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汉钢1号高炉优化高炉操作延长冷却壁寿命实践

时间:2020-01-14 06:05来源:陕钢集团汉钢公司 作者:曹仲勇 点击:
  • 摘要 主要介绍了汉钢公司1号高炉投产以来冷却壁的运行情况,通过优化高炉操作、强化炉型管理和实施精料管理,有效延长了冷却壁的寿命,确保了高炉安全生产,同时对进一步延长高炉寿命提出了解决方向。

    关键词 冷却壁 高炉寿命 优化操作 炉型管理 精料


    1  前言

        汉钢公司1号高炉投产于2011年12月23日,该高炉设计采用了闭路循环冷却系统、陶瓷杯炉缸结构、在线温度监测等一系列高炉长寿设计技术。经过4年多的生产运行,1号高炉冷却壁出现了异常,2015年2月10日因冷却壁损坏停炉修复和喷涂造衬护炉,3月20日高炉恢复生产,4月份开始增加富氧强化冶炼,到了11月上旬1号高炉9号、53号、75号冷却壁相继发生漏水事件,被迫改工业水运行,期间多次压入造衬处理。2015年11月中旬以后,通过优化高炉操作,强化炉型管理和加强冷却壁的维护工作,并实施精料管理等一系列措施,有效延长了冷却壁寿命,维护了高炉安全生产,取得了良好效果。本文结合1号高炉实际,分析了1号高炉自建成投产以来的运行情况,找出了导致冷却壁损坏的主要原因,以及适合1号高炉延长寿命的对策。

    2  冷却壁损坏的原因分析

    2.1 低质量原燃料对炉衬的影响

    2012年以来为了节省生产成本,高炉长期以二级焦炭为主要燃料,焦炭质量较差,主要表现在焦炭的反应性较强,反应后强度较低(见表1)。同时为了扩大矿石供应来源,先后使用包括铅锌矿在内的多种矿石,质量良莠不齐,一些矿石中不但Pb、Zn等有害元素含量较高,而且碱金属(Na、K)含量也较高,入炉碱负荷有时可达到3.0kg/t以上水平,这进一步造成入炉焦炭质量下降,当然这也对炉衬造成了一定影响。主要表现在:一是焦炭质量降低后引起炉况不顺行,高炉时常在炉温、碱度合适,原燃料筛分良好,铁口工况正常的情况下发生滑尺、崩料、炉况难行等现象,而且炉温波动较大,渣皮难以长期稳定,剥落频繁,有时炉衬上一些测温点的温度大幅度不规律升降,温度高时可达900℃以上;二是钾、钠等碱金属在炉内循环富集,以及Pb、Zn等重金属侵入炉衬和炉墙砖衬,导致炉衬受到一定程度的侵损,进而影响冷却壁正常工作。1号炉除尘灰碱金属含量见表2。

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    2013年8月首次发现9号冷却壁(2号风口上方第六段 )漏水,后来又发现75号冷却壁(11号风口上方第六段 )漏水,均改工业水运行。

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    由于碱金属在炉内的循环富集,侵入炉衬和炉墙砖衬,炉腹冷却壁的损坏程度进一步加剧。2013年下半年高炉炉衬、冷却壁温度时常异常波动,冷却系统水温差持续偏高,有时达到6℃以上,炉腹、炉腰冷却壁上先后有多个温度监测点相继烧坏。2014年这一情况越演愈烈,7月份9号冷却壁根部发红,后又发生53号冷却壁(8号风口上方第六段 )漏水。冷却壁一旦发生漏水,炉衬和砖衬的侵蚀将进一步加剧。1号高炉炉衬侵蚀见图1。

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    2.2 提高冶强对冷却壁的影响

    2014年下半年制氧二期设备投运,为高炉大幅提高富氧率,增加产量,降低焦比和燃料比创造了良好条件。9月份高炉检修后于23日复风恢复炉况,28日中班将富氧增加到6000m³/h(富氧率3.l%),29日18:36高炉第六段冷却壁及其周围炉壳(北侧)发红并烧穿,大量煤气喷出,高炉紧急休风,压入造衬和焊补修复处理。此次事件已严重威胁到高炉安全生产,引起了公司高度关注。

    2015年2月份高炉降料面停炉后发现炉腹、炉腰部位冷却壁不同程度裸露,尤其是炉腹北侧部位炉衬大量脱落,冷却壁损坏严重。3月20日高炉经过冷却壁修复和喷涂造衬以后恢复生产,4月份再次大富氧冶炼,富氧量最高增加到7000m³/h(富氧率3。7%),矿批增加至38。5t/批,日产量最高突破4000t/d,燃料比降至510kg/t以下水平。但是在这种高冶炼强度之下,到10月份53号、75号冷却壁又再次破损,这与增加富氧冶炼后边缘气流相对发展有很大关系。11月5日3号至9号风口上方炉腹、炉腰部位环水槽与炉壳夹缝处开裂漏煤气,此次事件再次引起了公司关注,11月7日休风再次对该部位压入造衬处理。按照1号高炉日利用系数2。8t/m³。d的设计要求,日产铁量在3000t/d比较合适,而在这种大富氧的高冶炼强度之下,虽然取得了较好的经济技术指标,但从长远角度来看是非常不利于高炉经济寿命的。

    3  优化操作和强化管理延长冷却壁寿命

    3.1 定产控氧护炉   

        合适的冶炼强度既要有利于高炉经济技术指标的提升,又要兼顾高炉寿命的延长,否则一味追求高强度冶炼,只顾攻产量,而忽视了对高炉本体的维护,赢得的将是短暂的效益,损失的是长远利益。为了吸取前车之鉴,高炉将日产量目标确定在3200t/d-3400t/d,以此确定合适的矿批大小。控制风量2400m³/min~2500m³/min,煤比140kg/t,并将富氧量由7000m³/h降低至3500m³/h以下,稳定料速7批/h,确定适合1号炉当前产量目标的矿批为34t/批。由于大幅度降低富氧率,冶炼强度由1.9t/m³.d降至1.6t/m³.d左右,基本消除了亏料线作业,为进一步稳定炉况,稳定炉型创造了良好条件,目前炉身各点温度基本稳定,不再大幅度波动。

    3。2 控制边缘气流发展

    3。2。1 缩小风口直径

    1号高炉共有20个风口,2015年11月1号高炉进一步缩小风口直径,把风口直径为120mm的直管全部更换为115mm,同时又将炉腹、炉腰冷却壁破损和炉衬侵蚀严重部位下方的直径为115mm的风口缩小为110mm(见表3),从而将风速由187m/s提高到204m/s,由于鼓风动能的增大,有效抑制了边缘气流的过分发展,适当扩大了中心气流,有利于减少煤气流对炉衬的侵蚀,截至目前高炉炉腰、炉腹部位侵蚀大幅减缓,炉衬温度得到有效控制。

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    3.2.2 调整装料制度  

        高炉炉况稳定顺行是影响高炉长寿的主要因素。通过调整装料制度,逐步扩大了矿焦平均角差,适当抑制了边缘气流发展,实施以中心气流为主的合理煤气流分布的装料制度,以降低高炉炉体热流强度,促使炉身各段温度稳定。这样既保证了炉况顺行,又稳定了炉型,同时还兼顾了延长高炉冷却壁寿命的要求。通过上部调剂以后,炉衬温度基本在正常范围波动,冷却壁温度回归正常。布料矩阵调整如下:

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    3。3强化炉型管理

    3。3。1 调整造渣和热制度

        为了促进炉温和渣皮稳定,从造渣制度和热制度入手,将炉渣二元碱度由1。05-1。15调整为1。1-1。2,同时严格控制炉温区间为0。25%-0。45%,杜绝0。2%以下炉温和高炉温出现,减少炉温大幅波动引起的渣皮频繁脱落现象,这为维持稳定的操作炉型奠定了良好基础。

    3.3.2 强化冷却系统管理

        其一,增强冷却强度,进水量大于3100m³/h;其二,严格控制软水进出水温度,进水温度小于40℃,出水温度小于43℃,水温差小于3℃,确保炉腹、炉腰及炉身各段热负荷均匀稳定,以利于形成一定数量且稳定的渣皮;其三,将高炉6-8段冷却壁增加环形外部喷淋装置,发现局部温度升高可外部喷淋冷却;其四,严密监控5-8段冷却壁、炉衬各点温度变化情况,当炉衬温度高于600℃,冷却壁温度高于200℃超过2h时,应视情况采取减风控氧等措施以确保冷却壁不受损坏。

    3。4 精料管理

        精料应满足”高、熟、净、均、稳、小”六字方针,当然还要满足合理的炉料结构和经济渣量的要求。具体的做法法如下:

       (1)“堆新吃旧”和“吃新避旧”。“堆新吃旧”指进厂原燃料先存放于料场,达到一定储量后再混匀使用,促使成分稳定,减少因原燃料化学成分不稳定造成的调剂次数。“吃新避旧”指尽量使用班产烧结矿及球团矿,避免自产烧结矿和球团落地存储造成二次粉化。

    (2) 杜绝槽上空仓或低仓位进料,以及强化槽下原燃料筛分工作,减少粉末入仓,确保精料入炉。即槽上矿槽料位低于矿槽总容积的2/3就要进料,减少因落差较大造成炉料摔打而产生的粉末,而槽下清筛工作要做到定人定时。

    (3) 采购碱金属、铅锌等有元素含量在技术控制范围的矿石和采购冶金性能较好的焦炭。严格控制入炉矿石中碱负荷小于3。0kg/t,铅负荷小于0。15kg/t,锌负荷小于0。I5kg/t,以及采购反应性和反应后强度达标的焦炭。

    (4)稳定烧结矿碱度,及时依据化学成分调整好酸料配比。

    4  解决方向 

    高炉长寿是一个复杂的系统工程,要想使高炉达到设计或超过一代炉龄,只有从设计施工、材料选择、工艺结构、维护管理、过程监控、生产操作、精料等涉及高炉寿命的一切活动入手,尽可能地满足其长寿要求,才能延长高炉寿命。总的来讲高炉能否长寿主要取决于三个方面的综合效果:一是高炉大修设计或新建时是否采用了长寿技术,如合理的设计结构、高效的冷却系统、优质的耐材和良好的施工水平;二是是否具有稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件;三是是否具有有效的炉体维护修复技术。冷却壁对高炉寿命起着木桶效应,维护好冷却壁对延长高炉寿命意义重大,有鉴于1号高炉冷却壁运行的实际情况,提出以下解决方向:

    (1)继续实施以“优化高炉操作,延长高炉寿命”的生产思路,不建议在以攻产量来提高经济技术指标,要在高炉操作、炉型管理、精料等方面多下功夫,提倡经济冶炼,延长高炉寿命。

    (2)要制定定检护炉计划,定期对炉衬进行修复维护,如采用压入造衬、在线造衬、喷涂造衬等技术进行维护,也可配合采用含钛矿进行护炉。

    (3)严格控制各类洗炉料的使用,包括锰矿的使用。

    (4)继续实施精料管理不松懈,采购优质原燃料,减少有害金属对高炉的影响。

    (5)进一步修复冷却系统,完善实时监控系统,为高炉提供及时、准确的监控数据。

    5  结语

        通过定产控氧护炉降低冶炼强度,缩小风口截面提高鼓风动能,调整装料制度抑制边缘气流发展,加强冷却系统管理稳定炉型,实施精料管理减少炉况波动等一系列措施,有效延长了汉钢公司1号高炉冷壁却寿命。

    6  参考文献

    [1]王志军 拜金明 王纪民.汉钢1080m3高炉低硅冶炼实践.炼铁交流.2016.1

    [2]高雪生 冯广斌 曹锋 袁苗苗。关于影响高炉寿命因素的分析。炼铁。2014。3

    [3]温太阳.高效长寿高炉炉缸维护技术探讨.炼铁.2014.2

    [4]汤清华.关于延长高炉寿命的若干问题.炼铁.2014.5

    (责任编辑:zgltw)
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