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漢鋼1號高爐優化高爐操作延長冷卻壁壽命實踐

時間:2020-01-14 06:05來源:陜鋼集團漢鋼公司 作者:曹仲勇 點擊:
  • 摘要 主要介紹了漢鋼公司1號高爐投產以來冷卻壁的運行情況,通過優化高爐操作、強化爐型管理和實施精料管理,有效延長了冷卻壁的壽命,確保了高爐安全生產,同時對進一步延長高爐壽命提出了解決方向。

    關鍵詞 冷卻壁 高爐壽命 優化操作 爐型管理 精料


    1  前言

        漢鋼公司1號高爐投產于2011年12月23日,該高爐設計采用了閉路循環冷卻系統、陶瓷杯爐缸結構、在線溫度監測等一系列高爐長壽設計技術。經過4年多的生產運行,1號高爐冷卻壁出現了異常,2015年2月10日因冷卻壁損壞停爐修復和噴涂造襯護爐,3月20日高爐恢復生產,4月份開始增加富氧強化冶煉,到了11月上旬1號高爐9號、53號、75號冷卻壁相繼發生漏水事件,被迫改工業水運行,期間多次壓入造襯處理。2015年11月中旬以后,通過優化高爐操作,強化爐型管理和加強冷卻壁的維護工作,并實施精料管理等一系列措施,有效延長了冷卻壁壽命,維護了高爐安全生產,取得了良好效果。本文結合1號高爐實際,分析了1號高爐自建成投產以來的運行情況,找出了導致冷卻壁損壞的主要原因,以及適合1號高爐延長壽命的對策。

    2  冷卻壁損壞的原因分析

    2.1 低質量原燃料對爐襯的影響

    2012年以來為了節省生產成本,高爐長期以二級焦炭為主要燃料,焦炭質量較差,主要表現在焦炭的反應性較強,反應后強度較低(見表1)。同時為了擴大礦石供應來源,先后使用包括鉛鋅礦在內的多種礦石,質量良莠不齊,一些礦石中不但Pb、Zn等有害元素含量較高,而且堿金屬(Na、K)含量也較高,入爐堿負荷有時可達到3.0kg/t以上水平,這進一步造成入爐焦炭質量下降,當然這也對爐襯造成了一定影響。主要表現在:一是焦炭質量降低后引起爐況不順行,高爐時常在爐溫、堿度合適,原燃料篩分良好,鐵口工況正常的情況下發生滑尺、崩料、爐況難行等現象,而且爐溫波動較大,渣皮難以長期穩定,剝落頻繁,有時爐襯上一些測溫點的溫度大幅度不規律升降,溫度高時可達900℃以上;二是鉀、鈉等堿金屬在爐內循環富集,以及Pb、Zn等重金屬侵入爐襯和爐墻磚襯,導致爐襯受到一定程度的侵損,進而影響冷卻壁正常工作。1號爐除塵灰堿金屬含量見表2。

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    2013年8月首次發現9號冷卻壁(2號風口上方第六段 )漏水,后來又發現75號冷卻壁(11號風口上方第六段 )漏水,均改工業水運行。

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    由于堿金屬在爐內的循環富集,侵入爐襯和爐墻磚襯,爐腹冷卻壁的損壞程度進一步加劇。2013年下半年高爐爐襯、冷卻壁溫度時常異常波動,冷卻系統水溫差持續偏高,有時達到6℃以上,爐腹、爐腰冷卻壁上先后有多個溫度監測點相繼燒壞。2014年這一情況越演愈烈,7月份9號冷卻壁根部發紅,后又發生53號冷卻壁(8號風口上方第六段 )漏水。冷卻壁一旦發生漏水,爐襯和磚襯的侵蝕將進一步加劇。1號高爐爐襯侵蝕見圖1。

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    2.2 提高冶強對冷卻壁的影響

    2014年下半年制氧二期設備投運,為高爐大幅提高富氧率,增加產量,降低焦比和燃料比創造了良好條件。9月份高爐檢修后于23日復風恢復爐況,28日中班將富氧增加到6000m3/h(富氧率3.l%),29日18:36高爐第六段冷卻壁及其周圍爐殼(北側)發紅并燒穿,大量煤氣噴出,高爐緊急休風,壓入造襯和焊補修復處理。此次事件已嚴重威脅到高爐安全生產,引起了公司高度關注。

    2015年2月份高爐降料面停爐后發現爐腹、爐腰部位冷卻壁不同程度裸露,尤其是爐腹北側部位爐襯大量脫落,冷卻壁損壞嚴重。3月20日高爐經過冷卻壁修復和噴涂造襯以后恢復生產,4月份再次大富氧冶煉,富氧量最高增加到7000m3/h(富氧率3.7%),礦批增加至38.5t/批,日產量最高突破4000t/d,燃料比降至510kg/t以下水平。但是在這種高冶煉強度之下,到10月份53號、75號冷卻壁又再次破損,這與增加富氧冶煉后邊緣氣流相對發展有很大關系。11月5日3號至9號風口上方爐腹、爐腰部位環水槽與爐殼夾縫處開裂漏煤氣,此次事件再次引起了公司關注,11月7日休風再次對該部位壓入造襯處理。按照1號高爐日利用系數2.8t/m3.d的設計要求,日產鐵量在3000t/d比較合適,而在這種大富氧的高冶煉強度之下,雖然取得了較好的經濟技術指標,但從長遠角度來看是非常不利于高爐經濟壽命的。

    3  優化操作和強化管理延長冷卻壁壽命

    3.1 定產控氧護爐   

        合適的冶煉強度既要有利于高爐經濟技術指標的提升,又要兼顧高爐壽命的延長,否則一味追求高強度冶煉,只顧攻產量,而忽視了對高爐本體的維護,贏得的將是短暫的效益,損失的是長遠利益。為了吸取前車之鑒,高爐將日產量目標確定在3200t/d-3400t/d,以此確定合適的礦批大小??刂骑L量2400m3/min~2500m3/min,煤比140kg/t,并將富氧量由7000m3/h降低至3500m3/h以下,穩定料速7批/h,確定適合1號爐當前產量目標的礦批為34t/批。由于大幅度降低富氧率,冶煉強度由1.9t/m3.d降至1.6t/m3.d左右,基本消除了虧料線作業,為進一步穩定爐況,穩定爐型創造了良好條件,目前爐身各點溫度基本穩定,不再大幅度波動。

    3.2 控制邊緣氣流發展

    3.2.1 縮小風口直徑

    1號高爐共有20個風口,2015年11月1號高爐進一步縮小風口直徑,把風口直徑為120mm的直管全部更換為115mm,同時又將爐腹、爐腰冷卻壁破損和爐襯侵蝕嚴重部位下方的直徑為115mm的風口縮小為110mm(見表3),從而將風速由187m/s提高到204m/s,由于鼓風動能的增大,有效抑制了邊緣氣流的過分發展,適當擴大了中心氣流,有利于減少煤氣流對爐襯的侵蝕,截至目前高爐爐腰、爐腹部位侵蝕大幅減緩,爐襯溫度得到有效控制。

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    3.2.2 調整裝料制度  

        高爐爐況穩定順行是影響高爐長壽的主要因素。通過調整裝料制度,逐步擴大了礦焦平均角差,適當抑制了邊緣氣流發展,實施以中心氣流為主的合理煤氣流分布的裝料制度,以降低高爐爐體熱流強度,促使爐身各段溫度穩定。這樣既保證了爐況順行,又穩定了爐型,同時還兼顧了延長高爐冷卻壁壽命的要求。通過上部調劑以后,爐襯溫度基本在正常范圍波動,冷卻壁溫度回歸正常。布料矩陣調整如下:

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    3.3強化爐型管理

    3.3.1 調整造渣和熱制度

        為了促進爐溫和渣皮穩定,從造渣制度和熱制度入手,將爐渣二元堿度由1.05-1.15調整為1.1-1.2,同時嚴格控制爐溫區間為0.25%-0.45%,杜絕0.2%以下爐溫和高爐溫出現,減少爐溫大幅波動引起的渣皮頻繁脫落現象,這為維持穩定的操作爐型奠定了良好基礎。

    3.3.2 強化冷卻系統管理

        其一,增強冷卻強度,進水量大于3100m3/h;其二,嚴格控制軟水進出水溫度,進水溫度小于40℃,出水溫度小于43℃,水溫差小于3℃,確保爐腹、爐腰及爐身各段熱負荷均勻穩定,以利于形成一定數量且穩定的渣皮;其三,將高爐6-8段冷卻壁增加環形外部噴淋裝置,發現局部溫度升高可外部噴淋冷卻;其四,嚴密監控5-8段冷卻壁、爐襯各點溫度變化情況,當爐襯溫度高于600℃,冷卻壁溫度高于200℃超過2h時,應視情況采取減風控氧等措施以確保冷卻壁不受損壞。

    3.4 精料管理

        精料應滿足”高、熟、凈、均、穩、小”六字方針,當然還要滿足合理的爐料結構和經濟渣量的要求。具體的做法法如下:

       (1)“堆新吃舊”和“吃新避舊”?!岸研鲁耘f”指進廠原燃料先存放于料場,達到一定儲量后再混勻使用,促使成分穩定,減少因原燃料化學成分不穩定造成的調劑次數?!俺孕卤芘f”指盡量使用班產燒結礦及球團礦,避免自產燒結礦和球團落地存儲造成二次粉化。

    (2) 杜絕槽上空倉或低倉位進料,以及強化槽下原燃料篩分工作,減少粉末入倉,確保精料入爐。即槽上礦槽料位低于礦槽總容積的2/3就要進料,減少因落差較大造成爐料摔打而產生的粉末,而槽下清篩工作要做到定人定時。

    (3) 采購堿金屬、鉛鋅等有元素含量在技術控制范圍的礦石和采購冶金性能較好的焦炭。嚴格控制入爐礦石中堿負荷小于3.0kg/t,鉛負荷小于0.15kg/t,鋅負荷小于0.I5kg/t,以及采購反應性和反應后強度達標的焦炭。

    (4)穩定燒結礦堿度,及時依據化學成分調整好酸料配比。

    4  解決方向 

    高爐長壽是一個復雜的系統工程,要想使高爐達到設計或超過一代爐齡,只有從設計施工、材料選擇、工藝結構、維護管理、過程監控、生產操作、精料等涉及高爐壽命的一切活動入手,盡可能地滿足其長壽要求,才能延長高爐壽命??偟膩碇v高爐能否長壽主要取決于三個方面的綜合效果:一是高爐大修設計或新建時是否采用了長壽技術,如合理的設計結構、高效的冷卻系統、優質的耐材和良好的施工水平;二是是否具有穩定的高爐操作工藝管理和優質的原燃料條件;三是是否具有有效的爐體維護修復技術。冷卻壁對高爐壽命起著木桶效應,維護好冷卻壁對延長高爐壽命意義重大,有鑒于1號高爐冷卻壁運行的實際情況,提出以下解決方向:

    (1)繼續實施以“優化高爐操作,延長高爐壽命”的生產思路,不建議在以攻產量來提高經濟技術指標,要在高爐操作、爐型管理、精料等方面多下功夫,提倡經濟冶煉,延長高爐壽命。

    (2)要制定定檢護爐計劃,定期對爐襯進行修復維護,如采用壓入造襯、在線造襯、噴涂造襯等技術進行維護,也可配合采用含鈦礦進行護爐。

    (3)嚴格控制各類洗爐料的使用,包括錳礦的使用。

    (4)繼續實施精料管理不松懈,采購優質原燃料,減少有害金屬對高爐的影響。

    (5)進一步修復冷卻系統,完善實時監控系統,為高爐提供及時、準確的監控數據。

    5  結語

        通過定產控氧護爐降低冶煉強度,縮小風口截面提高鼓風動能,調整裝料制度抑制邊緣氣流發展,加強冷卻系統管理穩定爐型,實施精料管理減少爐況波動等一系列措施,有效延長了漢鋼公司1號高爐冷壁卻壽命。

    6  參考文獻

    [1]王志軍 拜金明 王紀民.漢鋼1080m3高爐低硅冶煉實踐.煉鐵交流.2016.1

    [2]高雪生 馮廣斌 曹鋒 袁苗苗.關于影響高爐壽命因素的分析.煉鐵.2014.3

    [3]溫太陽.高效長壽高爐爐缸維護技術探討.煉鐵.2014.2

    [4]湯清華.關于延長高爐壽命的若干問題.煉鐵.2014.5

    (責任編輯:zgltw)
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