冶金知识

这座高炉的冷却壁何以“零”损坏?

2017年04月17日13:42   来源:中国钢铁新闻网
摘要:8号高炉开炉7年多来,软水冷却系统运行状况良好,没有1根冷却壁水管损坏,创造了国内大型高炉冷却系统长寿的纪录。武钢是如何做到的?

武钢(现属宝武集团)8号高炉有效容积4117m3,于2009年8月1日点火投产。8号高炉采用了当今一系列先进的技术与工艺:PW并罐无料钟炉顶、联合软水密闭循环系统、薄炉衬全冷却壁结构(第2段、3段、5段、6段、7段、8段、9段为铜冷却壁)、烧结分级入炉、炉前全液压设备、环保型INBA、BDC干法煤气清洗系统等。8号高炉开炉7年多来,软水冷却系统运行状况良好,没有1根冷却壁水管损坏,创造了国内大型高炉冷却系统长寿的纪录。武钢是如何做到的?


长寿设计是根本


设计炉型是高炉操作炉型的基础,其是否合理将直接影响生产中炉内煤气流的分布,从而影响高炉正常生产时操作炉型的维护。

炉型设计

一是加深死铁层。死铁层加深以后,避免了死料柱直接沉降在炉底上,加大了死料柱与炉底之间的铁流通道,提高炉缸透液性,减轻铁水环流,延长炉缸炉底寿命。8号高炉死铁层深度为2.8m。

二是适当加高炉缸。高炉在大喷煤操作条件下,炉缸风口回旋区结构将发生变化。适当加高炉缸,不仅有利于煤粉在风口前的燃烧,而且可以增加炉缸容积,以满足高效化生产条件下的渣铁存储,减小在强化冶炼条件下出现炉缸“憋风”的可能性。8号高炉炉缸高度为5.2m。

三是采用矮胖炉型。矮胖型高炉在冶炼过程中软熔带窄,更有利于强化冶炼,有利于高炉稳定顺行、高产低耗。8号高炉设计为矮胖型高炉,高径比降低为2.1。

四是减小炉腹角和炉身角。减小炉腹角和炉身角,有利于炉腹煤气的顺畅排升,从而减小炉腹热流冲击,而且有助于在炉腹区域形成比较稳定的保护性渣皮,保护冷却器长期工作。8号高炉炉腹角和炉身角分别减小为78°59′47.25″和81°37′29.82″。


冷却系统设计

一是优化铜冷却壁的使用方式。高炉铜冷却壁具有高导热、抗热震、耐高热流冲击和长寿等优越性能,在其热面能够形成比较稳定的保护性渣皮。即使渣皮瞬间脱落,也能在其热面迅速地形成新的渣皮,保护冷却壁,这种特性是其他常规冷却器所不能比拟的。实践证实,铜冷却壁是一种无过热冷却器,是高炉长寿的关键技术之一。铜冷却壁应使用在高炉热负荷最大的区域,即炉腹、炉腰和炉身下部,该区域是高炉异常破损严重且造成高炉短寿的关键部位,在此区域使用铜冷却壁对于延长高炉寿命具有重要作用。此外,在高炉炉缸(特别是铁口区)使用铜冷却壁也会取得良好的应用效果。

8号高炉优化了冷却壁的使用方式,在热负荷大的区域采用铜冷却壁,热负荷较小的区域采用铸铁冷却壁,并首次在风口带采用武钢自产的铸铜冷却壁,在第5段~第9段共使用5段铜冷却壁。

与铜冷却壁相配套,8号高炉采用了薄壁内衬、砖壁一体化结构,并根椐不同区域的冶炼条件采用不同材质的镶砖。

所谓薄壁内衬,就是对高炉内衬和冷却壁进行优化组合,冷却壁取消了凸台,消除了冷却壁破损最薄弱的部位,而且冷却壁热面全部采用耐火材料保护,即所谓全覆盖镶砖冷却壁。其内衬厚度仅为150mm,形成砖壁一体化结构,解决炉腹、炉腰和炉身下部高热负荷区的短寿问题,使其寿命与高炉炉缸、炉底的寿命同步。

炉底大部分采用SGL超微孔碳砖。第2段、3段、5段为铸铜冷却壁,第6段、7段、8段、9段为轧制铜冷却壁。其中,第5段铜冷却壁能大幅度地提高风口带的冷却强度,有利于在高强化冶炼条件下,减少风口带冷却壁的损坏。风口组合砖采用微孔刚玉砖,与以往使用的棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、硅线石砖等风口组合砖材质相比,其抗碱性、抗渣熔蚀性能、抗铁熔蚀性能都有较大改善。第6段冷却壁镶砖采用塞隆结合碳化硅砖,第7段、8段、9段、10段、11段、15段冷却壁镶砖采用氮化硅结合碳化硅砖,第12段、13段、14段冷却壁镶砖采用浸磷酸黏土砖。

二是采用软水密闭循环系统。8号高炉采用软水密闭循环冷却技术,冷却水质得到极大改善,解决了冷却水管结垢的致命问题。该系统运行安全可靠,动力消耗低,补水量小,维护简便。

该系统有以下特点:一是根据冷却器的工作特点,分系统强化冷却;二是根据高炉不同部位的热负荷情况,在垂直方向上分段冷却,如炉缸、炉底设为一个冷却单元,炉腹、炉腰和炉身下部设为一个冷却单元;三是为便于系统操作和检漏,采用圆周分区冷却方式,在高炉圆周方向分为4个冷却区间;四是软水串联冷却,软水经炉底、冷却壁后,分流一部分升压后再冷却风口、热风阀等。这种串联冷却系统具有占地省、投资少、动力消耗小的特点。

8号高炉采用软水密闭循环冷却系统,自炉底向上共安装有15段冷却壁和1段炉喉钢砖,共计702块冷却壁和36块炉喉钢砖,冷却介质为软水。软水设计总流量为5430m3/h,其中,旁通流量为2410m3/h,高压系统流量为1260m3/h,中压系统流量为1760m3/h。


高炉日常操作是关键


混用焦丁稳定气流

8号高炉现在的用料结构是:42%大烧+25%小烧+23%球团+10%澳矿(或南非矿)。烧结矿分级入炉,保证熟料率在85%以上。焦丁与大烧同时入炉,小烧单独入炉。尤其是回用焦丁的使用,在入炉矿石中混加回用焦丁后,促进了高炉进一步强化冶炼,提高其透气性,使高炉稳定顺行。

实行合理的热制度和造渣制度

合理的热制度和造渣制度,是高炉稳定顺行的保障,尤其对于炉身渣皮在保护冷却壁方面有很重要的作用。合理的造渣制度,不仅要求炉渣具有良好的稳定性和流动性,而且要求炉渣具有足够的脱硫能力,从而减少对高炉炉衬的侵蚀。而炉缸热制度的稳定,对高炉稳定顺行也同样重要。炉温波动,容易造成软熔带上下波动,导致炉墙结厚和渣皮大面积脱落,损坏冷却壁。8号高炉对热制度的要求为:铁水中Si含量为0.3%~0.4%,物理热为1495℃~1515℃。对造渣制度要求为:渣中二元碱度为1.18~1.22。

科学调剂煤气流

上部调剂2015年,武钢利用休风机会观察料面形状,发现中心漏斗过深,所以偶有滑料,导致煤气利用率经常波动。武钢通过缩小布料角度和布料角度差,把矿石焦炭的布料带往中心移动。武钢通过移动布料角度,减小中心漏斗后,使中心环带坡度小,中心焦堆合适,软熔带形状成典型的倒V字形分布,高温区根部稳定在第7段~第8段,整个料柱透气性良好,气流均匀,没有出现局部气流过分发展的现象。中心气流顺畅,边缘气流稳定,两股气流分布合理,渣皮稳定。

下部调剂。下部调剂主要是通过调整风口的布局来完成。合理的风口布局可获得适宜的风速、鼓风动能和焦炭回旋区,使初始煤气流分布合理,炉缸工作活跃。一般情况下,提高鼓风动能可以打通中心,发展中心气流,提高煤气利用率。在生产中,武钢通过调整风口的长度、进风面积和各风口的布局来调整风口焦炭回旋区。8号高炉有36个风口,开炉初期,8个风口直径为140mm,28个风口直径为130mm,进风面积较大。从2013年开始,武钢逐步缩小进风面积至0.4680m2,其中有5个风口直径为120mm,其他均为130mm,主要目的是打通中心气流,稳定边缘气流,稳定渣皮,保护冷却壁。


炉型管理是保证


防止炉身黏结

铜冷却壁受到高温冲击,在渣皮的频繁脱落和再黏结过程中所遭遇热冲击尤为严重,极易损坏冷却壁。因此,预防炉身黏结和对炉身黏结渣皮的恰当处理非常关键。为了保护高炉冷却壁不受损坏,高炉需要一定厚度的渣皮来保护冷却壁,渣皮厚度要适当,不能太薄,也不能太厚。渣皮厚薄通过水温差和各段冷却壁温度高低来判断,高炉炉型管控的主要目的就是控制炉型合理。在日常控制中,当水温差达到3.0℃时,武钢就适当抑制中心气流、发展边缘气流。当黏结已经发生时,武钢主要通过对气流交替变换的调整来消除炉身黏结。

全面管理水系统

水温差监控。通过摸索,8号高炉水温差合理的控制范围为3.5℃~5℃。在这个范围内,渣皮的厚度是合适的,既不黏结又能保护炉墙。武钢日常密切注意水温差的变化,当出现下降趋势超出下限范围时,就采取强有力的措施———减中心焦、疏松边缘的装料制度,及时阻止黏结的进一步发展。相反,如果渣皮不稳,导致水温差居高不下,则应该微调装料制度,中心加焦或者边上加矿。对水温差的监控是炉型管理的最重要的手段,也是最直接的监控手段。

热流强度监控。热流强度是与水温差对应的指标,8号高炉水量为5400m3/h~5500m3/h。8号高炉配有水温差和热流强度在线监控技术,该系统提供炉身冷却壁各段水温差和热流强度实时监控,并报警。此外,武钢每周对炉底、炉缸进行人工检查测量一次。

进水温度控制。软水系统进水温度严格控制在36℃~40℃的范围内。进水温度不能太高,否则,导致出水温度高,不利于保护冷却设备。进水温度也不能太低,否则,不利于炉型维护。进水温度还要保持相对稳定,不能大幅度地波动。每班密切注意进水温度,进水温度波动大超出范围时,联系水站处理。

炉身冷却壁温度监控。炉身冷却壁温度稳定与否,可以作为炉身渣皮稳定情况和炉型变化情况的判断依据。一般情况下,炉身温度控制在45℃~150℃的范围内。如果温度低于45℃,则表明边缘气流变弱或出现黏结现象;高于150℃,则表明边缘气流过分发展;如果局部温度大于200℃,则表明渣皮脱落。

补水曲线监控。武钢要求密切注意补水曲线,若发现补水曲线变快,立即联系相关人员查明原因。若是因为冷却设备损坏向炉内漏水,他们会立即采取相应的措施,避免发生大的事故。他们还与水站人员加强联系,保证软水质量,稳定水量和水温,以防止冷却设备结垢甚至烧坏。


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