濟(jì)鋼2#1750m3高爐護(hù)爐操作技術(shù)特點(diǎn)

張雷忠,王徑成,楊 云,韓俊杰

(山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠,山東濟(jì)南250101)

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濟(jì)鋼2#1750m3高爐護(hù)爐操作技術(shù)特點(diǎn)

張雷忠,王徑成,楊 云,韓俊杰

(山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠,山東濟(jì)南250101)

摘 要:通過對(duì)煉鐵廠2#1750m3高爐一代爐役爐缸侵蝕情況的分析,指出了爐缸側(cè)壁及爐底炭磚侵蝕的基本原因,總結(jié)了高爐的護(hù)爐技術(shù)特點(diǎn),同時(shí)在生產(chǎn)中實(shí)施針對(duì)性的綜合護(hù)爐措施,保證了高爐一代爐役生產(chǎn)的爐缸本質(zhì)安全。

關(guān)鍵詞:高爐;爐缸;侵蝕;護(hù)爐;操作

1 2#1750m3高爐爐缸基本情況

1.1 原始設(shè)計(jì)特點(diǎn)

濟(jì)鋼2#1750m3高爐由中冶南方設(shè)計(jì),為“薄壁”爐襯高爐。這種“薄壁”爐型高爐在日常操作中有一定優(yōu)勢,但也存在一定缺陷。特別是在爐缸及風(fēng)口區(qū),包括異形冷卻壁,設(shè)計(jì)成熱面爐內(nèi)側(cè)工作爐型,形成凸向爐內(nèi)的凸臺(tái),受風(fēng)口回旋區(qū)熱氣流直接沖刷,因此冷卻壁容易出現(xiàn)損壞。

1.2 生產(chǎn)實(shí)踐

濟(jì)鋼2#1750m3高爐于2005年4月點(diǎn)火投產(chǎn),目前已進(jìn)入爐役后期。其爐缸爐體采用當(dāng)時(shí)比較典型的結(jié)構(gòu)(見圖1):爐缸側(cè)壁至風(fēng)口區(qū)為微孔炭磚,內(nèi)襯為黃剛玉+復(fù)合棕剛玉莫來石磚;爐缸底部平鋪2層石墨質(zhì)高爐焙燒炭磚;上面立砌一層微孔炭磚;采用全冷卻壁結(jié)構(gòu),自爐底到爐喉鋼磚共分14段冷卻壁,設(shè)計(jì)水量為4 200m3/h。

圖1　2#1750高爐爐缸、爐底設(shè)計(jì)

表1　2#1750高爐爐缸電偶分布表

2 近幾年2#1750m3高爐爐缸、爐底侵蝕變化情況

進(jìn)入2011年后,2#1750m3高爐爐缸側(cè)壁溫度開始有所上行。2012、2013年?duì)t缸側(cè)壁溫度有波動(dòng),但整體水平偏高,有幾個(gè)點(diǎn)異常高,顯示爐缸炭磚侵蝕已經(jīng)到了一定程度。以有代表性8.095m水平H1(見表1)溫度變化為例。

由圖2溫度變化可看出,局部區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕。

我們對(duì)各層溫度點(diǎn)做了全面分析,結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及侵蝕模型的計(jì)算結(jié)果,得出初步判斷:爐底陶瓷杯及炭磚為鍋底狀侵蝕,較為輕微;側(cè)壁象腳狀侵蝕明顯;局部區(qū)域較為嚴(yán)重,鐵水已經(jīng)接近內(nèi)層電偶。

東北大學(xué)用有限元法給我們做了較為精確計(jì)算,結(jié)果認(rèn)為:爐底侵蝕為淺鍋底型;爐缸第2段冷卻壁中部侵蝕較為嚴(yán)重,呈較大蘑菇型侵蝕,侵蝕線已經(jīng)達(dá)到第2層陶瓷磚中;第2段冷卻壁中部炭磚最小剩余厚度為710mm。

由此我們基本得出判斷:爐底內(nèi)襯剩余厚度比較大,較為安全;爐缸側(cè)壁第2段冷卻壁中部侵蝕量較大,剩余厚度為710mm,有一定風(fēng)險(xiǎn)。綜合起來分析,我們認(rèn)為爐缸侵蝕屬于中期偏后,需要引起足夠重視。

圖2　2012年及2013年2#1750高爐爐缸側(cè)壁溫度8.095m水平H1溫度變化

3 爐缸侵蝕原因分析

根據(jù)爐缸侵蝕特點(diǎn),我們對(duì)侵蝕產(chǎn)生的原因做了認(rèn)真分析,認(rèn)為主要的侵蝕原因有下面幾點(diǎn)。

3.1 爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流的侵蝕作用

理論研究證明,爐缸內(nèi)渣鐵向鐵口流動(dòng)主要有三個(gè)途徑:通過死鐵層傳遞;通過中心死料柱滲透;通過邊緣環(huán)流向出鐵口流動(dòng)。爐缸活躍,料柱中心透氣透液性好時(shí),邊緣環(huán)流可控制在一定范圍。當(dāng)爐缸不活躍,中心不開放時(shí),大部分渣鐵由環(huán)流流出,對(duì)爐缸側(cè)壁機(jī)械沖刷作用就會(huì)十分明顯。同時(shí)當(dāng)產(chǎn)量增加較多,出鐵速度過快時(shí),都會(huì)造成環(huán)流加劇。當(dāng)炭磚前面的渣鐵凝固層、半凝固層被沖刷掉后,炭磚本身就開始被侵蝕,這是象腳狀侵蝕形成的主因。由于長期經(jīng)濟(jì)料冶煉,爐溫波動(dòng)大,渣中Al2O3高,我們的高爐爐缸長期不活躍,渣鐵環(huán)流的侵蝕作用是十分明顯的。

3.2 熱應(yīng)力的作用

炭磚內(nèi)端直接接觸1 150℃左右高溫,內(nèi)外溫度差別極大,溫度梯度的存在就形成熱應(yīng)力。應(yīng)力越集中,破壞力越強(qiáng)。當(dāng)熱量傳遞不及時(shí),存在氣塞等現(xiàn)象時(shí),熱應(yīng)力的作用是非常明顯的。熱應(yīng)力的長期、反復(fù)作用就會(huì)造成陶瓷杯及炭磚的破損、裂紋、破壞。由于設(shè)計(jì)及砌筑質(zhì)量問題,2#1750m3高爐這一現(xiàn)象也比較突出。

3.3 靜壓滲透

鐵水本身質(zhì)量很大,當(dāng)炭磚孔徑較大(大于1μm)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生微觀滲透,鐵水逐步進(jìn)入炭磚表面,產(chǎn)生侵蝕剝落作用。我們經(jīng)常見到、討論的鍋底侵蝕的產(chǎn)生就是這個(gè)原因。

3.4 漏水的影響

由于2#1750m3高爐爐缸長期活躍程度不夠,風(fēng)口燒壞較多(見表2),不可避免向爐內(nèi)漏水,產(chǎn)生氧化性氣氛,對(duì)炭磚造成不可逆的破壞影響。

表2　2011、2012、2013年風(fēng)口損壞個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 特護(hù)措施的制定

原因基本分析清楚后,我們根據(jù)爐況特點(diǎn),以及目前的原燃料情況,制定了有針對(duì)性的措施。

4.1 思想上高度重視,早介入,開展有效的特護(hù)工作

只有思想上重視,才能有行動(dòng)上的落實(shí)。雖然按常規(guī)判斷以及計(jì)算分析,尚有一半厚度的炭磚存在,但炭磚侵蝕往往有跳躍式特點(diǎn),同時(shí)越是侵蝕嚴(yán)重部位熱應(yīng)力越集中,綜合作用的結(jié)果是很可怕的。我們在2012年初就確立了爐缸特別護(hù)理的操作方針,一切為護(hù)爐讓路,一切以護(hù)爐為先。根據(jù)高爐爐缸側(cè)壁溫度急劇上升的原因,堅(jiān)持“順行為基礎(chǔ),爐缸為核心,風(fēng)量為生命線”的大型高爐先進(jìn)操作理念不動(dòng)搖,堅(jiān)持“以內(nèi)養(yǎng)外,內(nèi)外兼治”的高爐長壽管理思路,先后開發(fā)和采取了在線灌漿、高鈦?zhàn)o(hù)爐、高爐局部強(qiáng)化冷卻等“外治”措施和“活躍爐缸,減少環(huán)流”為核心的高爐操作“內(nèi)養(yǎng)”措施,并采取定期的高爐自身排堿技術(shù),以達(dá)到保護(hù)爐缸,減緩鐵水對(duì)爐缸、爐底沖刷速度,降低爐缸側(cè)壁溫度,確保安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn),延長爐役壽命的目的。

4.2 綜合技術(shù)措施

4.2.1 活躍爐缸的技術(shù)手段

我們采取有效措施提升風(fēng)量,吹透中心,減少死焦堆,貫徹強(qiáng)動(dòng)力冶煉基本思路,這是最根本的護(hù)爐措施。2012年,我們從爐溫入手,活躍爐缸;2013年,我們總結(jié)提出了強(qiáng)動(dòng)力冶煉,提升風(fēng)量的操作理念,逐步推行小礦批,高爐溫,抑制邊緣,控制壓差,長期護(hù)爐的操作思路。博采眾長,采用靈活的操作、調(diào)劑手段,不斷提升風(fēng)量,提高并保持爐缸的溫度,使?fàn)t缸活躍程度大為提升,見圖3。

4.2.2 積極調(diào)整上下部制度,保證爐況順行

順行是護(hù)爐的基礎(chǔ),也是最重要的條件。爐況不順環(huán)流加劇,熱應(yīng)力集中,料柱對(duì)爐缸的靜壓力也大大增加,對(duì)保護(hù)炭磚、保護(hù)爐缸很不利。順行時(shí)環(huán)流會(huì)大為減輕,其他措施才會(huì)有效果。為保證爐況長期順行,我們主要做了以下幾項(xiàng)工作。

圖3　2013年以來風(fēng)量及爐芯溫度變化表

(1)適應(yīng)低品質(zhì)礦冶煉,采取提高爐溫,保證物理溫度的手段,保證渣鐵良好流動(dòng)性。減少渣鐵留存在爐缸的可能性,保持爐缸活躍。一般控制鐵水溫度1 500℃以上。

(2)采取積極措施,保持合適鎂鋁比,應(yīng)對(duì)高鋁渣。提高燒結(jié)礦中Mg O含量,見圖4,配料中增加輔料造渣,保證爐渣中合適的Mg O含量。一般鎂鋁比控制在0.63以上效果就很好。

圖4　Mg O含量對(duì)爐渣粘度的影響(w(Al2O3)=20％)

(3)堅(jiān)持中心加焦的矩陣結(jié)構(gòu),適當(dāng)控制邊緣,保證足夠的透氣性,開放中心。中心加焦矩陣目前原燃料條件下有其優(yōu)勢,我們一直使用,并根據(jù)爐況變化,爐型變化不斷調(diào)整。2013年6月以前最常用的矩陣是7月份以后調(diào)整矩陣,常用矩陣為

(4)均勻圓周氣流。爐缸活躍與否,爐況是否順行,很大程度上決定于圓周氣流的均勻程度。我們通過分析爐身溫度變化、下料情況、鐵口表現(xiàn),采取局部堵風(fēng)口措施,有效地處理了局部氣流,達(dá)到均勻圓周氣流的目的,風(fēng)口布局見圖5。因2#1750m3高爐兩個(gè)鐵口間隔90°同側(cè)布置,圓周氣流不好均勻。從高爐圓周氣流的長期表現(xiàn)看,縮小、加長鐵口側(cè)風(fēng)口,擴(kuò)大鐵口對(duì)側(cè)風(fēng)口,效果十分明顯。

圖5　目前風(fēng)口布局圖

4.2.3 嚴(yán)控漏水

小套發(fā)現(xiàn)漏水立即改工業(yè)水控水壓,一般3天之內(nèi)更換。冷卻壁漏水應(yīng)第一時(shí)間查漏、控水,最大限度地減少對(duì)炭磚的影響。

4.2.4 爐缸、爐體積極灌漿治漏

常壓、高壓灌漿均能有效堵塞縫隙,減少氣塞,改善傳熱效果,增強(qiáng)冷卻能力。每次計(jì)劃休風(fēng)我們均提前組織,定點(diǎn)灌漿,力求實(shí)效。目前兩鐵口區(qū)域煤氣火大大減少,爐體、爐缸區(qū)域煤氣漏點(diǎn)大為減少,煤氣濃度在50ppm以下。

4.2.5 控制冶強(qiáng),減少產(chǎn)量

產(chǎn)量降低通過環(huán)流傳遞的渣鐵相應(yīng)減少,沖刷作用、熱應(yīng)力均相應(yīng)減少。通過長期探索,合適的產(chǎn)量范圍確定在4 300t/d ～4 350t/d。

4.2.6 保持鐵水中充足[Ti]含量,達(dá)到護(hù)爐效果

釩鈦礦護(hù)爐機(jī)理是TiO2經(jīng)爐內(nèi)還原,在爐缸形成TiC、TiN等高熔點(diǎn)物質(zhì),沉積于溫度較低爐襯表面形成保護(hù)層。通過實(shí)踐,我們認(rèn)為,0.12％～0.15％的鐵水含[Ti]既有利于快速形成保護(hù)層,又不至于對(duì)順行造成大的影響。

4.2.7 強(qiáng)化冷卻

足夠的冷卻能力才能有效促進(jìn)TiC、TiN等高熔點(diǎn)物質(zhì)的沉積。通過努力,我們增加了總冷卻水量,由4 200m3/h提高到4 450m3/h,進(jìn)水溫度由36℃降至33℃,大大強(qiáng)化了冷卻效果,對(duì)形成穩(wěn)定的凝鐵保護(hù)層,減少熱應(yīng)力,促進(jìn)釩鈦沉積均有好處。

圖6　濟(jì)鋼1750m3高爐全軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)水量分配

為強(qiáng)化爐缸冷卻,我們通過改造將冷卻爐底以及蛇形冷卻管系統(tǒng)的回水通過增加加壓泵提升壓力后循環(huán)利用于冷卻爐體冷卻壁部分直冷管系統(tǒng),這樣冷卻爐體冷卻壁直冷管的軟水流量可以增加到4 000m3/h(見圖6)。且在爐底以及蛇形冷卻管系統(tǒng)的回水上增加加壓泵提壓后,也相應(yīng)提高爐底以及蛇形冷卻管系統(tǒng)的流量和循環(huán)冷卻效果(具體改造增加爐體冷卻水量示意圖見圖7)。通過水系統(tǒng)改造以后,冷卻壁單根水管流量由原來的26m3/h提高到40m3/h。

4.2.8 強(qiáng)化爐前工作

以保證放鐵時(shí)間在90min～110min之間為目標(biāo)開展工作,要求爐前操作不跑泥,多打泥,不粘鉆,不燒鐵口,保持良好的鐵口工作狀態(tài)。采取零間隔出鐵,避免渣鐵聚集在爐缸造成影響。

圖7　改造增加爐體冷卻水量示意圖

4.3 低爐溫高堿度高釩鈦比例護(hù)爐新階段

進(jìn)入2014年,我們在原來思路基礎(chǔ)上,提煉創(chuàng)新了低硅高堿高釩鈦球護(hù)爐新方法,取得了良好效果。

(1)低硅高堿護(hù)爐的整體思路:在推進(jìn)大風(fēng)量、高堿度、低爐溫操作的基礎(chǔ)上,逐步增加海砂釩鈦球比例,控制鐵水中【Ti】含量在0.14％～0.16％,主要控制【Si】+【Ti】含量在0.40％～0.55％水平。

(2)參數(shù)調(diào)整:推進(jìn)低爐溫高堿度高釩鈦比例護(hù)爐技術(shù),關(guān)鍵在保證爐缸活躍、風(fēng)量的穩(wěn)步提升、爐況的長期穩(wěn)定。我們經(jīng)過探討,對(duì)重點(diǎn)參數(shù)做出規(guī)定:配料堿度1.20～1.22,實(shí)際堿度1.18～1.20;渣中Mgo含量控制11.5±0.5％;物理溫度保持1 500℃～1 520℃間;爐溫【Si】控制0.30％～0.40％水平(見圖8)。

(3)實(shí)際效果:通過我們的參數(shù)調(diào)整,思路創(chuàng)新,逐步形成低爐溫、高堿度、小礦批、低料線、高鎂鋁比、定期處理爐缸的操作理念,爐況穩(wěn)定性穩(wěn)步增強(qiáng),各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)中有升,爐缸側(cè)壁溫度長期保持低水平運(yùn)行,爐皮溫度相對(duì)穩(wěn)定,達(dá)到了很好的護(hù)爐效果(見圖9)。

圖8　2013年11月到2014年3月風(fēng)量及爐溫變化趨勢

圖9　2013年11月到2014年3月風(fēng)溫使用及爐皮溫度變化趨勢圖

5 護(hù)爐效果

通過上述綜合措施,我們的特護(hù)工作取得理想效果。爐況長期順行,爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定在較低范圍內(nèi)(見圖10)。

圖10　2013～2014年?duì)t缸側(cè)壁8.095m水平H1溫度截圖

6 結(jié)論

(1)爐缸、爐底的侵蝕是一個(gè)長期的過程,需要全過程的關(guān)注。

(2)目前看,環(huán)流產(chǎn)生的側(cè)壁侵蝕是我們面臨的主要威脅。

(3)通過活躍爐缸、提升風(fēng)量、充足鈦量、適當(dāng)冶強(qiáng)是可以有效護(hù)爐的。

(4)低硅冶煉高釩鈦比例配合其他參數(shù)調(diào)整是爐缸維護(hù)的新途徑,可以達(dá)到降低鐵水成本、基本不影響各項(xiàng)指標(biāo)、有效護(hù)爐的三重目的。

(5)日常操作中一些細(xì)節(jié)對(duì)護(hù)爐工作影響很大,需要足夠關(guān)注。

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Jinan Steel's 2#1750m3BF Protecting the Operation of Technical Characteristics

ZHANG Lei-zhong,WANG Jing-cheng,YANG Yun,HAN Jun-jie
(Shandong Co.,Ji'nan branch ironmaking plant,Jinan,250101 Shandong,China)

Abstract:This paper analyzes the situation of blast furnace ironmaking plant of Jinan Iron and Steel Group erosion of 2#1750m3generation furnace campaign hearth,points out the basic reasons of hearth sidewall and bottom brickerosion,summarizes the characteristics of protecting blast furnace technology,at the same time in the productionforthe integrated implementation of furnace protection measures,to ensure the safety of hearth essence of BF campaign production.

Key words:blast furnace;hearth;erosion;furnace maintenance;operation

作者簡介:張雷忠,主要從事高爐技術(shù)管理及創(chuàng)新工作。

文章編號(hào):1001-5108(2016)01-0025-07

中圖分類號(hào):TF57

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A