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马钢4000m3高炉一代炉龄中后期长寿综合治理

时间:2019-06-03 13:59来源:马钢第三炼铁厂 作者:安吉南 丁晖 廖海 点击:
  • 摘  要  马钢(A、B)4000m3高炉一代炉龄已近10年,高炉炉缸、炉底及冷却系统均出现老化现象,对高炉安全平稳运行产生影响。通过对炉底区域安装加固装置、冷却壁查漏和安装微型冷却器、建立炉缸侵蚀模型等措施,保证了炉况的稳定顺行。大型高炉长寿的根本是炉况的稳定。在高炉稳定顺行的前提下,积极探索上下部气流调整,结合精料管理,高炉稳定顺行1000天。

    关键词  大型高炉   稳定顺行   长寿治理   精料

    1  前言

    马钢(A、B)4000m3高炉于2007年投产,由中冶华天公司设计,设置4个铁口,36个风口,采用了铜冷却壁、薄壁炉衬、炭砖-陶瓷杯复合炉缸、软水密闭循环冷却系统、PW型串罐无料钟炉顶、TRT炉顶余压回收装置等成熟工艺。炉缸、炉底采用“陶瓷杯+全炭砖炉底”结构,炉底水冷管设计在炉底封板下部,炉底1层为平砌高导热炭砖,2-4层为平砌半石墨炭砖,5-14层为陶瓷杯本体(微孔炭砖BC-7S),15-19层为半石墨炭砖。2011年初两座高炉炉底封板出现不同程度的上涨,2015年10月29日和12月7日完成两座高炉炉底板监控系统。同时,通过建立炉缸侵蚀模型、高炉冷却壁漏水治理、炉内气流调整,实现了高炉1000天稳定顺行。(A、B)4000m3高炉主要特征如表1:

    2  炉底板上翘治理技术特点

    2.1  炉底板监控设备投运

    马钢第三炼铁总厂两座(A、B)4000m3高炉,2007年投产后三年多发现炉底板上翘,炉底板四周翘起与基础之间距离高达200㎜左右。两座高炉炉底板上翘,导致整个炉壳上涨,影响高炉设备的安全,特别是高炉炉缸的安全。

    为恢复炉底水冷管的冷却效果,沿炉底封板一周在高炉基础上采用化学植筋的方式预埋M36~M42的锚栓108个,通过压板扣住炉底板并在空隙中填充高导热灌浆料。

    在炉底H梁位置设置辅助压紧装置,从38根炉底H型钢梁(HM250×170)两端设置76件辅助压紧装置“小鞋子”(L型装置), 其底板与炉底H型钢梁焊接,通过压板扣住炉底板。然后利用炉底H型钢梁的拉力来平衡炉壳上涨力,从而增加抑制炉底板上翘的力。同时保证了炉底H型钢梁与炉底板相对稳定,确保炉底板与炉底H型钢梁的塞焊连接不被进一步拉开,防止炉底板的进一步损坏发生漏煤气情况。

    完成抑制上涨力的措施后,及时对炉底板下部浇注填料,实施防止回落的措施。在浇注填料的实施前,要同步完成炉底测温点,和位移监测装置的安装调试;同步建立在线监控系统。以更加准确的掌握上翘炉底板的温度、位移变化趋势。

    2.2  炉缸模型和水温差监测

    炉缸的侵蚀是不可避免的,国内外典型炉缸结构是冷却壁-捣打料-炭砖陶瓷杯结构,这种传热结构最大的不确定因素在于捣打料层。高炉由休风到生产的过程中,有检测数据表明炉壳被施加一个70MPa的环向应力。另外查文献知[1],对捣实的国内碳素捣打料施加50MPa的作用力,捣打料会发生3%-8%的变形量。高炉生产与休风的交替和炉缸热应力的变化,会导致捣打料层发生变形量,变形的结果会产生气隙。有文献显示[2],根据高炉炉缸气体成分测算的气体导热系数是0.042W/m.k,相当于炭砖导热系数的1/300,会严重影响炭砖的热量向冷却壁传导,这是炉缸炭砖侵蚀的重要原因。

    建立炉缸侵蚀检测体系的目的是了解和掌握炉缸侵蚀状况,便于及时发现侵蚀部位,采取有效措施控制侵蚀的进一步发展。我厂监控主要包括以下几个内容:

    (1)炉缸温度监控和炉缸侵蚀模型

    炉缸区域的炭砖电偶温度可以直接反映炉缸耐材的温度,通过计算可以得到炉缸内的温度场分布情况,并间接反映侵蚀状况。由于各高炉的炉缸炭砖材质和砌筑技术有区别,炭砖电偶温度的数值代表的意义也不尽相同,下表为马钢高炉炉缸监测的侧壁温度管理值。

    根据在炉缸设置的热电偶所测量的温度,利用平板传热、有限元等方法建立炉缸侵蚀模型,能够比较直观地反映炉缸的侵蚀情况。例如,图1为马钢A高炉1#铁口方位铁口中心线上方690mm处复式电偶通过模型计算得出该处砖衬残厚和凝铁壳厚度变化趋势。(2)炉缸冷却水水温差监控

    炉缸水温差监控可以直接反映冷却壁承受的热负荷水平,并且结合同区域的炭砖温度曲线可以综合判断炉缸气隙的状况。A、B高炉自动投运的水温差监控包括炉缸周向所有的冷却壁水管,测量值是1层-4层冷却壁水温差之和,由于高度方向上包含的冷却壁有4块,区域过大无法准确与炭砖温度对应。2016年底开始对1-4层铁口区域冷却壁每层出水增加检测电偶,因单块冷却壁水温差数值较小,需要水温差电偶和电气系统的精确度都要很高,安装后监测更加精细、准确。

    2.3  炉体冷却壁漏水治理

    炉体冷却壁治理主要是对炉体冷却设备的统计分析,控制适宜的边缘气流,达到稳定炉墙渣皮,减缓炉墙侵蚀,保持稳定操作炉型的目的。

    2.3.1  冷却壁本体管破损分析

    开炉后,由于高炉原燃料保供经验不足,导致炉况冬季周期性波动,炉体砖衬侵蚀严重。从2012年开始,A、B高炉冷却壁水管破损数量呈明显上升趋势,对高炉操作造成很大影响。

    看出,A高炉冷却壁破损较多,主要集中在2014年底至2015年5月之间,同期高炉炉况稳定性不好,边缘气流不受控,造成冷却壁砖衬的大量损坏。2015年6月以后,高炉重点优化煤气流的调整,保证中心气流的前提下控制适当的边缘气流,砖衬渣皮稳定性改善。另一方面,通过对破损冷却壁的水量精确监控和控制,对破损通道大于2根的冷却壁实施灌浆盲死并安装微型冷却器,减少漏入炉内的水量同时增加了冷却强度,促进渣皮的稳定。

    2.3.2  微冷安装及破损分析

    面对冷却壁本体管破损严重的问题,A高炉采用在冷却壁上钻孔安装微型冷却器的技术。安装的微型冷却器作为破损凸台和冷却水管的补充,增大冷却强度,同时微型冷却器相当于冷却壁上的锚固件,作为渣皮生成的根基,可在炉墙上稳定形成一层厚度适当的渣皮,作为炉墙的保护衬。既有利于高炉长寿,又有利于炉况的稳定顺行。

    A高炉2016年以来共安装炮弹头 12个,均处于炉身中下部铸铁和铜冷却壁交界处的铸铁冷却壁部位。首批安装的炮弹头4个月发生漏水情况,后期通过对炮弹头的优化改进,炮弹头寿命有所提高。

    3  炉内操作优化

    高炉长期保持稳定是高炉长寿的根本,马钢高炉操作者通过各个环节的努力,做到了在现有原燃料条件下稳定顺行1000天的阶段性目标,也为高炉长寿打下坚实基础。

    3.1  保供精料

    马钢目前高炉原燃料保供仍处于保障数量的较低水平,而大型高炉对于原燃料质量的要求相对较高。因此,在目前保供的大环境下需要积极主动的做好内部管理,从而保障高炉的稳定顺行。

    (1)烧结矿质量和性能的稳定,对高炉影响很大,往往在混匀矿料条转换期间高炉出现大幅波动。因此,2015年初开始采用混匀矿料条转换期间两老带一新的模式,优化后烧结矿换堆过程对高炉炉况的影响逐步减小,促进高炉的稳定顺行。

    (2)焦炭的质量对于大型高炉来说意义重大。我厂积极跟踪高炉焦丁和返焦粉的数量及焦炭冷、热态性能,发生异常情况及时向公司预警,焦化厂积极协调调整配煤比和生产,从而相对及时的纠正焦炭质量劣化趋势。同时,在现有焦炭粒度下,扩大部分焦炭仓筛齿间距(25mm→28mm),增大高炉中心焦炭粒度同时提高焦丁比用量,为高炉稳定顺行打下基础。

    (3)入炉有害元素控制:马钢4000m3高炉检测的有害元素包括锌、钾和钠。锌容易气化,锌蒸汽进入砖缝,氧化成ZnO后膨胀,破坏炉身上部耐火砖衬。碱金属如果入炉量超过高炉排碱能力,就会形成碱金属富集,球团矿碱金属含量高会异常膨胀引起严重粉化,恶化料柱透气性。同样,碱金属与焦炭反应会大幅降低高炉下部焦炭的强度,影响高炉稳定顺行。

    马钢4000m3高炉入炉锌负荷2016年1-3月份连续偏高,月平均值达到300g/t,最高达到367g/t。公司对高炉入炉原料进行全面检查,烧结矿锌含量偏高主要是配用的炼钢污泥中锌含量过高导致。因此,对烧结配用炼钢污泥数量和有害元素含量进行控制,烧结矿锌含量逐步正常,2016年5月以后高炉入炉锌负荷总体保持220g/t水平,促进高炉稳定顺行。

    3.2  炉内气流调整

    鉴于马钢大型高炉的原燃料现状,及开炉一直以来的周期性波动,2014年3月两座高炉逐步从失常中恢复后,马钢高炉操作者逐步去除中心焦,发展两道气流的布料模式。下图为2014年4月中心加焦的典型模式和目前的两道气流模式对比:

    在3年多摸索去中心焦的过程中,马钢(A、B)4000m3高炉基本解决了在现有原燃料条件下高炉的稳定顺行关。通过两道气流的模式转换,高炉压差水平由175kpa下降至165kpa,冷却壁渣皮稳定性改善,高炉操作燃料比下降至500kg/t水平。

    4  结语

    (1)马钢(A、B)4000m3高炉开炉3年多出现炉底板上涨,采用炉基化学植筋扣紧装置进行处理并灌入导热浇注料,延缓了炉底板上涨趋势,改善了炉底水冷管对炉底的冷却效果,为高炉实现稳定顺行打下基础。

    (2)依据马钢现有原燃料条件,逐步过渡中心焦模式,发展两道气流的操作模式。高炉压差降低,冷却壁渣皮稳定性改善,为高炉稳定、降耗提供保障。

    (3)通过对烧结矿和焦炭质量性能的优化,严格控制入炉有害元素,为高炉提升指标提供有力保障。

    (4)通过炉底板和炉缸监控系统,实时监控高炉炉底、炉缸区域的工作状况,发现异常及时处理,不仅促进了炉底、炉缸的稳定运行,同时抑制了炉壳的过快上涨,避免冷却壁水管挤压造成的损坏。

    (5)对于漏水通道较多的冷却壁应当及早安装微型冷却器,可以避免冷却壁破损的进一步扩大,减少炉内漏水,稳定耐材热面渣皮厚度。

    5  参考文献

    [1]项仲庸.国外高炉炉缸长寿技术研究[J].中国冶金,2013,23(7):1.

    [2]程树森,杨天钧,左海燕,等.高炉炉身下部及炉缸、炉底冷却系统的传热学计算[J].钢铁研究学报,2004,16(5):11.

    (责任编辑:zgltw)
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