高爐大計劃、長周期檢修技術的研究與運用

余翔宇

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鐵廠,山東濟南 250101)

高爐大計劃、長周期檢修技術的研究與運用

余翔宇

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鐵廠,山東濟南 250101)

針對濟鋼1750 m3和3200 m3高爐因關鍵設備壽命短、設備質量缺陷等原因導致高爐休風周期短、休風率高,從而造成高爐爐況波動,出鐵量減少。通過對制約高爐檢修周期的爐頂、沖渣系統(tǒng)等薄弱環(huán)節(jié)進行一系列的技術攻關和改造,最終成功實現(xiàn)高爐4～6個月“大計劃、長周期”的檢修目標,為高爐高產、高效的實現(xiàn)提供了堅實保障。

高爐;檢修技術;耐磨陶瓷;均壓放散閥;沖渣設備;強化冷卻;柔性傳動

1 引言

高爐煉鐵是一項復雜的工藝過程,連續(xù)、穩(wěn)定地生產是高爐順產、高產的基礎,頻繁休風容易造成高爐爐況波動,給高爐產量和降低成本帶來很大的影響。2014年以前濟鋼1750 m3高爐和3200 m3高爐因關鍵設備壽命短、設備質量缺陷等原因導致高爐休風周期短、休風率高,從而造成高爐爐況波動、產量減少,同時也造成了設備修理費用居高不下。因此如何實現(xiàn)高爐“大計劃、長周期”的檢修目標,把高爐設備故障對爐況的波動降到最低,成為高爐設備管理技術人員最棘手的課題。

2 制約高爐檢修周期的因素

2.1 高爐爐頂設備

高爐爐頂設備是制約高爐系統(tǒng)檢修周期最重要的因素,高爐原來2～3個月的檢修模式也是根據(jù)爐頂設備的性能而制定的,爐頂設備薄弱環(huán)節(jié)主要有:

(1)爐頂氣密箱內部兩傾動軸各有一個潤滑泵進行自動潤滑,布料溜槽每打一批料后,程序上會自動向到達傾動打油角度部位進行一次自動加油,但潤滑油泵的油量設計上只能夠堅持約100天的潤滑,高爐檢修周期因此也局限于3個月左右。

(2)濟鋼1750 m3高爐和3200 m3高爐爐頂絕大多數(shù)設備均由中鋼集團西安重機有限公司制作,上、下料罐襯板材質為該廠XYM-B和6#合金,使用效果不盡如人意,尤其是爐料沖擊部位磨損十分嚴重,制約了檢修周期的延長。

(3)均壓放散閥是爐頂?shù)年P鍵設備,通過閥門的啟閉給爐頂上、下料罐沖壓、放散,從而達到高爐正常上料的作用。濟鋼高爐原使用的均壓放散閥的密封方式主要通過閥板與閥座硬接觸進行密封,由于閥板由四個定位塊進行支撐,而氣流沖擊和關閥時產生的振動容易造成定位塊松動,經常導致均壓放散閥關不嚴,進而造成高爐休風,影響高爐正常生產。

2.2 高爐沖渣系統(tǒng)設備

高爐沖渣系統(tǒng)設備也是制約高爐系統(tǒng)檢修周期的主要因素之一。由于焦化廢水的腐蝕和沖刷,沖渣設備普遍壽命較短,檢修周期短,檢修任務大,在一定程度上檢修任務甚至超越了高爐。沖渣設備薄弱環(huán)節(jié)主要有:

(1)每座高爐的沖渣系統(tǒng)有4個循環(huán)泵,正常生產時,開二備二,由于閥門頻繁開關和水渣磨損、腐蝕,造成管道及閥門容易發(fā)生泄露,平均壽命只有2個月左右,高爐經常需要休風配合檢修,大大制約了高爐檢修周期的延長。

(2)濟鋼高爐沖渣主要通過?；嗊M行熔渣粒化,受水渣磨損影響,?；喣p嚴重,基本上3個月左右就需檢修更換,且對熔渣沒有較好的效果。

(3)高爐沖渣設備因為水渣的磨損,壽命都在2 ～3個月,造成沖渣設備頻繁檢修,而且有時為了設備檢修,被迫放火渣和高爐休風,嚴重影響高爐檢修周期。

2.3 其他高爐系統(tǒng)設備

(1)濟鋼1750 m3高爐爐體軟水總流量在4000 m3/h左右,已達到泵房的最大能力,但按現(xiàn)在的冶煉強度,爐體水流量應達到4500 m3/h以上,也就是說目前的軟水量已不能滿足如此高冶煉強度條件下爐體長壽的要求。高爐現(xiàn)在面臨爐缸溫度偏高,碳磚侵蝕異常的情況,比較嚴重的部位已威脅到了高爐的安全生產,急需解決。

(2)濟鋼3200 m3高爐主皮帶傳動系統(tǒng)自開爐以來一直振動較大,造成電機、液力偶合器和減速機損壞頻繁,嚴重影響機組運行和高爐上料。多年來通過找正、更換電機、減速機、液力耦合器等檢修手段和對減速機、電機的底座進行加固灌漿,但效果均不明顯,急需解決。

3 解決方案

3.1 高爐爐頂設備檢修技術攻關

3.1.1 氣密箱設備技術攻關

高爐爐頂氣密箱位于高爐爐喉處,下部直接和爐內連接,因高爐爐內高溫高壓和粉塵污染嚴重,氣密箱內設備部件需24小時不間斷給油潤滑。原設計氣密箱內部兩傾動軸各有一個潤滑泵進行自動潤滑,布料溜槽每打一批料后,程序上會自動向到達傾動打油角度部位進行一次自動加油,但每次加滿潤滑油后只能夠堅持約100天的潤滑,高爐檢修周期因此也局限于3個月左右。通過對氣密箱潤滑原理和設備構造分析,在氣密箱內部增加一個潤滑泵和相應的油管等設施,把原來的雙泵潤滑改為三泵潤滑,然后根據(jù)計算相應減少每次給油的時間,確保每次加油的油量不變,從而實現(xiàn)了150天以上的潤滑周期,突破了高爐三個月檢修一次的瓶頸。

3.1.2 上、下料罐襯板長壽化技術攻關

(1)濟鋼爐頂上、下料罐襯板均由中鋼集團西安重機有限公司制造,其材質是XYM-B和6#合金,使用壽命在6個月至9個月之間,耐磨效果不好的原因主要有:

①隨著高爐冶煉強度、入爐料量的增加,襯板單位面積所承受的沖刷也隨之增強,由于襯板材質近幾年沒有得到改進加強,造成襯板設計壽命不能滿足現(xiàn)在生產的需要。

②爐頂上、下料罐的落料點由于受到料流的巨大沖擊,任何耐磨材質的襯板在此位置使用,其壽命肯定短于其他部位,見圖1所示的第一環(huán)下部、第二環(huán)、第三環(huán)及第四環(huán)的上部,這幾處磨損程度較之其他部位嚴重得多,幾乎每次休風時都需要更換,影響高爐的檢修周期。

圖1 爐頂料罐結構示意圖

具體參數(shù)如下:

序號 名稱 型號 數(shù)量1 第一環(huán) Z1117-201-3-4 18 2 第二環(huán) Z1117-201-3-3 18 3 第三環(huán) Z1117-201-3-3 18 4 第四環(huán) Z1117-201-3-2 15+3(異形) 5 第五環(huán) Z1117-201-3-1 12

(2)上、下料罐襯板長壽化攻關具體技術方案及實施

①上、下料罐襯板尺寸和材質改進

濟鋼高爐料罐襯板共分為五環(huán),其中第一、四、五環(huán)的尺寸偏大,尤其是第一環(huán)襯板原來的高度達到1050 mm,進行更換作業(yè)時,由于重量較重,造成作業(yè)效率低下,高爐檢修時間偏長。為壓縮檢修時間,提高襯板壽命,通過和廠家合作,將易磨損部位的襯板高度減小,同時,提高易磨損部位襯板的耐磨性,其他部位襯板材質不變,做到有的放矢,達到最佳的性價比。

②易磨損襯板表面增加“料磨料”保護層的技術研發(fā)

通過提高易磨損襯板的耐磨性,雖然襯板壽命得到了一定提高,但還達不到延長檢修周期的要求。在不能犧牲成本無限提高襯板本身耐磨性的情況下,經過多次嘗試和研究,在襯板表面采用焊接魚鱗式結構的“料磨料”Q345鋼板,利用獨特的結構形式,在兩層鋼板之間存上爐料,代替襯板接受爐料的直接沖擊,耐磨效果非常好。

焊接“料磨料”鋼板需要掌握好長度、寬度及角度。為防止鋼板焊接不牢固而造成脫落,進而卡在下方?700的上、下料閘處,導致高爐休風的設備事故,每段鋼板的長度控制在400 mm以內,寬度限制在100 mm以內,角度在45°～65°之間,此時效果最佳。兩段鋼板之間預留的間隙不能小于90 mm,主要是為了在兩段鋼板之間焊接耐磨陶瓷片,進一步增強襯板的耐磨性能(見圖2)。

圖2 襯板結構示意圖

③襯板表面耐磨陶瓷片的應用

耐磨陶瓷是以Al2O3為主要原料,以稀有金屬氧化物為熔劑,經1700℃高溫燒結而成的特種剛玉陶瓷,具有以下特點:

a.硬度大,其洛氏硬度為85～90 HRC。

b.耐磨性能好,在相同的工況條件下,耐磨陶瓷的耐磨性是錳鋼280倍,是高鉻鑄鐵的180.5倍,一般情況下可達10年以上的超長使用壽命。

c.使用性廣,有適應低溫環(huán)境直接輸料的膠粘型襯板;有適應大塊物料打擊的抗沖擊型襯板;有適應高溫環(huán)境的風力輸送粉末的直粘型襯板。

高爐上、下料罐襯板的磨損大都以爐料的沖擊、摩擦為主,可以說耐磨陶瓷可以很好地解決耐磨的難題,但是以下條件制約其使用:

a.襯板本體上粘有爐料,不易清洗,無法直接使用強力膠將耐磨陶瓷粘貼在襯板表面,更無法使用一體硫化技術。

b.無法在襯板及料罐本體上開孔固定陶瓷襯板。襯板本身具有高碳耐磨易碎的特點,如果在襯板本體上開孔,容易造成襯板開裂、脫落。而料罐特別是下料罐,屬于壓力罐體,罐體上已經開了很多孔固定襯板,如果再開孔固定陶瓷襯板,容易出現(xiàn)爆炸或煤氣泄漏等安全隱患。

c.耐磨陶瓷易碎,即便是粘貼在料罐內部,也無法長時間承受料流的直接沖擊,容易出現(xiàn)開裂、脫落的現(xiàn)象。

經過研究和試驗,將耐磨陶瓷制成70 mm×70 mm的規(guī)格,用螺栓固定于4 mm鋼板制成的方盒內,為防止陶瓷脫落,固定前用強力膠將陶瓷與方盒粘貼在一起,形成一體。使用時將其整體焊接在襯板表面,這樣既利用了陶瓷的耐磨性能,也解決了難于施工的問題,同時由于陶瓷焊接在“料磨料”襯板內,不直接接觸受料點,易碎、脫落的問題也隨之解決。圖3為其內部構造。

圖3 耐磨陶瓷片

耐磨陶瓷片的技術性能如下:

a.耐磨陶瓷貼片尺寸70 mm×70 mm× 16 mm;

b.Al2O3含量≥95%,體積密度3.65g/cm3;

c.氣孔率≤0.1%;

d.硬度≥88 HRA;

e.陶瓷貼片耐溫300℃;

f.抗壓強度≥560 MPa;

g.彎曲強度≥300 MPa。

3.1.3 高爐爐頂均壓放散閥技術攻關

針對原閥門的設計缺陷,做出以下技術改進。

(1)把原閥板與閥座硬接觸密封改為軟密封,即在閥板上增設一道硅膠密封圈,利用硅膠密封圈與閥座接觸密封,大大提高密封性能。

(2)把閥板關閉的方向由順著爐內氣流方向改為逆著氣流方向,氣流走向由原來自下而上式改為自下而水平出去式,使得該閥開啟時,閥板不受爐內氣流沖擊磨損。

(3)把閥板由四個定位塊支撐固定改為閥板主軸一體式,避免閥板因沖擊和振動造成偏移,進而影響密封效果。

通過以上技術攻關,使均壓放散閥的使用壽命大大延長,滿足了高爐大計劃長周期的檢修目標。

3.2 高爐沖渣設備檢修技術攻關

3.2.1 單泵沖渣技術優(yōu)化改造

濟鋼每座高爐的沖渣系統(tǒng)有4個循環(huán)泵,正常生產時,開二備二,由于閥門頻繁開關,管道及閥門容易磨損。通過對渣溝及噴嘴改造,使沖制點更加合理,爐渣流動順暢,減少管道磨損,降低了維護量,從而實現(xiàn)了一臺循環(huán)泵沖渣,在提高設備穩(wěn)定性的同時大大降低了因沖渣泵故障導致高爐休風的風險。

3.2.2 取消粒化輪技術改造

原高爐沖渣熔渣?；Ｊ綖橥ㄟ^粒化輪進行?；?實際使用發(fā)現(xiàn)?；喣p頻繁,零部件更換不方便,且對熔渣沒有很好的效果。通過改造沖渣水的沖制點,去掉了?；喲b置,并通過增加槽式粒化池裝置等措施優(yōu)化沖渣系統(tǒng)設備,保證了沖渣?；Ч?降低了因粒化輪故障導致高爐休風的風險。

3.2.3 沖渣系統(tǒng)設備耐磨技術攻關

高爐沖渣系統(tǒng)設備因為水渣的磨損和腐蝕,?；ǖ?、閥門、脫水器托輪等設備壽命僅有2～3個月。經過不斷的攻關和實踐,在?；ǖ啦捎媚湍ズ辖鸹蛘邔Ｓ锰沾山饘購秃喜牧?沖渣閥門選用滲碳化鎢材質閥門,托輪外殼采用耐磨材料,大大提高了設備使用壽命,篩網壽命實現(xiàn)8個月,閥門壽命實現(xiàn)1年,托輪壽命實現(xiàn)4個月。通過這些措施,提高了沖渣設備的耐磨性能,同時降低了維修費和備件費用,實現(xiàn)了沖渣設備與高爐設備同步檢修。

3.3 1750 m3高爐強化冷卻技術改造

1750 m3高爐軟水由動力泵房送至高爐本體后,分成兩路供水,其中約3400 m3/h的軟水通過冷卻壁直冷管用來冷卻爐體,另外600 m3/h的軟水冷卻爐底。為了強化爐體冷卻壁冷卻,通過現(xiàn)場考察和水溫測量,將冷卻爐底的回水經過加壓泵二次加壓后用于爐體局部強化冷卻,同時在爐底系統(tǒng)的回水上增加加壓泵提壓后,也相應提高了其系統(tǒng)的流速和循環(huán)冷卻效果(改造增加爐體冷卻水量示意圖見圖4)。

圖4 改造增加爐體冷卻水量示意圖

3.4 3200 m3高爐主皮帶永磁渦流柔性傳動系統(tǒng)技術改造

高爐槽下主傳動系統(tǒng)是高爐運料設備的心臟 ,其運行是否正常將直接影響高爐爐料的正常,3200 m3高爐主皮帶傳動系統(tǒng)自開爐以來一直振動較大, 5年多來通過更換電機、減速機、液力耦合器等備件和對減速機、電機的底座進行灌漿加固均效果不明顯。通過永磁渦流柔性傳動技術,將主皮帶傳動系統(tǒng)的液力耦合器去除,由永磁渦流傳動系統(tǒng)進行替代,這樣既可實現(xiàn)動力的傳遞(通過轉動形成磁場,再通過磁場將動力傳遞出去),又可以實現(xiàn)電機、減速機之間的無振動傳輸,將機組振動消除在根源,保證了高爐主皮帶的正常運轉。

4 應用效果

通過對高爐爐頂設備、沖渣設備、爐體設備及3200 m3高爐主皮帶傳動系統(tǒng)進行一系列的技術攻關改造,解決了制約高爐檢修周期和正常運行的設備薄弱環(huán)節(jié),實現(xiàn)了高爐計劃周期由原來的2～3個月延長至目前的4～5個月,單座高爐甚至突破了6個月的檢修周期,1750 m3的綜合休風率降至0.60%～0.93%,3200 m3的綜合休風率降至1.18%～1.51%,實現(xiàn)了高爐大計劃、長周期的檢修目標。

Research and Application of Large Scale and Long Period Maintenance Technology for Blast Furnace

YU Xiangyu
(Ji'nan Branch Ironworks,Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Ji'nan 250101,Shandong,China)

The 1750 m3blast furnace and 3200 m3blast furnace of Ji’nan Iron and Steel Company have short damping-down cycle and high rest rate due to the short life of the key equipment and the defects of the equipment quality, which causes the blast furnace condition fluctuation and the blast furnace iron content decrease.Through a series of technical research and transformation on the weak link of furnace top and slagging system,which restrict the maintenance cycle of blast furnace,the project successfully completes the maintenance target of 4-6 months"big plan and long period"of blast furnace,which is a high-efficient and high-Implementation provides a solid guarantee.

blast furnace,maintenance technology,wear-resistant ceramics,pressure relief valve,blanking equipment,enhanced cooling,flexible transmission

TG576

A

1001-5108(2017)03-0052-04

余翔宇,工程師,主要從事高爐設備管理方面的工作。