濟鋼2#1750m3高爐護爐操作技術特點

張雷忠,王徑成,楊 云,韓俊杰

(山鋼股份濟南分公司煉鐵廠,山東濟南250101)

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濟鋼2#1750m3高爐護爐操作技術特點

張雷忠,王徑成,楊 云,韓俊杰

(山鋼股份濟南分公司煉鐵廠,山東濟南250101)

摘 要:通過對煉鐵廠2#1750m3高爐一代爐役爐缸侵蝕情況的分析,指出了爐缸側壁及爐底炭磚侵蝕的基本原因,總結了高爐的護爐技術特點,同時在生產中實施針對性的綜合護爐措施,保證了高爐一代爐役生產的爐缸本質安全。

關鍵詞:高爐;爐缸;侵蝕;護爐;操作

1 2#1750m3高爐爐缸基本情況

1.1 原始設計特點

濟鋼2#1750m3高爐由中冶南方設計,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勢,但也存在一定缺陷。特別是在爐缸及風口區,包括異形冷卻壁,設計成熱面爐內側工作爐型,形成凸向爐內的凸臺,受風口回旋區熱氣流直接沖刷,因此冷卻壁容易出現損壞。

1.2 生產實踐

濟鋼2#1750m3高爐于2005年4月點火投產,目前已進入爐役后期。其爐缸爐體采用當時比較典型的結構(見圖1):爐缸側壁至風口區為微孔炭磚,內襯為黃剛玉+復合棕剛玉莫來石磚;爐缸底部平鋪2層石墨質高爐焙燒炭磚;上面立砌一層微孔炭磚;采用全冷卻壁結構,自爐底到爐喉鋼磚共分14段冷卻壁,設計水量為4 200m3/h。

圖1　2#1750高爐爐缸、爐底設計

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

進入2011年后,2#1750m3高爐爐缸側壁溫度開始有所上行。2012、2013年爐缸側壁溫度有波動,但整體水平偏高,有幾個點異常高,顯示爐缸炭磚侵蝕已經到了一定程度。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,局部區域已經出現嚴重侵蝕。

我們對各層溫度點做了全面分析,結合經驗及侵蝕模型的計算結果,得出初步判斷:爐底陶瓷杯及炭磚為鍋底狀侵蝕,較為輕微;側壁象腳狀侵蝕明顯;局部區域較為嚴重,鐵水已經接近內層電偶。

東北大學用有限元法給我們做了較為精確計算,結果認為:爐底侵蝕為淺鍋底型;爐缸第2段冷卻壁中部侵蝕較為嚴重,呈較大蘑菇型侵蝕,侵蝕線已經達到第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:爐底內襯剩余厚度比較大,較為安全;爐缸側壁第2段冷卻壁中部侵蝕量較大,剩余厚度為710mm,有一定風險。綜合起來分析,我們認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高爐爐缸側壁溫度8.095m水平H1溫度變化

3 爐缸侵蝕原因分析

根據爐缸侵蝕特點,我們對侵蝕產生的原因做了認真分析,認為主要的侵蝕原因有下面幾點。

3.1 爐缸內鐵水環流的侵蝕作用

理論研究證明,爐缸內渣鐵向鐵口流動主要有三個途徑:通過死鐵層傳遞;通過中心死料柱滲透;通過邊緣環流向出鐵口流動。爐缸活躍,料柱中心透氣透液性好時,邊緣環流可控制在一定范圍。當爐缸不活躍,中心不開放時,大部分渣鐵由環流流出,對爐缸側壁機械沖刷作用就會十分明顯。同時當產量增加較多,出鐵速度過快時,都會造成環流加劇。當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。由于長期經濟料冶煉,爐溫波動大,渣中Al2O3高,我們的高爐爐缸長期不活躍,渣鐵環流的侵蝕作用是十分明顯的。

3.2 熱應力的作用

炭磚內端直接接觸1 150℃左右高溫,內外溫度差別極大,溫度梯度的存在就形成熱應力。應力越集中,破壞力越強。當熱量傳遞不及時,存在氣塞等現象時,熱應力的作用是非常明顯的。熱應力的長期、反復作用就會造成陶瓷杯及炭磚的破損、裂紋、破壞。由于設計及砌筑質量問題,2#1750m3高爐這一現象也比較突出。

3.3 靜壓滲透

鐵水本身質量很大,當炭磚孔徑較大(大于1μm)時,就會產生微觀滲透,鐵水逐步進入炭磚表面,產生侵蝕剝落作用。我們經常見到、討論的鍋底侵蝕的產生就是這個原因。

3.4 漏水的影響

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

表2　2011、2012、2013年風口損壞個數統計

4 特護措施的制定

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

4.1 思想上高度重視,早介入,開展有效的特護工作

只有思想上重視,才能有行動上的落實。雖然按常規判斷以及計算分析,尚有一半厚度的炭磚存在,但炭磚侵蝕往往有跳躍式特點,同時越是侵蝕嚴重部位熱應力越集中,綜合作用的結果是很可怕的。我們在2012年初就確立了爐缸特別護理的操作方針,一切為護爐讓路,一切以護爐為先。根據高爐爐缸側壁溫度急劇上升的原因,堅持“順行為基礎,爐缸為核心,風量為生命線”的大型高爐先進操作理念不動搖,堅持“以內養外,內外兼治”的高爐長壽管理思路,先后開發和采取了在線灌漿、高鈦護爐、高爐局部強化冷卻等“外治”措施和“活躍爐缸,減少環流”為核心的高爐操作“內養”措施,并采取定期的高爐自身排堿技術,以達到保護爐缸,減緩鐵水對爐缸、爐底沖刷速度,降低爐缸側壁溫度,確保安全、穩定、高效生產,延長爐役壽命的目的。

4.2 綜合技術措施

4.2.1 活躍爐缸的技術手段

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

4.2.2 積極調整上下部制度,保證爐況順行

順行是護爐的基礎,也是最重要的條件。爐況不順環流加劇,熱應力集中,料柱對爐缸的靜壓力也大大增加,對保護炭磚、保護爐缸很不利。順行時環流會大為減輕,其他措施才會有效果。為保證爐況長期順行,我們主要做了以下幾項工作。

圖3　2013年以來風量及爐芯溫度變化表

(1)適應低品質礦冶煉,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,應對高鋁渣。提高燒結礦中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含量對爐渣粘度的影響(w(Al2O3)=20％)

(3)堅持中心加焦的矩陣結構,適當控制邊緣,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勢,我們一直使用,并根據爐況變化,爐型變化不斷調整。2013年6月以前最常用的矩陣是7月份以后調整矩陣,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,采取局部堵風口措施,有效地處理了局部氣流,達到均勻圓周氣流的目的,風口布局見圖5。因2#1750m3高爐兩個鐵口間隔90°同側布置,圓周氣流不好均勻。從高爐圓周氣流的長期表現看,縮小、加長鐵口側風口,擴大鐵口對側風口,效果十分明顯。

圖5　目前風口布局圖

4.2.3 嚴控漏水

小套發現漏水立即改工業水控水壓,一般3天之內更換。冷卻壁漏水應第一時間查漏、控水,最大限度地減少對炭磚的影響。

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,增強冷卻能力。每次計劃休風我們均提前組織,定點灌漿,力求實效。目前兩鐵口區域煤氣火大大減少,爐體、爐缸區域煤氣漏點大為減少,煤氣濃度在50ppm以下。

4.2.5 控制冶強,減少產量

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

4.2.6 保持鐵水中充足[Ti]含量,達到護爐效果

釩鈦礦護爐機理是TiO2經爐內還原,在爐缸形成TiC、TiN等高熔點物質,沉積于溫度較低爐襯表面形成保護層。通過實踐,我們認為,0.12％～0.15％的鐵水含[Ti]既有利于快速形成保護層,又不至于對順行造成大的影響。

4.2.7 強化冷卻

足夠的冷卻能力才能有效促進TiC、TiN等高熔點物質的沉積。通過努力,我們增加了總冷卻水量,由4 200m3/h提高到4 450m3/h,進水溫度由36℃降至33℃,大大強化了冷卻效果,對形成穩定的凝鐵保護層,減少熱應力,促進釩鈦沉積均有好處。

圖6　濟鋼1750m3高爐全軟水閉路循環冷卻系統水量分配

為強化爐缸冷卻,我們通過改造將冷卻爐底以及蛇形冷卻管系統的回水通過增加加壓泵提升壓力后循環利用于冷卻爐體冷卻壁部分直冷管系統,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的回水上增加加壓泵提壓后,也相應提高爐底以及蛇形冷卻管系統的流量和循環冷卻效果(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 強化爐前工作

以保證放鐵時間在90min～110min之間為目標開展工作,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。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爐新階段

進入2014年,我們在原來思路基礎上,提煉創新了低硅高堿高釩鈦球護爐新方法,取得了良好效果。

(1)低硅高堿護爐的整體思路:在推進大風量、高堿度、低爐溫操作的基礎上,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)參數調整:推進低爐溫高堿度高釩鈦比例護爐技術,關鍵在保證爐缸活躍、風量的穩步提升、爐況的長期穩定。我們經過探討,對重點參數做出規定:配料堿度1.20～1.22,實際堿度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)實際效果:通過我們的參數調整,思路創新,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,爐況穩定性穩步增強,各項指標穩中有升,爐缸側壁溫度長期保持低水平運行,爐皮溫度相對穩定,達到了很好的護爐效果(見圖9)。

圖8　2013年11月到2014年3月風量及爐溫變化趨勢

圖9　2013年11月到2014年3月風溫使用及爐皮溫度變化趨勢圖

5 護爐效果

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

圖10　2013～2014年爐缸側壁8.095m水平H1溫度截圖

6 結論

(1)爐缸、爐底的侵蝕是一個長期的過程,需要全過程的關注。

(2)目前看,環流產生的側壁侵蝕是我們面臨的主要威脅。

(3)通過活躍爐缸、提升風量、充足鈦量、適當冶強是可以有效護爐的。

(4)低硅冶煉高釩鈦比例配合其他參數調整是爐缸維護的新途徑,可以達到降低鐵水成本、基本不影響各項指標、有效護爐的三重目的。

(5)日常操作中一些細節對護爐工作影響很大,需要足夠關注。

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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,主要從事高爐技術管理及創新工作。

文章編號:1001-5108(2016)01-0025-07

中圖分類號:TF57

文獻標識碼:A