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【技术文摘】天钢1080 m3高炉采用的新技术和新工艺

楼主:中国炼铁网 时间:2018-12-06 17:41:47

杨正祥

(天津钢铁集团有限公司炼铁厂)

摘要 天钢1080m3高炉的设计施工,都以“经济和长寿”作为设计思想,采取了多项国内外先进的技术工艺。设计一代炉龄在12年。一代高炉炉龄,能直接反映高炉技术装备和操作管理水平。高炉操作炉型的合理,炉衬的完好率和维护,冷却设备和冷却制度的选择,炉壳结构的稳定等都是直接影响高炉一代寿命的重要因素。因此1080m3高炉采用了多项新技术,力争达到高炉经济和长寿的目的。

关键词 高炉 长寿经济 新技术

1 前言

天钢1080m3高炉设有铁口2个,风口18个。采用了顶燃式热风炉,陶瓷杯综合炉底结构,板壁结合的冷却系统,串罐无料钟的炉顶,煤气采用了布袋除尘的干法除尘,BPRT等新技术、新工艺。主要设计指标是:焦比360kg/t,煤比160kg/t,富氧率4%,热风温度1200℃以上,炉顶压力0.2MPa。设计年产85万t,铁水供两座110t电炉使用。

2 高炉的内型各部位耐材的选择和炉体检测

2.1高炉内型设计

天钢1080m3高炉内型尺寸见表1。

表1 天钢1080m3高炉内型尺寸

项目

参数

项目

参数

项目

参数

有效容积

1080m3

炉缸高度

3.3m

炉腹角度

79.61°

炉缸直径

6.9m

炉腰高度

1.6m

炉身角度

84.05°

炉腰直径

8m

炉身高度

12m

高径比

2.696

炉喉直径

5.5m

炉喉高度

1.7m

死铁层厚度

1.5m

合理的高炉内型,是高炉稳定顺行及长寿的基础。高炉内型特点如下:

(1)炉底和炉缸采用大块炭砖和“陶瓷垫”结构,有利于提高炉缸寿命。

(2)高炉瘦长型,高径比达到2.69,有利于提高煤气利用和降低燃料比。

(3)较小的炉腹角,能使煤气流均匀分布,有利于炉腹渣皮的生成与稳定。

(4)比较深的死铁层,可以缓解铁水环流对炉底炉缸的冲刷、侵蚀。

(5)较深的炉缸,可以加大风口回旋区和燃烧带,为高炉强化冶炼提供了空间。

2.2 各部位耐材选择

选择耐材要考虑节约投资和高炉长寿,因此根据高炉不同部位的工况、冷却结构和侵蚀机理的不同,采用与之相适应的耐火材料(见表2)。


表2 1080m3高炉各部位耐材使用情况

炉缸炉底

风口区域

炉腰和炉腹

炉身中下部

炉身上部

大块炭砖

陶瓷垫

复合棕刚玉材质的风口组合砖

高铝砖

焙烧铝炭砖

高铝砖

(1)炉底炉缸依靠冷却器的冷却能力以及耐材良好的导热性,降低了耐材工作温度,使耐材热面能够形成稳定的渣铁壳。具体结构是在炉底采用高导热性、高强度的半石墨质烧成炭块和抗铁水腐蚀性能好的微孔炭砖各两层,在炉缸区域采用高导热、高强度、抗铁水侵蚀、能消除不均匀热膨胀的模压小块炭砖,并在炉底炉缸的热面采用小块陶瓷杯技术,结合水冷炉底,可以延长炭砖的使用寿命。铁口区采用复合棕刚玉砖砌筑,结合提高死铁层高度,可减少铁水环流,有效地减少炉底炉缸侵蚀,从而延长炉底炉缸寿命。

(2)在风口区域采用复合棕刚玉材质的风口组合砖。高炉风口区域是高炉生产中经受高温、高热负荷、高含碱侵蚀气氛的区域,耐材工作条件复杂,一旦风口砌体不稳定,将使风口设备变形和漏风,影响高炉生产。复合棕刚玉组合砖有备优良的抗碱性、抗炉渣侵蚀性和热震稳定性,适宜工作于风口这一恶劣环境。

(3)炉腹、炉腰工作条件更加恶劣,主要承受高温煤气的冲刷、热震、渣铁侵蚀等破坏因素,必须使用高效冷却器。因此在炉腰使用了铜冷却板,其良好的导热性能,同时使用了高铝砖,使炉腹能够形成稳定的渣皮保护。

(4)炉身中下部到炉喉处,耐材的主要侵蚀原因是煤气流和炉料的冲刷以及碱金属的破坏。炉身中下部采用导热性能好、挂渣性能好的焙烧铝炭砖。

(5)在炉身上部采用高铝砖,并在炉身上部的炉壳内喷涂一层不定形耐火材料。

2.3 炉体检测

高炉炉体检测包括炉衬温度、冷却壁温度、炉底温度、炉基温度的测量以及冷却水流量、压力、温度的测量、炉喉断面料面分布测量采用远红外料面仪以及新型十字测温装置,依靠这些检测手段可以检测各部位的温度、热负荷及炉顶煤气分布,为高炉布料、炉体维护及炉体设备保护提供信息。

3 冷却结构采取了板壁相结合的形式

3.1 炉体冷却结构

炉体冷却结构为:炉底、炉缸区域采用5段光面冷却壁,冷却壁材质为普通铸铁,内铸单进单出Φ44.5´6mm的蛇形无缝钢管。炉腹为带肋镶嵌式球墨铸铁冷却壁,内铸Φ48´8mm双层冷却水管,肋槽内镶嵌导热性良好的碳化硅砖。炉腰使用了铜冷却板。炉身采用板壁结合的冷却结构,冷却板采用相对较短的形式,材质采用球墨铸铁,以满足有效支撑炉衬的作用。

3.2板壁结合冷却结构的优点

高炉冷却板采用内铸Φ60´7.5mm的无缝钢管的结构形式,能明显改善冷却板易损坏、更换频率高的缺点,在保证冷却效果的同时延长冷却板寿命。板壁结合的结构对砌体和渣皮都有较好的支撑作用,保证了炉腹、炉腰和炉身下部渣皮的形成和保护,而且对风口组合砖有一定的保护作用。考虑到炉腰属于高炉的高热负荷区域,在炉腰使用了铜冷却板,依靠其优良的导热性能和抗热震性能,使该区域能够快速形成渣皮保护以及强化冷却的作用。

4 无料钟炉顶

天钢高炉采用串罐无料钟炉顶。主要包括固定受料漏斗、料罐、阀箱、气密箱和溜槽五个主要部分。无料钟炉顶参数见表3。

表3 1080m3高炉无料钟炉顶参数

项目

参数

项目

参数

炉顶压力

0.2MPa

上密封阀直径

700mm

溜槽倾动速度

0-1.6°/s

溜槽旋转速度

8r/min

溜槽长度

2500mm

溜槽倾动范围

2-53.1°

下密封阀直径

700mm

上下料罐容积

21m3

无料钟炉顶设计特点:

(1)称量料罐由炉顶框架支撑,负荷经炉顶框架传动到主框架,提高料罐的称量精度。只设一次均压,介质为半净煤气,设置液压驱动,均压、放散阀,逆止阀及一台安全阀。

(2)中心喉管设有波纹管补偿器,以减少料罐均压时产生的浮力和炉顶压力波动时对料罐称量引起的偏差。还可以补偿高炉温度影响及外力干扰所产生的相对位移,确保称量准确和炉顶设备正常工作。

(3)水冷传动齿轮箱是无料钟炉顶的核心设备,采用工业水冷却闭路循环冷却,箱体温度在20-60℃左右,最高不超过75℃。为防止炉尘进入齿轮箱内,气密箱采用氮气密封。

5 炉前出铁场

采用双矩形出铁场,铁口夹角为180°。主沟采用贮铁式固定主沟,降低了铁水在主沟内的流速,保证渣铁在主沟内的充分分离,减轻了渣铁对耐火材料的冲击和磨损;另外主沟上设有沟盖,强化了除尘效果,减少沟衬受到急冷急热的影响,从而提高了主沟的使用寿命。将原设计的3条铁支沟改为一条铁支沟加摆动流嘴的形式,减少了维修工作量和耐火材料的消耗。

6 煤气干法除尘

6.1 工艺流程

荒煤气经重力除尘器后,从侧面进入布袋除尘箱体。含尘气流经滤袋后,灰尘被阻在滤袋外,滤袋内的净煤气由筒体顶部的净气支管进入到净煤气总管,再经调压阀组减压、消声器降噪(或经BPRT余压发电与鼓风机同轴系统)并入高炉煤气管网供各用户使用。

6.2 干法除尘的优点

(1) 运行过程中不需要水,节约了大量水资源。

(2) 投资费用低,节省了电能,不需要建水处理系统和水泵,有利于环境保护。

(3) 处理后的煤气效能高。煤气温度高于100℃,提高了热风炉温度,且煤气不需要再预热;煤气含水量小,燃烧时对外传热高,对后面设备腐蚀也小;经干法除尘的煤气可使余压发电量约增加30%。

7 BPRT系统

7.1 BPRT原理

BPRT系统是一种节能环保装置,是高炉鼓风与高炉煤气余压透平发电装置合二为一的装置。它是把以往高炉减压阀组白白浪费掉的煤气余压余热能量加以利用,使其通过煤气透平转化为机械能,并将回收的能量直接补充高炉鼓风机,避免能量转换的损失,使驱动鼓风机的电机降低电流而节能。电动机与煤气透平间用离合器联接,当煤气透平转速升到3000r/min时离合器自动啮合,使煤气透平与电机一起驱动轴流压缩机。当煤气透平自身有故障时,煤气透平转速降到2900r/min时离合器自动脱开,不影响轴流压缩机向高炉正常送风。

7.2 BPRT优势

机组将煤气透平和高炉鼓风机作为同一系统来设计,使高炉鼓风机和TRT原有的庞大系统简化合并,取消发电机及发配电系统,合并自控系统,润滑油系统,动力油系统等,并将回收的能量直接作为旋转机械能补充在轴系上,避免能量转换的损失,使驱动高炉鼓风机的电机降低电流而节能。

8 顶燃式热风炉

8.1 旋切式顶燃式热风炉的原理

结构上类似于新日铁式外燃热风炉的蓄热室部分,只是将新日铁式外燃热风炉蓄热室的半球顶改为燃烧器。空气和煤气通过入口引入环形通道通过喷嘴喷入预燃室内,进行初步混合和点燃,预燃室内的燃烧产物形成热旋流,并向下运动进入锥形拱顶继续燃烧。由于空气喷嘴和煤气喷嘴数量多,可有效地使空气和煤气混合,并以短焰形式燃烧。

8.2 旋切式顶燃热风炉的优势

既克服了内燃式热风炉的燃烧室隔墙易倒塌、拱顶易开裂等缺陷,又克服了外燃式热风炉的拱顶联络管内衬易开裂损坏,热损大的缺点。其结构紧凑,占地面积相对较小,投资较低,燃烧器燃烧完全,综合热效率较高,可以持续提供1200℃的风温。

8.3 烟气余热回收

为了达到热风炉拱顶温度1450℃的要求,并提高系统热效率、节约能源,热风炉采用了换热器,使用热风炉燃烧时产生的烟气,对煤气和空气进行双预热(见图1)。

图1 热管换热器示意图

热管换热器特点:

(1)热管由于加热端都带有螺旋翅片,大为增加了传热面积,单管功率大。

(2)由于其冷、热两端热阻方便可调,便于控制管壁温度,从而有效地解决设备的露点腐蚀。

(3)根据工艺要求,可以进行顺、逆流混合布置,适应较宽的温度范围。

(4)低、高温流体利用隔板与专利密封结构隔开,不会出现煤气与烟气互窜引起的安全隐患。

(5)各热管之间相互独立,一根或几根热管损坏或失效不影响整个设备的安全运行,只是换热器整体效率会略有降低而已。

9 环保型底滤法炉渣处理及余热回收

9.1冲渣原理

熔渣由各自对应的粒化器喷出的高速水流击碎、淬冷和粒化,水淬后的渣水混合物沿冲渣沟流入2个过滤池中处于工作状态的过滤池,在重力作用下,过滤池中的过滤层使得渣水分离,过滤后的冲渣水通过热水泵打至冷却塔进行冷却,冷却至水温低于50℃后进入储水池,然后再通过冲渣泵打至炉前继续冲渣循环利用。过滤池内的水渣通过抓渣天车装汽车外运。

9.2 环保型底滤法炉渣处理工艺的主要优点

整个水渣生产过程中,冲渣沟全封闭,蒸汽通过冲渣沟烟囱高空排放,并用生产补充水对烟囱内水蒸气进行喷淋、冷凝回收减少蒸汽排放,回收部分水;过滤池不存储冲渣水,没有蒸汽弥漫,炼铁区域的环境得到极大改善;过滤靠重力过滤,较机械过滤运行费用低;通过改善滤速,缩小了占地面积;吨渣电耗少,运行成本低;过滤后的冲渣水悬浮物含量低,水渣系统水管和阀门的磨损小。

9.3 采暖热水供应系统

(1)系统构成:采暖介质为高炉冲渣水,通过以色列进口过滤器,通过供水泵直接给高炉、球团和综合楼进行供热。系统供水温度60~80℃,回水温度40~60℃。

(2)系统特点:直接使用冲渣水进行供热,可以少建一座锅炉房,同时回水温度也下降到50℃左右,可以循环使用进行冲渣。根据设计,一年可以减少炼铁区域采暖热负荷4000kW,球团区域采暖热负荷4200kW的热量消耗。

10 结语

天钢1080m3高炉充分吸取了国内外先进高炉的长寿经验,并结合天钢的实际,采用了一系列成熟和较为先进的技术,为高炉长寿奠定了基础。在今后的生产中要注意以下问题:

(1)板壁结合的冷却结构,在生产过程中,边缘易结厚,所以生产过程中要注意适当发展边缘气流。

(2)可以发挥出小高炉生产的灵活多变性,根据市场情况,选择一些廉价的原燃料,并且合理的进行配矿,达到经济冶炼的目的。

(3)加强炉体维护和管理,建立炉缸侵蚀模型。及时掌握炉体的温度分布状况和耐材的侵蚀程度,并采取护炉、灌浆、调整高炉操作制度等手段,使高炉能够达到一代炉龄。


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