宣鋼4號(hào)高爐長(zhǎng)壽技術(shù)實(shí)踐

張洪海 王聰淵 褚潤(rùn)林 張利波 劉寶洋

(河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司)

宣鋼4號(hào)高爐長(zhǎng)壽技術(shù)實(shí)踐

張洪海 王聰淵 褚潤(rùn)林 張利波 劉寶洋

(河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司)

闡述了宣鋼4號(hào)高爐長(zhǎng)壽設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐工作。高爐從整體設(shè)計(jì)與耐材選擇，長(zhǎng)期穩(wěn)定控制，爐缸維護(hù)三方面入手，從設(shè)計(jì)施工到操作管理，建立完善的高爐長(zhǎng)壽管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)壽高效生產(chǎn)。

高爐 長(zhǎng)壽 穩(wěn)定控制

0 前言

宣鋼4號(hào)高爐(1 800 m3)于2005年10月24日建成并投產(chǎn)，它是宣鋼第一座真正意義上具有現(xiàn)代化高爐特征的大型高爐，至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)爐齡10年，單位爐容產(chǎn)量8 723.85 t/m3的業(yè)績(jī)。因此，從爐體結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備、操作等方面對(duì)4號(hào)高爐進(jìn)行綜合研究，進(jìn)一步延長(zhǎng)高爐壽命，對(duì)指導(dǎo)大型高爐生產(chǎn)具有極其重要意義。

1 長(zhǎng)壽技術(shù)措施

1.1 高爐本體長(zhǎng)壽設(shè)計(jì)與耐材選擇

宣鋼4號(hào)高爐以“先進(jìn)、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保”為設(shè)計(jì)原則，主要特點(diǎn)表現(xiàn)在大爐缸、加深死鐵層、適當(dāng)矮胖、減小爐身及爐腹角等方面。加大爐缸高度到4.3 m，保證風(fēng)口前有足夠的風(fēng)口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心焦的透氣(液)性，有利于改善氣體動(dòng)力學(xué)條件；死鐵層深度加深到2 143 mm，減少鐵水環(huán)流侵蝕爐襯，提高爐缸、爐底壽命；適應(yīng)宣鋼原燃料條件，爐型適當(dāng)矮胖，高徑比Hu/D=2.41；適當(dāng)減小爐腹角，有利于爐內(nèi)煤氣流均勻分配，減少對(duì)爐腹渣皮的沖刷，使?fàn)t腹冷卻壁更好地結(jié)成渣皮，延長(zhǎng)爐腹壽命。

高爐爐底、爐缸內(nèi)襯中，爐底最下層為國(guó)產(chǎn)石墨磚，爐底最上層為微孔炭磚，它們之間為三層國(guó)產(chǎn)半石墨質(zhì)炭磚；爐缸側(cè)壁共設(shè)置10層BC-7S微孔炭磚，鐵口局部為BC-8SR超微孔炭磚；爐底為具有雙向錯(cuò)臺(tái)形狀的莫來(lái)石質(zhì)大塊制品RL70MLC構(gòu)成的“整體”陶瓷墊，采用同心圓互鎖方式砌筑的單層結(jié)構(gòu)、高度為800 mm；陶瓷杯壁采用RL89MNC大塊灰剛玉磚、各杯壁磚帶有凹凸鑲嵌匹配的密封帶，爐缸中上部的陶瓷杯壁厚度為340 mm，鐵口區(qū)域和鐵口以下的杯壁厚度逐漸增厚并與陶瓷墊形成平滑過(guò)渡的“鍋底”型熱面,風(fēng)口區(qū)域采用與陶瓷杯壁相同材質(zhì)的單元式大塊風(fēng)口組合磚。同時(shí)，在陶瓷杯、風(fēng)口組合磚內(nèi)襯結(jié)構(gòu)中采用了諸如膨脹墊、緩沖密閉層、隔水板等應(yīng)力釋放、結(jié)構(gòu)密閉等細(xì)部結(jié)構(gòu)元素技術(shù)[1]。高爐的爐底、爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

1-RL70MLC雙向錯(cuò)臺(tái)陶瓷墊，2-RL89MNC鑲嵌式陶瓷杯壁，3-RL89MNC風(fēng)口組合磚 ,4-BC-7S微孔炭磚，5-BC8SR超微孔炭磚，6-石墨磚，7-半石墨質(zhì)炭磚

圖1 宣鋼4號(hào)高爐爐底、爐缸結(jié)構(gòu)

1.2 高爐生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定控制技術(shù)

2006年11月，大焦比為342 kg/t，煤比為163 kg/t，創(chuàng)造出歷史最好水平，之后隨著原燃料條件劣化，指標(biāo)出現(xiàn)下滑，但通過(guò)采取一系列穩(wěn)定控制技術(shù)措施，高爐一直保持著穩(wěn)定順行，成為4號(hào)高爐長(zhǎng)壽高效生產(chǎn)的必要條件。

1.2.1 提高原燃料篩分效果

燒結(jié)礦篩是雙層兩面篩分形式，篩分效果較好，但下層篩棒條間距為3 mm～4 mm，容易發(fā)生堵塞。焦炭篩棒條間距為20 mm，使得入爐焦炭粒度小于25 mm的小塊焦偏多，也不利于料柱透氣性的提高。通過(guò)將燒結(jié)礦篩下層棒條篩間距擴(kuò)大至4 mm～5 mm，焦炭篩棒條間距擴(kuò)大至25 mm，回收返焦中的小塊焦，與燒結(jié)礦混裝入爐，既提高散料層透氣性，又能降低焦比。改造后，入爐風(fēng)量水平明顯提高，風(fēng)量提高會(huì)增加高爐內(nèi)煤氣煤氣量及流速，有利于爐內(nèi)堿鋅鉛從爐頂排出，從而減少有害元素循環(huán)富集對(duì)高爐長(zhǎng)壽的不利影響。

1.2.2 大礦批

開(kāi)爐后高爐礦批長(zhǎng)期維持在48 t～49 t，焦比維持在400 kg/t以上，且煤氣流分布不穩(wěn)定，爐況頻繁波動(dòng)，2013年10月開(kāi)始，大膽嘗試大礦批，逐步擴(kuò)至52 t，擴(kuò)大礦石批重能促進(jìn)礦石的均勻分布，合理布料，優(yōu)化煤氣流分布，穩(wěn)定上部煤氣流， 提高煤氣利用率，使熱風(fēng)所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料，增加高爐內(nèi)鐵礦石的間接還原度，當(dāng)原燃料條件惡化時(shí)，主動(dòng)采取退礦批、焦批保持不變，保證了高爐順行。

1.2.3 優(yōu)化上部裝料制度，穩(wěn)定煤氣流

合理適宜的上部布料制度是高爐穩(wěn)定順行的重要保障。多環(huán)布料形成的平臺(tái)要求有適宜的寬度,平臺(tái)過(guò)窄,氣流不穩(wěn)定, 煤氣利用差, 平臺(tái)過(guò)寬, 較難生成混合層，中心容易堵塞。4號(hào)高爐2012年4月去除中心焦，使用平臺(tái)加漏斗的布料模式后，隨原燃料劣化，中心氣流逐步受到抑制，邊緣氣流相對(duì)發(fā)展，于是上部調(diào)節(jié)的主要方向是適當(dāng)?shù)陌l(fā)展中心氣流，穩(wěn)定邊緣氣流。在保證爐況順行的前提下，逐步形成了“礦包焦”的料制，即最外環(huán)角度只有礦沒(méi)有焦，同時(shí)疏松中心，縮小中心焦角度且增加中心焦圈數(shù)。裝法由最初的α K40.5°(3)39.0°(3)37.5°(3)35.5°(1.5)J40.5°(2)39.0°(3)37.0°(3)34.0(2.0)28°(3.5)逐步調(diào)整為αK41.5°(4)39.5°(3)37.5°(3)35.5°(1.5)J39.5°(2)37.5°(3)35.5°(3)33.5(2.0)26°(4.5)。

通過(guò)不斷優(yōu)化上部裝料制度, 使其和送風(fēng)制度匹配, 形成穩(wěn)定的爐喉料面結(jié)構(gòu)，不斷摸索出適宜的平臺(tái)寬度和適宜深度的中心漏斗。高爐煤氣分布合理穩(wěn)定,爐體熱負(fù)荷穩(wěn)定在4 500×10 MJ/h～7 500×10 MJ/h，爐身下部、爐腰和爐腹冷卻壁燒壞頻率大大減少，其2008年至2015年?duì)t體熱負(fù)荷變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 4號(hào)高熱負(fù)荷變化趨勢(shì)

1.2.4 保證適宜的回旋區(qū)深度和理論燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)初始煤氣流和溫度場(chǎng)合理分布

爐缸風(fēng)口回旋區(qū)為高爐氣流的第一次分布，即初始?xì)饬鞣植?，通過(guò)軟熔帶和焦窗為高爐氣流的第二次分布，在塊狀帶再進(jìn)行第三次分布。風(fēng)口回旋區(qū)是氣流分布的起點(diǎn)，對(duì)其后的第二、三次分布起主導(dǎo)作用。回旋區(qū)的形狀和大小，反映了風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)狀態(tài)，影響氣流和溫度的分布，以及爐缸活躍程度[2]?；匦齾^(qū)的形狀和范圍大小適宜，則爐缸縱向和徑向的氣流和溫度分布也就均勻合理，過(guò)大或過(guò)小將造成中心或邊緣氣流發(fā)展[3]。到目前為止，回旋區(qū)深度還沒(méi)有很好的準(zhǔn)確測(cè)量方法, 但由于回旋區(qū)的形狀與鼓風(fēng)動(dòng)能有關(guān)，所以在實(shí)際應(yīng)用中, 通常用鼓風(fēng)動(dòng)能作為定量控制參數(shù), 替代回旋區(qū)深度。

通過(guò)大量理論研究及實(shí)踐，4號(hào)高爐保持風(fēng)量 3 800 m3/min～3 850 m3/min以上，風(fēng)速保持230 m/s～250 m/s，動(dòng)能保持110 kJ/s～120 kJ/s能保證高爐適宜的回旋區(qū)深度，維持爐缸活躍。

適宜的理論燃燒溫度應(yīng)能滿(mǎn)足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，即保證液態(tài)渣鐵充分加熱，爐缸熱交換和還原反應(yīng)正常進(jìn)行，噴吹燃料在回旋區(qū)迅速燃燒。適宜的理論燃燒溫度隨高爐冶煉條件不同而有一定范圍，針對(duì)4號(hào)高爐原燃料條件差及爐役后期的特點(diǎn)，4號(hào)高爐理論燃燒溫度控制范圍由過(guò)去的2 100 ℃～2 200 ℃逐步提高至目前的2 200 ℃～2 300 ℃，保證了回旋區(qū)熱狀態(tài)的合理。

1. 3 爐缸維護(hù)技術(shù)

2013年1月16日開(kāi)始，4號(hào)高爐位于西鐵口下方爐缸碳磚溫度大幅度升高，尤其是T1493和T1593兩個(gè)電偶點(diǎn)于1月23日升高至700 ℃以上，最高達(dá)到748 ℃，且沿T1493和T1593兩個(gè)電偶點(diǎn)順時(shí)針?lè)较虬?、九層碳磚溫度都逐步上升過(guò)程，此處正處于象腳區(qū)，該區(qū)域水溫差0.3 ℃，熱流強(qiáng)度直逼事故值水平。如果不盡快采取措施，爐缸局部溫度進(jìn)一步升高，極可能發(fā)生燒穿事故，高爐一代爐齡壽命受到嚴(yán)重威脅。T1493和T1593在2013年1月10日至1月28日溫度變化趨如圖3所示。

圖3 標(biāo)高9.547 m T1493和T1593溫度點(diǎn)變化趨勢(shì)圖

1.3.1 護(hù)爐措施

高爐爐缸溫度異常升高后，經(jīng)煉鐵工程技術(shù)人員研究，立即采取了一系列護(hù)爐措施。

1.3.1.1 提高冷卻強(qiáng)度

冷卻強(qiáng)度不適應(yīng)高爐冶煉強(qiáng)度的要求，是爐缸側(cè)壁溫度異常、冷卻壁燒損的重要原因。完善冷卻水壓、流速、流量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，提高爐缸溫度升高區(qū)域的水壓，提高流速，適當(dāng)降低進(jìn)水溫度，使?fàn)t墻形成穩(wěn)定的保護(hù)性渣皮，是穩(wěn)定爐缸側(cè)壁溫度重點(diǎn)工作。

高爐將軟水流量由3 500 m3/h提高至3 650 m3/h(冷卻泵最大流量)，進(jìn)水溫度由44 ℃降低至41 ℃～42 ℃，提高冷卻強(qiáng)度。

1.3.1.2 提高入爐鈦負(fù)荷護(hù)爐

爐缸溫度異常升高后，逐步提高入爐鈦負(fù)荷至最高11 kg/t，后續(xù)隨爐缸溫度的下降及穩(wěn)定，降低入爐鈦負(fù)荷，長(zhǎng)期穩(wěn)定在9.5 kg/t水平。

提高入爐鈦負(fù)荷后，形成由金屬Fe、FeO、石墨C、SiO2、Al2O3、TiC、TiN、Ti(C，N)的粘滯層減輕了炭磚的侵蝕，同時(shí)，通過(guò)對(duì)高爐操作制度的調(diào)整，保持良好的爐芯(爐缸)活躍度，減少鐵水環(huán)流的沖刷侵蝕，成為高爐爐缸長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。

1.3.1.3 嚴(yán)格控制有害元素含量

生產(chǎn)實(shí)踐和研究表明，堿金屬、Zn的侵蝕、滲透會(huì)造成高爐磚襯損壞、爐缸堆積、透氣性惡化以及爐況失常，影響高爐順行和長(zhǎng)壽，技術(shù)中心和煉鐵廠針對(duì)高爐原燃料有害元素含量及高爐各種有害元素負(fù)荷進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤，采取了嚴(yán)格的控制措施。高爐的有害元素入爐負(fù)荷如圖4所示。

圖4 4號(hào)高爐2013年有害元素變化趨勢(shì)

1.3.2 護(hù)爐效果

4號(hào)高爐在2013年1月出現(xiàn)爐缸溫度超標(biāo)，通過(guò)采取一系列積極護(hù)爐措施，在沒(méi)有限制冶強(qiáng)的情況下環(huán)碳溫度逐步降低至正常水平，后續(xù)爐缸環(huán)碳溫度一直處于正常范圍，保證了高爐安全生產(chǎn)，也為高爐強(qiáng)化冶煉和長(zhǎng)期穩(wěn)定順行提供了基礎(chǔ)，其象腳狀侵蝕點(diǎn)溫度T1493和T1593變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 高爐T1493和T1593點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)

2 效果

4號(hào)高爐通過(guò)采取一系列設(shè)計(jì)及操作新技術(shù), 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)爐齡10年，單位爐容產(chǎn)量8 723.85 t/m3的業(yè)績(jī)，并且爐缸及爐底各溫度仍處于正常范圍水平，有望實(shí)現(xiàn)15年的一代爐齡。同時(shí)，高爐長(zhǎng)期保持爐況穩(wěn)定順行，技術(shù)指標(biāo)不斷優(yōu)化，2015年1至12月份主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)高爐設(shè)計(jì)合理，選材得當(dāng)，施工管理嚴(yán)格，安裝工藝質(zhì)量得到保證是高爐長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)；

(2)生產(chǎn)過(guò)程中針對(duì)不同時(shí)期的生產(chǎn)條件，不斷優(yōu)化下部送風(fēng)制度和上部裝料制度，實(shí)現(xiàn)高爐爐缸工作活躍和合理的煤氣流分布，保證高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，減少爐況波動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵；

(3)爐役末期采取提高爐缸爐底冷卻效果，鈦礦護(hù)爐，嚴(yán)格控制有害元素含量等有效措施，減緩爐缸侵蝕，防止?fàn)t缸側(cè)壁溫度超標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的重中之重。

表1 宣鋼4號(hào)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

[1] 李貴陽(yáng)，何汝生．宣鋼9#高爐陶瓷杯的結(jié)構(gòu)特性與使用效果[C].2008河北冶金學(xué)會(huì)煉鐵技術(shù)暨學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,濟(jì)南：河北冶金學(xué)會(huì)，2008：33-38．

[2] 成蘭伯．高爐煉鐵工藝及計(jì)算[M]．北京：冶金出版社，1991：203-217.

[3] 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：冶金出版社，2002：313-314.

LONG COMPAIGN TECHNOLOGY AND PRACTICE OF XUANHUA STEEL'S NO.4 BF

Zhang Honghai Wang Congyuan Chu Runlin Zhang Libo Liu Baoyang

( Xuansteel Ironworks，Hebei Steel Group)

The long campaign design and productive practice of XuanSteel's No.4 BF are described. From whole design and refractory material selection of BF, long-term stable control and hearth maintenance, the perfect long campaign management of BF was established from design and construction to operation management. It realizes the long campaign and high-efficiency production.

blast furnace long campaign stable control

海，工程師，河北.張家口(075100)，河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠；

2016—6—15