｔｏｒｐｅｄｏ ｌａｄｌｅ ｃａｒ； ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｓｅｃｕｒｉｔｙ
１　引言
梅鋼自２００８ 年開始，采用混鐵車裝運鐵水制
度，魚雷罐的運行安全始終作為管控重點，關注耐材
的砌筑質(zhì)量以及上、下線后的耐材侵蝕，大修時不斷
發(fā)現(xiàn)耐材工作層間不同程度的夾雜冷卻薄鐵現(xiàn)象，
同時隨著梅鋼高爐容積由１ ０８０ ｍ３、１ ２５０ ｍ３ 級向
３ ２００ ｍ３、４ ０７０ ｍ３ 級的發(fā)展，鐵水的化學成分、溫
度都隨之發(fā)生相應的變化，魚雷罐混鐵車的裝運制
度、耐材結(jié)構(gòu)需同步調(diào)整。國內(nèi)一些研究機構(gòu)和鋼
鐵公司多從耐火材料的使用對魚雷罐內(nèi)鐵水溫降的
影響，根據(jù)傳熱學理論，計算鐵水與耐火襯的熱量交
換，分析魚雷罐永久層采用不同材質(zhì)耐火材料（黏
土磚或蠟石磚）及在罐殼與永久層之間添加不同厚
度的保溫層時對鐵水溫降的影響，保證魚雷罐的耐
火材料運行安全［１］ 。本文主要從耐火材料的砌筑、
殼體溫度有關參數(shù)確定以及混鐵車運行制度對耐材
的影響開展論證，確定與評估原有的指標參數(shù)以及
運行模式，確保魚雷罐車的安全穩(wěn)定運行。
２　事故案例
國內(nèi)某鋼鐵廠魚雷罐混鐵車在裝滿鐵水運行過
程中發(fā)現(xiàn)了鐵水滲漏事故，從圖１ 可以看出鐵水正
在從魚雷罐的下部流出，圖２ 反映的是砌筑圖紙所
對應的位置。后及時安排鑄鐵，才未發(fā)生較大的經(jīng)
濟損失，風險得到有效控制。后期原因分析為耐材
砌筑質(zhì)量控制不當，工作層的磚縫過大，直接導致受
鐵以后工作層出現(xiàn)了較大范圍的滲鐵，鐵水不能充
分在永久層和涂抹層之間凝固，逐漸鋪展?jié)B透而貫
通氣孔流出。
　　魚雷罐冷卻后，未拆解的耐材表面未見明顯縫
隙、耐材剝落、熔損，拆解后發(fā)現(xiàn)明顯的冷凝鐵，圖
３、圖４ 中的冷凝鐵，厚度達到３～６ ｍｍ，已經(jīng)遠超出
砌筑標準中所規(guī)定的不大于２ ｍｍ 要求。
３　影響魚雷罐耐火材料安全的相關因素
３．１　魚雷罐工作層砌筑磚縫理論量
梅鋼公司平均鐵水溫度按１ ５５０ ℃ 計算，耐材
萬方數(shù)據(jù)
圖１　魚雷罐鐵水泄漏圖
圖２　砌筑對應模擬圖
圖３　殘鐵
圖４　殘鐵
廠家提供的工作層鋁碳化硅碳磚在該溫度下的熱態(tài)
線膨脹率在１．１％左右，以魚雷罐磚工作熱端砌筑方
向的尺寸為準，不同部位的膨脹情況如表１。
表１　膨脹縫設置要求
部位直筒部位錐部端墻
各部位尺寸范圍／ ｍｍ ９０～２０２ １００～１２５ ７５～１１４
熱端膨脹量／ ｍｍ ０．９９～２．２２ １．１０～１．３８ ０．８３～１．２５
　　表１ 所計算膨脹量為自由狀態(tài)下的膨脹量，實
際使用過程中磚與磚之間相互擠壓，其實際膨脹應
略小于上表中的數(shù)據(jù)。
根據(jù)上表結(jié)果，認為工作層磚縫按１．５～２．０ ｍｍ
控制應該是合理的，如調(diào)整為１．０ ～１．５ ｍｍ 反而不
利于磚熱態(tài)下的應力釋放，容易導致剝落的產(chǎn)生。
另外可以看出，端墻部位的磚縫控制應略嚴于其他
部位。
３．２　空罐等待時間對磚縫的影響
目前使用的鋁碳化硅碳磚各溫度下熱態(tài)膨脹率
大約如表２。
表２　不同溫度下的熱態(tài)膨脹率
溫度／ ℃ ６００ ８００ １ ０００ １ ２００ １ ４００ １ ５００
熱膨脹率／ ％ ０．４０ ０．６０ ０．７８ ０．９０ １．００ １．１０
　　由表１ 可知，砌筑方向尺寸按２０２ ｍｍ 計算，從
１ ０００ ℃冷卻到６００ ℃，產(chǎn)生的冷縮縫約為０．８ ｍｍ，
從１ ５００ ℃冷卻到６００ ℃，冷縮縫則可達１．４ ｍｍ。
根據(jù)相關文獻建模計算，魚雷罐重罐時鐵水溫
度與等待時間的關系如圖５［２］ ：
圖５　等待時間與溫度下降關系圖
　　從圖可知，重罐等待３ ｈ 后鐵水溫降可達約１５０
℃，而空罐降溫會更快（具體溫降可于現(xiàn)場實測驗
證），因此，烘烤后的罐應２ ｈ 內(nèi)上線（８００ ℃左右），
倒完鐵水后的空罐待罐時間最好不超過５ ｈ（１ ０００
℃以上），可將工作層磚的冷縮縫控制在０．６ ｍｍ
以內(nèi)。
第２ 期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 蔡昌旺，等：魚雷罐混鐵車耐火材料運行安全研究　 　 　 ９３
萬方數(shù)據(jù)
３．３　檢測罐殼溫度掌握耐火材料殘厚
重罐時鐵水溫度按１ ５００ ℃，罐使用到后期殘
厚按１００ ｍｍ，鋼殼溫度簡略計算如下。
罐體材料共４ 層，工作層ＡＳＣ 磚，厚度ｓ１ 為
１００ ｍｍ，導熱系數(shù)λ１ 為７．０ ｗ／ ｍ·Ｋ；永久層蠟石
磚，厚度ｓ２ 為７０ ｍｍ，導熱系數(shù)λ２ 為０．７ ｗ／ ｍ·Ｋ；
涂抹料層厚度ｓ３ 為４０ ｍｍ，導熱系數(shù)λ３ 為２．０ ｗ／ ｍ
·Ｋ；鋼殼厚度ｓ４ 為３２ ｍｍ，導熱系數(shù)λ４ ?。保?ｗ／ ｍ
·Ｋ。鐵水溫ｔ１ 為１ ５００ ℃，車間溫度ｔ３ 為２５ ℃，
鋼殼表面溫度ｔ２ 計算如下：
熱流密度ｑ 的計算公式為：
ｑ ＝ ｔ１－ｔ３
ｓ１／ λ１＋ｓ２／ λ２＋ｓ３／ λ３＋ｓ４／ λ４＋１／ ?Σ２ ＝ ８８８６
ｗ／ ｍ２（注：ａ Σ２為空氣的綜合給熱系數(shù)，１／ ａ Σ２≈０．
０３ ）
鋼殼溫度ｔ２＝ｔ３＋ｑ×１／ ａ Σ２ ＝ ２５＋８８８６×０．０３ ＝
２９２ ℃
即使用后期，裝載１ ５００ ℃ 鐵水時鋼殼理論計
算溫度約為２９２ ℃，考慮到鐵水溫度的波動及環(huán)境
溫度變化等因素，重罐時罐殼安全溫度范圍可以按
≤３３０ ℃控制。
３．４　裝鐵量對耐火材料的影響
⑴混鐵車一般根據(jù)使用部位的工況條件不同，
各部位配置裝的耐火材料性能也有所區(qū)別，如頂部
凈空部位強調(diào)耐材的抗氧化性及耐熱沖刷性，渣線
部位強調(diào)耐材的抗渣性，沖擊區(qū)強調(diào)耐材的強度及
耐熱沖刷性。不同的鐵水裝入量對耐火材料的侵蝕
會產(chǎn)生不同的影響，比如３００ ｔ 鐵水時液面凈空高度
為４２５ ｍｍ，裝鐵量降低為１５０ ｔ 后，凈空高度為
１ ４９５ ｍｍ（中心線以下３２ ｍｍ），鐵水液面侵蝕的部
位發(fā)生變化，侵蝕的程度隨之改變。
裝鐵量下降后，鐵水液面下移，對內(nèi)襯耐火材料
可能會帶來以下幾方面的影響。
⑵裝鐵量下降后，鐵水液面下移后凈空增加，裸
露在高溫氧化性氣氛下的面積增大，凈空部位耐材
更易產(chǎn)生氧化剝落。
⑶鐵水液面下移后耐材渣線部位發(fā)生變化，變
更前渣線部位以紅色ＬＴＴ?７０Ｄ 材質(zhì)為主，變更后以
藍色熔池材質(zhì)ＬＴＴ?７０ＴＦ１ 為主，而抗渣性ＬＴＴ?７０Ｄ
＞ ＬＴＴ?７０ＴＦ１，因此變更后渣線部位的耐用性會有所
下降。
⑷對端墻部位的損傷加劇，主要包括熔渣的侵
蝕加劇，運行過程中鐵水對端墻的沖刷加強，因此運
轉(zhuǎn)風險會增大。
⑸由于裝載量少，整罐蓄熱量不足，罐周轉(zhuǎn)過程
中溫降加快，一方面容易導致凍罐，另一方面容易導
致耐材的熱剝落現(xiàn)象。
綜合來看，裝鐵量下降后，原渣線、鐵線及端墻
部位耐材的損耗會加劇，如果按照目前的耐材配置，
混鐵車使用壽命可能會受到影響而達不到目前的正
常使用壽命。建議同一個罐最好不要交替使用，即
時而滿罐時而半罐，可減輕對耐材壽命的影響。
４　結(jié)論
⑴耐火材料砌筑質(zhì)量至關重要，技術(shù)人員要審
視工作層磚縫的技術(shù)要求，核算工作層材質(zhì)在正常
鐵水溫度下的膨脹率，使得膨脹量在磚縫要求范圍
內(nèi)，做到高度匹配，應力充分釋放。同時加強對砌筑
過程的跟蹤，控制好灰縫。
⑵魚雷罐運行過程中的殼體溫度檢測是不可缺
少的預防措施，通過溫度的預警，間接掌握耐火材料
的殘厚，做到風險可控。
⑶減少空罐的等待時間以及半罐裝運鐵水的次
數(shù)，可減輕對耐材壽命的影響。
參考文獻：
［１］　李玲玲，馬學東．３２０ｔ 魚雷罐鐵水溫降的有限元分析
［Ｊ］．耐火材料，２０１５， ４９（１）．
［２］　劉　偉，王希波，蔡國慶，等。混鐵車用新型Ａｌ２Ｏ３?
ＳｉＣ?Ｃ 磚的研制與應用［Ｊ］．耐火材料，２００３，３７（４）：２２３?２２５．
收稿日期：２０１７?０３?１０
作者簡介：蔡昌旺（１９８３?），男，工程師。從事鋼鐵冶金工作。
９４ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 甘　 肅　 冶　 金

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