昆钢新区2500 m3高炉渣皮稳定性探索.pdf
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1、2023 年第 1 期2023 年 3 月昆钢新区 2 500 m3高炉渣皮稳定性探索张正峰(昆钢炼铁厂)摘要昆钢新区 2 500 m3高炉是昆钢转型发展、技术改进、装备升级改造的前期工程,高炉设计炉容 2 500 m,3 个铁口,30 个风口,联合软水密闭循环冷却,并罐式无料钟炉顶,全冷却壁结构形式。投入生产后受市场环境和区位因素的影响,精料工作难以得到长期保持,炉身渣皮波动频繁,制约高炉的长周期稳定顺行。通过送风制度、冷却制度、装料制度的调整,昆钢新区 2 500 m3高炉炉身渣皮的稳定性得到提高,实现了操作炉型的合理控制,确保了炉况的稳定顺行。关键词高炉 炉型 渣皮 稳定性 调整1 前言
2、高炉操作炉型对高炉生产的顺行、经济和高炉长寿有着非常重要的影响,开炉初期的操作炉型与设计炉型相似度较高,但随生产的持续推进,差异将越来越大,特别是在炉役中后期,操作炉型和设计炉型会有较大变化,而实际的生产中则是通过炉身渣皮来维持合理的操作炉型。合理的操作炉型既能保证炉料是顺利下降,又能确保煤气流合理的分布使之取得最好的生产指标。生产中后期的高炉,因原燃料质量不稳定、有害元素含量高等因素影响,加剧了渣皮频繁结厚或脱落风险,甚至出现一部分结厚一部分脱落的情况,造成操作炉型不合理,严重制约高炉生产。昆钢新区 2 500 m 高炉投产以后,随着炉身的侵蚀及原燃料质量的波动,高炉的炉身渣皮存在着“上部易
3、厚、下部不稳”的情况,给高炉的生产带来了极大的困扰。本文主要是致力于在原燃料质量不稳定的情况下对炉身渣皮稳定性的探索。2 高炉炉体设计及其特点2.1 高炉内型昆钢新区 2 500 m3高炉设计是现代典型的“矮胖型”高炉,大炉缸,适当缩小高径比,同时采用砖壁合一、薄壁内衬结构的高炉炉型,这样有利于设计炉型和操作炉型的差异减小,起到改善料柱透气性、有利于煤气分布、提高喷煤比、开炉快速实现顺行的作用,以实现顺行、高产、低耗、长寿的目的3。昆钢新区 2 500 m3高炉内型尺寸见表 1表 1昆钢新区 2 500 m3高炉内型尺寸表项目符号单位数值有效容积Vum32 500有效高度Humm28 800炉
4、缸直径dmm11 400炉腰直径Dmm12 800炉喉直径d1mm8 100炉缸高度h1mm4 600炉腹高度h2mm3 400炉腰高度h3mm2 000炉身高度h4mm16 800炉喉高度h5mm2 000死铁层深度h0mm2 200炉腹角782159”炉身角82213”高径比Hu/D2.25风口数个30铁口数个3昆钢新区2 500 m3高炉渣皮稳定性探索2023 年第1 期 35 表 2冷却壁主要特征部位冷却壁结构各段数量壁体厚度 mm砖衬材质管直径 mm第 1 段光面低铬铸铁冷却壁44 块160766第 2 段铁口区采用铸铜冷却壁,其余区域用光面低铬铸铁冷却壁44 块1208010766
5、第 3 段光面低铬铸铁冷却壁44 块160766第 4 段光面球墨铸铁冷却壁30 块400766第 5 段钻孔 4 通道轧制铜冷却壁44 块120Si3N4-SiC 砖第 6 段钻孔 4 通道轧制铜冷却壁44 块120Si3N4-SiC 砖第 7 段钻孔 4 通道轧制铜冷却壁44 块120Si3N4-SiC 砖第 8 段钻孔 4 通道轧制铜冷却壁44 块120Si3N4-SiC 砖第 9 段双层水冷镶砖球墨铸铁冷却壁40 块340Si3N4-SiC 砖766706第 10 段双层水冷镶砖球墨铸铁冷却壁40 块340Si3N4-SiC 砖766706第 11 段单层水冷镶砖球墨铸铁冷却壁36 块
6、235浸磷粘土砖766第 12 段单层水冷镶砖球墨铸铁冷却壁36 块235浸磷粘土砖766第 13 段单层水冷镶砖球墨铸铁冷却壁32 块235浸磷粘土砖766第 14 段倒扣镶砖球墨铸铁冷却壁32 块240Si3N4-SiC 砖7662.2 冷却设备及冷却系统昆钢新区 2 500 m3高炉采用大面积均匀冷却,冷却效果好的全冷却壁结构形式,联合软水密闭循环冷却技术,从炉底至炉喉共有 14 段冷却壁,根据炉内纵向热负荷分布的情况,不同高度采用不同结构型式、材质的冷却壁,炉身下部、炉腰、炉腹,炉缸铁口区域的热负荷较大,采用导热性能、耐热震性能、耐热流冲击性能较好的铜冷却壁,其余区域根据热负荷的变化情
7、况采用单层或双层铸铁冷却壁,其炉内冷却壁主要特征祥见表 2。而联合软水密闭循环系统是将炉底水冷、炉体冷却壁、风口小套、中套、直吹管、热风阀、倒流休风阀通过串联或并联的方式组合在一个冷却系统中,全系统总设计循环水量最大可达 4 760 m3/h,有 4 台主供泵、3 台高压泵、2台中压泵、1 台应急柴油泵,高压泵与中压泵之间设有旁通管道,出现异常情况后应急柴油泵自动启动,旁通阀也能实现自动打开,以此来保证炉体和风口的冷却,确保高炉能够安全休风和冷却系统的安全1。2.3 检测及监控系统为了确保高炉的安全生产和生成对生产具有指导意义的数据,昆钢新区 2 500 m3高炉设计了较为完善的检测系统,以加
8、强对高炉各系统的监测。其中从炉底混泥土基础至炉缸部位共设置 10层热电偶,总量 170 支;每段冷却壁温度检测均设置了热电偶,按圆周均匀排布,总量 115 支;在整个软水冷却系统共设置检测点 520 个,包括温度、压力、流量、水位等。采用了高炉冷却壁冷热流强度与水温差远程监测系统,进行实时、连续地监测高炉冷却壁冷却水管道的瞬时流量、水温差和热负荷。在炉身和炉腹部位共设置了 3层静压力计检测,每层 4 个检测点按圆周均匀分布。这些较完善的检测手段除了满足高炉安全生产以外,还可以为炉身渣皮的稳定性提供检测参考,为高炉操作调剂提供有利条件4。2.4 炉顶系统昆钢新区 2 500 m3高炉采用新型并罐
9、式无料钟炉顶设备,具有灵活、多变、反应快的布料特点,可以根据需要将炉料分布在炉内的任何位置,以实现合理的料面形状和不同环带上矿焦负荷的分布,达到调整中心气流和边缘气流的分布的作用,最终实现强化冶炼的目的,取得良好的技术经济指标和生产效益。昆 钢 科 技2023年第 1 期 36 表 3昆钢新区 2 500 m3高炉风口小套排布情况续表 3续表 3风口序号(#)12345678910小套长度(mm)585585585585585585585585585585小套直径(mm)120120120120120120120120120120小套斜度()7777777777风口序号(#)111213141
10、51617181920小套长度(mm)585585585585585585585585585585小套直径(mm)120120120120130120120120120120小套斜度()7777577777风口序号(#)21222324252627282930小套长度(mm)585585585585585585585585585585小套直径(mm)120120120120120120120120130115小套斜度()77777777573 渣皮的稳定性探索稳定炉身渣皮最行之有效的方法就是坚持精料工作,但由于昆钢地处内陆,省内贫杂矿使用量较高,矿石品位较低且质量不稳定,有害元素含量相对较高,
11、同时昆钢新区 2 500 m3高炉无配套焦化系统,所有入炉焦炭均外购,呈现焦炭品种繁多、质量不一的情况。出现这种情况的原因是多方面的,想短期内通过精料工作来稳定渣皮是很难实现的,因此我们针对炉身渣皮“上部易厚、下部不稳”时,通过对送风制度、装料制度、冷却制度、操作方针、出铁管理的重新摸索后,维持了炉身渣皮在原燃料质量劣化情况下的相对稳定。3.1 合理的风口排布2018 年 5 月份昆钢新区 2 500 m3高炉清理炉缸喷涂时发现,其炉缸工作层保持相对完好,部分炉身冷却壁有轻微侵蚀情况,因此在复产时结合新区 2 500 m3高炉的冶炼条件和以往的生产情况重新排布了风口小套,其排布详情见下表 3。
12、昆钢新区 2 500 m3高炉设计 3 个角度不均等铁口,1#与 2#铁口夹角仅为 81.82,而 1#与 3#铁口和 2#与 3#铁口夹角为 139.09,3#铁口作为常用铁口,1#铁口作为备用铁口。风口布置中对称的 15#和 29#为直径 130 mm 斜 5的风口,而 30#则为直径 115 mm 斜 7的常堵风口,其余风口均为直径 120 mm 斜 7的。这样的风口分布既有利于炉内煤气流的合理分布,有效解决了铁口上方和夹角死区上方渣皮的相对稳定。3.2 扬长避短的装料制度合理的煤气流分布和良好的料柱透气性不仅需要合理的送风制度,同时还需要与原燃料相匹配的装料制度加以配合调整,随着原燃料
13、质量的下降及生产情况的变化,经过一段时间的摸索,我们找到了适合当前原燃料条件的新的装料制度,主要有以下两方面的调整:(1)放焦顺序的调整。因成本及采购等多方面的因素,进厂焦炭质量达不到 100%满足新区2 500 m 高炉生产要求,2019 年下半年入炉劣质焦配比长期大于 60%,甚至劣质焦库存长期处于70%以上。为确保炉内气流的合理与稳定,布入炉内的中心焦必然是最好的,但是边缘的焦炭又不能太差,所以我们将进厂的焦炭按质量依次分为:优质焦、一般焦、劣质焦,放焦顺序更改为:一般焦劣质焦优质焦,这样既保证了中心气昆钢新区2 500 m3高炉渣皮稳定性探索2023 年第1 期 37 表 42019
14、年 11 月份的布料矩阵情况表 52020 年 4 月份的布料矩阵情况档位987652焦炭环数(环)322212焦量(t)2.91.931.931.930.981.93档位8765矿石环数(环)2322矿量(t)12.4418.6712.4412.44每个档位的矿焦负荷(倍)6.459.676.4512.69档位987652焦炭环数(环)322212焦量(t)2.91.931.931.930.981.93矿石档位87654环数(环)13220.5矿量(t)6.5919.7613.1813.183.29每个档位的矿焦负荷(倍)3.4110.236.8313.451.68流,又兼顾了边缘气流。这样
15、的放焦顺序还有另外一个好处就是削弱烧结矿强度降低对料柱透气性恶化的影响,为了预防球团矿滚向高炉中心,新区 2 500 m 高炉的放料顺序为:高碱度烧结矿酸性球团矿+块矿(焦丁配入其中同时入炉)高碱度烧结矿,酸性球团矿和块矿质量稳定且强度相对较好,将其布在劣质焦上面,而将强度相对差的烧结矿布在质量合格的焦炭上面,这种布料方式均能够弱化相互间的不足之处,起到了扬长避短的作用。(2)布料矩阵的调整。通过调整布料矩阵来减轻劣质焦环带上的焦炭负荷,对比生产情况相同的 2019 年 11 月份和 2020 年 4 月份,矿批同为56 t,矿焦负荷同为 4.55 倍,但布料矩阵不同,下表 4 和表 5 为布
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