陳生利,匡洪鋒,蔡 林
(廣東韶關鋼鐵公司煉鐵廠,廣東 韶關512123)
韶鋼7號高爐于2005年8月18日投產(chǎn),設計爐容2500m3,高爐有效高度31.7m,爐缸直徑11.08m,爐腰直徑12.2m,屬于典型的瘦高型高爐。2015年以來,高爐進入爐齡后期,面對高爐本體長高明顯,爐身區(qū)域冷卻壁大量燒壞,爐缸側壁溫度頻繁超標,高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性逐漸變差等現(xiàn)象,從2016年開始,高爐被迫采取系列護爐技術措施。
由于近些年韶鋼高爐生產(chǎn)成本壓力大,入爐原料質(zhì)量有所降低,高爐入爐原料中有害元素鉛、鋅以及堿金屬含量未得到有效控制。大量K、Na堿金屬在爐缸高溫鐵水作用下,與爐缸區(qū)域磚襯發(fā)生系列化學反應形成相變,引發(fā)爐缸區(qū)域碳磚膨脹。原料中的鉛由于密度較大,熔點低,大量鉛沉淀在爐底磚縫內(nèi),引起爐缸、爐底磚襯異常膨脹。
高爐耐材在大量有害金屬的影響下,高爐本體長高。特別是2008年至2010年期間,受金融危機的影響,原料質(zhì)量大幅度降低,大量有害金屬在高爐內(nèi)循環(huán)富集,高爐本體長高趨勢特別明顯,至2018年,爐體長高達110mm。從現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)來看,高爐圓周方向長高趨勢相差10mm,高爐本體出現(xiàn)輕微傾斜狀態(tài),爐皮多處開裂,其中,1#鐵口上方爐皮縱向開裂達1.5m。高爐本體長高趨勢見圖1所示。
圖1 高爐長高趨勢圖
至2016年,高爐爐身下部銅冷卻壁與鑄鐵冷卻壁之間有三層銅冷卻板出現(xiàn)大面積燒壞。高爐本體圓周方向,單層銅冷卻板冷、熱面分別有48塊,至目前為止,熱面冷卻板燒壞漏水的達125塊,占比86%,冷面燒壞漏水達76塊,占比49%。隨著高爐爐體長高,爐身區(qū)域冷卻壁管頭拉裂現(xiàn)象較多,爐身中上部冷卻壁燒壞漏水達22塊,部分冷卻壁呈現(xiàn)向爐內(nèi)傾斜的現(xiàn)象。大量冷卻設備燒壞,導致爐墻保護性渣皮生成不穩(wěn)定,爐體熱負荷波動大,給爐溫控制帶來不利影響。
至2010年高爐爐缸側壁溫度第一次超過400℃以來,側壁溫度升高趨勢較明顯,溫度超500℃頻次較多。從理論計算可以得到,2013年初,爐缸區(qū)域陶瓷杯基本脫落,鐵水全部與碳磚接觸,爐缸區(qū)域碳磚逐步開始侵蝕。爐缸陶瓷杯脫落時,碳磚溫度均會出現(xiàn)大面積短期大幅度升高表現(xiàn),同時爐缸水溫差與熱負荷也相應升高。至2016年初,1#鐵口區(qū)域碳磚溫度最高達761℃,且此溫度在1天時間內(nèi)從500℃直線升高,高爐采取臨時休風堵風口操作。
受高爐入爐原料中有害金屬的影響,高爐內(nèi)襯耐材發(fā)生相變膨脹,在熱應力作用下,風口中小套易上翹變形[1]。小套與吹管,吹管與中節(jié)之間密封效果變差,經(jīng)常出現(xiàn)漏風現(xiàn)象,特別是高爐休風期間,裝吹管與風口難度加大。在休風更換小套期間,從風口套流出大量銀白色金屬液體,經(jīng)化驗,此液體中含有大量鉛、鋅化合物。從風口流出液體如圖2所示。
圖2 風口銀白色液體
(1)改善原料質(zhì)量。根據(jù)7號高爐的生產(chǎn)現(xiàn)狀,公司再次強調(diào)以高爐為中心的經(jīng)營思路,提出走精料路線的方針。從2016年開始,燒結礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)從75%逐步提高至77%,自產(chǎn)焦炭熱強度(CSR)由65%提高至68%以上,焦炭反應性(CRI)由26%降低至23%。在配料方面,提高了球團礦的使用量,高爐入爐熟比增加至85%以上。在原料管理方面,優(yōu)化了篩分工藝,將生礦篩全部更換為樹脂篩,大大降低了入爐粉末含量,改善了高爐爐內(nèi)料柱透氣性。同時,生礦篩分系統(tǒng)全部使用樹脂篩,篩網(wǎng)上粘結粉末的現(xiàn)象大大減少,進一步降低了人工清理篩網(wǎng)的勞動強度。
從源頭改善原料質(zhì)量,嚴格控制入爐原料中Zn、Pb的含量,與公司采購部門協(xié)調(diào),要求在原料采購方面做到少采購高鋅原料,確保入爐鋅負荷控制在0.35kg/t以內(nèi),Pb含量控制在0.2kg/t以內(nèi)。適當提高燒結礦中MgO含量,控制好燒結礦中MgO/Al2O3在0.5水平,進一步降低爐渣的粘度,改善爐渣流動性,從而提高爐渣排堿能力,減少堿金屬在高爐內(nèi)的循環(huán)富集危害。
(2)爐內(nèi)氣流調(diào)節(jié)上。受高爐爐型結構的影響,堅持采取中心加焦的操作模式,中心加焦量控制在25%-30%水平,逐步增加入爐風量至5000m3/min,確保中心氣流穩(wěn)定充足,高爐實際風速達到260m/s以上。在料制上,采用5檔位布料制度,外環(huán)四個檔位礦、焦同角,最大角度為37度,角差2度,最內(nèi)環(huán)為中心焦,角度13.5度。在保證較強且穩(wěn)定的中心氣流條件下,逐步提高頂壓,爐頂壓力由200kPa逐步提高至230kPa,頂壓提高后,可有效增強排鋅、排堿能力,進一步減少了堿金屬在高爐內(nèi)的循環(huán)富集危害。7號高爐常規(guī)料制見表1。
(3)出渣鐵管理。7號高爐設計鐵口3個,按設計要求,爐外出渣鐵采取兩用一備模式。由于場地面積的限制,三個鐵口分別布置在南、北兩個出鐵場,1#鐵口與2#、3#鐵口之間夾角均為150度,2#、3#鐵口之間夾角為60度。鐵口分布的不均勻,導致爐缸狀態(tài)經(jīng)常不活躍,特別是2#、3#鐵口出渣鐵階段,單爐次鐵水溫度波動高達20℃。鑒于此,從2016年開始,除鐵溝檢修期間外,實施3個鐵口輪流出鐵模式,控制鐵口深度在3100-3400mm區(qū)間,自此,爐缸活躍性得到了明顯的改善,高爐更加穩(wěn)定順行。
表1 高爐常規(guī)料制
對燒壞的銅冷卻板,采取對整個箱體進行灌漿、封堵技術措施,同時對封堵冷卻板區(qū)域的熱電偶進行全面檢查,確保溫度檢測正常。對燒壞漏水的冷卻壁,采取穿管修復技術,既能維持一定的壁體區(qū)域冷卻,又能杜絕漏水入爐內(nèi)。穿管修復技術原理為:將漏水的冷卻壁進出水管斷開,用其他管道和閥門連接到到下層出水管與上層進水管,選擇直徑、長度吻合的金屬軟管穿入漏水冷卻壁內(nèi),穿管完成后,在兩管之間壓入導熱性能良好的壓漿料,然后向金屬軟管內(nèi)通蒸汽使壓漿料快速凝固,最后焊接好壓漿孔道,恢復冷卻壁通水。具體工藝如圖3所示。
圖3 冷卻壁穿管示意圖
針對爐缸碳磚受有害金屬危害出現(xiàn)的膨脹現(xiàn)象,采取對爐缸區(qū)域進行壓漿的處理措施,基本控制住爐缸區(qū)域氣隙的擴大,鐵口冒煤氣現(xiàn)象得到緩解,提高了爐缸碳磚之間的有效傳熱效率,起到了護爐的作用效果。
建立爐缸碳磚殘厚專項管理機制,每半月對爐缸工作狀態(tài)進行異??偨Y,主要包括爐缸區(qū)域碳磚溫度、碳磚殘厚、爐缸區(qū)域冷卻系統(tǒng)水溫差等的監(jiān)控分析。通過殘厚推算,制定了碳磚殘厚在700mm、600 mm、500mm三個點的對應溫度值,分別按提醒、注意、危險三個等級采取相應的應對措施。殘厚管理標準對應熱電偶插入最深的第三點T3溫度值見表2。
表2 殘厚管理標準所對應T3溫度
7號高爐使用的是開路式工業(yè)循環(huán)冷卻模式,經(jīng)過12年的生產(chǎn)后,設備開始老化,高爐冷卻水壓、水量均出現(xiàn)不同程度的降低。2016年以來,為了增強冷卻效果,通過增加一臺中壓泵的方式,增加高爐本體冷卻水量近500m3/h,此水量主要是用于爐缸高溫區(qū)冷卻。
通過一系列的護爐措施,高爐本體長高區(qū)域明顯減弱,冷卻系統(tǒng)燒壞漏水數(shù)量近兩年只出現(xiàn)了3塊,高爐爐缸碳磚溫度超過600℃的頻次只出現(xiàn)了2次,高爐爐況順行也得到了保證,在護爐階段平均日產(chǎn)也能達到6200t水平,實現(xiàn)了高爐爐齡后期效益最大化。
(1)韶鋼7#高爐護爐階段采取了一系列應對措施,積極探索出適合爐役后期高爐本體維護的操作制度。
(2)追求精料入爐的操作理念,維持好合理穩(wěn)定的煤氣流分布,達到合理的操作爐型,是高爐護爐的最有效手段[2]。
(3)通過采取對漏水冷卻壁的穿管技術,盡可能維持冷卻壁原有的冷卻強度,減緩高爐冷卻壁的燒損速度,杜絕了入爐水源。
(4)加強爐缸碳磚殘厚趨勢管理,建立爐缸監(jiān)控維護制度,保證了爐缸溫度的安全受控,為爐役后期的穩(wěn)定順行提供了保障。