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合理操作炉型助高炉延寿
更新时间:2015.09.03 新闻来源:

随着高炉大型化发展步伐的不断加快,不论是从生产效益角度,还是环保、能源角度,高炉长寿发展都显得越来越重要。太钢经过多年的生产积累,认识到高炉上、下部操作炉型之间有着密切的相互作用关系,其对炉缸寿命具有明显的影响,维持上、下部合理的操作炉型,对于高炉长寿具有重要作用。太钢通过高炉结构和内型设计的不断改进,逐步形成了高炉操作炉型监控和维护一体化的操作理念和管理体系,在炼炉、养炉、护炉等方面形成较为完善的管理制度和作业标准,有效促进了炉况顺行,并且减缓了炉缸侧壁的侵蚀。

  上部操作炉型的影响因素

  太钢不锈钢股份有限公司目前有2座容积为4350m3的高炉(5号、6号高炉),炉腰、炉腹和炉身中下部采用全冷却板结构冷却,5号高炉于2006年10月13日建成投产,风口以上至炉身中上部采用54层铜冷却板厚炉衬结构,炉身上部为镶砖冷却壁,炉缸为铸铁冷却壁,4个铁口区域采用铜冷却壁。6号高炉于2013年11月7日投产,风口以上至炉身中上部采用53层铜冷却板厚炉衬干砌结构,其他区域与5号高炉结构相同。

  炉腹煤气量的影响。计算发现,5号高炉炉腰和炉喉处煤气平均流速为3.0m/s~3.6m/s,炉身中部煤气流速相对高些,达到4.3m/s~5.0m/s,因此,炉身中部炉衬和冷却器更容易受到气流冲刷损坏。标准状况的炉腹煤气量由11100m3/min降低到9000m3/min后,对应的炉腹煤气量指数由70.13m3/(m2·min)减少到56.86m3/(m2·min),炉身中部工况煤气平均流速由4.94m/s下降到4.36m/s,流速降低率约为13.4%。因此,为了防止炉衬(尤其是炉身部分)过快侵蚀,需要控制炉腹煤气量处于合理的范围。

  对于同样的日产量,高富氧率、高煤气利用率、低燃料比和低喷煤比时的炉腹煤气量相对较小,有助于延长炉身中部耐材寿命。这种情况下需要适当增大鼓风湿分,减少风量,并缩小送风面积,以平衡风口前理论燃烧温度和鼓风动能处于合理区间。

  炉身部位耐火材料砌筑结构的影响。5号高炉铜冷却板之间砌筑石墨砖和赛隆结合炭化硅砖,冷却板的上下表面采用炭捣料找平层,设计初衷是期望既能达到找平和填充作用,又能起到吸收膨胀的效果。但实践结果并不理想,开炉2年后炉身中部炭捣层开始发生溃损,使砖衬与铜冷却板之间形成了窜气通道,致使炉身中部温度和热负荷波动频繁,经常出现冷却水温度超标和汽塞现象,看水工必须经常携带气瓶面罩到炉身排汽,来减少冷却板烧坏和炉壳烧红。于是6号高炉铜冷却板区域的设计改为石墨砖和赛隆结合炭化硅砖干砌结构,冷却板表面平铺薄铜皮,取消冷却板上下表面的炭捣层,开炉近一个月,炉身热负荷非常稳定,圆周方向也很均匀。

  炉身冷却水流向的影响。5号高炉冷却板采用步步高的流向串联布置,设计初衷是便于排汽和水温差、水流量的检测。但运行实践表明,该种冷却水路走向与炉内煤气流走向方向相同,冷却板内水温被串联逐级升高,特别是在出现局部边缘气流过盛和管道现象时,炉身中部冷却板内水温快速升高到90℃以上,不可避免地出现汽化现象,铜冷却板本体也因过热发生较大的形变,导致炉壳与冷却板之间的铜钢焊缝和钢钢焊缝大量出现开裂、跑煤气现象。6号高炉冷却板水路走向改变为水平横向4块~5块冷却板串联,6进6出环管连接,形成分段、分区冷却,旨在均匀各段和各区的热负荷,同时便于调整冷却强度。开炉20日以来,随着保护砖的逐渐侵蚀脱落,各层各区热负荷逐步升高并趋于稳定。

  上、下部操作炉型间的相互作用

  炉身中部操作炉型与有渣区渣皮厚度及其稳定性的相互作用。生产中高炉炉身中下部耐火炉衬的平整性或凸凹度以及炉身角对炉况顺行有较大影响,特别是冷却板结构厚炉衬高炉的炉身中下部炉衬发生不均匀侵蚀和脱落后,冷却板之间形成凸凹不平的内型和缩小的炉身角,极易出现边缘管道和局部气流过盛,也容易发生偏尺、滑尺和崩料甚至炉况失常。高碱度中间渣中FeO急剧波动时,非常容易在炉墙上黏附渣皮,使炉腰、炉腹渣皮增厚,同时也容易在焦炭料柱空隙内滞留黏稠的中间渣液和未渗碳饱和的高熔点铁液,破坏高炉下部的透气性,与炉凉同步发生时,甚至会导致悬料。

  炉腰、炉腹如果结厚严重,上升煤气流通道变窄,流速加快,也容易出现管道、崩料现象。管道严重时,高温、高速并携带灰尘颗粒的煤气流,对炉身中下部内衬必然形成横向和纵向的冲刷侵蚀,甚至对炉顶煤气封罩的喷涂料造成损坏,崩料时也容易发生炉身中下部的内衬脱落。因此,高炉上部和下部的操作内型是相互影响的,不管是上部还是下部内型出现失常,都会影响高炉整体的操作炉型,不利于渣铁成分、温度的稳定和均匀,最终影响高炉稳定、顺行。

  风口以上操作炉型与炉缸炉底侵蚀和结厚的相互作用。炉身平整度变差,炉身角缩小,炉腰和炉腹部位渣皮结厚的结果,必然导致高炉圆周边缘气流发展不平衡,容易出现局部边缘气流过盛、管道和崩料现象,导致炉凉和炉况失常,甚至炉缸堆积。未充分还原的生料、冷料、高FeO含量炉渣和未饱和渗碳的铁液滴落进入炉缸后,要继续进行碳素直接还原吸热反应,快速冷却并填充炉芯死焦堆的空隙,破坏其透气透液性,减少携带热量的铁液渗透落下的传热,引起炉底增厚,死铁层减薄,缩小炉缸实际的渣铁贮存容积,加重炉缸侧壁炭砖的化学侵蚀和环流冲刷侵蚀。较为严重的炉衬侵蚀也容易导致风口和冷却板烧坏,风口和冷却板漏水对炉缸炉底砖衬的氧化侵蚀也很严重,尤其对炉底黏滞层和陶瓷垫砖会加快侵蚀。

  反过来,炉底增厚、炉缸侧壁减薄的下部炉型,会导致液态死铁层减薄。炉缸内渣铁液“水涨船高”的结果是压缩死焦堆与上部炉料的空隙,使风口回旋区缩短,容易憋风和烧坏风口,铁次被迫增加,铁口深度变浅,炮泥消耗增大,使中心气流减弱、边缘气流发展,增加边缘管道次数和程度,使炉况走入恶性循环。

  上、下部操作炉型的维护措施

  维持炉芯死焦堆透气透液性和炉底热平衡。炉底中心的温度适当高些有利于保持中心死焦堆的透气透液性,5号高炉标高4.68m中心(炉芯)温度在190℃~260℃时,炉芯死焦堆的透气透液性较好,炉缸工作均匀活跃,炉底受热和散热基本平衡,死铁层较深,侧壁温度稳定,并且铁口深度维持较好,打泥量少。炉芯温度下降到190℃以下时,须采取如下的操作调整措施:适当降低喷煤比和焦丁比,增大炉缸死焦堆焦炭的粒度和空隙度;风口前理论燃烧温度按中上限控制;实行炉顶装料制度的匹配原则,在炉况顺行基础上,适当抑制边缘气流,疏导中心气流,提高煤气利用率;优化各种含铁炉料、辅料的仓位和入炉位置;调整渣铁成分,适当降低炉渣二元碱度0.03~0.05,提高铁水含[Si]量0.05%~0.15%和铁水温度5℃~10℃,清洗炉缸死焦堆内积存的低温、黏稠、富碱(K2O、Na2O含量高)的渣液,增大炉渣排碱率,减少滞留渣量;调整冷却参数,增大炉缸冷却壁水量、降低进水温度,同时适当减少炉底水冷管水量、提高进水温度;渣铁排放及铁口维护调整,增加出铁重叠时间5min~20min,增加铁口打泥量5L~15L,缩小开口钻头直径5mm~10mm,控制铁水速度,确保见喷堵口。

  高炉炉身硬质压入维护。太钢从2010年11月开始对5号高炉实施炉身硬质压入维护,当时维护目标是消除炉壳烧红,减弱炉身热负荷波动。在连续3次开孔实施硬质压入后,到2011年2月25日,炉壳烧红现象得到有效控制。硬质压入还能起到修复炉身中下部操作炉型(光滑、平整)和炉身角(由<78°恢复到80°左右)的作用。于是太钢逐步增加开孔数量,使硬质压入料在炉内能形成成片、光滑的维护炉衬,而不是孤立的不规则形状,每3个月为一个定检周期,每次定检压入孔数550个~650个,压入总量130吨~150吨。高炉炉体热负荷波动频次和波动幅度大大减少,铁水成分和温度稳定性改善,燃料比明显降低,炉腰、炉腹砖衬温度和渣皮厚度稳定性改善,同时基本解决了下部阶段性结厚的问题。

  钒钛矿护炉。实践表明,搞好炉身硬质压入,能在炉身中下部形成连片的光滑修补炉衬,炉身角也能恢复到80°左右,修补后炉况稳定周期一般能达到两个月左右。但如果出现压入孔覆盖面不够、单孔压入量控制不当等失误,使炉内变成一簇簇孤立的蘑菇状凸起形状,炉身角仍然在78°以下,不仅达不到控制边缘气流、稳定炉况的作用,而且会造成检修后送风恢复炉况困难和炉缸侧壁温度快速升高。将钒钛矿加入靠近炉墙侧的部位,可以有效控制炉缸侧壁温度,并可减少吨铁TiO2加入负荷。

  综上所述,高炉上、下部操作炉型之间有着密切的相互作用关系,同时对炉缸寿命具有明显的影响,因此,维持合理的上、下部操作炉型对于整个高炉的顺行、长寿具有重要的意义。

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