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        高爐護(hù)爐期間減少風(fēng)口小套燒損分析

        2021-06-29 14:20:44李滿杰
        冶金動(dòng)力 2021年1期

        唐 超,李滿杰

        (柳鋼中金不銹鋼有限公司煉鐵廠,廣西玉林 537600)

        前言

        柳州鋼鐵股份有限公司(全文簡稱柳鋼)4 號(hào)高爐有效容積2 000 m3,設(shè)置26 個(gè)風(fēng)口,東西面雙出鐵場(chǎng)。炭磚+陶瓷杯綜合爐底結(jié)構(gòu),除風(fēng)口外全部采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。2008 年1 月23 日投產(chǎn)以來一直處于高效運(yùn)行狀態(tài),期間未經(jīng)歷大中修。4 號(hào)高爐爐缸象腳區(qū)側(cè)壁溫度整體偏高,鐵口下方處1 m第12點(diǎn)歷史最高溫度達(dá)473 ℃,鐵口下方處2 m 第5 點(diǎn)歷史最高溫度達(dá)461 ℃,從2017 年開始配加釩鈦球進(jìn)行護(hù)爐生產(chǎn)。釩鈦礦護(hù)爐使?fàn)t缸各監(jiān)控點(diǎn)溫度控制在安全區(qū)間內(nèi),成效顯著,但是也給生產(chǎn)帶來了負(fù)面影響。護(hù)爐生產(chǎn)影響渣鐵流動(dòng)性,使?fàn)t缸活躍性、透液性變差,煤氣流分布不同程度改變。2018 年風(fēng)口小套開始出現(xiàn)頻繁燒損現(xiàn)象,原燃料條件變差時(shí)情況更為嚴(yán)重。通過對(duì)小套燒損的原因分析和總結(jié),采取了針對(duì)性的措施,使燒損情況得以改善。

        1 風(fēng)口小套損壞情況

        柳鋼4 號(hào)高爐風(fēng)口小套冷卻水使用1.75 MPa的高壓工業(yè)水,水量3 850 m3/h。通過對(duì)損壞的風(fēng)口小套觀察和分析,發(fā)現(xiàn)大部分是渣鐵侵蝕滴落后造成的熔損,少部分為本身材質(zhì)或焊接質(zhì)量不合格造成的破損和煤粉沖刷造成的磨損。2018~2020年風(fēng)口小套損壞情況如表1所示。

        表1 4號(hào)高爐風(fēng)口小套損壞統(tǒng)計(jì)

        4 號(hào)高爐對(duì)風(fēng)口小套損壞部位作了統(tǒng)計(jì),其中90%以上的小套為前端下部燒損,少部分為上部渣鐵滴落燒損,極少部分是煤粉磨損和裂紋。風(fēng)口小套損壞部位的統(tǒng)計(jì)結(jié)果反應(yīng)出了爐缸工況和氣流分布所存在的問題,為后期處理對(duì)策的制定提供了依據(jù)。通常風(fēng)口小套燒損情況如圖1所示。

        圖1 下部燒損照片

        2 損壞原因分析

        2.1 爐缸活躍性降低

        釩鈦礦護(hù)爐的原理是,含鈦入爐料中的TiO2在爐內(nèi)高溫還原氣氛條件下與鐵水中的C、N 元素結(jié)合生成熔點(diǎn)高達(dá)3 000 ℃的TiC、TiN 及其固熔體Ti(CN),凝結(jié)在爐缸、爐底的磚縫和內(nèi)襯表面,從而對(duì)爐缸、爐底內(nèi)襯起到保護(hù)作用,降低爐缸側(cè)壁溫度。這些形成的TiC、TiN、Ti(CN)化合物微粒導(dǎo)致爐渣粘度升高,造成渣鐵流動(dòng)性變差,影響爐缸工作狀態(tài),嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致爐缸堆積。渣鐵溫度過高導(dǎo)致爐渣還原產(chǎn)生的Ti(CN)增加,爐渣在滴落帶的焦炭料柱中滯留量增多,透液性能差,致使風(fēng)口前渣鐵聚集,是造成風(fēng)口小套下部燒損的主要原因[1]。

        2.2 風(fēng)口回旋區(qū)變小

        釩鈦礦護(hù)爐后在爐缸沉積的TiC、TiN 高熔點(diǎn)保護(hù)層占據(jù)了爐缸部分空間,爐缸容積相對(duì)變小。爐渣粘度升高,渣鐵流動(dòng)性和爐缸透液性變差導(dǎo)致風(fēng)量萎縮。4 號(hào)高爐熱風(fēng)系統(tǒng)配置的4 座球式熱風(fēng)爐球床都出現(xiàn)了不同程度的板結(jié),冷熱風(fēng)壓差高影響入爐風(fēng)量,風(fēng)溫水平長期偏低(平均1 100 ℃左右)。長期入爐風(fēng)量偏小,風(fēng)溫水平低,頻繁休風(fēng)更換小套等因素造成鼓風(fēng)動(dòng)能不足,風(fēng)口回旋區(qū)變小,渣鐵由回旋區(qū)進(jìn)入爐缸的空間減小而不能及時(shí)滲入,使風(fēng)口小套前端下部燒損。

        2.3 煤氣流分布改變

        為促進(jìn)TiC、TiN 在爐缸邊緣充分凝結(jié),減少邊緣環(huán)流對(duì)爐缸的沖刷而取得更好的護(hù)爐效果,4 號(hào)高爐采用吹透爐缸,穩(wěn)定中心氣流的裝料制度,以爐況穩(wěn)定順行為基礎(chǔ),避免爐缸堆積的情況,適當(dāng)疏松邊緣。

        原燃料質(zhì)量變差會(huì)引起爐況較大波動(dòng),影響因素主要是強(qiáng)度較低的外購焦、水熄焦配用比例增加和燒結(jié)礦低溫粉化率升高。爐況主要表現(xiàn)為料柱透氣性差,爐缸工作狀態(tài)下降。為確保順行,增大風(fēng)量,采取發(fā)展邊緣的裝料制度。

        邊緣氣流發(fā)展,導(dǎo)致爐墻渣皮不穩(wěn)定頻繁脫落,長期氣流沖刷造成冷卻壁和冷卻銅板破損漏水。實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),有少部分風(fēng)口小套是上部破損,其主要原因是邊緣氣流過剩,生成的渣鐵量也大,會(huì)出現(xiàn)少量渣鐵沿爐墻下滴打在風(fēng)口上部,造成風(fēng)口燒損;或者是爐墻渣皮脫落后,部分在風(fēng)口小套上部熔化,達(dá)到銅的熔點(diǎn)后造成小套燒損。

        因氣流沖刷損壞的冷卻壁或冷卻板向爐內(nèi)滲水,造成該區(qū)域爐缸邊緣溫度不足,爐缸局部區(qū)域不活躍,渣鐵液聚集,對(duì)風(fēng)口小套造成熔損[2]。

        3 應(yīng)對(duì)措施

        3.1 合理控制操作參數(shù)

        高爐配加釩鈦球冶煉過程中,爐溫水平高低直接影響TiO2在爐內(nèi)的還原。爐溫越高還原形成的TiC、TiN、Ti(CN)高熔點(diǎn)化合物微粒越多,鐵水中Ti含量升高,致使?fàn)t缸工作狀態(tài)變差,冶煉難度大;反之,爐溫低還原形成的高熔點(diǎn)化合物少,達(dá)不到護(hù)爐的效果,浪費(fèi)釩鈦礦資源。同等爐溫條件下,釩鈦球入爐配比與高熔點(diǎn)化合物的形成量成正比。根據(jù)柳鋼煉鐵廠的研究結(jié)果表明,當(dāng)鈦負(fù)荷大于3.5kg/t Fe 時(shí)才能起到護(hù)爐效果。4 號(hào)高爐綜合鐵水質(zhì)量、生鐵產(chǎn)量、爐況穩(wěn)定性等因素制定了爐溫控制參數(shù):[Si]=0.4%~0.8%,[S]=0.020%~0.040%,物理熱1 500±20 ℃,根據(jù)爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢(shì)和入爐原燃料條件情況適當(dāng)調(diào)整釩鈦球配比。2019 年~2020 年每月平均生鐵成分如表2所示。

        表2 4號(hào)高爐2019~2020年生鐵月平均成分 %

        實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,最理想的爐溫控制參數(shù)為:[Si]=0.50%~0.55%,[S]=0.020%~0.030%,物理熱1 500±10 ℃,高爐工長以此作為日常操作的標(biāo)準(zhǔn),提高爐溫穩(wěn)定率。

        3.2 增大入爐風(fēng)量

        4 號(hào)高爐配置AV71-15 軸流式風(fēng)機(jī),生產(chǎn)過程中主要通過增減靜葉角度的方式調(diào)節(jié)入爐風(fēng)量。2019年5月份加大了護(hù)爐力度,增加釩鈦球配比,爐溫水平偏高。6 月份風(fēng)口小套損壞數(shù)量開始上升,為活躍爐缸、吹透中心、維持較高水平的鼓風(fēng)動(dòng)能,4號(hào)高爐逐步加大風(fēng)量。8月份風(fēng)量較大幅度提升,從年初4 250 m3/min 加至4 450 m3/min,風(fēng)機(jī)能力基本用盡。9月份小套頻繁燒損的情況得以改善。2019年~2020年每月平均送風(fēng)參數(shù)如表3所示。

        表3 4號(hào)高爐2019~2020年月平均送風(fēng)參數(shù)

        3.3 及時(shí)調(diào)整入爐釩鈦球配比

        護(hù)爐效果的顯現(xiàn)是一個(gè)周期性的過程,釩鈦球入爐量與風(fēng)口小套損壞數(shù)量成正比關(guān)系,表1和表2的實(shí)踐生產(chǎn)數(shù)據(jù)與此結(jié)論吻合(2020 年1 月原燃料條件惡化導(dǎo)致風(fēng)口小套破損頻繁)。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),護(hù)爐效果顯現(xiàn)大概需要一個(gè)月時(shí)間。4 號(hào)高爐2019年加強(qiáng)對(duì)爐缸側(cè)壁溫度趨勢(shì)變化監(jiān)測(cè),在調(diào)整釩鈦球配比時(shí)盡量做到早調(diào)、少調(diào),使?fàn)t缸側(cè)壁溫度在合理區(qū)間波動(dòng),不宜急于求成大幅增加釩鈦球入爐量而造成爐缸工況劇烈波動(dòng)。原燃料條件變差加劇了護(hù)爐對(duì)爐缸的負(fù)面影響,根據(jù)情況及時(shí)減少或停用釩鈦球。上述措施避免了風(fēng)口小套同時(shí)集中損壞的情況,減弱了小套損壞的程度,為風(fēng)口小套燒損后控水處理維持正常生產(chǎn)創(chuàng)造了條件,減少休風(fēng)次數(shù)。

        3.4 優(yōu)化裝料制度

        4 號(hào)高爐在裝料制度調(diào)整上堅(jiān)持“穩(wěn)定中心,兼顧邊緣”的原則。為保證中心氣流穩(wěn)定,采用中心加焦模式,中心焦角度在13°~15°,中心焦量控制在15%~18%,根據(jù)氣流情況適時(shí)調(diào)整。加大風(fēng)量后中心氣流顯得過盛,此時(shí)在布料矩陣的礦焦內(nèi)環(huán)各增加一個(gè)檔位,拓寬礦焦平臺(tái),促使煤氣流均勻分布以提高煤氣利用率,中心氣流更集中有力[3]。若原燃料條件變差或爐缸工作狀態(tài)下降時(shí),及時(shí)縮小爐料批重,減小礦石平臺(tái)寬度。保證中心氣流穩(wěn)定的同時(shí)疏松邊緣,改善料柱透氣性,緩解憋風(fēng)現(xiàn)象。

        3.5 冷卻壁漏水處理

        加強(qiáng)對(duì)冷卻壁溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控,對(duì)查出漏水的冷卻壁及時(shí)改通工業(yè)水,利用檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行穿管處理。將查出漏水的銅冷卻板單獨(dú)分出減小水量,利用檢修機(jī)會(huì)通過灌漿堵死。

        4 結(jié)論

        (1)釩鈦礦護(hù)爐后還原形成的高熔點(diǎn)固熔物過量、風(fēng)口回旋區(qū)變小、爐缸活躍性降低、透液性能差是風(fēng)口小套頻繁燒損的主要原因。

        (2)提高爐溫穩(wěn)定率控制鐵水中鈦含量,把握好側(cè)壁溫度趨勢(shì)變化,根據(jù)爐缸工況適時(shí)適量調(diào)整釩鈦球入爐配比,避免了風(fēng)口小套同時(shí)期集中燒損的情況,減弱了燒損程度。

        (3)增加入爐風(fēng)量,堅(jiān)持“穩(wěn)定中心、兼顧邊緣”的裝料制度,有利于爐缸活躍、風(fēng)口回旋區(qū)加長。

        (4)原燃料條件變差時(shí)料柱透氣性降低,加劇了爐缸受影響的程度,為防止?fàn)t況惡化,應(yīng)及時(shí)降低釩鈦球配比或停用釩鈦球。

        【 參考文獻(xiàn)】

        [1] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.

        [2] 王業(yè)飛.南鋼2 號(hào)高爐風(fēng)口小套燒損原因及對(duì)策[J].現(xiàn)代冶金,2017,45(1):26-28.

        [3] 李滿杰,韋正強(qiáng),錢海濤,等.柳鋼4 號(hào)高爐后期高產(chǎn)護(hù)爐生產(chǎn)實(shí)踐[J].山西冶金,2020,43(2):100-102.

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