余東龍,孫 濤,陳尚聰,劉成偉,張玉棟

(中冶賽迪上海工程技術有限公司,上海寶山 200940)

寶鋼德盛不銹鋼有限公司1號高爐大修設計與實踐

余東龍,孫 濤,陳尚聰,劉成偉,張玉棟

(中冶賽迪上海工程技術有限公司,上海寶山 200940)

寶鋼德盛不銹鋼有限公司1號高爐于2016年進行停爐大修,主要針對高爐本體及熱風爐系統(tǒng)存在的問題進行改造和修復,高爐爐底、爐缸采用大塊碳磚加內壁澆注保護套的方案,熱風爐由頂燃球式改為格子磚式。高爐投產(chǎn)后運行效果良好。

高爐大修;澆注保護套;球式熱風爐;格子磚

1 引言

寶鋼德盛不銹鋼有限公司第一粗煉廠1號高爐于2009年投產(chǎn),冶煉低鎳鐵水(含鎳1.5%左右),利用系數(shù)維持在2.7至3.0之間。由于采用紅土鎳礦進行冶煉,礦石中含鉛、鋅高,且存在焦炭熱強度不足、爐底爐缸半石墨燒成炭磚質量較差等問題,自2013年起高爐逐步出現(xiàn)冷卻壁破損漏水、爐襯損壞等情況,嚴重威脅高爐的安全生產(chǎn)。按照德盛公司計劃,1號高爐于2016年2月底開始停爐大修。本次大修主要針對高爐本體和熱風爐存在的問題進行改造修復和改進設計,并對配套公輔設施進行局部修復處理。

2 高爐本體大修設計

對高爐本體存在的問題進行改造修復,主要改造內容包括對爐體耐材重新設計更換、破損冷卻設備原樣更新、增加爐缸監(jiān)控措施以及相應的附屬設施更換等。大修后的高爐主要設計指標見表1所示。

表1 寶鋼德盛1號高爐大修主要設計指標

2.1 高爐內型

高爐內型在現(xiàn)有利舊爐殼的前提下進行微調,爐缸直徑適當加大,增加爐缸容積,適應冶煉低鎳鐵水帶來的大渣量生產(chǎn)情況。

2.2 高爐冷卻設備

根據(jù)高爐設備的實際破損情況,爐缸第1至9段鑄鐵冷卻壁全部原樣更新,爐腰冷卻板全部原樣更新,第10至12段球墨鑄鐵冷卻壁每段考慮2塊冷卻壁備用,大修時視破損情況進行更新,爐底水冷管利舊。

2.3 高爐冷卻水系統(tǒng)

對所有的冷卻設備配管進行原樣更新,其中爐缸冷卻壁聯(lián)絡管更換為不銹鋼材質。對部分腐蝕較嚴重的供排水環(huán)管、總管等進行原樣更新,將原設計位置不合理的部分水包、排水槽等重新布置。為加強對原有水系統(tǒng)的監(jiān)控,在各區(qū)供排水總管上增設了流量計。

2.4 高爐內襯

2.4.1 爐底、爐缸耐材

爐底、爐缸耐材設計采用大塊炭磚加內壁澆注保護套的方案。炭磚與爐底板之間采用碳素搗打料,爐底滿鋪磚第1層設計為石墨磚,第2、3、4層設計為微孔炭磚;爐底、爐缸內側整體澆注高鋁碳化硅質保護套。爐缸內整體澆注保護套,有利于封堵耐火材料砌筑縫隙,從而減少鋅和堿金屬等有害雜質侵入導致對爐缸耐材造成的破壞。

爐缸全部采用大塊微孔炭磚。鐵口區(qū)域采用碳質組合磚,與爐缸碳磚形成穩(wěn)定的渣、鐵水通道,炭磚與冷卻壁之間采用碳素搗打料。爐缸及風口耐材圖詳見圖1。高爐爐底板原樣更新,并對爐底板下耐材進行修復。

圖1 爐底、爐缸及風口耐材圖

2.4.2 風口、渣口及以上區(qū)域耐材方案

風口、渣口采用組合磚,材質采用剛玉質。風口組合磚和風口設備之間留緩沖縫,上半環(huán)用高鋁質耐火泥漿,下半環(huán)用緩沖泥漿。爐腹至爐身上部耐材重新砌筑,其中爐腹、爐腰至爐身下部設計采用燒成鋁碳磚,爐身中部到上部設計采用高鋁磚。爐頂煤氣封罩用噴涂料進行噴補修復。

2.5 爐體溫度檢測

爐體測溫電偶根據(jù)耐材與冷卻設備重新設計,以加強對高爐生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控。

爐底、爐缸溫度檢測在原設計基礎上進行改進,在爐底中心與邊緣以及鐵口區(qū)域等爐缸關鍵部位增設了大量熱電偶。由于爐缸、爐殼利舊,熱電偶除了利用舊開孔外,新安裝孔在冷卻壁間隙鉆孔安裝。爐腹及以上區(qū)域設置多層冷卻壁壁體熱電偶和耐材熱電偶。

2.6 爐體框架及其它附屬設施

爐體框架及結構件全部利舊,根據(jù)開清渣口的需求,對爐缸清渣口區(qū)域的爐殼進行局部更換。另外,風口大套、中套、小套,渣口大套、二套、三套以及小套全部原樣更換,爐喉鋼磚原樣更新,其他附屬設施均利舊。

3 熱風爐系統(tǒng)大修設計

1號高爐原設計共配置3座頂燃球式熱風爐,蓄熱體為兩段式耐火球,設有整體式熱管換熱器單預熱助燃空氣,單燒高爐煤氣,運行過程中出現(xiàn)助燃風機超載跳機、拱頂及爐墻坍塌、熱風主管波紋補償器開裂漏風等問題,平均風溫不到1100℃。為提高熱風爐的送風溫度,消除原有熱風爐系統(tǒng)存在的問題,本次大修利用原三座頂燃球式熱風爐爐殼,重新設計了爐殼內耐材并更新整個熱風管系,以消除原有熱風爐缺陷,降低熱風爐系統(tǒng)運行成本。

3.1 熱風爐主要改造方案

通過現(xiàn)場調研及設計結合,熱風爐改造方案充分考慮利舊現(xiàn)場設施,以降低工程總投資。設計利舊原爐殼,將原有3座頂燃球式熱風爐改造為3座頂燃格子磚式熱風爐。改造后熱風爐采用高效?20 mm孔徑37孔格子磚,同時拆除原熱風管道,重新設計熱風主管,支管耐材、管道、波紋管和拉桿。

在利舊原熱風爐爐殼的情況下,將頂燃球式熱風爐改造為頂燃格子磚式熱風爐,即在熱風爐蓄熱室直徑以及高度有限制的情況下,如何保證熱風爐加熱風量、風溫能力,成為了本方案設計的難點。為了盡可能控制工程投資,降低改造難度,同時也基于嚴格的熱工計算,以及格子磚阻損計算和現(xiàn)有已實施工程經(jīng)驗,最終選定采用高效?20 mm孔徑37孔格子磚,同時對熱風爐內所有墻磚及燃燒器進行了重新設計,以消除原有熱風爐的缺陷。本次大修采用頂燃式熱風爐陶瓷燃燒器,使空氣、煤氣混合均勻,火焰短,產(chǎn)生的煙氣流在蓄熱室內分布均勻,且具有燃燒功率大、燃燒效率高、燃燒穩(wěn)定、使用壽命較長等特點。

原有熱風爐系統(tǒng)余熱回收區(qū)只設置了助燃空氣單預熱整體式熱管換熱器,而且沒有設置空氣旁通管。為確保改造后熱風爐送風溫度達到1200℃,同時提高系統(tǒng)熱效率,節(jié)約能源,本方案考慮對原余熱回收系統(tǒng)及相關鋼結構全部改造,采用整體式熱管換熱器,使空氣、煤氣溫度預熱至190℃及以上。

3.2 熱風爐耐火材料設計

3.2.1 熱風爐本體

熱風爐本體采用三段式砌筑結構,燃燒器和燃燒室耐火材料分別支撐在爐殼磚托上,蓄熱室大墻耐火材料直接砌筑在爐底板上的耐熱磚基礎上,格子磚通過爐箅子支柱支撐在爐底板上。各部位砌體之間設有滑動縫。

耐材選擇依據(jù)熱風爐非穩(wěn)態(tài)傳熱計算確定。熱風爐蓄熱室上部及燃燒室高溫區(qū)采用高溫蠕變性能好的硅磚,為便于今后熱風爐的燜爐或檢修,適當降低了硅磚的使用高度。中部根據(jù)熱風爐的溫度分布情況采用低蠕變高鋁磚。為了增加熱風爐蓄熱能力,蓄熱室下部考慮采用高鋁質格子磚以增加單位風量格磚重量?？紤]到燃燒器和喉口部位在熱風爐工作過程中溫度變化劇烈的特點,燃燒器、預燃室工作層采用抗熱震良好的紅柱石磚。隔熱材料為各種輕質磚、耐火纖維氈,爐殼噴涂耐火噴涂料。

3.2.2 熱風管道及其他管道

熱風管系工作襯采用復合莫來石磚砌筑,隔熱襯為輕質高鋁磚、輕質粘土磚,管殼內噴涂耐火噴涂料。管道上部范圍內留有填充陶瓷纖維毯的膨脹縫。熱風短管(里支管)采用低蠕變高鋁磚,熱風主管和支管上部采用鎖砌結構,各孔口及管道三岔口全部采用組合磚,保障砌體的高溫穩(wěn)定性。采用煙氣余熱回收系統(tǒng)預熱空氣及煤氣,改造的煙道管內噴涂輕質隔熱噴涂料。

4 投產(chǎn)實踐

1號高爐大修歷時近120天,于6月27日點火開爐,28日順利出第一爐鐵。投產(chǎn)后高爐迅速達產(chǎn),高爐運行穩(wěn)定,指標良好。7月高爐主要生產(chǎn)指標見表2。熱風爐從耐火球式改為格子磚式后,送風阻力損失及排煙阻力損失均減小,助燃風機不再出現(xiàn)跳機現(xiàn)象;平均送風溫度穩(wěn)定在1160℃以上,且具備進一步提升的空間,風溫水平相較停爐大修前有大幅提高;空氣、煤氣預熱溫度均在180℃以上,能有效回收煙氣余熱,改善高爐能耗指標。

表2 德盛1號高爐2016年8月主要生產(chǎn)指標

5 總結

此次高爐大修及投產(chǎn)過程順利,有效修復并改進了原有高爐本體及熱風爐系統(tǒng)存在的問題,大修取得了良好的成效。主要經(jīng)驗有以下幾個方面。

(1)結合高爐冶煉紅土鎳礦渣量大、燃料比高的情況,在利舊現(xiàn)有爐殼的前提下,對高爐內型進行設計優(yōu)化,適當加大爐缸直徑,增加爐缸容積。

(2)鑒于高爐大修前爐體溫度檢測手段不足的現(xiàn)狀,大修在高爐爐底、爐缸區(qū)域共設置了75支熱電偶,以加強對爐底、爐缸耐材溫度的監(jiān)控,并在原有冷卻水系統(tǒng)上增設流量計以判斷各區(qū)水流量分配情況。

(3)高爐爐底、爐缸采用石墨磚加微孔炭磚的配置,在炭磚內壁澆注一層高鋁碳化硅澆注料形成爐缸整體“保護套”,有利于封堵耐火材料砌筑縫隙,從而減少鋅和堿金屬等有害雜質侵入導致對爐缸耐材造成的破壞。

(4)熱風爐系統(tǒng)在利舊現(xiàn)有爐殼的基礎上,基于嚴格的熱工計算,將耐材由原有的球式重新設計改造為格子磚式,同時對熱風爐內所有墻磚及燃燒器進行了重新設計,以消除原有熱風爐的缺陷,并有效提高了熱風爐的送風溫度。

(5)將原有助燃空氣單預熱式熱管換熱器改為空氣、煤氣整體式熱管換熱器,將高爐煤氣和助燃空氣預熱到190℃及以上,有助于在單燒高爐煤氣的情況下實現(xiàn)1200℃風溫,提高系統(tǒng)熱效率,節(jié)約能源。

Design and Practice of Baosteel Desheng Stainless Steel No.1 BF Overhual

YU Donglong,SUN Tao,CHEN Shangcong,LIU Chengwei,ZHANG Yudong

(CISDI Shanghai Engineering CO.,Ltd.Baoshan 200940,Shanghai,China)

Baosteel Desheng Stainless Steel No.1 BF was blown down and overhauled in 2016,mainly aiming to repair and fix the existing problems of blast furnace proper and hot stove system.The big carbon block and castable protective sleeve was applied in the blast furnace bottom and hearth,and the hot stove was updated from pebble top combustion type to checker brick type.The operation effect of BF after blow in is good.

blast furnace overhaul,castable protective sleeve,pebble hot stove,checker brick

TF065

A

1001-5108(2017)02-0047-03

余東龍,工程師,主要從事高爐煉鐵設計與研究方面的工作。