首秦高爐薄壁爐襯研究報(bào)告

首秦薄壁爐襯高爐冶煉規(guī)律研究報(bào)告首鋼總工室首鋼技術(shù)研究院秦皇島首秦金屬材料有限公司

2008年9月11日前言高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況1#高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2#高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作技術(shù)的關(guān)注方向冷卻制度煤氣分布結(jié)論研究報(bào)告主要內(nèi)容前言20世紀(jì)80年代以來，薄壁爐襯高爐越來越受到煉鐵行業(yè)的青睞，其設(shè)計(jì)爐型在實(shí)際生產(chǎn)中很容易轉(zhuǎn)化為操作爐型，是現(xiàn)代高爐設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。高熱負(fù)荷區(qū)的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是制約高爐長(zhǎng)壽的薄弱環(huán)節(jié)，銅冷卻壁是高爐高熱負(fù)荷區(qū)最有效的冷卻設(shè)備。基于以上煉鐵技術(shù)發(fā)展方向，首秦公司兩座高爐在設(shè)計(jì)時(shí)全部選取了全軟水密閉循環(huán)冷卻的薄壁爐襯技術(shù)。其中2#高爐采用了三段銅冷卻壁，由于是首鋼歷史上高爐第一次采用薄壁爐襯，在基本冶煉規(guī)律方面缺乏經(jīng)驗(yàn)可循，需要一段艱苦的探索和研究過程。本課題主要對(duì)四年以來的高爐操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，給今后采用薄壁爐襯高爐的冶煉操作提供了有效的借鑒。一、高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1#高爐2004年6月6日開爐，有效容積

1200m3，18個(gè)風(fēng)口、2個(gè)鐵口；2#高爐2006年5月31日開爐，有效容積

1780m3，26個(gè)風(fēng)口、2個(gè)鐵口；兩座高爐的爐體冷卻壁和爐襯設(shè)計(jì)參數(shù)見表1和表2：表1首秦1#高爐爐體冷卻壁及爐襯設(shè)計(jì)參數(shù)

一、高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表2首秦2#高爐爐體冷卻壁及爐襯設(shè)計(jì)參數(shù)

一、高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩座高爐爐腹及以上區(qū)域采用磚壁合一的薄爐襯結(jié)構(gòu)形式，爐襯厚度約是普通爐襯的一半，耐火磚內(nèi)襯采用冷鑲方式與冷卻壁砌成一體。1#高爐冷卻壁全部為鑄鐵材質(zhì)，2#高爐六、七、八段為銅冷卻壁，磚襯和冷卻壁之間采用燕尾槽連接，燕尾槽深為78mm，耐火磚凸出冷卻壁內(nèi)表面150mm。鑲磚在爐外進(jìn)行，鑲磚完畢并固定好后再進(jìn)行安裝；冷卻壁與冷卻壁之間的水平縫和豎縫采用搗打料進(jìn)行填充和搗固。一、高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鑲磚的材質(zhì)：第六、七段采用SIALON結(jié)合SiC磚鑲嵌，第八至十一段采用Si3N4結(jié)合SiC磚鑲嵌，爐身中、上部第十二段至十五段采用磷酸浸漬的高密度粘土磚鑲嵌。為防止高爐開爐時(shí)氧化及爐料落下時(shí)的撞擊，鑲磚內(nèi)面采用噴涂料進(jìn)行噴涂保護(hù)。1#高爐爐從爐腹以上各段冷卻壁鑲磚內(nèi)面采用噴注料保護(hù)，厚度為180mm；2#高爐爐腹、爐腰及爐身下部采用燒成微孔鋁碳磚與高密度粘土磚交替砌筑，其余以上各段冷卻壁鑲磚內(nèi)面采用噴注料保護(hù)，厚度為224mm。

一、高爐爐體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2.11#高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況表3首秦1#高爐2004～2006年主要指標(biāo)完成情況1#高爐開爐投產(chǎn)前四個(gè)月受燒結(jié)礦質(zhì)量影響，產(chǎn)量、指標(biāo)均沒有較大提升，之后高爐開始全面達(dá)產(chǎn)，焦炭負(fù)荷加到4.0以上，利用系數(shù)達(dá)到2.2t/m3·d的設(shè)計(jì)能力，但430kg/t的焦比、10%的生礦比例，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到“節(jié)能降耗”要求，高爐潛力并沒有得到發(fā)揮。

2005年和2006年，在原燃料條件逐步改善前提下，充分利用薄壁爐襯爐型穩(wěn)定、易接受強(qiáng)化措施的優(yōu)勢(shì)，從以下幾個(gè)方面探索其冶煉規(guī)律：（1）送風(fēng)制度方面：逐步擴(kuò)大風(fēng)口面積，提高風(fēng)量和鼓風(fēng)動(dòng)能（實(shí)際風(fēng)速按230-250m/s控制），且隨著噴煤量達(dá)到150kg/t以上，富氧率由不足1.0%逐步增加到1.5%；二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況（2）裝料制度方面：積極疏導(dǎo)中心，引導(dǎo)煤氣流適當(dāng)向中心發(fā)展，邊沿也不過分抑制，保持中心和邊沿煤氣順暢；（3）熱制度方面：隨著焦炭負(fù)荷達(dá)到5.50以上水平，[Si]由0.45-0.75%逐步過渡到0.30-0.45%范圍，風(fēng)溫穩(wěn)定1200℃以上，保證了鐵水物理熱充足，鐵水溫度保持在1470-1510℃的較高水平，爐缸活躍，適應(yīng)能力增強(qiáng)；（4）爐體維護(hù)方面：除2005年3月出現(xiàn)兩根水箱管燒壞外（其燒壞原因主要為施工安裝時(shí)不到位，人工打磨處理后露出水管所致），未再發(fā)生水箱管燒壞現(xiàn)象。以上基本制度的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，取得了單月焦比278.87kg/t（2006年5月）、27個(gè)月不壞風(fēng)口的優(yōu)異成績(jī)。二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2#高爐開爐非常順利，三天內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量目標(biāo)，當(dāng)月完成焦比為349.39kg/t，當(dāng)月最高焦炭負(fù)荷達(dá)到5.50，取得了快速?gòu)?qiáng)化的好成績(jī)。良好的順行局面延續(xù)到2007年2月份，之后的3-7月，2#高爐爐況基本處于異常波動(dòng)階段，影響高爐順行的一個(gè)主要原因是爐墻上部的多次結(jié)厚，而爐墻的結(jié)厚與薄壁爐襯及銅冷卻壁的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，關(guān)于結(jié)厚的具體原因分析如下：

2.22#高爐生產(chǎn)運(yùn)行狀況二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2.2.1入爐Zn負(fù)荷高，循環(huán)富集經(jīng)計(jì)算，當(dāng)時(shí)首秦高爐的Zn負(fù)荷為0.26kg/t鐵爐料，且全部?jī)?nèi)循環(huán)。據(jù)調(diào)研，寶鋼高爐控制爐料的Zn負(fù)荷≯0.15kg/t鐵爐料，經(jīng)過對(duì)爐料分析后發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)礦和秘魯球分別占爐料中總ZnO來源的60%和25%（表4），而燒結(jié)配料中，高爐重力灰、干法灰以及燒結(jié)電除塵灰是主要的ZnO來源，因此自06年10月份開始將此部分除塵灰外排處理。同時(shí)，積極爭(zhēng)取氧化球團(tuán)資源以部分代替秘魯球入爐。二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況表4五種礦石的ZnO含量

圖12#高爐風(fēng)口區(qū)的Zn等堿金屬殘留物含Zn98.68%二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2.2.2入爐原燃料粉末含量大燒結(jié)礦粉末偏多和焦炭粒度差，是爐墻上部結(jié)厚的重要原因之一。2007年上半年燒結(jié)礦<16mm小粒級(jí)比例情況和焦炭粉末情況分別如表5和表6所示：表5

2007年上半年入爐燒結(jié)礦粒度變化情況

二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況表6焦炭質(zhì)量變化情況二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況2.2.3冷卻強(qiáng)度控制過大首秦二號(hào)高爐開爐到07年4月，4-15段軟水流量一直穩(wěn)定在3000-3200m3/h，軟水流速為1.97-2.10m/s，基本上不作調(diào)整，當(dāng)然計(jì)劃?rùn)z修和長(zhǎng)時(shí)間休風(fēng)時(shí)要降流量的，爐況恢復(fù)全風(fēng)也隨之恢復(fù)。主要是3-4月間原燃料條件惡化，造成爐況順行差，4月份風(fēng)量嚴(yán)重下降（1-3月平均風(fēng)量為3600m3/min左右，4月份平均為3319m3/min），邊沿?zé)嶝?fù)荷已顯不足，這時(shí)，軟水流量和流速都相對(duì)偏大，考慮兩座高爐冷卻壁管間距的差別，冷卻強(qiáng)度顯著偏高。與首鋼2#高爐相比，首秦2#高爐冷卻壁管內(nèi)徑明顯偏大，管間距明顯偏?。ㄒ姳?）。

二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況表7首秦高爐與首鋼高爐冷卻壁管間距和管內(nèi)徑對(duì)比注：①首秦2#高爐和首鋼2#高爐6～8段為銅冷卻壁。

②首秦2#高爐和首鋼2#高爐7段為爐腰，首鋼1#高爐7段為爐腹，首秦1#高爐8段為爐腰。二、高爐生產(chǎn)運(yùn)行情況三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

3.1冷卻制度薄壁高爐爐襯的特點(diǎn)是，相對(duì)于正常高爐爐襯，其內(nèi)部不具備形成300-400℃等溫線界面的穩(wěn)定條件，外部冷卻作用造成單位爐襯厚度的溫度下降梯度要大，約是正常高爐的1.5倍，即其接受的冷卻強(qiáng)度要高一些，并且隨著使用期限延長(zhǎng)，爐襯變薄，這種冷卻作用所帶走的熱量明顯增加，對(duì)軟熔帶高度的爐墻溫度穩(wěn)定和邊緣煤氣溫度造成顯著影響。因此，采用薄壁爐襯的高爐其冷卻制度非常重要。首秦兩座薄壁爐襯高爐的爐身冷卻制度的演變，與各自冷卻設(shè)備特點(diǎn)密切相關(guān)。1#高爐全部為鑄鐵冷卻壁，除了在爐況異常和長(zhǎng)時(shí)間檢修及恢復(fù)外，均采用全軟水冷卻，水量基本不作調(diào)整，軟水溫差過高時(shí)，考慮調(diào)整煤氣抑制邊緣，以保持操作爐型穩(wěn)定和避免冷卻壁損壞；2#高爐除鑄鐵冷卻壁外，在6、7、8段使用了銅冷卻壁，銅冷卻壁是較新、較先進(jìn)的一種冷卻設(shè)備,其導(dǎo)熱性好,冷卻能力強(qiáng)，在爐內(nèi)易形成光滑、穩(wěn)定的爐型,可減輕煤氣流的沖刷和爐料的磨損，且有利于渣皮的快速形成（文獻(xiàn)表明，銅冷卻壁能在15min內(nèi)完成渣皮的重建，而雙排水管球墨鑄鐵冷卻壁則需要4h）。三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

根據(jù)2#高爐冷卻壁水管間距小的特點(diǎn)，2007年6月以后，4-15段軟水冷卻流量長(zhǎng)期穩(wěn)定在2200-2600m3/h，僅在2008年4-5月因焦炭水份高、為提高頂溫而適當(dāng)發(fā)展邊緣煤氣，軟水冷卻流量有時(shí)達(dá)到3000-3100m3/h，即使在噴涂前的2008年6月軟水冷卻流量仍為2200-2600m3/h。2#高爐調(diào)整爐體冷卻水量的依據(jù)是冷卻壁后溫度、磚襯溫度及軟水溫差的變化，主要有以下幾點(diǎn)：三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

（1）4-15段軟水流速控制在1.5-1.7m/s，極限值控 制為1.4-1.9m/s。（2）銅冷卻壁溫度控制在55-65℃，極限溫度為50- 70℃。（3）來水溫度控制在42-46℃，上限不允許超過50℃。（4）4-15段軟水溫差正?？刂圃?-6℃，新噴補(bǔ)造襯使用初期不大于3.5℃。（5）調(diào)整爐體冷卻軟水量采用分流管直接到回水總管的方式，不影響爐缸冷卻。（6）加強(qiáng)日常爐身上部溫度檢測(cè)，根據(jù)圓周方向溫度差別變化采取相應(yīng)措施，防止結(jié)厚發(fā)生。三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

3.2煤氣分布首秦高爐開爐四年以來，爐內(nèi)煤氣調(diào)整大約經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段：2004年6月到2005年初一高爐主要適應(yīng)外圍原燃料（尤其是結(jié)礦粒度差）和后道工序影響，礦石角度采用多環(huán)形式（有時(shí)采用單環(huán)）布料，焦炭角度向邊緣和中心側(cè)重，以保持“煤氣兩頭開”的形狀，保證爐況基本的順行局面。三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

兩座高爐利用焦炭質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，不失時(shí)機(jī)加重焦炭負(fù)荷，適當(dāng)擴(kuò)大礦批，相應(yīng)地把礦石角度逐漸增加到3-4個(gè)站位，不斷改善煤氣以求得更好的冶煉指標(biāo)，焦炭布料角度變化不大。隨著焦比降低、煤比升高，爐腹煤氣量隨之增大，在裝料調(diào)整過程中，不斷采取抑制邊緣的措施，但邊緣發(fā)展仍較充分（尤其煤比達(dá)到180kg/t以上時(shí)），十字測(cè)溫邊緣點(diǎn)溫度高時(shí)能達(dá)到350-400℃，頂溫異常活躍。兩座高爐焦炭負(fù)荷在此階段達(dá)到6.0水平，取得了滿意的強(qiáng)化效果。第二階段：2005年下半年到2007年2月三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

為了防止?fàn)t身上部結(jié)厚，煤氣調(diào)整上采取“堅(jiān)決開中心”的方針，中心加焦最多時(shí)達(dá)到4環(huán)，最小焦角用到14°，十字測(cè)溫中心點(diǎn)溫度到500-600℃，邊緣點(diǎn)溫度控制為200-300℃。由于靠中心加焦疏導(dǎo)中心煤氣，在焦炭質(zhì)量變差時(shí)，中心煤氣易堵塞，爐內(nèi)壓差高，關(guān)系不穩(wěn)定，頂溫水平偏低，活躍度不夠，高爐技術(shù)指標(biāo)在此階段比第二階段要差一些。第三階段：2007年下半年到2008年上半年三、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)下高爐操作的關(guān)注方向

針對(duì)薄壁爐襯使用后期侵蝕變薄的情況，為了減少冷卻水對(duì)爐墻區(qū)域熱量穩(wěn)定的影響，應(yīng)始終保持中心煤氣通路，適當(dāng)抑制邊緣，但邊緣不能壓得過死，保證氣流均勻，否則，渣皮脫落、形成過程中易造成邊緣管道發(fā)生，影響爐況穩(wěn)定。四、結(jié)論首秦四年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐采用薄壁爐襯生產(chǎn)具有以下特點(diǎn)：（1）薄壁爐襯的爐型，與實(shí)際操作爐型基本一致，在生產(chǎn)中長(zhǎng)期保持穩(wěn)定、平滑，有利于穩(wěn)定煤氣分布，可以最大限度地強(qiáng)化冶煉，取得優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，1#高爐05年、06年的生產(chǎn)實(shí)踐充分驗(yàn)證了這一點(diǎn)。（2）薄壁爐襯結(jié)合銅冷卻壁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在首鋼是第一次采用，首秦2#高爐在開爐后的一年里多次結(jié)厚，主要是入爐原料含鋅高、粉末多及冷卻強(qiáng)度過大所致，通過采取必