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        鞍鋼2580 m3高爐爐役末期維護措施

        2022-06-12 03:06:18謝明輝車玉滿李曉春
        鞍鋼技術 2022年3期

        謝明輝,車玉滿,李曉春

        (1.鞍鋼集團鋼鐵研究院,遼寧 鞍山 114009;2.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠,遼寧 鞍山 114021)

        鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠7號高爐(2580 m3)第七代爐役于2004年9月11日開爐,設有30個風口,3個鐵口,采用串罐無料鐘爐頂,配置4座外燃式熱風爐,應用爐頂TRT余壓發(fā)電等先進技術。7號高爐第七代爐役設計使用壽命15年,并首次在爐缸關鍵部位引進德國SGL微孔炭磚,爐缸、爐底采用微孔炭磚與陶瓷杯相結合的結構。爐底第1層取消高導熱石墨炭磚,在爐底第1層、第2層和第3層砌筑350 mm厚國產(chǎn)半石墨炭磚,第4層砌筑350 mm厚國產(chǎn)微孔炭磚,第5層砌筑600 mm厚德國SGL公司7RD-N微孔炭磚。爐缸環(huán)炭第1層到第6層砌筑德國SGL公司7RD-N微孔炭磚,鐵口以上砌筑國產(chǎn)模壓半石墨-SiC小塊炭磚。爐缸熱面砌筑國產(chǎn)大塊陶瓷杯,爐底熱面砌筑質(zhì)量較差剛玉莫萊石磚構,風口組合磚為灰剛玉大塊組合磚,每個風口組合磚由上下兩塊磚組成[1]。

        7號高爐開爐非常順利,開爐1周內(nèi)利用系數(shù)超過 2.0 t/(m3·d),投產(chǎn)后1個月最高日產(chǎn)達到6 500 t,利用系數(shù)超過2.5 t/(m3·d)。但在2017年5月,爐缸2段單塊冷卻壁熱流強度達到19.6 kW/m2,且爐缸炭磚原始檢測電偶幾乎全部損壞,存在安全隱患。為了保證7號高爐爐役末期安全,有效延長一代爐役使用壽命,對爐缸侵蝕狀況進行了分析,并采取了一系列維護措施,本文對此做一介紹。

        1 高爐爐缸侵蝕狀況

        7號高爐爐缸第1~6層環(huán)炭侵蝕情況需重點關注,每層安裝8點16支電偶,監(jiān)控炭磚溫度變化。2013年5月以后,原始熱電偶逐漸損壞,為有效監(jiān)控爐缸炭磚溫度,在爐缸第1~3層環(huán)炭密集布置新增加電偶。隨著7號高爐爐役延長,高爐爐缸炭磚溫度、爐缸冷卻壁熱流強度持續(xù)上升。2017年局部爐缸、爐底的熱電偶溫度大幅度上升。2017年7月1日,20號風口下方第2段30#~31#冷卻壁炭磚溫度持續(xù)升高,新增加電偶溫度由179℃上升至近年最高值303℃,熱流強度達到15.01 kW/(m2·h),次月2段28#~29#冷卻壁溫度達到歷史最高值361℃,熱流強度達到19.6 kW/(m2·h),檢測數(shù)據(jù)表明,爐缸炭磚已被嚴重侵蝕,高爐進入爐役末期,需要重點維護。

        2 高爐爐役末期維護措施

        2.1 重視爐役末期護爐

        (1)對熱負荷高部位2段29#冷卻壁采用管道泵加壓供水,單管水量32 m3/h,流速3.0 m/s。同時,保證軟水總流量不低于3 700 m3/h,其它冷卻壁單管水量23 m3/h,流速2.18 m/s,保證足夠冷卻強度。

        (2)從接線頭處檢查熱電偶損壞情況,盡可能多地恢復爐缸熱電偶,新增檢測電偶采用1點2支布置方式。其中,環(huán)炭1層增加27點54支,電偶插入深度30 mm;環(huán)炭2層增加12點24支,電偶插入深度30 mm;環(huán)炭3層增加21點42支,電偶插入深度60 mm。

        (3)在2段冷卻壁部位安裝高精度無線爐殼測溫溫度計46支,覆蓋每塊冷卻壁,遠程監(jiān)控爐殼溫度,確保最后防線。

        (4)在2段冷卻壁進出水管安裝高精度進水和出水溫度計各46支,誤差0.05℃,覆蓋每塊冷卻壁,每小時自動計算每塊冷卻壁單個水管的熱流強度和水溫差。

        2.2 重新建立高爐爐缸長壽監(jiān)測體系

        7號高爐已經(jīng)到了爐役末期,爐缸、爐底安全隱患問題越發(fā)突出,需要重點監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況。由于爐缸新增檢測電偶插入深度與原始電偶不同,因此,利用傳熱學原理等理論重新建立7號高爐爐缸長壽監(jiān)測體系。

        2.2.1 建立爐缸監(jiān)控數(shù)學模型

        對于爐缸部位單塊冷卻壁,利用爐殼溫度、冷卻壁單管水溫差、新增加炭磚電偶溫度作為輸入?yún)?shù),建立爐缸監(jiān)控數(shù)學模型,計算各監(jiān)測點部位炭磚剩余厚度、渣鐵凝固層厚度[2],采用數(shù)據(jù)表格、趨勢曲線等形式顯示爐缸侵蝕狀態(tài),為高爐操作者提供詳細數(shù)據(jù),為采取有效護爐措施提供依據(jù)。

        在穩(wěn)定條件下,爐缸內(nèi)襯是“被侵蝕”與“自修復”的循環(huán)過程。高爐爐缸傳熱體系結構示意圖見圖1。

        圖1 高爐爐缸傳熱體系結構示意圖Fig.1 Schematic Diagram for Heat Transfer System Structure of BF Hearth

        在高爐生產(chǎn)過程中,爐缸內(nèi)襯所承受的熱量沖擊必須由冷卻壁中冷卻水帶走,也就是炭磚所承受熱負荷與冷卻壁中冷卻水帶走的熱負荷達到平衡。熱量輸入端為爐缸內(nèi)襯所承受的熱負荷,爐缸內(nèi)襯介質(zhì)包括冷卻壁與炭磚之間的碳素搗料、炭磚、陶瓷杯和渣鐵殼;熱量輸出端為冷卻壁中冷卻水帶走的熱負荷,介質(zhì)為冷卻水。

        (1)熱量輸出端熱流強度利用冷卻水溫差計算,具體見式(1)和式(2)。

        式中,Q為熱負荷,kJ/h;c為冷卻水比熱容,kJ/(kg·℃);m 為冷卻水流量,m3/h;,t1、 t2為冷卻水進出溫度,℃;q出為熱量輸出端熱流強度,kW/m2;F 為冷卻面積,m2。

        (2)熱量輸入端熱流強度計算,見式(3)。

        式中,q入為熱量輸入端熱流強度,kW/m2;tp為渣鐵凝固層溫度,℃;t0為碳素搗料層溫度,℃;x1為搗料層厚度,m;λ1為搗料層導熱系數(shù),W/(m·K);x2為炭磚厚度,m;λ2為炭磚導熱系數(shù),W/(m·K);x3為陶瓷杯厚度,m;λ3為陶瓷杯導熱系數(shù),W/(m·K);x4為渣鐵凝固層厚度,m;λ4為渣鐵導熱系數(shù),W/(m·K)。

        2.2.2 建立高爐爐缸長壽安全預警值

        設定保證爐缸炭磚剩余厚度極限值為300 mm,利用爐缸監(jiān)控數(shù)學模型反算爐殼溫度、水溫差、熱流強度預警值,規(guī)定爐缸安全預警值見表1。

        表1 爐缸安全預警值Table 1 Safety Warning Values for Furnace Hearth

        2.3 建立正確操作制度

        高爐操作方針確定為“高硅、高鈦、高風、高壓”,爐溫控制以0.5%~0.7%為基準,爐渣堿度控制在1.15~1.20,鐵水含鈦控制在0.08%~0.20%。

        (1)采取“雙高”操作護爐措施

        在采用釩鈦礦護爐期間,由于鐵水[Ti]含量及爐渣(TiO2)含量增加,降低了渣鐵的流動性,給高爐順行帶來不利影響。為了改變鈦球?qū)Ω郀t順行的影響,建立“雙高”作法,即高溫高鈦操作法,實現(xiàn)加鈦不破壞高爐順行的目的[3]。

        (2)采取“雙全”操作護爐措施

        “雙全”操作法即全風全壓操作,全風量,減少或停止富氧量。當發(fā)現(xiàn)爐芯溫度逐漸下降,爐底中心溫度低于次中心溫度,而且爐缸邊緣溫度逐漸上升,爐缸呈現(xiàn)堆積跡象時,及時采用“雙全”操作方法。適當縮小風口面積,提高鼓風動能,吹透中心,提高爐缸工作狀態(tài),消除爐缸堆積。如果風口面積過大,則風速和鼓風動能不足,邊緣氣流發(fā)展,中心氣流不足,造成死料柱增大,發(fā)生中心堆積,爐芯溫度下降;但是如果風口面積過小,則鼓風動能增大,風速過高,造成焦炭在回旋區(qū)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)互相碰撞,發(fā)生嚴重粉化,影響爐缸透氣性和透液性。因此,根據(jù)高爐特點和原燃料條件,按照產(chǎn)能與風口面積匹配程度,回旋區(qū)面積等于爐缸面積1/2的原則,確定不同產(chǎn)能時的風口面積,制定7號高爐風口面積控制標準見表2。

        表2 7號高爐風口面積控制標準Table 2 Control Standard for Tuyere Area of No.7 BF

        在爐役末期,根據(jù)爐缸侵蝕狀態(tài)和活躍狀態(tài)標準,確定冶煉強度、風量、富氧量、風口面積、操作焦比,適當提高高爐生產(chǎn)規(guī)模。

        3 實踐效果

        對7號高爐2017年3月的爐缸炭磚檢測溫度、冷卻水溫差和熱流強度進行綜合模擬計算,得出爐缸局部炭磚剩余厚度已經(jīng)下降到300 mm左右,高爐進入爐役末期。通過加強高爐安全管理與監(jiān)控,采取一系列高爐爐役末期維護措施,截至2020年12月,7號高爐第七代爐役壽命已達16年3個月,單位爐容產(chǎn)量為11 675 t/m3,兩項指標均創(chuàng)鞍鋼高爐一代爐役指標新紀錄,實現(xiàn)了高爐高效、長壽的目標。

        4 結語

        鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠為了確保7號高爐爐役末期安全,有效延長一代爐役壽命,加強了高爐安全管理與監(jiān)控,采取了重視爐役末期護爐、重新建立高爐爐缸長壽監(jiān)測體系、建立正確操作制度等維護措施,截至2020年12月,一代爐役壽命達到16年3個月,單位爐容產(chǎn)量為11 675 t/m3,實現(xiàn)了高爐高效、長壽的目標,值得參考和借鑒。

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