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熱風爐技术

節能減排、降本增效,離不開高爐長壽與高風溫操作

發布時間:2018-08-02點擊量:75

 

 

我國高爐煉鐵生産技術雖然取得了明顯的進步,但鋼鐵企業高爐長壽和生産安全方面的問題日益突出。今年以來,據不完全統計,我國有10座高爐爐缸出現問題,以致燒穿;國外近年也有10余座高爐(爐缸直徑大于9米)出現爐缸問題,經濟損失巨大。此外,我國鋼鐵企業煉鐵風溫與能效水平與國際先進水平仍有一定差距,企業之間熱風溫度差距較大,使能源利用效率降低,影響了我國煉鐵工序能耗和成本的降低。

因此,如何从设计、关键设备与材料选择、施工和操作维护等方面系统总结国内外高炉长寿技术和高风温熱風爐技术的成功经验,分析研究高炉长寿技术和高风温熱風爐技术应解决的突出问题与发展趋势,特别是高炉炉缸炉底的损坏机理分析、长寿炉缸炉底结构设计、长寿关键要素的分析和对策、熱風爐实现高风温的方法及其关键技术等,从而促进我国高炉长寿技术和高风温熱風爐设计、生产最佳技术实践的发展和推广应用,这对促进我国炼铁实现高效安全、低碳环保、降本增效,具有非常重要的现实意义。

为此,中国金属学会和炼铁分会于2012年11月21日~23日在北京联合召开了“高炉长寿技术和高风温熱風爐技术研讨会”。来自全国炼铁界的二百多位代表出席了会议。

深入了解炉内现象 探索高炉炉缸长寿秘方

中冶賽迪工程技術股份有限公司煉鐵專家項鍾庸認爲:高爐長壽是分別從爐體結構、材料、設備、管理、操作方面綜合采取措施的。提高爐底炭磚致密程度-高導熱性、提高爐身冷卻壁的冷卻能力、控制爐缸側壁和爐底的冷卻、強化側壁溫度管理、改善爐料分布等才能達到延長高爐的壽命。

高爐爐底、爐缸的侵蝕可分爲三種類型:蘑菇狀侵蝕、象腳侵蝕和鍋底狀侵蝕。一般希望呈鍋底狀侵蝕以避免爐缸側壁的損壞,由于生産條件的變化,最近出現了寬臉狀侵蝕,雖然底部呈鍋底狀向爐底下部侵蝕,可是仍然不能避免向側壁侵蝕的趨勢,已經引起煉鐵界的重視。

爲了防止爐缸事故以及采取最佳的綜合措施,力求提高操作技術,保護爐缸側壁的護爐、防止鐵水環流對側壁的沖刷,防止未還原的爐料進入爐缸、防止不飽和碳素的鐵水與炭磚接觸、結合鐵口使用方法和冷卻強度保持爐缸部位的粘滯層,極力抑止爐缸部位炭磚的侵蝕,這是煉鐵企業必須重視和做到的重要環節。

煉鐵科技工作者用示蹤原子對爐缸內鐵水流動狀態進行研究分析,發現爐內渣鐵的不均勻流動的原因是死料堆內存在妨礙鐵水流動的區域。因此,他們在生産試驗和解剖調查的基礎上,進行縮小尺寸模型的補充試驗,研究鐵水流動、死料堆底面變化和死料堆內焦炭的更新等,並在此基礎上,建立了爐內鐵水流動的數學模型,其研究結果對于出台預防爐缸事故的措施大有裨益。項鍾庸認爲,只有深入研究了爐內現象,才能更好地找到解決高爐爐缸長壽的有效方法。

炉底寿命有突破 炉缸长寿耐材质量关键

高爐冶煉的強化程度對于爐缸壽命的影響是不容忽視的。因爲爐缸內的鐵水都要通過鐵口流出,它都要沖刷鐵口附近的耐火材料。爲了衡量高爐冶煉強化程度對于爐缸壽命的影響,通常以鐵口的出鐵強度(一個鐵口每天的平均出鐵數量,噸/天)這一指標來衡量。

30年前,我国高炉的平均利用系数不过1.5t/m3·d左右,铁口的出铁强度一般<1500t/d,尽管炉缸砌筑所使用的材料是导热率仅有4~6w/m﹒℃的半石墨砖,炉缸冷却也远不如现在完善,但炉缸寿命仍可以达到~8年。直至目前,由于高炉利用系数不断提高,相应的出铁强度达到了2000~3000t/d(个别高炉已经达到了4000 t/d),这样,虽然砌筑炉缸用耐火材料和冷却系统都得到了很大的改善,但不少高炉的炉缸寿命仍然威胁着高炉的正常生产。这一事实说明随着高炉出铁强度的提高,对于炉缸寿命的影响是极其不利的。

自從微孔和超微孔炭磚問世之後,爐缸炭磚的導熱率、微孔指標以及機械強度都有很大的提高,大幅度減小了炭磚冷熱面溫差引起的溫度應力和爐缸的化學侵蝕,炭磚的環裂問題基本上得到了解決。爐底采用水冷和使用較高導熱率炭磚的前提下,侵蝕形狀不再是“鍋底型”,而是“象腳型”,這說明爐底壽命也已經得到了解決。

中冶京誠工程技術有限公司煉鐵專家吳啓常教授認爲,下一步的工作重點將是高冶煉強度操作條件下的高爐爐缸側壁的長壽問題。爐缸長壽的關鍵在于耐火材料質量的突破。

國內外高爐生産實踐表明:在爐缸側壁“象腳型”侵蝕區域采用高導熱率的炭磚和良好的冷卻所建立的傳熱模型,對于形成凝固層的合理性是毋容置疑的,但是僅僅依靠它來實現爐缸長壽是遠遠不夠的,還必須使用具有抗鐵水溶蝕指數良好的耐火材料才有可能達到目的。因此,爲了實現高效操作條件下的爐缸長壽,吳啓常指出應該建立如下模式的爐缸結構:合理的傳熱模型+良好的微孔結構和抗鐵水熔蝕功能。

從延長爐缸側壁“象腳型”侵蝕區域壽命的角度出發,理想的耐火材料應同時具備如下性能:

一是導熱率和微孔指標達到當前微孔或超微孔炭磚的水平;二是抗鐵水溶蝕指數達到陶瓷杯材料的水平。近年來發表的研究成果表明,將爐缸砌築材料性能從傳統的水平提高到上述理想水平是可能的。其途徑有二:

一是在炭基材料的基礎上加入金屬鋁粉,在高溫焙燒條件下形成碳化鋁(Al3C4),可以大幅度提高炭磚的抗鐵水熔蝕和沖刷能力。德國SGL公司走的就是這條路。他們生産的9RD—N超微孔炭磚,鐵水熔蝕指數達到了很低的水平。全球出鐵強度最高(>4000t/d)的沙鋼5800m3爐缸側壁所使用的就是這種炭磚;

另一是在Al2O3基材料的基礎上,加入C、Si和其它金屬粉末,使之在高溫焙燒條件下形成金屬碳化物,其産品不僅具有較高導熱率和較好的微孔指標,而且也具有良好的抗鐵水熔蝕指數,河南五耐、安耐克以及其它耐火材料企業正在走這條路。

上述兩條途徑的共同特點是在生産配料中加入更多種類的金屬粉末(例如矽、鋁或其它金屬),通過強化焙燒,在維持良好的導熱率和微孔指標的基礎上,進一步改善了材料的抗鐵水熔蝕性能。這些産品正在接受高爐生産的考驗中;北京瑞爾非金屬材料公司則提出了雙向錯台陶瓷墊和爐缸側壁隔熱夾層的使用技術方案,爲實現高爐爐缸長壽進行新的嘗試。

吳啓常建議:有關領導部門盡快組織力量對行業標准(YB/T141-1998)進行完善和修改。調整微孔或超微孔磚的導熱率、微孔指標以及鐵水熔蝕指數等指標。組織國內産、學、研單位抓緊爐缸砌築材料的開發、研究和應用,提高我國爐缸用耐火材料的生産水平,盡快改變我國大型高爐炭磚長期依賴進口的局面。

高爐高效長壽是系統技術的綜合體現

寶鋼集團首席專家林成城在介紹了寶鋼3號高爐高效長壽曆程和高效長壽技術路線的實踐,對比分析了歐美、日本和寶鋼3號高爐長壽的特點。歐美高爐的長壽在一定程度上得益于其精料水平和高冷卻強度設計,其運行成本相對較高;日本高爐長壽得益于低冶煉強度,其運行效率相對較低;

而宝钢3号高炉的长寿是在高冶炼强度下,摸索与低冷却强度相匹配的操作技术实践中实现的。他强调指出:高爐高效長壽是系統技術的綜合體現,系统装备(冷却系统、耐材配置)要符合高炉高冶炼强度工艺客观规律,高炉设计理念必须与高炉原燃料条件、操作技术特点和操作习惯相匹配,

高爐操作技術需要正確解決高強度冶煉與長壽的矛盾關系,保持高爐長期穩定是實現高效長壽的根本。寶鋼3號高爐依托高爐長期穩定操作制度,特別是確立下部合理送風制度,保持一定的鼓風動能可以確保一定長度的回旋區,高爐一次煤氣流趨向中心,使徑向分布趨于均勻,保證一定中心氣流,使死料柱保持一定溫度,維持一定透氣和透液性,確保爐缸活躍,減小死料柱體積,有利于吹透爐缸,減緩爐缸渣鐵環流對爐缸側壁侵蝕。同時要立足高爐邊緣氣流合理穩定控制,維護合理穩定高爐操作爐型實現高效長壽的經驗值得借鑒。

中冶赛迪工程技术股份有限公司炼铁专家邹忠平对高炉炉缸长寿关键要素进行了分析:1)不定形材料固化不好被气蚀产生气隙破坏了传热体系,压入料与胶泥等不定形材料冲突,不定形材料受到腐蚀,不定形材料施工不合格,炉墙串气导致气隙;2)炉缸漏水产生水蒸汽对炉缸不定形材料及炭砖的氧化及在炭砖热面形成炭粉,导致凝固层的脱落而使炭砖受到异常侵蚀;3)炉缸耐材结构配置不合理,炭砖质量差、不满足炉缸的使用条件; 4)灌浆维护不当,压力过高,灌浆料不合适加速了炉缸问题的进一步恶化;5)操作中未及时注意炉缸问题的发展,监测数据不足、未及时抓住炉缸的异常,在异常情况下,进一步强化操作和降低原燃料质量,导致问题的恶化;6)冷却设备及水系统配置不合理、传热效率低;7)原燃料质量的恶化,炉芯不活跃,环流加强,凝固层不稳,加上炉墙气隙的存在,传热能力不足,导致炉缸的异常侵蚀;8)锌及碱金属的危害。

他強調指出:當前許多高爐爐缸燒穿及爐缸溫度高的問題,主要原因不是因爲爐缸的冷卻強度不夠、不能將爐缸的熱量帶走,而是因爲膠泥等不定形材料出現了問題、爐牆中有較多的氣隙存在、爐缸的熱量不能及時傳遞到冷卻水系統中來所致。增加水量可增加水的對流換熱能力,但並不能顯著增加爐缸冷卻強度,不是解決當前爐缸問題的根本辦法。強化施工管理、合理控制爐缸外側耐材溫度、防止膠泥等不定型材料被氣蝕形成氣隙熱阻,保證爐牆傳熱體系的有效性,防止不當壓漿,可能是解決當前爐缸問題的關鍵。調節水溫,雖然不能顯著調節冷卻強度,但對冷卻設備附近不定形材料的性能有較大的影響,可合理利用。

高風溫是當代高爐煉鐵技術發展的重要方向

北京首鋼國際工程技術有限公司煉鐵專家張福明認爲:新世紀初,當代高爐煉鐵技術面臨著資源短缺、能源供給不足和生態環境的制約,實現高爐煉鐵工藝的可持續發展,必須采用高風溫、高富氧大噴煤技術,降低燃料消耗和生産成本,這是當代高爐煉鐵技術發展的重要方向。

高风温是综合技术,是降低燃料比、提高喷煤量的重要技术保障。在当前条件下,利用低热值高炉煤气实现1250℃以上高风温,是实现低品质能源高效利用和高效能源转换最优化的技术措施。要系统解决高风温的获得、高温热风的稳定输送和高效利用等关键技术问题,采用高效长寿熱風爐及高效格子砖,优化熱風爐操作,保障高温热风的稳定输送,延长熱風爐寿命,使高温热风得到高效利用。到21世纪中期,当代高炉采用高风温、高富氧大喷煤、精料、长寿、环境保护等综合技术,进一步降低燃料比,具有广阔的发展前景。

为了获得高风温关键是提高拱顶温度和强化熱風爐的换热过程,缩小拱顶温度与送风温度之间的差值。国内普遍采用三种流程获得高风温:熱風爐废气预热流程、附加燃烧炉预热流程和附加熱風爐预热流程。中冶京诚有关专家认为:附加燃烧炉预热流程和附加熱風爐预热流程,虽然可以获得比较令人满意的风温,但由于熱風爐热效率较低,将导致能源消耗和CO2排放量的增加。因此建议采用熱風爐高温废气预热流程,将熱風爐燃烧末期的废气温度提高到550℃,用板式换热器对煤气和助燃空气进行预热,以实现送风温度达到1280±20℃的目标。同时,为保证高温送风,我们必须充分认识管道盲板力的存在及其危害性,它是热风出口或三岔口组合砖出现温度过高甚至掉砖的最重要原因之一,可以通过设置端部波纹管补偿器和相应的拉杆装置的方法消除盲板力对于拉杆覆盖范围内的管道系统的影响,从而达到消除热风主管堵头、联络管上下端与主管连接处盲板力的影响。

攻玉喜有它山石

山西通才工贸有限公司副总经理兼炼铁厂厂长武会卿在会上介绍:与山西通才1860m3高炉配套的棋牌游戏赚钱于2012年7月13日点火送风投产,至今生产稳定顺行,各项生产技术指标不断提升,三个月达产,10月份高炉最高日产量达到4040t/d,10月份平均利用系数达到2.78t/(m?.d),燃料比508  kg/t,焦比357kg/t,焦丁比9kg/t,煤比142kg/t,风温1307℃,达到了预期的设计水平。为充分发挥豫兴顶燃式熱風爐的技术优势,双方不断优化高炉操作,逐步提高风温,终于在2012年10月实现月平均风温1307℃,开创了中型高炉超高风温生产实践的新纪录,达到了国内外同类型高炉高风温操作的领先水平。

他们根据熱風爐燃烧、气体流动、传输过程的理论研究,优化了熱風爐燃燒器、燃烧室,蓄热室、炉体耐火材料内衬和管道结构设计,有效提高了熱風爐的加热能力和工作效率,自主设计、研究开发了下列多项熱風爐高效长寿技术:

优化熱風爐拱顶和环形陶瓷器设计结构,将熱風爐拱顶和陶瓷燃燒器作为整体进行设计优化。采用自由膨胀的低应力设计体系,延长拱顶和陶瓷燃燒器使用寿命。对熱風爐的高温、高压管道进行了系统的设计优化,通过对管系受力计算,合理设置波纹补偿器、拉杆和管道支架,实现了管道系统低应力设计,满足了高温热风稳定输送的要求。

为了有效抑制熱風爐炉壳晶间应力腐蚀,熱風爐高温区炉壳和热风管道内壁采取喷涂防酸涂料的综合防护措施。优化了热风管道的内衬设计结构,水平管道与垂直管道连接处采用各自独立的组合砖结构,使两者之间的热膨胀不互相干绕,解决了孔口砖衬热膨胀不均,造成管道窜风的技术难题,满足了1350℃高风温的送风要求。

这真是:它山之石,可以攻玉!类似豫兴公司这样的高风温熱風爐技术一定会在国内发扬光大、不断涌现。

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