宝钢高炉寿的基本思路郭可中 李肇毅(宝钢集团股份有限公司 )摘 要 通过讨论高炉长寿的技术发展历程与方向 , 总结宝钢在长寿方面所作的努力提出高炉长寿需要炉体炉缸的使用寿命相互协调以炉况稳定顺行为基础 , 加强冷却能力 , 确保入炉料优良 , 适当保证边缘煤气流均是高炉长寿的重要环节关键词 高炉 长寿 冷却 aESSENTIAL CONSID ERATION OF LONG BF CAM PA IGN AT BAOSTEELGUO Kezhong L I Zhaoyi(Bao steel Group Co1, L td1)ABSTRACT W ith discu ssion of developm en t of long BF cam paign techn ique, the experienceat Bao steel is summ arized1 It is p ropo sed that the BF life p ro long shou ld be based oncoo rdination of shaft lift w ith bath life1 T he p rincip les fo r long cam paign are sm oo thoperation, strengthened coo ling, qualified raw m aterials and un ifo rm gas flow at periphery1KEY WORD S BF, long cam paign, coo ling1 概述宝钢的高炉生产实践始于 1985 年 1 号高炉投产 , 迄今为止经历了三座高炉的投产和一座高炉的大修 , 在高炉长寿方面已积累了些经验。
这些经验主要包括耐火材料及冷却系统的配置、生产操作及日常维护等宝钢 1 号高炉 (第一代 )炉龄为 10 年 6 个月 , 产铁 3 230 万 t, 平均利用系数 21063 t (m 3· d) ;2 号高炉 (第一代 ) 至 1999 年 12 月产铁 2 563 万 t,利用系数 11994 t (m 3· d) , 预计炉龄 12 年或更长2 决定高炉炉龄因素的变化高炉炉龄取决于某个薄弱环节由于高炉是一个密闭的高温反应器 , 当炉身的炉壳强度失效 (通常是炉壳热面已直接裸露在高温煤气流中 )、皲裂而不能支撑炉型 , 这时炉役终结 ; 炉缸在高温铁水的长期冲刷、侵蚀下 , 砖衬减薄 , 最后铁水随时会破炉缸而出时 , 这也是炉役的终结而近几十年来决定炉龄的因素随着长寿技术的进步也在发生着转变211 炉身炉缸间的变化80 年代前高炉多因炉身的毁坏而停炉 , 见图 1为了延长高炉寿命 , 采用中修的措施 , 更换炉缸以上的砖衬及冷却设备这样的中修停炉时间长 , 影响产量 , 维修费用也高当冷却设备可以更换 , 如铜冷却板冷却方式 , 以及炉身中下部可采用硬质材料压入 ,炉身上部又能进行喷补等技术时均使炉身部分设备状态有了明显的改观 , 炉缸的寿命就明显的突出。
在炉缸部分 , 由于长期处在渣铁的浸泡、冲刷作用下 ,当炉缸工作恶化或炉缸工作不均匀均导致炉缸砖衬异常侵蚀在炉缸部位某处残余砖衬减薄到危险值(一般为 500 mm , 也有 300 mm ) 时 , 很难使其处于正常生产状态 , 维持正常的产量212 炉缸侧壁、炉底间的变化近十多年来 , 炉缸的破损成为停炉的根本原因而炉缸问题又分炉缸侧壁及炉缸底面两类在炉缸使用高铝质材料时期 , 高热阻迫使砖衬热面一直面对着高温熔融铁水而难以长久风冷炉底虽运行成本低 , 但冷却效果不佳这种情况下 , 炉底面常常被严重侵蚀 , 炉底烧穿的恶性事故时有发生碳质炉底使用以来 , 由于碳质材料的导热性好 , 炉缸的寿命得到一个质的飞跃加强冷却把铁水凝固线 (1 150 ℃ )推至碳砖热面外一定距离 , 使碳砖如同带上了一层第 35 卷 第 8 期 钢 铁 V o l. 35, N o. 82 0 0 0 年 8 TRONAND ST EEL A ugust 2000a 联系人 : 李肇毅 , 高级工程师 , 上海 (200941)宝钢集团股份有限公司炼铁部图 1 80 年代前高炉以炉身破损为主(新日铁高炉停炉大修统计 )F ig11 Shaft dam age as m ain reason in 80s盔甲保护层。
碳砖炉底加纯水密闭循环冷却 , 使炉底面的状态得到彻底改观炉底面的问题解决后 , 炉缸侧壁就成了关切的焦点铁口处在炉缸铁水流动的作用下 , 工作条件呈周期性变化使该处的砖衬受严重侵蚀抑制侧壁的侵蚀 , 可以采用微孔质碳砖、加设陶瓷壁及将炉皮洒水改为光面冷却壁等措施 , 已投入使用的高炉在操作上通过调节鼓风动能可得到改善213 炉身冷却系统的寿命炉身冷却形式主要分为两类 : 冷却壁 ; 冷却板冷却壁在冷却形式上表现为面冷却 , 它将冷却器沿炉型布置当冷却壁工作正常时 , 由于均匀的面冷却能很好地将炉内热流带出炉外 , 达到冷却的效果然而使用较多的铸铁冷却壁面对高炉的热负荷频繁波动 , 产生内裂纹这种裂纹的扩大 , 造成铸入管的破损 , 最后冷却壁在没有水冷的情况下而失效冷却壁的不可更换特性这时成了其致命弱点为了克服铸铁材质导热性及结构上不足 , 铜冷却壁应运而生铜冷却壁冷却强度大 , 能在其热面上产生附着的粘结物而保护冷却壁自身铜冷却壁造价高 , 在欧洲已大量被用于炉腰炉腹 , 并有向炉身下部延伸的趋势铜冷却板在冷却形式上表现为点冷却在冷却板之间的耐材由于得不到很好的冷却保护 , 开炉初期侵蚀速度是快的。
然而在完成了快侵蚀期后 , 侵蚀就得到有效的抑制 , 见图 2这是因为铜冷却板密集的点式冷却 , 冷却强度大 , 炉墙粘结物较稳定即使有少量的冷却板破损 , 然而破损的冷却板可以得到及时的更换 , 以维持良好的炉型这一点是冷却壁难以做到的图 2 冷却板点式冷却的特点F ig12 Characteristic of po int coo ling style fo rcoo ling p late3 影响炉身冷却系统寿命的主要因素高炉长寿是一个综合的技术应实现炉身的长寿 , 应重视以下三个主要因素1) 耐火材料砖衬优良耐火材料是长寿的基础除了具有高的抗炉料的机械磨损外 , 抗碱金属、锌和炉渣的侵蚀以及抗炉内附着物脱落的热震是炉身部分耐材必须具备的基本品质2) 生产操作控制高炉生产的稳定顺行对高炉长寿至关重要首先必须强调顺行平稳的炉料下降 , 稳定的气流分布 , 最大限度地减少高炉的休减风在稳定顺行的前提下 , 控制适度的边缘气流是减轻炉体热负荷的重要措施 , 而热负荷适度如何应以不发生周期性炉墙附着物生成脱落为限度当常有附着物脱落引起热负荷有大波动 , 或引起炉热状态变化 , 则认为边缘不适当 (过重或过轻 )。
图 3 是宝钢 3 号高炉寻求合适热负荷的过程图 3 宝钢 3 号高炉合适热负荷的寻求过程F ig13 T rend of finding of righ t heat load fo r N o13BF in Bao steel·7·第 8 期 郭可中等 : 宝钢高炉长寿的基本思路(3) 炉料结构及条件一般认为不同的炉料结构煤气流分布特征不同 , 高球团比生产的边缘气流难以抑制 , 长期高热负荷运行对砖衬不利炉料的冶金性质也是高炉长寿的一个重要组成部分炉料给高炉带入有害元素 , 碱金属使砖衬渣化而蚀损 ; 金属锌在炉内蒸发后再与 CO 作用 , 被氧化而脆化砖衬宝钢严格控制碱金属氧化物小于 210kg t, 入炉锌负荷 150 g t4 影响炉缸寿命的主要因素(1) 应力的作用由于高炉间隔出铁及铁口间的交替工作 , 同一位置铁水的流量随时间变化这就使炉缸砖衬中产生巨大的热应力 , 在热应力的作用下 , 产生与热流方向垂直的环状裂纹这种裂纹阻滞了热量的传递 , 导致砖层内侧的温度上升 , 变质劣化而最终剥离母体这是炉缸寿命的最大威胁2) 操作参数高炉风口的鼓风状况。
当一套鼓风参数所确定的风口回旋区不足以使煤气流一次分布在炉缸部位充分深入炉心 , 煤气流会过多地偏炉墙侧上升 , 这将使中心死料柱中焦炭不能得到及时置换炉缸中心焦炭透液性恶化 , 产生环流环流的增强给炉缸侧壁砖衬负担加重3) 焦炭的作用焦炭的骨架作用在炉缸内尤为重要 , 这取决于焦炭的反应后强度 (CS R ) , 当焦炭下降至风口水平 ,CS R 高使炉缸具有很好的透液性尤其是高炉增大喷煤后 , 风口前消耗的焦炭减少 , 焦炭在风口平面停留的时间增长 , 必须增强焦炭的强度5 生产操作基本对策思路511 炉体冷却强化炉体冷却必须强化尤其在炉龄的中后期加大冷却水量以稳定冷却器前端的附着物 , 实现稳定操作炉型 (图 4)宝钢 2 号高炉冷却板每串水量设计70 L m in, 投产 5 年后水量提到 90 L m in 不仅确保了冷却板无虞 , 还极利于控制砖衬侵蚀512 以保护炉缸侧壁为主的炉缸监控在炉缸部位 , 炉底碳砖加水冷的冷却方式确立后 , 重点是加强炉缸侧壁的监控通过灌浆消除铁口区域可能存在的煤气通道 , 改善铁口煤气火状况宝钢 2 号高炉炉缸使用 8 年后的侵蚀状况见图 5。
513 上下部的总体考虑对高炉炉身、炉缸两部分的破损进程是有手段图 4 宝钢 2 号高炉不同时期炉体冷却水的调节F ig14 Coo ling w ater adjustm ent of furnace shaftin different tim e fo r N o12 BF in Bao steel图 5 2 号高炉的炉缸侵蚀状况 (使用 8 年后 )F ig15 Furnace hearth ero sion of N o12 BF(after using 8 years)加以控制的代价是要在维护上、在生产组织上作出相应的让步根据铁水的总体平衡 , 停炉期的预计 ,要尽量发挥高炉各部位的能力对炉缸的侵蚀进程 ,产量是一个比较大的影响因素 , 而钛矿护炉又需要相应的成本投入在市场需要产量时必须保证炉缸处于一个缓慢的侵蚀进程中而当炉体的维护过于频繁 , 成本上升 , 产量不稳定时 , 也是炉缸的砖衬到了侵蚀下限此时上下部总体协调推进 , 达到总体效益最佳6 宝钢的具体措施(1) 造壁技术宝钢对炉身炉衬侵蚀严重部位 ,采取硬质压入造壁技术 , 压入材料可维持 4 个月或更长时间 , 较好地控制了局部恶化。
停炉时仍能见到压入料附着良好降料线进行内衬喷涂是另一造壁技术 , 宝钢 1 号高炉曾经使用过 , 而且主要是针对炉身上部实施由于 2 号高炉采用了无料钟和全炉冷却方式 , 炉身上部设冷却壁 , 至今不需喷补 ;(2) 压浆在炉缸部位的热胀冷缩使砖衬中产·8· 钢 铁 第 35 卷生气隙 , 在休风时有计划地采取压浆处理 , 针对铁口是炉缸处工作环境最恶劣的特点 , 加强铁口压浆 , 将铁口煤气火压到最小炉缸的其他部位也可以用同样方法处理冷却壁炉缸在这方面受到限制 ;(3) 加强监测对炉体的侵蚀通过定期的开孔可取得信息炉缸部位增加监测点 , 尤其是在“象脚”侵蚀部位更多地增设了电偶温度值及热流强度是砖衬残厚的两个重要信息采用侵蚀数学模型计算砖衬进度 ;(4) 适宜的风口回旋区长度回旋区长度是煤气流初期分布的重要依据喷吹煤粉引起了回旋区的缩短因此加大鼓风动能以稳定回旋区长度由于炉缸直径不同 , 焦炭质量、冶炼强度不同 , 回旋区尺寸的确定有所差异 ;(5) 布料作业和气流分布的调整布料强调稳定 , 但不宜过强的中心气流炉顶煤气温度 200 ℃时。