張延輝,趙立軍,龔繼兵
(鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司 遼寧 營(yíng)口115007)
鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司擁有2座有效容積為4038 m3的高爐,2008年9月6日1號(hào)高爐開(kāi)爐,實(shí)現(xiàn)一次投產(chǎn)成功、快速達(dá)產(chǎn)。2008年12月份后,高爐冶煉強(qiáng)度不斷提高,單座高爐日產(chǎn)量最高達(dá)到1.07萬(wàn)t,利用系數(shù)達(dá)到2.5 t/(m3.d),但在 2011年 7月份,即 1號(hào)高爐投產(chǎn)不到3年,鐵口以下?tīng)t缸局部環(huán)炭溫度快速升高到512℃,嚴(yán)重影響爐缸安全。近年來(lái)我國(guó)高爐燒穿事故頻發(fā),據(jù)2010年不完全統(tǒng)計(jì),1年內(nèi)就有8座高爐發(fā)生燒穿事故,其中包括一些大型高爐,造成了重大損失。有些事故高爐開(kāi)爐只有2~4個(gè)月就發(fā)生燒穿事故,大多數(shù)燒穿時(shí)間為開(kāi)爐后的1~4年內(nèi),此外還有20余座2000 m3以上級(jí)別高爐雖然沒(méi)有發(fā)生燒穿事故,但爐缸存在安全隱患[1],說(shuō)明這些高爐設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、日常管理和生產(chǎn)操作等方面可能存在一定缺陷。在投入生產(chǎn)以后,高爐日常管理和操作制度對(duì)維護(hù)安全長(zhǎng)壽尤為重要,鑒于鞍鋼鲅魚(yú)圈1號(hào)高爐爐缸已經(jīng)存在安全隱患,不得不采取各種措施來(lái)保護(hù)爐缸安全,新建1套軟水站增加冷卻水流量、單獨(dú)為爐缸供水,日常操作制度上堅(jiān)持長(zhǎng)期低冶煉強(qiáng)度,利用系數(shù)維持在1.9 t/(m3.d)以下。在此期間,嚴(yán)格堅(jiān)持“精料”方針,保持燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定,嚴(yán)格控制含鋅高雜料入爐,在干熄焦用量不足時(shí),及時(shí)調(diào)整操作制度,活躍爐缸、減輕鐵水對(duì)爐缸炭磚環(huán)流侵蝕。通過(guò)采取一系列措施,鞍鋼鲅魚(yú)圈1號(hào)高爐爐缸狀態(tài)安全受控。
鞍鋼鲅魚(yú)圈高爐爐缸內(nèi)襯引進(jìn)美國(guó)UCAR小塊炭磚,鐵口區(qū)域及容易產(chǎn)生象腳侵蝕區(qū)域外環(huán)使用NMD小塊超炭磚,其余部位使用NMA小塊炭磚、無(wú)陶瓷杯,爐底炭磚上部采用莫來(lái)石磚形成陶瓷墊保護(hù)層。
高爐爐底冷卻采用在爐底板下埋設(shè)水冷管的形式。爐缸、風(fēng)口帶采用冷卻壁冷卻方式,其中風(fēng)口帶以下設(shè)5段冷卻壁,H-1、H-3~H-5段為光面冷卻壁,材質(zhì)為耐熱低鉻鑄鐵,水管規(guī)格Φ60 mm×6 mm;H-2段位于象腳侵蝕區(qū),采用冷卻強(qiáng)度大的銅冷卻壁來(lái)加強(qiáng)該部位的冷卻,每個(gè)鐵口區(qū)域采用6塊異型銅冷卻壁,風(fēng)口區(qū)為1段異形光面冷卻壁,材質(zhì)為耐熱低鉻鑄鐵。
爐體軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為1系統(tǒng)和2系統(tǒng)。1系統(tǒng)冷卻范圍包括爐底水冷管、風(fēng)口中套和倒流休風(fēng)閥,水量為1 000 m3/h;2系統(tǒng)分為2個(gè)區(qū)域Ⅰ系列和Ⅱ系列,Ⅰ系列主要為爐缸冷卻壁供水,Ⅱ系列冷卻范圍包括鑄鐵冷卻壁、銅冷卻壁和銅冷卻板,2系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量為5 704 m3/h,其中爐缸設(shè)計(jì)冷卻水量為2 400 m3/h。
鞍鋼鲅魚(yú)圈1號(hào)高爐2008年9月6日開(kāi)爐,投產(chǎn)初期爐缸環(huán)炭溫度一直處于平穩(wěn)狀態(tài),逐步實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)、達(dá)效,高爐利用系數(shù)達(dá)到2.1 t/(m3.d),開(kāi)爐以來(lái)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 1號(hào)高爐各年度技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
2011年6月份后,鞍鋼鲅魚(yú)圈高爐1號(hào)鐵口下部第19層環(huán)炭(第三段冷卻壁下部)溫度明顯上升,最高達(dá)到512℃,此后高爐1號(hào)鐵口下部第10層炭磚(第二段冷卻壁中部)溫度也開(kāi)始上升,一段時(shí)間后高爐4號(hào)鐵口(與1號(hào)鐵口同側(cè))第10層炭磚溫度也開(kāi)始上升(見(jiàn)圖1),單塊冷卻壁水溫差最高接近1.0℃,熱流強(qiáng)度最高達(dá)到52 kW/m2,已經(jīng)接近高爐同類型結(jié)構(gòu)發(fā)生事故溫度值,因此,鞍鋼鲅魚(yú)圈高爐不得不降低冶煉強(qiáng)度,利用系數(shù)控制在 1.9 t/(m3.d)以下(見(jiàn)表 1),并采取各種措施來(lái)保護(hù)爐缸安全。
由于設(shè)計(jì)冷卻水流量已經(jīng)不能滿足高爐長(zhǎng)壽要求。因此,新建了一座軟水站,單獨(dú)向爐缸供水,流量為4 600 m3/h,冷卻壁水管流速在3.0 m/s以上。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每到冬季生產(chǎn),高爐爐缸側(cè)壁溫度都明顯下降,說(shuō)明氣溫對(duì)高爐爐缸長(zhǎng)壽有影響。為了確保冬季過(guò)后高爐爐缸長(zhǎng)時(shí)間保持較好狀態(tài),在每年冬季實(shí)施冬季護(hù)爐方案。此護(hù)爐方案的核心是在爐缸耐材熱面形成保護(hù)層,減輕爐缸耐材侵蝕。利用環(huán)境溫度低優(yōu)勢(shì),配合提高換熱器能力,降低冷卻水入口溫度在16℃以下,比焓下降明顯,比熱容增大,改善冷卻水帶走熱量能力。因此,冬季要求在保證爐身冷卻強(qiáng)度不過(guò)剩的前提下,全開(kāi)噴淋空冷系統(tǒng)降低水溫,冷卻水進(jìn)水溫度小于20℃,力爭(zhēng)達(dá)到16℃。
當(dāng)環(huán)炭溫度或冷卻壁水溫差持續(xù)上升時(shí),定期使用從爐頂加入焙燒含鈦球團(tuán)護(hù)爐措施,始終維持鐵水中[Ti]含量在0.10%~0.15%之間,同時(shí)采用降低冶煉強(qiáng)度、減少富氧量、提高爐缸冷卻水流量加強(qiáng)冷卻等措施。根據(jù)一些高爐破損調(diào)查結(jié)論,高爐采用釩鈦礦護(hù)爐效果存在較大差異,如果高爐內(nèi)襯潤(rùn)濕性好、鐵水環(huán)流速度慢,含鈦凝結(jié)物TiC 、TiN 和 Ti(C,N)與內(nèi)襯黏附性強(qiáng)[2],則護(hù)爐效果好,反之護(hù)爐效果差。因此,采用含鈦爐料護(hù)爐時(shí),降低冶煉強(qiáng)度、減慢鐵水環(huán)流速度,可防止含鈦凝結(jié)物被鐵水環(huán)流帶走。
(1)提高混勻造堆質(zhì)量
鞍鋼鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司大型綜合料場(chǎng)年產(chǎn)混勻礦865萬(wàn)t,有能力為燒結(jié)生產(chǎn)提供高質(zhì)量混勻礦。首先根據(jù)造堆鐵料成分進(jìn)行簡(jiǎn)單混勻,然后按產(chǎn)地、批號(hào)采用鱗狀堆積方式封堆,封堆后堅(jiān)持多點(diǎn)取樣,取化學(xué)成分加權(quán)平均值作為該品種參與混勻造堆的化學(xué)成分[3-4]。制定混勻礦堆積計(jì)劃,一堆原料等分成4個(gè)BLOCK (組),每個(gè)BLOCK堆積層數(shù)不少于3 000層,采取大人字形變起點(diǎn)延時(shí)定終點(diǎn)連續(xù)往返分層堆積方式,混勻礦的質(zhì)量 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2。
(2)合理配礦和強(qiáng)化燒結(jié)
鞍鋼鲅魚(yú)圈鐵料以進(jìn)口礦粉為主,同時(shí)搭配一部分鞍鋼自產(chǎn)和遼寧地區(qū)鐵精礦,在每一種新鐵料使用前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn),根據(jù)鐵料基礎(chǔ)特性、燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)論,選擇合理配比使燒結(jié)礦具有穩(wěn)定品位,保證高爐入爐品位不低于57.5%。采用盡可能多的品種配礦,利用各種鐵料礦物基礎(chǔ)特性存在的差異進(jìn)行互補(bǔ)。由于含高結(jié)晶水粉礦在燒結(jié)時(shí)易產(chǎn)生爆裂,影響燒結(jié)礦強(qiáng)度,高結(jié)晶水含量的粉礦配比不大于12%。由于澳大利亞礦、伊朗礦粉和印度礦Al2O3含量基本在2.0%以上,控制好高Al2O3含量進(jìn)口礦比例,確保燒結(jié)礦Al2O3含量低于1.8%,以免高爐渣中Al2O3含量超過(guò)15%后造成爐渣熔化性溫度升高、流動(dòng)性變差,影響高爐順行。適當(dāng)配入一定比例高SiO2含量粉礦或地方精礦,保證燒結(jié)礦中SiO2含量在4.7%~5.2%范圍,確保燒結(jié)過(guò)程中有一定的液相量,維持良好的冶金性能[3-4]。
鞍鋼鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司的405 m2燒結(jié)機(jī)經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié),確定“二十八字操作方針”,即“以風(fēng)為綱,精心備料,穩(wěn)定水碳,厚鋪鋪平,嚴(yán)控終點(diǎn),慢冷篩凈,噴勻降粉”。燒結(jié)機(jī)返礦和高爐返礦提前加入足夠的水進(jìn)行潤(rùn)濕,料層厚度要保持在750 mm以上,燒結(jié)點(diǎn)火溫度控制在(850±50)℃范圍內(nèi),預(yù)熱段溫度要求大于250℃,適當(dāng)控制環(huán)冷機(jī)速度,緩慢冷卻成品燒結(jié)礦,避免冷卻速度過(guò)快對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)生熱應(yīng)力破壞,使燒結(jié)礦強(qiáng)度變差[4]。
(3)嚴(yán)格控制K2O、Na2O、ZnO等雜質(zhì)入爐
堿金屬及鋅在爐內(nèi)循環(huán)富積是影響高爐長(zhǎng)壽因素之一,同時(shí)其中的K、Na等堿金屬在高溫區(qū)域內(nèi)對(duì)焦炭具有明顯劣化作用。堿金屬排除的主要途徑是瓦斯灰和瓦斯泥,如果堿金屬不能得到有效排除,則會(huì)在爐內(nèi)富積。堿金屬主要危害是在爐襯表面吸附焦粉、礦粉,并與SiO2、A12O3反應(yīng)生成難熔物質(zhì),如果原料條件差,高爐爐溫又頻繁波動(dòng),則附著層越長(zhǎng)越大,最后導(dǎo)致結(jié)瘤。堿金屬進(jìn)入風(fēng)口磚襯后造成風(fēng)口二套上翹,導(dǎo)致?tīng)t缸活躍程度下降。 如果Zn、K、Na和 Pb在爐缸內(nèi)襯富集,就會(huì)對(duì)炭質(zhì)耐火材料內(nèi)襯造成巨大侵蝕,甚至造成爐缸燒穿等惡性事故[5]。
高爐中70%以上堿金屬及鋅來(lái)源于燒結(jié)礦,燒結(jié)礦中堿金屬及鋅主要來(lái)源于燒結(jié)配入含鐵塵泥。含鐵塵泥主要有燒結(jié)除塵灰、瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥和鐵鱗,在所有品種塵泥中堿金屬及鋅含量也存在較大差異,其中燒結(jié)除塵灰中堿金屬及鋅含量非常低,瓦斯灰中堿金屬及鋅含量波動(dòng)最大,以鋅含量為例,瓦斯灰中鋅含量變化幅度可達(dá)到0.2%~7.0%;同樣轉(zhuǎn)爐泥中堿金屬及鋅含量波動(dòng)最大,以鋅含量為例,當(dāng)轉(zhuǎn)爐使用鍍鋅板作為廢鋼時(shí),鋅含量可達(dá)到5.0%以上。鞍鋼鲅魚(yú)圈各種塵泥總量大約為40~50萬(wàn)t/a,含鐵量基本在40%以上。如果廢棄,不僅浪費(fèi)資源,還會(huì)造成環(huán)境污染,因此,瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥含ZnO、K2O、Na2O含量高低成為再循環(huán)使用量限制環(huán)節(jié)。
高爐分別以 Zn負(fù)荷為 0.15 kg/t、K2O和Na2O綜合負(fù)荷2.2 kg/t為標(biāo)準(zhǔn)。如果堿金屬負(fù)荷和鋅負(fù)荷小于控制標(biāo)準(zhǔn),所有塵泥都用于燒結(jié)配料。在參與配料之前,根據(jù)各種塵泥化學(xué)成分、粒度、水分、黏度特點(diǎn),例如轉(zhuǎn)爐泥含水量高、粒度細(xì),軋鋼鐵鱗黏度大,存在不容易混勻缺點(diǎn),不能單獨(dú)用于燒結(jié)配料,而瓦斯灰是布袋灰,具有干燥、無(wú)黏度等特點(diǎn)。首先向黏度大鐵鱗中配入一定比例瓦斯灰,簡(jiǎn)單混勻,然后向水分含量高的轉(zhuǎn)爐泥中配入一定比例瓦斯灰,再簡(jiǎn)單混勻,最后把兩種簡(jiǎn)單混勻廢料按照一種鐵料對(duì)待,用大型機(jī)械攪拌混勻設(shè)備混合,再采用強(qiáng)力混合機(jī)進(jìn)一步混勻,混料直接參與燒結(jié)配料,最高配比為13%。
如果瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥中ZnO、K2O、Na2O含量超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn),則上述廢料不參與燒結(jié)配料,而是作為生產(chǎn)含碳素鐵碳球團(tuán)原料,再加入一定比例膨潤(rùn)土,采用強(qiáng)力混合機(jī)混勻,圓盤(pán)造球機(jī)造球,生球經(jīng)過(guò)自然干燥后,篩出粉末,在鐵水罐折鐵后,加入紅罐中,利用鐵水罐余熱,達(dá)到鐵碳球團(tuán)中碳素與鐵氧化物發(fā)生還原反應(yīng)熱力學(xué)條件,回收廢料中鐵,同時(shí)有效脫出混料Zn、K、Na有害元素,減輕高爐鋅負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷[6]。
鞍鋼鲅魚(yú)圈每次干熄焦?fàn)t檢修時(shí)間都很長(zhǎng),在干熄焦?fàn)t檢修期間,高爐濕焦比例達(dá)到50%~70%,有時(shí)因特殊原因?qū)е?座干熄焦?fàn)t同時(shí)檢修,濕焦比例達(dá)到100%。
近幾年每次干濕焦轉(zhuǎn)換對(duì)高爐都產(chǎn)生很大影響,改為全干焦后爐況恢復(fù)期也比較長(zhǎng),干焦轉(zhuǎn)濕焦對(duì)高爐影響有以下幾點(diǎn):
(1)干焦轉(zhuǎn)濕焦后,燃料比會(huì)大幅度上升,根據(jù)比例不同,影響燃料比為20~40 kg/t。
(2)高爐煤氣流分布不穩(wěn)定,如果氣流調(diào)整不到位,氣流不暢,會(huì)造成加風(fēng)困難。隨著使用濕焦時(shí)間增長(zhǎng),使用量增大,高爐風(fēng)量會(huì)逐漸降低。
(3)高爐鐵水物理熱明顯下降,相同[Si]含量的鐵水物理熱下降30℃以上,渣溫、渣色變差,經(jīng)常出現(xiàn)黑渣。
(4)渣鐵排放變得因難,相對(duì)于全干焦生產(chǎn)時(shí),渣鐵經(jīng)常出不凈,高爐礦耗升高。
(1)在干焦轉(zhuǎn)濕焦的同時(shí),根據(jù)不同干濕比例來(lái)提高入爐焦比。提高入爐焦比的幅度以保持煤比不變或保持略低于全干焦時(shí)的煤比。
(2)在操作制度上適當(dāng)放開(kāi)中心氣流,同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加重邊緣氣流,原則上保持爐頂溫度及爐喉溫度與全干焦時(shí)相同或略高于全干焦時(shí)期。
(3)保持比全干焦時(shí)略高的鐵水[Si]含量,盡量保持較高的鐵水溫度,使其不至于大幅度低于全干焦生產(chǎn)時(shí)期的溫度。
采取措施后,鞍鋼鲅魚(yú)圈1號(hào)高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃,高爐爐缸處于安全狀態(tài)。
鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司1號(hào)高爐投產(chǎn)不到3年時(shí),1號(hào)鐵口以下?tīng)t缸局部炭磚溫度快速升高到512℃,之后4號(hào)鐵口以下局部炭磚溫度也快速升高,爐缸安全狀態(tài)受到影響,為保證爐缸安全,新建一座軟水站,單獨(dú)向爐缸供水,冷卻水流量增加到4 600 m3/h,冬季降低冷卻水入口溫度在16℃以下,定期使用含鈦球團(tuán)護(hù)爐措施,同時(shí)高爐利用系數(shù)長(zhǎng)期維持在1.9 t/(m3.d)以下,在此期間,發(fā)揮大型綜合料場(chǎng)優(yōu)勢(shì),提高混勻礦質(zhì)量,保持燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定,嚴(yán)格控制含鋅高雜料入爐,在干熄焦用量不足時(shí),及時(shí)提高入爐焦比20~40 kg/t,保持較高爐溫。措施實(shí)施后,鞍鋼鲅魚(yú)圈1號(hào)高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃,高爐爐缸處于安全狀態(tài)。
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