安鋼7號高爐爐底溫度上升的治理實(shí)踐

陳 泉 李衛(wèi)東 牛衛(wèi)軍，2 李勝杰

(1.安陽鋼鐵股份有限公司; 2.武漢科技大學(xué))

安鋼7號高爐爐底溫度上升的治理實(shí)踐

陳 泉1李衛(wèi)東1牛衛(wèi)軍1，2李勝杰1

(1.安陽鋼鐵股份有限公司; 2.武漢科技大學(xué))

安鋼7號高爐在2010年9月～11月期間，爐底溫度持續(xù)升高，最高達(dá)到842℃，嚴(yán)重影響到高爐的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。通過采取爐底穿管加強(qiáng)爐底冷卻，爐底灌漿封堵煤氣跑竄等措施，解決了爐底溫度升高的問題，并把爐底溫度控制在合理范圍內(nèi)。

高爐 爐底溫度 冷卻 灌漿

0 前言

高爐爐底砌體不僅要承受爐料、鐵水及渣液的壓力，而且還受到1400℃ ～1600℃的高溫、機(jī)械和化學(xué)侵蝕，工作環(huán)境十分惡劣，侵蝕破損機(jī)理特別復(fù)雜，是高爐容易被侵蝕破損的主要區(qū)域，是影響高爐壽命的限制性環(huán)節(jié)［1］。對爐底溫度的異常變化必須得到及時(shí)有效的治理和控制，否則會(huì)影響高爐的一代壽命［2－3］。

1 概況

安鋼7號高爐于2008年2月開始第一次停爐大修，并于當(dāng)年4月3日送風(fēng)點(diǎn)火。此高爐有效容積為450 m3，采用SS－400串罐無料鐘爐頂，煤氣布袋干式脈沖除塵和自焙炭塊陶瓷杯綜合水冷爐底。通過精料措施，標(biāo)準(zhǔn)化操作，在2008年9～12月連續(xù)4個(gè)月煤比180 kg/tFe達(dá)到了的先進(jìn)水平［4］。

對于自焙炭塊陶瓷杯綜合水冷爐底的高爐，正常生產(chǎn)要求爐底溫度不超過450℃。可是7號高爐進(jìn)入2010年9月份后，爐底溫度升高速度異常(如圖1所示)，10月份最高達(dá)到842℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過界限溫度450℃，并且爐底煤氣濃度逐步升高，最高達(dá)到300×10－6。鑒于確保安全生產(chǎn)，7號高爐從9月4日開始被迫長期減風(fēng)控制冶煉強(qiáng)度，致使生產(chǎn)成本大大增加。因此，處理爐底溫度的升高就成為亟待解決的問題。

圖1 2010年9月安鋼7號高爐爐底溫度

2 爐底溫度升高原因分析

在高爐爐底溫度持續(xù)升高期間，安鋼煉鐵廠對影響高爐爐底溫度的各種因素進(jìn)行排查分析，歸納起來主要有以下三種影響因素:

1)高爐大修質(zhì)量差，爐底跑竄煤氣。

2)高爐超高強(qiáng)度冶煉，爐底碳磚滲鐵。

3)高爐爐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有缺陷［5］，把爐底水冷管設(shè)置在爐底封板下面，爐底封板上的碳搗料層跑竄煤氣，不利于爐底的熱量有效傳導(dǎo)出來。

對于第一種影響因素，高爐在大修開爐后的第6個(gè)月，爐底溫度即達(dá)到450℃，先后利用數(shù)次檢修采取了灌漿措施，但是實(shí)際效果不好。2010年7月20日對爐底煤氣進(jìn)行封堵，9月10日又對其進(jìn)行了煤氣治理，爐底煤氣濃度下降至50 ×10－6以下，爐底溫度也得到了初步控制，爐底溫度穩(wěn)定在770℃左右。但是10月份爐底溫度又有所緩慢攀升。可以得出，這種觀點(diǎn)與實(shí)際原因不符。

對于第二種影響因素，在7號高爐第二代爐役服役后，2008年4月8日風(fēng)機(jī)由1500 m3/min改為1800 m3/min，并于6月底開始進(jìn)行提高產(chǎn)量技術(shù)攻關(guān)，8月1日至12日平均日產(chǎn)量達(dá)到1650 t，與7月份第一周相比，平均日產(chǎn)增加113 t，高爐持續(xù)強(qiáng)化冶煉，導(dǎo)致爐底加速損壞，最終碳磚滲鐵，爐底溫度異常升高，最好的辦法是停爐大修，或者控制冶強(qiáng)，這對生產(chǎn)經(jīng)營極為不利。

對于第三種影響因素，有相當(dāng)?shù)暮侠硇裕⑶姨幚碣M(fèi)用少，效果好。7號高爐爐底間隔布置了20根直徑45 mm水冷管，在水冷管上設(shè)置爐底封板，然后是碳搗料層，在找平的基礎(chǔ)上砌筑四層自焙碳塊，厚度為347×4=1388 mm，碳塊上立砌兩層復(fù)合棕剛玉磚，厚度為347×2=694 mm。高爐爐底溫度熱電偶從碳搗料層和最底層自焙碳塊之間插入爐底中心。

在爐底溫度大幅度升高前后，爐底水冷管溫度差都在2℃范圍內(nèi)，其中最高為0.8℃。正常導(dǎo)熱情況下，如果爐底溫度上升速度快，爐底水冷管溫度差也應(yīng)該有所上升，但是在爐底溫度異常上升期間，爐底水冷管溫度幾乎未變化;爐基溫度也變化較小，在70℃～72℃之間，這表明爐基處的熱量變化不大，溫度上升幅度不高。在爐底水冷管和封板上部約50 mm處，也就是插爐底熱電偶處部位，沿爐皮周圍，均勻取14個(gè)測溫點(diǎn)，用測溫槍測爐皮溫度，發(fā)現(xiàn)溫度偏高，最高達(dá)到68℃(見表1)，往上在爐缸一層冷卻壁中間處的爐皮也均勻取14個(gè)測溫點(diǎn)，測量溫度不高，最高才40℃(見表2)。兩處上下距離1 m左右，上面有冷卻壁，說明冷卻壁可以有效導(dǎo)熱，因此該處爐皮溫度不高，在爐底爐底水冷管上部約50 mm，由于沒有冷卻壁，再加上該處有導(dǎo)熱系數(shù)較低的碳搗料，該處熱量導(dǎo)不到下部水冷管，因此該處熱量高，這些就說明了隨著高爐實(shí)際冶煉強(qiáng)度越來越大，超過了原來設(shè)計(jì)爐底結(jié)構(gòu)時(shí)所考慮的冶煉強(qiáng)度，由于爐底封板和碳搗料導(dǎo)熱能力差，導(dǎo)致在該處的熱電偶溫度偏高，同時(shí)由于爐底封板上方的碳搗料層已經(jīng)存在跑竄煤氣，氣隙大大降低了碳搗料層的導(dǎo)熱系數(shù)，加劇了爐底溫度的異常升高。

表1 2010年9月3日～6日7號高爐爐底水冷管上部約50 mm爐皮溫度變化

表2 2010年9月3～6日7號高爐爐缸一層冷卻壁中間爐皮溫度變化

3 爐底溫度升高治理措施

根據(jù)以上對爐底溫度升高的原因分析，可以得出結(jié)論:必須增加爐底炭塊和爐底封板之間的熱量傳導(dǎo)能力，才能降低高爐爐底溫度，而解決熱量傳導(dǎo)的最好辦法是在該處穿水冷管，增加冷卻強(qiáng)度，同時(shí)注意封堵煤氣。2010年11月29日高爐休風(fēng)，采取了爐底穿水冷管和灌漿措施來治理爐底溫度升高的問題。3.1 爐底穿管強(qiáng)化冷卻

經(jīng)過爐底鋼殼強(qiáng)度計(jì)算和導(dǎo)熱計(jì)算，得出可以在爐底封板上面，在碳搗料層與最底層碳磚之間穿8根直徑63 mm水冷管，強(qiáng)化冷卻，便于爐底碳磚的熱量導(dǎo)出，彌補(bǔ)爐底20根水冷管的傳熱不足，能夠使?fàn)t底溫度降到450℃以下。爐底水冷管布置設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 安鋼7號高爐爐底穿管布置圖

1)穿管定位:沿原爐底封板下面水冷管方向穿管，8根水管中心線標(biāo)高為4030 mm(上部在底層碳磚中，下部在封板上方的 碳搗料中)，爐殼外預(yù)留長度400 mm，用于套絲和安裝閥門。高爐西南側(cè)鋪設(shè)鋼架平臺(tái)。

2)現(xiàn)場施工方法:①將影響鉆孔和穿管的障礙物徹底清理，其中包括爐底柱子粘接物、爐底平臺(tái)積水以及影響鉆孔和穿管的部分管道等;②鉆機(jī)試運(yùn)行，鉆頭、鉆桿、研芯管保證正常使用;③鉆孔前將爐底熱電偶拔出，鉆孔完畢后回裝;④安裝冷卻水管并補(bǔ)焊;⑤在爐底所穿的管和爐底耐材之間灌漿。

3.2 爐底灌漿

1)灌漿孔不易太多，以不破壞高爐爐皮強(qiáng)度為原則。打漿具體孔徑范圍25 mm～50 mm，焊接在爐皮上，其中間接球閥，灌漿時(shí)打開，灌漿結(jié)束關(guān)閉。灌漿機(jī)壓力要求達(dá)到16 MPa以上，爐缸壓力控制在3 MPa以下，爐底壓力控制在4 MPa以下。

2)塑性密封專用壓入灌漿材料指標(biāo)見表3。

表3 安鋼7號高爐爐底灌漿料成分和物理化學(xué)性能

3)灌漿結(jié)束，預(yù)留排氣孔，利于穿管時(shí)的液體排出和漿體干燥凝固。灌漿完畢留2 h～3 h漿料熱固化時(shí)間才允許高爐送風(fēng)。

4 效果分析

從2010年12月到2011年7月，經(jīng)過8個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐，安鋼7號高爐爐底溫度最高325℃，達(dá)到爐底溫度控制要求，爐底綜合治理效果良好，主要表現(xiàn)在高爐能保持長期安全、穩(wěn)定和順行的工作狀況，又能滿足高爐強(qiáng)化冶煉的要求，隨著大噴煤、合理富氧、高頂壓、高風(fēng)溫等強(qiáng)化冶煉技術(shù)的應(yīng)用，高爐各項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到進(jìn)一步優(yōu)化。由表4數(shù)據(jù)可知，7號高爐平均每天增產(chǎn)93.1 t，焦比降低3 kg/t，綜合焦比降低10 kg/t，降低了噸鐵成本。另外，更重要的是確保了高爐安全生產(chǎn)，延長了高爐一代爐役壽命。

表4 安鋼7 號高爐基準(zhǔn)期(2010.9.4 ～2010.11.30)和考核期(2010.12.1 ～2011.7.31)主要生產(chǎn)指標(biāo)對比

5 結(jié)語

通過對高爐爐底穿管和爐底灌漿的研究及運(yùn)用，7號高爐花費(fèi)較少的費(fèi)用，利用一次常規(guī)檢修機(jī)會(huì)，很好地解決了國內(nèi)許多高爐面臨的爐底溫度偏高的難題，避免了高爐提前大修，延長了高爐一代爐齡。經(jīng)過為期8個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐表明:這項(xiàng)技術(shù)可靠實(shí)用，徹底消除了高爐不安全生產(chǎn)因素，大大降低了煉鐵成本。

［1］ 石琳，孫玉琴，丁根遠(yuǎn).高爐爐缸三維侵蝕形狀的動(dòng)態(tài)仿真研究［J］.包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，22(4):293 －294.

［2］ 趙宏博，陳樹森，趙民革.高爐爐缸爐底合理結(jié)構(gòu)研究［J］.鋼鐵，2006，41(9):18 －22.

［3］ 錢亮，程素森.陶瓷墊對高爐爐底侵蝕能力的研究［J］.鋼鐵，2005，40(11):16 －17.

［4］ 牛衛(wèi)軍，張曉亮，李恒照，等.安鋼7號高爐高煤比攻關(guān)實(shí)踐［J］.河南冶金，2009，17(6):38 －41.

［5］ 牛衛(wèi)軍，張曉亮，李恒照，等.高爐生產(chǎn)和爐體破損調(diào)查研究［J］.鋼鐵研究，2009，34(2):30 ～33.

HANDLING PRACTICE ON BOTTOM TEMPERATURE RISE OF NO.7 BF IN ANYANG STEEL

Chen Quan1Li Weidong1Niu Weijun1，2Li Shengjie1

(1.Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd; 2.University of Science and Technology Wuhan)

The bottom temperature of No.7 BF in Anyang Steel continued to rise from September to November in 2010，the maximum temperature reached 842℃，it severely affected the safety of the blast furnace production and economic benefits.By means of setting the steel pipe at the bottom to intensify cooling，grouting and sealing to avoid gas emitting，it solved the problem of bottom temperature rise and controlled the bottom temperature within reasonable scope..

blast furnace bottom temperature cooling grouting

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2011－11－10