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高爐長壽的意義以及對耐材的要求
2014年新修訂的《高爐煉鐵工程設計規范》中規定:高爐一代爐役的工作年限應達到15年以上。在高爐一代爐役期間,單位高爐容積的產鐵量應達到或大于1~1.5萬t。目前,我國絕大多數高爐沒有達到上述目標,特別是一些中小高爐壽命普遍處于低水平階段,個別中小高爐出現壽命在3年以下的現象。所以說,努力提高我國高爐壽命,是煉鐵界的一個十分重要的任務,也是提高高爐生產效率和經濟效益,實現煉鐵系統節能減排的重要手段,應當引起鋼鐵企業各級領導的高度重視。
1、高爐長壽的重大意義
高爐長壽是鋼鐵企業走可持續發展的一項重大舉措。鋼鐵聯合企業生產各工序物流是一環扣一環。高爐大修停產,會使企業生產鏈斷開,造成煉鐵前后工序均要減產,給企業造成重大經濟損失,產品產量下降,設備作業率下降,經濟效益大幅度下滑;同時,還要為大修高爐支付巨額資金,一座大型高爐的一次大修費用約在1億元左右。
高爐大修前后,均要增加企業資源和能源的消耗,污染物排放也要增加,對生產環境造成較大的負面影響。
高爐長壽的重大意義,不僅在煉鐵工序本身,而且也會給整個鋼鐵聯合企業帶來巨大效應,包括生產成本降低,能源消耗減少,污染物排放減少,實現鋼鐵聯合企業的高效化生產、連續化和緊湊化生產得以延續進行。延長高爐壽命不僅是可直接節約大修費用,而且還可以減少因大修而引起的停產損失和經濟效益的提高。
2、高爐長壽的目標工作
依據現已掌握的高爐設計、材料和設備選擇及制造、施工、高爐操作和維護等方面的先進煉鐵科學技術發展現狀,高爐壽命已經可以實現下列目標:
·高爐一代爐齡(不進行中修)在15年以上;
·高爐日常能處于高效化、自動化、連續化、長壽化,生產過程環境友好的穩定生產狀態,一代高爐單位爐容產鐵量可在1.2萬t/m3以上;
·采取一切有效的技術措施(包括分段拆裝,爐缸預砌等),最大限度地縮短高爐大修工期(一般大型高爐大修要在2個月以內),優化停爐和開爐操作技術,實現科學停爐和快速達產,降低因高爐大修對聯合企業的不利影響。
據統計,目前我國大多數高爐壽命低的主要原因是爐缸碳磚破損、水溫差升高,成為高爐長壽的薄弱環節。
3、高爐長壽的理念
高爐長壽是個系統工程:包括高爐設計,材料和設備的選擇、施工質量的保證,高爐操作的科學和穩定,爐料含有害雜質的控制,爐體的維護和管理,應急事故的科學處理等。上述各因素之間有著內在相互關聯因素,相互影響,也有互補的作用。
高爐長壽的核心技術是形成和維護好一代高爐的合理爐型,保護好永久性爐襯的完整。
4、認真貫徹《高爐煉鐵工程設計規范》
2014年7月國家建設部和質量監督檢驗檢疫總局聯合新了公布《高爐煉鐵工程設計規范》,GB50427-2014。該規范共有21章,主要內容有:總則、術語、基本規定、原料燃料和技術指標(原料燃料、高爐生產技術指標、送風條件)、總圖運輸、礦槽焦槽及上料系統、爐頂、爐體、風口平臺及出鐵場、熱風爐、渣鐵處理(爐渣處理、鑄鐵機及修罐設施)、煤粉制備及噴吹、高爐鼓風(高爐鼓風機站、富氧鼓風)、高爐煤氣凈化及煤氣余壓利用(高爐煤氣凈化、高爐煤氣余壓利用)、電氣及自動化(電氣、儀表、自動化、電信)、給排水、采暖通風、節能及介質管線、建筑及結構(一般規定、廠房、框架結構)、檢化驗、安全與環保(安全衛生、環境保護)、消防。其中有不少內容是與高爐實現長壽有關,是充分體現出注重整體的高爐長壽優化設計,進行全方位的改進,實行綜合治理,高效冷卻設備與優質耐火爐襯的有效匹配,確保高爐各部位的同步長壽;使用質量穩定的優質原燃料,保證高爐生產穩定順行;在降低煉鐵燃料比的前提下取得高產;采用有效的監測和維護手段是實現高爐長壽的重要保證。
設計為基礎,這是高爐長壽的前提 :
(1)注意設計合適的死鐵層深度。減少鐵水的縱向環流和圓周方向環流,盡量避免在鐵口兩側下方300-500mm區域交匯,形成渦流;又要考慮鐵水靜壓力對碳磚的影響。
(2)冷卻系統優化設計。冷卻能力大小以及能否充分發揮作用,是決定爐缸壽命的關鍵因素。工作狀態良好的冷卻系統能夠使爐缸砌筑的耐火材料不產生過熱,延長工作壽命;一些專家認為,冷卻水量不足常常是爐缸燒穿的重要原因,因此,冷卻系統設計時,要留有爐役后期強化冷卻所需要的水量。
高爐爐型設計的合理性,是實現高產優質、低耗、長壽和環保的重要條件。合理的爐型的選擇原則是要求爐型能夠很好的適應于爐料的順利下降和煤氣流均勻穩定地上升運動。在高爐生產過程中爐型是在不斷變化。開爐時的爐型就是設計時的爐型。在高爐投產后,經過一段時間,爐墻的不同部位會受到不同程度的爐料沖刷,化學腐蝕,特別是軟熔帶區域的爐墻會受到高溫、熱應力、渣鐵的化學浸蝕。在一定生產條件下,變化后的爐型就會形成一個相對穩定,適應當時生產能力的工作爐型(或稱為操作爐型)。煉鐵工作者要通過各種措施,努力使工作爐型能夠維持長久,也就可以延長高爐長壽,實現高爐生產的高效化。
如果不合理爐型出現,會使高爐指標惡化,要及時進行修補,恢復合理爐型,是必要的措施,是經濟的。
目前,我國高爐設計傾向于設計“矮胖型”高爐,推薦采用薄壁高爐內型尺寸,多風口,深死鐵層,采用軟水密閉循環冷卻設備等特點。相關具體內容將在以下部分中進行分述。
5、提高精料水平會促進高爐長壽
高爐煉鐵是以精料為基礎,精料水平對高爐生產指標的影響率在70%左右,對高爐長壽的影響也是十分重要的。
入爐料含鐵品位高是精料技術的核心,高品位會帶來巨大的經濟效益,特別是噸鐵渣量低于300kg/t以下時,不但有利于提高噴煤比,提高爐料的透氣性(特別是軟熔帶),使煤氣流分布均勻、穩定,減少邊緣煤氣流對爐墻的沖刷,促進高爐長壽。目前,我國紅礦選礦技術已過關。對于吃百家礦用低品位原料的企業,應當添加選礦設備,將低品位礦進行再選,會使高爐的效益倍增。可以有效地減少渣量,降低煉鐵燃料比。當前進口鐵礦石價格降低,有利于采購高品位礦石。企業各級領導要轉變觀念,在努力提高提高高爐入爐鐵品位上達成共識,會給企業帶來節能減排,降成本的效果。
高爐長壽要求所用爐料中含有害雜質要少。有害雜質主要指K、Na、Pb、Zn、F、S、As、Cl-等。在《高爐煉鐵工程設計規范》中明確指出了對有害雜質量控制值(kg/t):K2O+Na2O≤3.0,Zn≤0.15,Pb≤0.15,As≤0.1,S≤4.0,Cl-≤0.6等。爐料帶入堿金屬以及氟化物對爐襯的破壞相當嚴重,它們形成的低熔點物質會直接導致磚襯表面結瘤,惡化高爐生產順行。在處理結瘤時又容易損壞爐墻。在爐身下部爐料中被還原出來的鉛、鋅等低沸點的金屬蒸汽會隨著煤氣流上升,到爐身中上部區域會沉積到磚縫之中,部分金屬又會得到氧化,生產的氧化物會體積膨脹,造成磚襯開裂、破損。近年來,我國煉鐵爐料中含有害雜質有明顯的上升趨勢,這造成一批高爐風口區磚上翹,爐身上部結瘤,嚴重影響了高爐正常生產和高爐的長壽。這方面,杭鋼和天鐵等企業高爐有著深刻的教訓。要嚴格控制入爐料有害雜質的含量,對于含有害雜質高的塵泥(燒結機頭除塵灰和高爐布袋除塵灰)應當進行預處理再進行綜合利用;或將這些灰添加石灰造球、干燥,再加入轉爐中(使用比例是爐料<5%,避免出現沸騰)切斷有害雜質回到高爐的循環鏈。鞍鋼已有成功的經驗。
注意:K對爐襯和爐料的破壞作用要比Na大十倍以上.所以要嚴格控制K的含量(包括焦炭,煤粉,礦石)。
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