供稿|何益先，江青芳

四川德勝集團(tuán)3#高爐長壽技術(shù)的探索與實踐

供稿|何益先，江青芳

內(nèi)容導(dǎo)讀

經(jīng)過四年無中修和大修的運行后，四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鐵廠3#高爐出現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)破損漏水等問題，通過一系列整修維護(hù)，取得了良好的效果。通過對3#高爐長壽方案的分析研究，給出了提高冷卻強度、優(yōu)化冷卻系統(tǒng)、治理破損冷卻壁、優(yōu)化高爐操作管理等具體方案，希望從經(jīng)驗層面進(jìn)一步推動高爐長壽技術(shù)的發(fā)展。

問題溯源

德勝集團(tuán)四川釩鈦有限公司3#高爐2010年9月9日點火開爐，有效容積1350 m3，采用自立式框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置2個鐵口，1個渣口，20個風(fēng)口，采用薄壁爐襯。迄今為止已正常生產(chǎn)4年無中修和大修，但自2014年8月以來出現(xiàn)的冷卻系統(tǒng)破損漏水，對高爐安全、順行造成了較大隱患。下面簡要介紹3#高爐的冷卻系統(tǒng)及出現(xiàn)的問題。

冷卻設(shè)備

爐底采用φ89 mm×8的碳鋼管作為冷卻設(shè)備，爐缸、風(fēng)口帶采用冷卻壁冷卻方式。其中風(fēng)口帶以下采用3段光面冷卻壁(H1-H3)，材質(zhì)為灰鑄鐵(HT150)，冷卻壁厚度為150 mm。風(fēng)口區(qū)采用1段異形光面鑄鐵冷卻壁(H4)，材質(zhì)為灰鑄鐵，冷卻壁厚度為230 mm。爐腹下部設(shè)置4層單室6通道銅冷卻板(CP)進(jìn)行過渡，其上至爐身下部采用3段鑲磚銅冷卻壁(B1、B2、S1)，銅冷卻壁厚度為120 mm，總高度約5400 mm.爐身中下部至爐身上部則采用7段滿鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁(S2-S7，材質(zhì)QT400-18)，冷卻壁厚230 mm。

爐體冷卻系統(tǒng)

根據(jù)冷卻元件的重要性和冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計要求，3#高爐爐體冷卻系統(tǒng)分為高壓工業(yè)水冷卻系統(tǒng)、中壓工業(yè)水冷卻系統(tǒng)和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。高壓工業(yè)水冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)口小套和爐頂灑水裝置等；高壓工業(yè)水的供水量為772 m3/h，供水壓力≥1.4 MPa。爐體系統(tǒng)軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)為一串到頂?shù)姆绞?，包括爐底水冷管、爐底爐缸冷卻壁、銅冷卻板、銅冷卻壁、爐身冷卻壁，設(shè)計水量為2304 m3/h。為方便檢漏，中間設(shè)置兩層環(huán)管，在高度上將冷卻設(shè)備分成3段。爐底爐缸為第1段，爐腹到爐身下部為第2段，爐身中部到上部為第3段。其中爐腹到爐身下部冷卻壁易損壞的區(qū)域，又將其分為4個區(qū)進(jìn)行流量和溫度測定。熱風(fēng)閥則采用的是冷卻壁的回水加壓，水量為390 m3/h。

出現(xiàn)的問題

自2010年9月9日點火開爐以來，3#高爐各項指標(biāo)皆達(dá)到設(shè)計要求，生產(chǎn)運行情況良好。但自2014年8月冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)破損漏水以來，現(xiàn)已查出有11塊冷卻壁破損，主要集中在第9段(爐身下部軟融帶)，還有部分尚未查出。并且冷卻壁破損已呈逐步擴大的趨勢，對高爐安全、順行造成了較大隱患。對此，主要采取了調(diào)整裝料制度、送風(fēng)制度、爐缸熱制度、爐前操作、原料管理等，維持了高爐的穩(wěn)定及指標(biāo)的優(yōu)化；同時，也對破損冷卻壁采取穿管、安裝銅冷卻棒的方式進(jìn)行有效治理?，F(xiàn)將四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鐵廠3#高爐長壽技術(shù)經(jīng)驗進(jìn)行分析總結(jié)，希望從經(jīng)驗層面進(jìn)一步推動高爐長壽技術(shù)的深化發(fā)展。

問題現(xiàn)狀

在2014年8月發(fā)現(xiàn)德勝集團(tuán)四川釩鈦有限公司3#高爐冷卻壁損壞漏水以來，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)大幅下降，特別是鐵水產(chǎn)量下降達(dá)290.79 t/d。同時高爐冷卻壁損壞部位全部集中在第9段，即爐身中下部，材質(zhì)為球墨鑄鐵。這個部位的修補一般采用灌漿封堵或外接工業(yè)水等方式處理，但問題是會造成局部受熱不均，渣皮容易脫落影響高爐爐溫控制。

3#高爐于2010年9月9日開爐以來，供水系統(tǒng)直至2012年5月份運行正常，軟水流量基本維持在2650 m3左右。其后因事故渣壩施工導(dǎo)致軟水進(jìn)水總管破損。對其進(jìn)行了改道之后，管線彎頭增加，長度增加，投用后壓力等參數(shù)無明顯差異，水流量降低約150 m3/h。同時3#高爐軟水泵站使用了5臺蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行冷卻，處理能力為每臺600 m3/h。軟水泵采用“兩用一備”的運行方式，揚程55 m，流量為1372 m3?；厮偣軌毫?.17 MPa。目前要求水溫控制在41℃～45℃的區(qū)間，但蒸發(fā)冷卻器全開狀態(tài)，依然無法滿足水溫要求，需要開啟排污閥補軟水或者新水降溫。

原因分析

冷卻壁溫度波動過大

經(jīng)過測試(見表1)，S2鑄鐵冷卻壁溫度存在周期性的劇烈波動，范圍在200℃～800℃。溫度過高，波動頻繁，導(dǎo)致冷卻壁嚴(yán)重龜裂，水管過早暴露在高溫?zé)釟饬飨?，此時管壁溫度可達(dá)119℃，而爐體水系統(tǒng)冷卻壁水量2515 t/h，水速1.84 m/s，總水溫升9℃，欠熱度富裕不大，爐身中下部邊緣氣流、熱負(fù)荷較為活躍。

表1 德勝3#高爐冷卻壁溫度波動情況

系統(tǒng)供水量不足

在2臺軟水泵運行時，系統(tǒng)總水量2480 t/h ，冷卻壁水量2130 t/h，鑄鐵冷卻壁的水頭水量14.8 t/h ，水速為1.56 m/s。在鑄鐵冷卻壁龜裂前該水速是足夠的，但在冷卻壁發(fā)生龜裂后，在水管直接面臨熱氣流的情況下，水速就明顯不足。設(shè)計的水頭水量16 t/h ，水速1.68 m/s，也是如此，在冷卻壁龜裂前水速是足夠的，在冷卻壁發(fā)生龜裂之后水速也明顯不足。如此以來，直接導(dǎo)致冷卻強度不夠，無法產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。

冷卻壁水速偏低

冷卻壁在龜裂后，水管直接面臨1400℃的高溫氣流，冷卻壁通道水速1.5 m/s，低于要求的最低速度2 m/s，此時溫度可能達(dá)到130℃，超過0.25 MPa壓力下的水沸騰溫度(126.8℃)，容易導(dǎo)致水的局部膜態(tài)沸騰，影響水的換熱。

邊緣氣流過于活躍

根據(jù)冷卻壁的溫度記錄及靜壓堵塞情況，高爐軟熔帶根部位置應(yīng)在S1處，而S2恰好是軟熔帶氣流出入的位置，溫度變化比較劇烈。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，3#高爐開爐兩年后，S2段球墨鑄鐵冷卻壁始終在200℃～800℃波動，波動頻率不斷增加，直至現(xiàn)在的每天一次。冷卻壁溫度長期過高，邊緣氣流過于活躍，使得軟熔帶極不穩(wěn)定，溫度波動劇烈，最終導(dǎo)致冷卻壁長期承受較為頻繁的溫度波動，已經(jīng)達(dá)至疲勞極限，是造成冷卻系統(tǒng)破損的主要原因之一。

維護(hù)與管理

基于對四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司3#高爐運行情況與冷卻壁破損問題的分析，主要采取四方面措施進(jìn)行高爐長壽的維護(hù)與管理，取得了成效。

提高冷卻強度

鑒于爐身冷卻壁水管可能已經(jīng)出現(xiàn)裸露的態(tài)勢，首先啟動備用水泵提高冷卻水量，將單根水管流速上調(diào)至2 m/s左右，然后對水泵進(jìn)行升級改造。因為現(xiàn)有水泵的實際運行性能是950 t/h，揚程52 m，功率235 kW，流量和水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計性能為1327 t/h，揚程53 m，電機315 kW的性能參數(shù)指標(biāo)，導(dǎo)致現(xiàn)有水泵的出力不足。升級后的水泵后冷卻壁水頭水量2.0 m/s ，冷卻壁系統(tǒng)水量2750 t/h ，熱風(fēng)爐水量按350 t/h ，總計水量達(dá)到3100 t/h。其中單臺水泵性能為1550 t/h 、揚程56 m，改兩臺泵后，單臺泵的運行功率達(dá)到340 kW、額定功率在350 kW左右。其次是提高脫氣罐壓力來增加水速。脫氣罐的壓力由前期的0.08 MPa提高到0.1 MPa，主要通過加氮氣的方法來實現(xiàn)增壓的目的。

優(yōu)化冷卻系統(tǒng)

根據(jù)各項參數(shù)指標(biāo)，制定“3#高爐水系統(tǒng)參數(shù)控制規(guī)定”保持水溫差穩(wěn)定，對局部水溫差異常的部分進(jìn)行控水，將軟水的供水溫度控制在50℃、回水溫度控制在65℃以內(nèi)。同時確保高爐冷卻水水質(zhì)達(dá)到表2標(biāo)準(zhǔn)。

表2 高爐冷卻水水質(zhì)要求

治理破損冷卻壁

對于破損的冷卻壁，優(yōu)先采取穿管的方式進(jìn)行處理。在相鄰兩根水管同時破裂且穿管失敗的情況下，則加裝銅冷卻棒后壓漿造襯處理，保持其冷卻強度，避免局部冷卻強度異常。同時密切監(jiān)視高爐爐身溫度變化，作好檢查臺賬，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。對已斷水灌漿封堵的或外接工業(yè)水冷卻的破損冷卻壁，要重點監(jiān)護(hù)，防止破損進(jìn)一步加大威脅高爐順行。

優(yōu)化高爐操作管理

高爐爐況長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)是原燃料，因此力保原燃料的質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)均衡，是高爐長壽的重要條件?？紤]到3#高爐冷卻壁破損的實際現(xiàn)狀，加強原燃料管理，保證入爐原料的穩(wěn)定，提高原料品質(zhì)尤為重要。

同時還要實現(xiàn)高爐操作制度的優(yōu)化，穩(wěn)定爐缸熱制度，防止?fàn)t溫大起大落。嚴(yán)格控制[Si]+[Ti]在0.25%～0.35%，物理熱在1430℃～1460℃之間，嚴(yán)防高爐爐溫連續(xù)三爐超出要求范圍。具體操作制度如下：

1) 穩(wěn)定爐缸熱制度。高爐基準(zhǔn)燃料比由各高爐根據(jù)當(dāng)日爐況制定，波動范圍為±5 kg，超出此范圍調(diào)劑值班工長需向技術(shù)主管匯報請示方可操作。各高爐調(diào)劑爐溫時，相比上班平均煤量降低煤量2 t/h以上，時間不得超過1 h。在恢復(fù)時則視爐況酌情補充煤量，超出此范圍調(diào)劑需向技術(shù)主管匯報請示方可調(diào)整。

2) 優(yōu)化高爐造渣制度。著重提高爐渣流動性，保證脫硫的前提下適當(dāng)降低爐渣堿度，保持爐渣堿度(R2)在1.10～1.18倍之間。每班至少保證分析兩次爐渣樣，單爐爐渣堿度超過1.20時，立即匯報技術(shù)主管，進(jìn)行變料調(diào)整。

3) 調(diào)整送風(fēng)制度。為了延長高爐壽命，在爐役后期可適當(dāng)減小風(fēng)口直徑，盡量減少風(fēng)口區(qū)對冷卻壁的壓力，避免使用短風(fēng)口送風(fēng)，保護(hù)爐缸。操作上要注意穩(wěn)定風(fēng)量，力爭穩(wěn)定風(fēng)壓，盡量避免減風(fēng)、慢風(fēng)操作。

4) 調(diào)整裝料制度。通過爐內(nèi)的適當(dāng)優(yōu)化，防止出現(xiàn)過強的邊緣管道氣流。再通過風(fēng)口下部氣流調(diào)整、上部布料矩陣的優(yōu)化等，使S2 鑄鐵冷卻壁的過熱溫度水平能夠降低到500℃以下的水平，保證銅冷卻壁的最高波動峰值溫度控制在150℃以下，爐喉邊緣的煤氣溫度控制在100 ℃左右，爐喉鋼磚下溫度宜控制在450℃以內(nèi)。為了達(dá)到較好的效果，實際工作中一般采用適當(dāng)抑制邊緣氣流，疏導(dǎo)中心氣流的裝料制度。特別是要杜絕邊緣管道氣流，盡量減少高溫煤氣對爐襯、冷卻壁和爐頂設(shè)備的熱應(yīng)力沖擊。因此要求裝料制度在爐況穩(wěn)定的前提下，以少調(diào)、微調(diào)有序逐次調(diào)整為主，需要調(diào)整裝料制度時，必須先請示車間主任同意方可實施，嚴(yán)禁私自調(diào)整。

5) 嚴(yán)格爐前管理制度。爐前管理對高爐長壽至關(guān)重要，尤以穩(wěn)定操作制度為主。爐前管理重點在于保證正點出鐵率、鐵口合格率為核心。根據(jù)實際情況增加鐵口角度。 3#高爐設(shè)計鐵口角度10°，目前使用12°，在爐役中后期隨著高爐爐底的侵蝕逐步加重，鐵水液面下降，下渣量增加，鐵口不易維護(hù)。因此鐵口角度要根據(jù)爐底侵蝕狀況隨之增加，以滿足出盡渣鐵，有效維護(hù)鐵口長壽。

結(jié)束語

3#高爐通過加強原燃料管理、冷卻系統(tǒng)的合理維護(hù)、優(yōu)化操作制度、調(diào)整風(fēng)口布局、嚴(yán)格控制休、慢風(fēng)等操作技術(shù)措施，實現(xiàn)了冷卻壁大量損壞下的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。綜上所述，根據(jù)大量實踐數(shù)據(jù)及經(jīng)驗總結(jié)出幾點高爐中后期的重點要素：

1) 高爐從開始投產(chǎn)，都要以安全、順行、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、長壽為目的，分階段采用不同的護(hù)爐措施。

2) 對中、后期高爐的管理和操作，必須從上到下高度重視，堅持安全第一的基本原則。

3) 在冷卻壁大量損壞的情況下，及時灌漿封堵或安裝點式冷卻棒，是保證爐役后期維護(hù)基本合理的操作爐型、創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的有效條件。

4) 高爐爐役后期操作，應(yīng)堅持適當(dāng)抑制邊緣氣流，引導(dǎo)中心煤氣流的操作制度，同時保證爐缸工作活躍、爐前操作有序。

5) 漏水高爐盡量避免慢風(fēng)和非計劃休風(fēng)，保證全風(fēng)操作，因此對設(shè)備系統(tǒng)的管理尤其重要。

高爐長壽是一項系統(tǒng)工程，靠單項技術(shù)是無法實現(xiàn)高爐長壽的，必須統(tǒng)籌考慮基礎(chǔ)管理、技術(shù)操作和設(shè)備維護(hù)等各環(huán)節(jié)。通過對3#高爐自2014年8月份開始的操作實踐分析,“內(nèi)養(yǎng)外治”不但能夠達(dá)到高爐長壽的目的, 而且能夠?qū)崿F(xiàn)高強度冶煉的效果。在裝備水平一定的條件下,建立并執(zhí)行較為完善的高爐長壽管理技術(shù)措施, 精心維護(hù)爐況,是確保高爐長期穩(wěn)定順行的關(guān)鍵。根據(jù)爐況，通過嚴(yán)格基礎(chǔ)管理，強化工藝點檢等手段，是維護(hù)保持高爐長周期的穩(wěn)定順行,取得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)，也是高爐長壽的基礎(chǔ)。

3# BF Longevity Technology Exploration and Practice in Sichuan Desheng Group

/ HE Yi-xian, JIANG Qing-fang

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.03.10

何益先(1979—)，男，煉鐵工程師，畢業(yè)于重慶科技學(xué)院，鋼鐵冶金大專學(xué)歷，從事煉鐵生產(chǎn)技術(shù)管理，E-mail：931443989@qq.com，通信地址：614900四川省樂山市沙灣區(qū)銅河路南段8號。

四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鐵廠，四川 樂山 614900