宣钢8＃高炉强化的研究分析与生产实践

宣钢8 # 高炉强化的研究分析与生产实践田德林1 ，张建良1 ，郑爱军1 ，赵存军2( 1 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，1 0 0 0 8 3 ；2 宣化钢铁集团有限责任公司，河北宣化，0 7 5 1 0 0 )摘要2 0 0 3 年9 月2 8 日一2 0 0 3 年l i 月2 0 日，宣钢8 8 高炉在原有主体框架和炉壳未动的基础上进行了第三次改造性扩容大修，因大修之后炉型和装备变化较大，所以在对其强化措施研究分析的基础上进行生产实践，取得了良好的冶炼效果，并推进了宣钢8 4 高炉的整体生产技术进步。 美键词高炉技术强化方法生产实践1 概况I 1 宣钢8 9 高炉历史概况。宣钢8 8 高炉是国家“七·五”期间建设投产的4 座1 2 0 0 m 3 级高炉之一。为皮带上料无钟炉顶，工艺和装备较先进。第一代炉役1 9 8 9 年1 2 月8 日建成投产，连续运行8 年零5 个月，累计产铁5 2 7 7 7 万吨，折算单位炉容产铁4 1 8 8 6 吨于1 9 9 8 年5 月9 日停炉大修；第二代炉役在1 9 9 8 年7 月1日开炉，连续运行5 年零3 个月，累计产铁4 8 2 1 2 万吨，折算单位炉容产铁3 8 2 6 3 吨。1 2 宣钢8 9 高炉于2 0 0 3 年9 月2 8H 一2 0 0 3 年1 1 月2 0 日进行了第三次改造性大修，本次大修是在原有主体框架和炉壳未动的基础上进行的，炉体冷却壁垒部更换，采用砖壁合一的薄炉衬技术。使炉容由原1 2 6 0 m 3 扩至1 3 5 0 m 3 ；同时取消了渣口。高炉大修主要情况介绍如下；1 2 1 宣钢8 8 高炉第二代炉龄和第三代炉龄的炉型情况比较如表1 ：表1宣钢8 0 高炉第二代炉龄和第三代炉龄的炉型情况项目炉亨炉缸直径炉腰直径炉喉直径炉缸商度炉腹高度炉履高虚炉身高度炉喉高度 炉睫角炉身角大修前1 2 6 00 09 1 0 06 4 0 03 5 0 03 2 0 02 0 0 01 5 3 0 01 8 0 08 I l 1 4 。5 l ”8 4 5 7 2 7 。 大修后t 3 5 08 2 0 01 0 1 0 07 2 0 03 7 8 03 1 4 01 8 “1 5 3 1 22 0 0 0”一55 5 ”8 1 。5 5 1 5 。i 2 2 高炉本体采用全冷却壁结构，冷却壁由炉底延伸至炉喉钢砖下沿；并且在不同的部位采用不同材质和不同结构形式的冷却壁。冷却壁的固定方式采用固定点、滑动点和浮动点相结合的方式。并在炉壳与进出水冷管问采用波纹补偿器和保护套管进行密封，适应冷却壁及炉壳的膨胀，避免了水冷管剪断现象的发生。1 2 3 炉身上部采用了一层倒扣式冷却壁，使操作炉型与设计炉型始终保持一致；同时炉身上部取消无冷区，增加了1 5 段铸铁冷却壁。冷却壁经喷涂后直接与炉料接触，减少其对上部布料的影响。1 2 4 炉腰以上取消了冷却壁的凸台，采用双层水冷配以热面燕尾槽满镶砖的薄内衬结构。1 2 5 炉腹、炉腰、炉身下部是软熔带区，该区是初渣形成区域，炉温变化剧烈、热负荷大、是炉内环境最恶劣的区域，本次大修在该区域炉腹、炉腰、炉身下部的5 段、6 段、7 段采用了铜质带肋冷却壁及内壁喷涂技术。铜冷却壁因其卓越的导热能力，在其热面不仅能够形成稳定的渣皮，而且在渣皮脱落时，也能迅速重新生成渣皮，在渣皮损坏、再形成的过程中，冷却设备的温度越低，形成渣皮的速度越快，冷却设备要承受的热疲劳周期越短，这使得铜冷却壁的热疲劳得到抑制。铜冷却壁的高导热性能，使得壁体实际最高温度与最低温度之比不到0 6 5 ，而铸铁冷却壁此值却高达0 8 0 9 ，铜冷却壁能够承受很高热冲击的能力，最高可达3 5 0 K W c m 2 。铜冷却壁的高导热性能使壁体热面与炉内形成很大的温差梯度，促使高炉软溶带液态渣牢牢地粘在冷却壁的热面，形成稳定渣皮，起到保护自己作用。渣皮的导热系数很低，仅有2 0 W ( m ·k ) ，稳定的渣皮具有很高的热阻，降低了传到铜冷却壁的热流强度，大大减少了热量损失。1 2 6 根据国内外高炉设计和生产实践，本次大修炉缸采用“碳砖+ 陶瓷杯”结构，陶瓷杯是砌筑在碳砖内侧陶瓷质内村。采用具有低导热性能的陶瓷杯，目的在于降低碳砖热面温度，将8 0 0 1 0 0 0 等温线应力 3 7 3 区尽可能长时间地控制在陶瓷杯内，减少碳砖内外温差和应力变化，缓解碳砖环裂变化。同时，陶瓷杯与铁水化学反应微弱、耐冲刷，并且可以阻止碱金属对碳砖的侵入所以对碳砖起到很好的保护作用。炉缸环周砌筑的是美国U C A R 公司生产的热压小块碳砖热压碳砖理化性能如下表2 ：表2 美国U C A R 公司N M A 、N M D 热压碳砖理化性能牌号翟m 要觚M 蹴P a譬敞m D 度C 气紧舌1 0 艄0 0 “ 。；麓嚣麓m 一，一cq) ( 2 0 ) ，w ? ( ·k ) _ 1 N M A1 6 13 31 21 11 8±0 11 7美国U C A R 公司热压小块碳砖生产工艺使碳砖以闭气孔为主，陶瓷杯被侵蚀完了之后，能够阻止铁水向碳砖内部渗透，使铁水对碳砖的侵蚀主要在碳砖表面进行，有效地降低了铁水对碳砖的物理、化学侵蚀。同时，由于碳砖导热系数的提高，改善了冷却效果，降低了砌体的温度，可有效延长炉体寿命。1 2 7 炉底采用国产大型微孔碳砖和半石墨碳砖，其碳砖上面是莫来石质陶瓷垫。炉底采用综合水冷，冷却水管由3 4 根增加到3 8 根，管径加粗；并将密封钢板移至水冷管下，使死铁层相应增加至1 5 4 m 。1 3 在宣钢88 高炉大修的同时，与宣钢8 0 高炉相匹配的喷煤系统、热风炉系统、软水系统、上料系统等同步进行了设备改造和技术升级。1 3 1 喷煤中速磨供风系统在利旧的基础上增加一座加热炉，两个加热炉并联使用通过调整高、焦炉煤气和助燃空气量，并控制烟气引风机和热风大闸开度，保证了两股热风气流均能稳定送入中速磨，同时对中速磨、收粉系统、输送系统进行了能力扩大改造，小时喷煤量可达到2 5 吨以上，保证宣钢8 8 高炉大修后煤比达到2 0 0 k g t 。1 3 2 热风炉系统参照顶燃式热风炉结构原理，自行设计2 座预热炉预热助燃空气预热助燃空气到3 0 0 以上；蓄热室采用1 9 孔格子砖，并在格子砖的底部横向设有气流通道，蓄热面积增加了3 5 m 2 m 3 。1 3 3 完善软水密闭循环冷却系统的脱气和排气功能，提高了软水系统的自动化程度，实现自动补水、排气和稳压。1 3 4 上料系统对矿、焦中间仓、转换溜槽、一次称量、小矿、小焦称量斗和输送能力扩容改造，满足宣钢8 #高炉扩容后的供料要求。宣钢8 8 高炉率体及相关配套实施大修和技术升级改造中，新技术、新工艺、新材料的应用，为其今后进行生产强化奠定丁坚实的物质基础。2 高炉下部煤气流的行为状况分析高炉是气体、固体和液体三相流共存的逆流反应器，炉料下降，煤气上升，完成冶炼过程。高炉下部热量水平的高低及稳定状况是高炉能否正常稳定工作的重要因素之一，因为高炉下部产生原始煤气流的温度及分布对整个料柱内的气流分布影响极大，并且原始气流分布将直接影响高炉炉缸活跃状态、煤气成分、料柱透气性和透液能力等。更为重要的是在冶炼过程中，煤气流携带热能和化学能，在与固体物料流和渣铁液体流的逆向运动中完成了动量传递、传热、传质过程，它决定着高炉冶炼能否稳定顺行和煤气化学能和热能的利用效率。但是，上升的煤气流速过高。会破坏高炉顺行，影响正常冶炼进程，限制高炉强化。所以，研究高炉下部煤气流的行为状况是生产实践中高炉强化的重要理论基础。2 1 综合冶炼强度与综合燃烧强度每l m 3 高炉容积每昼夜综台焦炭消耗量( 喷吹燃料量折合成焦炭量) ，叫作高炉综合冶炼强度，用I 综表示，单位t ( d - m 3 ) ；每1 炉缸面积每昼夜燃烧的综合焦炭量，叫作综合燃烧强度I r ，单位是t ( d ·m 2 ) 。表达式及两者关系如下：I 缘= ( Q K + Q 喷B ) V u( 1 )I ，= ( Q K + Q 噎B ) A( 2 )I 。= ( V u A ) ×I 瑞( 3 )3 7 4 式中：Q K 焦炭量，t ；Q 喷喷吹燃料量，t ；B 喷吹燃料置换比，；V u 高炉有效容积，m 3 ：A 炉缸面积，f n 2 。每座高炉一代炉龄的V u A 相对固定，宣钢8 8 高炉第二代炉龄和第三代炉龄的V u A 值比较，见下表3表3 宣钢8 0 高炉v u A 值对比其中表明：宣钢8 8 高炉V u A 值由第二代炉龄的6 2 7 提高到第三代炉龄的6 4 0 后，在相同综合冶炼强度下，综合燃烧强度提高约2 0 。2 2 鼓风动能的确定。鼓风动能，是指高炉鼓风通过风I ：1 时所具有的机械能，用E 表示。鼓风动能对风口前的循环区沿炉缸直径方向的延伸程度起着重要作用，它不仅影响燃烧带的大小而且是引起风口前焦炭做循环运动的原园，更重要的是它决定着炉缸原始煤气流的分布状况。合理的鼓风动能应该由炉缸直径决定，在2 0 0 0 m 3 级以下的高炉，其经验公式为 2 】：E = 8 6 5 d 2 + 3 1 3 d + 1 1 6 0( 4 )式中：d 炉缸直径，m 。在生产实践中，一般用固定风口面积调整鼓风动能；在日常操作中参照风量、风温、热风压力等定量微调鼓风动能。其表达式为J ：E = 0 4 1 2 ×1 n ×Q 3 外p ×( T + 2 7 3 ) 2 ( P + P o ) 2( 5 )式中：E 鼓风动能，J ' S ；Q 风量m 3 m i n ；n 风口数目，个；F 一风口总面积，t n 2 ； T 热风温度，；P 热风压力，P a ；P 0 标准大气压，等于1 0 1 3 2 5 P a ；2 3 炉腹煤气流速分析。在相同操作和冶炼强度条件下，炉内的煤气速度决定于高炉水平断面积，即燃烧强度的大小。炉缸和炉腹连接处的断面积是炉缸面积，该处煤气温度很高，断面积较小，因此煤气的流速极高，同时渣铁液体大量穿过该处，是高炉强化的重要限制性区域。宣钢目前有7 座高炉，总容积4 8 1 6 m 3 。在相同原燃料条件和相同操作条件下，保持相同的综合冶炼强度，每座高炉由于其自身炉型特点不同其各自的燃烧强度是不同的。假设宣钢每座高炉炉腹下部的炉料空隙度是e = 0 3 5 ，每吨燃料平均耗空气V a = 2 5 0 0 m ，。空气变成炉腹煤气的体积比为V 。v I = 1 3 5 ( 这些假没，对计算相对速度没有影响) ，则炉腹下沿的煤气速度为：u 。=1 3 5 ×2 5 0 0 ×I ，2 4 ×6 0 ×6 0 ×0 3 5 = 0 1 1 1 6 ×I ，”J 。当取I 镕= l t ( d ·n 1 3 ) 时，宣钢8 。高炉与其它各高炉因炉型差异而形成的强化差异对t t ，见下表4表4 宜钢8 0 高炉与其它各高炉因炉型差异而形成的强化差异对比3 7 5 由表四分析表明：在相同原燃料条件和相同操作条件下，保持相同的综合冶炼强度宣钢8 0 高炉的炉腹下沿煤气流速比其它1 8 高炉、2 0 高炉、5 ”高炉、6 8 高炉、7 8 高炉、9 8 高炉的炉腹下沿煤气流速都大；说明在相同条件下，宣钢8 8 高炉比其它各高炉强化难度较大。2 4 炉腹下沿煤气流速的数学模型建立。建立炉腹下沿煤气流速的数学模，以及确定影响煤气流速的相关因素，对生产实践具有现实指导意义。以每吨综合燃料消耗为单位。计算煤气流速：2 4 1 煤气量的确定。消耗风量：V f = 1 4 4 0 0 ( I 培X 、乙)( 6 )消耗氧量：V o