煤气空气双预热在首钢长钢高炉的应用

长钢八号高炉护炉实践朱志军(长治钢铁集团有限公司)摘要长钢8号高炉由于所用耐火材料质量差，从开炉炉底、炉缸热电偶温度居高不下成为制约高炉强化冶炼的关键因素。通过采取堵风口，控制冶炼强度，更换长直风口，加钒钛矿护炉，增加临时热电偶加强监控点，强化值班室操作等一系列措施使炉缸、炉底热电偶温度稳定在一定范围。关键词高炉冶炼强度护炉稳定1引言长钢八号高炉有效容积1080m3，炉底、炉缸采用国产碳砖和复合棕刚玉砖砌筑，中间采用捣打料捣实填平；炉缸采取光面冷却壁冷却。风口20个，2个铁口无渣口，设计炉龄8年。2004年9月19号高炉开炉投产后，半个月后炉底、炉缸各层热电偶都有明显上升，有的已经烧坏（超过1200℃），严重影响了高炉的正常生产。经过采取一系列护炉措施后，炉底、炉缸各层热电偶温度及水温差得到了稳定，高炉各项经济技术指标达到国内先进水平。表18号高炉开炉以来主要技术经济指标日期利用系数t/(m3·d)入炉焦比kg/t煤比kg/t休风率%风温℃〔Si〕%冶炼强度t/(m3·d)2004年2.124071071.6711200.401.092005年2.343321671.3111560.451.172006年2.283191882.0412050.41.162007年2.242931931.7112320.421.092008年2.213161861.7811880.491.112009年2.282971971.7512090.461.162长钢8#高炉陶瓷杯结构2.1砌筑材料长钢8#高炉陶瓷杯结构如下图所示：炉缸外环为为微孔碳砖和半石墨碳砖，内环为复合棕刚玉砖。复合棕刚玉砖砌体表面还有一层粘土保护砖。碳砖与冷却壁之间用碳素捣打料捣紧，碳砖与复合棕刚玉砖砌体之间用刚玉捣料填实。2.2炉底、炉缸冷却方式炉底、炉缸使用3层光面冷却壁，采用工业水开路循环冷却，炉底水冷管及炉缸冷却壁采用中压水进行冷却，水压0.4Mpa；风口小套采用高压水冷却，水压为1.4Mpa，来水温度24℃-28℃。2.3温度检测点长钢8#高炉炉底有两层热电偶（5.2米、6.5米），各层共13个，分内环6个外环6个，炉底中心1个；炉缸有四层热电偶（7.2米、8.2米、9.2米、10.2米），各层共12个，分内外环各6个。3原因分析高炉采用陶瓷杯和炭砖结合的复合炉缸炉底，复合炉缸炉底的设计意义在于利用陶瓷杯的低导热系数和高耐热度将铁水的热量主要集中在其内，以大大降低炭砖内的温度，阻止耐热度较低的炭砖被侵蚀掉，同时利用炭砖的高导热系数，导出热量。对正常热阻分布的复合炉底来说，在开炉一年时间内，陶瓷杯因其高热阻和高耐热度而会存在，使得很大的温度降都集中在其内，因此炭砖温度不会很高。但8#高炉开炉一周后9202㎜、10205㎜标高的内环温度相继升高，部分点的温度超过了1000℃，之后外环温度随着上升，并且高温点逐渐下移，2005年4月8199㎜、7196㎜标高内环温度点超出1000℃，外环温度逐渐超过700℃.这说明陶瓷杯对铁水基本没有抵抗作用，同时冷却系统也基本没有发挥作用。高炉生产绝大部分时间是靠渣皮来维持的，高炉寿命不是取决于所砌耐火材料的厚度，而是取决于能否形成稳定的渣皮以及渣皮脱落后能否快速再生成渣皮，这才是高炉长寿的关键。由于受资金方面的影响，高炉所购的耐火材料是最便宜的且质量差。从炉缸9米、7.2米处打孔取样经武汉钢研所和北京科技大学钢研所测定结果如下：项目参数微孔碳砖要求碳素（THC-SP）捣打料要求复合棕刚玉砖要求导热系数（w/m*k）300℃2.387210室温100℃1．119≥10.5200℃6．4574——600℃3.4725900℃4.5572121．33531.3353——灰分(%)16.11固定碳(%)79.9282.94显气孔率2115体积密度1.41．56常温耐压强度(mpa)32.832≥7.5Al2O3(%)73．25≥78Fe2O3(%)0．84＜1从表中可以看出（1）、陶瓷杯导热系数过大200℃时为6.457W/m.k(1000℃时要求≤2.5W/m.k并且随着温度的升高会继续增大)，没有达到应有的热阻，使得炙热铁水的热量很轻易地传入炉缸、炉底。（2）、炭砖导热系数过小300℃时为2.387W/m.k（要求≧10W/m.k），使得炉缸炉底热阻过大，冷却系统无法发挥应有的作用，自陶瓷杯传入炭砖的大量的热量积聚在炉缸炉底，使炉缸炉底温度迅速升高。（3）、炭砖和冷却系统间的填料导热系数太小常温时为1.119W/m.k（要求≧10.5W/m.k），使得炭砖和冷却系统间热阻过大，冷却水难以发挥作用带走热量。从而使炉缸内不能形成有效而稳定的渣皮来保护炉缸。这说明耐火材料质量差是导致了八高炉严重的异常侵蚀的主要原因。4护炉采取的措施4.1强化冷却炉缸侧壁砖衬中的热量要能及时有效的导出，只有这样才能将侧壁砖衬的温度场分布控制在1150铁水凝固等温线以下，从而可以在高温侧形成保护性凝结物，只要这个温度场不发生变化，凝结层的厚度就能稳定，铁水环流对炉缸的侵蚀就可减缓。针对8#高炉炉缸二段却冷壁局部热流强度偏高，对炉缸二段却冷壁重点部位4#-12#却冷壁的水压改为高压水，要求来水温度不大于28℃，把7#、8#冷却壁拆分为两块来提高冷却强度。在炉缸温度宜升高的部位安装2根铜冷却棒（深度150mm，直径100mm）。4.2加强监控⑴值班工对炉底、炉缸热电偶温度一小时记录一次，并分析。⑵看水工对炉底、炉缸各层冷板水温差及热流强度半小时测量一次并汇报于值班室。⑶增加临时热电偶加强监控点。先后在炉底、炉缸原有基础上增加了87个热电偶。⑷聘请北京科技大学博士制作了炉底、炉缸侵蚀监控系统。该系统主要实现了通过OPC服务器实时读取炉缸炉底热电偶温度，以进行高炉炉缸炉底侵蚀状况在线监测采用多线程技术，将繁重的侵蚀计算在后台进行，不影响程序界面操作。其主要功能有：①炉缸炉底侵蚀状况计算；②炉缸炉底横、纵剖面侵蚀图的直观显示(侵蚀图、温度场云图、等温线图)，并提供用鼠标取剖面上任意点的坐标、温度及材料等参数值；③历史查询炉缸炉底剖面的侵蚀状况；④实时显示各热电偶温度，并提供红、黄、绿三色报警；⑤查看炉缸炉底侵蚀最严重时各热电偶温度的历史曲线。长钢八号高炉目前炉缸、炉底侵蚀状态如图所示：4.3用矾钛矿护炉含钛炉料护炉原理：含钛炉料中的TiO2在炉内高温还原气氛条件下，可生成TIC\、TiN及其连接固熔体Ti(CN)。这些钛的氮化物和碳化物在炉缸炉底生成发育和集结，与铁水及铁水中析出的石墨等凝结在离冷却壁较近的被侵蚀严重的炉缸、炉底的砖缝和内衬表面。由于钛的碳、氮化合物的熔化温度很高，纯TIC为3150℃，TiN为2950℃，Ti(CN)固熔体熔点也很高，从而对炉缸、炉底起到保护作用。但当含Ti铁水在炉缸下部低温区时，铁水含[Ti]量高于其饱和溶解度，TiC、TiN将以固溶体的形式析出结晶，直接沉降在炉底。因此Vti矿护炉对炉底的保护作用明显，对炉缸的维护效果不大。⑴8#高炉从2005年4月21采取下钒钛矿护炉，矿批中配以0.5—1.5%的钒钛矿，钛矿含TiO230%。控制铁水含钛≥0.12%，含硅≥0.4―0.45%，渣二元碱度≥1.18。⑵风口喂线2006年7月份8#高炉分别从5#、9#风口处用含氧化钛45%的包心线喂入炉缸，历时一周，喂线160余吨。但效果不明显。⑶改变钒钛矿护炉方式。开始坚持长期适量加入钒钛矿，但在加钒钛矿护炉期间发现炉底5.2米中心点热电偶温度明显下降，而炉缸7.2米、8.5米热电偶温度呈上升趋势。这说明炉底凝铁层增厚，造成炉缸容积减小，增加了死料柱的体积，炉芯透液性变差，加剧了铁水环流对炉缸侧壁的冲刷，造成炉缸温度升高。这时应停用钒钛矿。目前8#高炉采取间断加钛矿护炉，当炉底超正常值、炉温低、炉况失常时应停用钒钛矿。适当活跃炉缸，消除炉底结厚及炉缸堆积。减少铁水环流对炉缸侧壁的冲刷。同时炉温低时，钒钛矿还原性差，减少不必要的浪费，对降低成本有利。8#高炉实践表明：［Ti］控制在0.12%左右，铁水物理热1460-1480℃，炉温［Si］控制在0.45左右，渣碱度控制在1.18±0.03，对炉况顺行、煤比、综合焦比影响不大，基本上能起到护炉的作用。4.4炉底、炉缸灌浆在炉缸、炉底捣料层部位压入碳质泥浆，消除气隙。利用检修机会在炉壳不同标高处开孔灌浆（无水碳素泥浆）。主要是杜绝冷板与炉壳、冷板与碳砖之间串煤气。4.5采取堵风口。当炉缸局部温度升高时，可采用长期堵该区域上方的风口方法，一来可以降低该区域的活跃程度，减少煤气流的冲刷，有利于形成新的凝结物。二来可以保证足够的动能和风速来吹活炉缸中心，减小死料柱的体积，改善透液性，减少铁水环流对炉缸侧壁的冲刷。4.6适当控制冶强并辅以相应的上下部制度从8号高炉操作实践中可看到适当控制产量水平仍是护炉的重要环节。但控制冶强不能简单的理解为减小风量水平，还必须辅以相应的上下部制度。8号高炉从护炉起始就适当控制冶强，但要保证煤气流分布合理，炉缸工作均匀活跃，则必须采取下部制度为基础，上下部制度相结合的调剂手段。下部风口全部斜5°，有利于活跃炉缸。风口长度由420mm加长为450mm，直径由130mm调整为3个120mm、17个115mm，长期堵一个风口。风口面积由0.2653m2减为0.2000m2。提高了风速和鼓风动能，减轻渣铁对边缘的冲刷。上部装料制度依照“引导中心气流，抑制边缘”的指导方针，采取大矿批、大矿角和增加矿角外环圈数来适当抑制边缘气流。布料由C253273243181O28329426.53调为C352332312292O363353342332。矿批由24吨扩为29吨。通过上下部调整，高炉顺性状况良好，煤气利用率提高，形成中心开放、边缘稳定的煤气分布，有效控制了煤气流对炉缸、炉墙的冲刷，从而达到了护炉目地。当前8号高炉的利用系数控制在2.25-2.3t/m3.d为宜。4.7强化值班室操作及管理保证炉况顺行炉况顺行稳定可以活跃炉缸，减少炉缸渣铁环流对炉缸的侵蚀。从而起到了保护炉缸的作用。⑴强化值班室操作。坚持值班室技术考试一月一次，增强值班室人员的理论知识；加强值班室的考核力度，增强值班室人员的实际操作能力；统一三班操作思想保证炉况顺行。⑵加强外围的监管力度。强化炉前操作，稳定打泥量，确保正常铁口深度，保证出铁炉次，及时出净渣铁，避免炉缸存渣铁过多造成炉缸热负荷升高，为炉缸的维护创造良好条件；槽下检查好原燃料，加强原料的筛分控制特别是机烧粒度5mm—10mm的应小于30%，8#高炉生产证明机烧粒度5mm—10mm的应小于30%能保证炉况顺行；加强喷煤管理保证喷煤均匀喷吹；加强检漏工作，组织以八高炉车间看水工为主体，厂里专家配合的检漏方案，及时的发现漏水减少漏水对碳砖的破坏和对炉况的影响。各岗位加强设备的点检，保证设备运行正常，减少休风率是稳定炉况的关键。5护炉实践效果通过采取以上措施，8号高炉炉缸热流强度控制在≤8000Kcal/m2h。炉缸热电偶温度得到了有效抑制。在保证炉况顺行稳定的前提下，高炉各项经济技术指标得到了优化。6结束语护炉是个长期的过程，不可能一蹴而就。尤其是炉缸侵蚀严重时，不但不能放松采取多种护炉手段加强护炉工作的顺利进行，而且要采取多种先进的、科学的、现代化的技术加强炉缸、炉底监控。同时制定炉缸烧穿的紧急预案，保证员工的人身安全。联系人：朱志军助理工程师长钢炼铁厂八高炉电话：[phone]