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太鋼高爐長壽維護技術(shù)實踐

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-11-30  作者:梁建華  瀏覽次數(shù):976
 
核心提示:摘 要:通過對太鋼不銹煉鐵廠現(xiàn)役兩座爐齡十年以上高爐自投產(chǎn)以來長壽維護技術(shù)梳理分析,總結(jié)出影響高爐長壽的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)分別是操作爐型管理和爐缸趨勢管理,組織鐵廠技術(shù)工作者通過對長壽關(guān)鍵性技術(shù)攻關(guān)結(jié)合鐵廠高爐實際,分高爐采取針對性措施,即三高爐合理使用小塊焦技術(shù)、五高爐趨勢化護爐技術(shù),皆取得良好效果,并具備向全行業(yè)推廣的條件。 關(guān)鍵詞:操作爐型;爐缸;中塊焦;高爐長壽
 太鋼高爐長壽維護技術(shù)實踐

梁建華

(太鋼不銹鋼股份有限公司, 山西 太原 030003)

摘 要:通過對太鋼不銹煉鐵廠現(xiàn)役兩座爐齡十年以上高爐自投產(chǎn)以來長壽維護技術(shù)梳理分析,總結(jié)出影響高爐長壽的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)分別是操作爐型管理和爐缸趨勢管理,組織鐵廠技術(shù)工作者通過對長壽關(guān)鍵性技術(shù)攻關(guān)結(jié)合鐵廠高爐實際,分高爐采取針對性措施,即三高爐合理使用小塊焦技術(shù)、五高爐趨勢化護爐技術(shù),皆取得良好效果,并具備向全行業(yè)推廣的條件。

關(guān)鍵詞:操作爐型;爐缸;中塊焦;高爐長壽

1  問題的提出

世紀之初,我國處于基礎(chǔ)設(shè)施、地產(chǎn)的大建設(shè)時期,鋼鐵需求旺盛,另外由于我國鋼材成本優(yōu)勢,國際市場需求較強,在國內(nèi)外大量訂單促進下,高爐鐵水供不應(yīng)求,各鋼鐵企業(yè)為提高自身產(chǎn)能搶占市場,大部分高爐一代爐齡未到情況下,積極進行擴容改造,對高爐長壽技術(shù)重視不夠。

近年來,在市場利益促進下,我國鋼鐵產(chǎn)能增速斐然,為國家建設(shè)及地區(qū)發(fā)展做出突出的貢獻,然而隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施及地產(chǎn)建設(shè)逐漸進入平穩(wěn)階段,為有效抑制鋼鐵產(chǎn)能的進一步擴張和滿足民眾對美好生態(tài)環(huán)境訴求,我國適時推出供給側(cè)改革政策,提出新時代發(fā)展思路,及時對污染性企業(yè)進行產(chǎn)能出清,對新建、改建鋼鐵項目進行嚴格把控,企業(yè)對高爐的擴容改造動力得到有效抑制。新時期,鋼鐵企業(yè)把目光轉(zhuǎn)向高爐長壽技術(shù)方向,以期通過提高高爐使用壽命,提升高爐建設(shè)初期投資效率[1]

太鋼不銹煉鐵廠現(xiàn)役兩座爐齡十年以上高爐,依次為三高爐(1 800 m3)、五高爐(4 350 m3)。兩座高爐在高爐長壽方面各有亮點:

1)三高爐。2007 年 7 月 30 日投產(chǎn)至今,一代爐齡 11 年 8 個月,冷卻方式為全冷卻壁結(jié)構(gòu),爐身冷卻器無一損壞,爐殼無燒紅、開裂和跑煤氣等現(xiàn)象,爐身渣皮穩(wěn)定;爐缸溫度可控,投產(chǎn)至今沒有因為爐缸問題使用釩鈦礦。

2)五高爐。2006 年 10 月 13 日投產(chǎn)至今,一代爐齡 12 年 5 個月,是現(xiàn)役大型高爐一代爐役壽命最長的高爐,自 2010 年爐身爐皮開始燒紅到現(xiàn)在,通過階段性爐身硬質(zhì)壓入進行爐身造襯修復(fù),目前爐身渣皮穩(wěn)定可控;爐缸溫度自投產(chǎn)到 2013 年 3 月爐缸磚襯溫度超過 400 ℃(五高爐護爐標準核定爐缸區(qū)域磚襯電偶 400 ℃為爐缸安全黃色警戒區(qū)域),累計安全生產(chǎn) 77 個月。2013 年 3 月開始進入護爐階段,至 2015 年底超過 400 ℃溫度測溫點共計 19 處 (爐缸溫度監(jiān)控點共計 48 處),其中磚襯殘厚低于600 mm 的薄弱位置 16 處,2016 年以來,隨著鐵廠技術(shù)人員護爐技術(shù)及理念的提升,爐缸超過 400 ℃溫度測溫點和磚襯殘厚低于 600 mm 的薄弱位置的數(shù)量得到有效控制,爐缸薄弱位置得到有效保護,沒有發(fā)生新的侵蝕,具備安全生產(chǎn)條件。

2  三高爐長壽維護技術(shù)

2013 年太鋼不銹煉鐵廠隨著六高爐的投產(chǎn),自產(chǎn)冶金焦日均產(chǎn)能約 8 000 t,其中包含 1 000 t 小塊焦。主要表現(xiàn)為大塊冶金焦保供 2 座大高爐,大高爐富余的大塊焦、小塊焦需要三高爐消化,三高爐除消化自產(chǎn)焦中的小塊焦外,還需配以部分外購焦。因此,三高爐的長壽技術(shù)是建立在焦炭種類多、成不穩(wěn)定的前提下,通過優(yōu)化焦炭布料實現(xiàn)爐缸活 躍性及爐型的穩(wěn)定[2]。三類冶金焦性能見表 1。

圖片1 

2.1 焦炭衰減模型

從表 1 可以看出,自產(chǎn)焦中大塊焦粒級分布80%在>40 mm,而小塊焦粒級分布 92%在 25~40 mm,粒級差別較大,通過鐵廠技術(shù)人員自主開發(fā)的焦炭衰減模型計算得出,此兩類焦炭到達爐缸焦堆后的平均粒徑分別為:41 mm 和 21 mm,從爐料透氣性管理理念考慮,此二者焦炭同時使用必須分級入爐。另外,一般 2 000 m3 以下高爐爐缸焦堆平均粒徑達不到小于 22 mm,故自產(chǎn)小塊焦應(yīng)分布在爐墻邊緣,自產(chǎn)大塊焦應(yīng)分布在爐缸中心[3]

表 1 中自產(chǎn)小塊焦與外購大塊焦對比,入爐前自產(chǎn)小塊焦平均粒徑為 35.22 mm,外購大塊焦平均粒徑為 54.38 mm,通過鐵廠技術(shù)人員自主開發(fā)的焦炭衰減模型計算得出,此兩類焦炭到達爐缸焦堆后的平均粒徑分別為:21 mm 和 23 mm,衰減率分別為:40%和 58%,二者到達爐缸焦堆的平均粒徑略顯不足,因此,若入爐焦炭中沒有自產(chǎn)大塊焦時,通過控制高爐煤比不超 180 kg/t 和鐵水后期測溫 1 495 ℃以上,改善爐缸活躍性,減少液態(tài)渣鐵對側(cè)壁侵蝕,結(jié)合焦炭衰減率考慮,自產(chǎn)小塊焦衰減率低,適合分布在靠近爐墻側(cè),穩(wěn)定邊緣氣流,從而實現(xiàn)三高爐操作爐型的長期穩(wěn)定,投產(chǎn)至今,爐身冷卻器無一損壞,爐殼無燒紅、開裂和跑煤氣等現(xiàn)象,爐身渣皮穩(wěn)定。

2.2 高爐布料量化模型

從 2.1 可知,自產(chǎn)小塊焦應(yīng)布置在靠近爐墻側(cè),自產(chǎn)大塊或者外購焦應(yīng)布置在爐芯側(cè),鐵廠組織技術(shù)人員自主開發(fā)了高爐布料量化模型,指導(dǎo)實操作業(yè)。以表 2 為例。

圖片2 

通過將表 2 參數(shù)、礦焦批及爐型參數(shù)輸入到高爐布料量化模型進行計算得知,爐缸焦堆分為三個區(qū),依次為快速反應(yīng)區(qū)(占比 45%)、緩變疏散區(qū)(占比 29%)、中心無礦區(qū)(占比 26%),進而指導(dǎo)焦炭分級入爐比例為:自產(chǎn)小塊焦靠外側(cè)布置且比例控制在 45%以內(nèi),極限值 74%,負責將影響爐缸狀態(tài)及高爐順行,自產(chǎn)大塊焦布置在最中心無礦區(qū)且比例不小于 26%,若自產(chǎn)大塊焦不足而用外購焦代替時,必須控制高爐煤比不超 180 kg/t 和鐵水后期測溫 1495 ℃以上,改善爐缸活躍性,進而避免或者減緩爐缸側(cè)壁遭受液態(tài)渣鐵環(huán)流侵蝕,影響高爐一代爐役壽命,三高爐投產(chǎn)至今近 11 年,爐缸溫度可控,沒有因為爐缸問題使用釩鈦礦。

3 五高爐長壽維護技術(shù)

2006 年 10 月 13 日投產(chǎn)至 2013 年 3 月爐缸磚襯溫度超過 400 ℃開始進入安全護爐階段,累積安全生產(chǎn) 77 個月。爐缸側(cè)壁磚襯溫度超過 400 ℃的位置從2013 年 3 月出現(xiàn)第一個點,到 2015 年 12 月累積達 19處,占比爐缸側(cè)壁總檢測點的 39.58%(監(jiān)測點共計48 處),形勢嚴峻[4]。自 2016 年開始,鐵廠加強護爐過程管理及趨勢管理,主要工作分為以下兩個部分。

3.1 爐缸側(cè)壁渣鐵殼狀態(tài)趨勢監(jiān)控

爐缸側(cè)壁侵蝕一般過程為:液態(tài)渣鐵環(huán)流加劇,局部熱流強度增大,1 150 ℃溫度線逐漸向耐材側(cè)推進,渣鐵殼隨之逐漸變薄,局部熱流強度增加到一定程度,1 150 ℃溫度線將推動耐材熱面,渣鐵殼消失,耐材在渣鐵流的不斷沖刷下逐漸膨脹、脫落,如果這種趨勢持續(xù)發(fā)展而局部熱流強度得不到有效控制,最終將造成爐缸燒穿,高爐一代爐役被迫結(jié)束,同時帶來巨大的安全隱患和經(jīng)濟損失。因此高爐爐役后期安全運行的核心措施就是爐缸側(cè)壁渣鐵殼狀態(tài)監(jiān)控,渣鐵殼穩(wěn)定是保障爐缸側(cè)壁安全的重要參數(shù)。

圖片3 

表 3 為五高爐某階段爐缸側(cè)壁渣鐵殼厚度趨勢 相關(guān)參數(shù),其中爐缸耐材殘厚根據(jù)最大侵蝕溫度差 通過圓柱坐標計算得到,渣鐵殼厚度 1、2 指某個時間段始末時間點的渣鐵殼計算厚度,利用這一計算 厚度趨勢判斷爐缸側(cè)壁環(huán)流發(fā)展趨勢,如表 3 所示,270°方向為該標高爐缸最薄弱方向,而這一時間段內(nèi) 45°方向渣鐵流環(huán)流較大,開始階段如渣鐵殼厚度 1 所示,該 45°方向渣鐵殼被完全侵蝕,而 180°和225°渣鐵殼相對較厚,表明此次爐缸側(cè)壁侵蝕屬于 爐缸不活躍造成局部侵蝕加劇,鑒于此,高爐操作方面就會以活躍爐缸為重點,一周后的數(shù)據(jù)如渣鐵殼厚度 2 所示,渣鐵殼厚度圓周均勻性明顯改善,表明經(jīng)過一周努力,爐缸活躍性改善明顯,隨即在 45°方向形成新的渣鐵殼保護爐缸側(cè)壁,避免了侵蝕加劇,使護爐工作針對性更強,收效明顯。

圖片4 

如圖 1 所示為五高爐爐缸侵蝕圓周分布圖,紅色為最大侵蝕線,藍色為階段開始渣鐵殼熱面位置線,青色為經(jīng)過一周護爐后,渣鐵殼熱面位置線。如圖所示,經(jīng)過一周護爐工作,渣鐵殼熱面位置線的圓周均勻性明顯改善,進而實現(xiàn)爐缸侵蝕的趨勢化管理。

3.2 爐缸活躍性指標量化模型

眾所周知,爐缸的安全是高爐長壽的限制性環(huán)節(jié),也是高爐長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ),保證高爐一定的活躍性下限是減少爐缸侵蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但現(xiàn)行活躍爐缸的措施往往以定性為主,且機理不盡相同,缺乏量化及相關(guān)性分析,鐵廠技術(shù)人員綜合護爐實踐對相關(guān)參數(shù)進行回歸分析,結(jié)合近年對高爐爐缸狀態(tài)機理研究成果,開發(fā)出爐缸活躍性指標量化模型[5]

高爐爐缸活躍性指標量化模型包括三個活躍性下限指標:焦炭堆積區(qū)孔隙率(死焦堆焦炭平均粒徑下限為 25.8 mm)、焦炭堆積區(qū)物理熱儲備(死焦堆中心焦炭溫度下限為 1 350 ℃)、液態(tài)渣鐵在爐缸的停留時間(爐缸焦炭潔凈度指數(shù)下限為 150(無量綱單位))。護爐實際工作中,保證上述三個活躍性下限指標的前提下進行高爐相關(guān)操作參數(shù)優(yōu)化,以達到穩(wěn)定爐缸活躍狀態(tài),實現(xiàn)高爐長期穩(wěn)定及長壽的目的。

4 結(jié)論

高爐長壽工作是項系統(tǒng)工程,包括爐型設(shè)計、建材驗收、施工管理、操作管理等全過程,本文僅從高爐操作方面結(jié)合太鋼高爐近年長壽生產(chǎn)實踐做簡要的共性描述:

1)國內(nèi)小高爐長壽方面,面臨的共性問題幾乎都來自原燃料復(fù)雜多變帶來的順行問題,尤其以焦炭質(zhì)量不穩(wěn)定為主,太鋼通過對入爐不同焦炭進行衰減計算,結(jié)合爐內(nèi)機理研究,通過對不同焦炭入爐位置及加入量的優(yōu)化,實現(xiàn)高爐的長期穩(wěn)定,達到長壽的目標;

2)大高爐長壽面臨的共性問題在于隨著爐容的不斷擴大,爐缸截面不斷增大,相比于小高爐爐缸死區(qū)較大不易吹透,容易造成爐缸活躍性下降進而堆積,渣鐵環(huán)流加劇,威脅高爐長壽操作,太鋼通過對爐缸側(cè)壁侵蝕狀態(tài)建模進行趨勢管理結(jié)合爐缸活躍性指標量化管理,大大降低了因爐缸堆積造成渣鐵環(huán)流侵蝕側(cè)壁的可能性,近兩年爐缸超過 400 ℃溫度測溫點和磚襯殘厚低于 600 mm 的薄弱位置的數(shù)量得到有效控制,爐缸薄弱位置得到有效保護,沒有發(fā)生新的侵蝕,具備安全生產(chǎn)條件。

參考文獻

[1] 李永全.高爐鈦礦護爐的機理研究[J].寶鋼技術(shù),2002(1): 12- 16.

[2] 敖愛國.寶鋼 2 號高爐爐役后期爐缸的維護[J].寶鋼技術(shù),2001 (2):1- 3.

[3] 程樹森,楊天鈞,左海濱,等.長壽高爐爐缸和爐底溫度場數(shù)學(xué) 模型及數(shù)值模擬[J].鋼鐵研究學(xué)報,2004,16(1):6- 9.

[4] 何小平,李洋龍,王紅斌,等.太鋼新建 4 350 m3 高爐長壽爐缸爐 底研究[J].鋼鐵研究學(xué)報,2014,26(9):19- 22.

[5] 王天球.3BF 控制冷卻壁熱負荷的實踐[J].寶鋼技術(shù),2002(6): 25- 27.

 
 
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