高炉高风温及长寿技术调研项目建议书(编辑修改稿)

高炉高风温及长寿技术调研项目建议书(编辑修改稿)内容摘要：

川崎公司千叶 6 高炉（ 4500m3）和水岛 4 高炉都取得了 20 年以上的实绩。 我国的高炉长寿水平与 主流的高炉长寿目标差距还很大，一般一代炉役（无中修）寿命低于 10 年，仅少数高炉可实现 10~15 年的长寿目标。 国际上炼铁高炉寿命也尚未达到上述目标。 国内及国外部分大高炉寿命指标分别见表 1和表 2。 11 表 1 国内部分 20xxm3以上高炉寿命指标 厂名及炉号 炉容 /m3 炉役 服役 /年 一代产铁总量 /万吨 单位炉容产铁/t m3 一代利用系数 /t m3 d1 武钢 5 号 3200 ~ 11097 宝钢 1 号 4063 ~ 7949 宝钢 2 号 4063 ~ 4718 11612 宝钢 3 号 4350 至今 统计至 20xx 年底 鞍钢 10 号 2580 至今 统计至 20xx 年底 首钢 1 号 2536 至今 统计至 20xx 年底 首钢 3 号 2536 至今 统计至 20xx 年底 表 2 国外部分大型高炉寿命指标 厂名及炉号 炉容 /m3 炉役 服役 /年 一代产铁总量 /万吨 单位炉容产铁/t m3 一代利用系数 /t m3 d1 大分 2 号 5245 ~ 11826 千叶 6 号 4500 ~ 6023 13385 仓敷 2 号 2857 ~ 4457 15600 光阳 1 号 3800 ~ 15 4300 11316 光阳 2 号 3800 ~ 5151 13555 霍戈文 6 号 2678 1986~20xx 16 3400 12696 霍戈文 7 号 4450 1991~20xx 4910 11034 汉博恩 9 号 2132 1988~20xx 18 3200 15000 迪林根 5 号 2631 ~ 2040 7754 从表 1 和表 2 可知，在世界范围内，高炉长寿的目标尚未完全实现，高炉的稳定、顺行及安全生产仍旧是冶金工作者努力的重要方向。 高炉能否长寿主要取决于以下因素的综合效果： 1) 高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐火材料； 12 2) 良好的施工水平； 3) 稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件； 4) 有效的炉体维护技术。 这四者缺一不可，但 1)是高炉能否实现长寿的基础和根本，是高炉长寿的“先天因素”。 如果这种 “先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护技术等措施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。 因此，提高高炉的设计和建设水平，是实现高炉长寿的根本所在。 现代高炉采用先进的设计及优质耐火材料后，高炉的寿命得到了大幅度的提升。 但是，在实际生产中，由于原燃料性能和质量的变化、设备出现故障、操作人员失误等，使得高炉事故及炉况失常时有发生，高炉事故与炉况失常是实现高炉长寿的重大障碍之一。 主要的高炉失常类型有： 1) 炉缸冻结； 2) 炉缸堆积； 3) 炉缸炉底烧穿； 4) 炉墙结厚与结瘤； 5) 炉前事故； 6) 恶性管道与顽固悬料； 7) 高炉煤气事故； 8) 高炉爆炸事故。 大量事实表明，影响现代高炉一代炉役寿命的薄弱环节主要集中在两个区域： 1) 炉腹、炉腰至炉身中下部； 2) 炉缸、炉底区域（铁口、渣口又是炉缸的薄弱之处）。 现代炼铁生产采用精料、高压、高风温和喷吹燃料等强化冶炼措施，生铁产量得到提高，炼铁焦比得到降低，与此同时，高炉设备和炉身、炉缸炉底的工作负荷进一步加重。 由于高炉设计和砌筑的不足及缺乏有效的监控措施，高炉的炉衬和冷却设备损坏加快，尤其是炉缸破损情况加剧，炉缸烧穿事故时有发生，高炉大中修频繁，这严重影响到高炉的长 寿和经济效益的提高。 表 3 和表 4 分别列举了 20xx 年以后国内外部分炉缸炉底烧穿事故。 13 表 3 20xx 年以来国内部分高炉炉缸、炉底烧穿事故 厂名 /炉号 炉容 /m3 开炉时间 烧穿时间 烧穿部位 处理方法 BY3 号 350 1995 炉底烧穿， 5 根风冷管流铁 扒炉大修 X 钢 7 号 600 低渣口下， 1250mmx550mm 孔 休风 7 天 X 钢 6 号 600 炉缸冷却壁烧穿 抢修1596min M 钢 4 号 300 20xx1105 铁口下 ， 750x550mm 孔 休风 24 天 T 钢 2 号 314 渣口大套下沿 休风1470min SGB8 炉缸冷却壁烧穿 休风1596min L 钢 1 号 380 炉缸冷却壁烧穿 休风 4 天 N 钢 380 炉缸热电偶孔流铁 80t A 钢 3 号 3200 铁 口下 ， 550mmx20xxmm孔，渣铁炉料超过 20xxt 挖补，休风 12 天 T 钢 1 号 20xx 炉缸热电偶孔，渗铁超过 70t FN 1280 20xx 20xx 开炉 4 个月渗铁 20t XF 450 铁口下 S 钢 7 号 520 20xx 炉缸 大修 J 钢 7 号 500 炉底烧穿 大修 XB 450 铁口左 500mm D 冶 2 号 400 铁口区烧穿 重新浇铸 Y 春 1 号 1250 12 号冷却壁温度高，渗铁 70t 挖补 C 钢 1260 12 号冷却壁界面 永久停炉 S 钢 1 号 2500 12 号冷却壁界面，500mmx700mm 孔，大火 挖补，停炉 11 天 FN 450 20xx 炉缸烧穿 SH 钢 1080 20xx 炉缸烧穿 T 钢 580 20xx DL7 号 600 20xx 20xx1 炉缸渗渣超过 100t 大修 14 表 4 近年国外部分高炉炉缸、炉底烧穿事故 厂名 炉 号 炉缸直径 /m 烧穿时间 MittalVanderbijlpark C ArcerliaGijon, spain A CarsidMarcinelle, Belgium E HKMGermany A Azovztal, Ukraine 3 TKS Schwelgen 1 Corus Port Talbot 4 Sadauha Corex Arcelor MittalSicatsa 1 US Steel Gary 14 Salzgitter B Dillingen 5 由表 3 和表 4 可以看出，仅 20xx 年以来，国内外就已经发生多起炉缸、炉底烧穿事故，高炉炉缸 炉底烧穿事故已经成为影响高炉寿命的最重要的因素，一代炉役的寿命也取决于高炉炉缸炉底炉衬的破损程度。 由于高炉是一个高温反应容器，炉缸、炉底烧穿事故一旦发生，将造成重大的生命、财产损失，因此在未来的一段时间内，炉缸炉底长寿的研究仍将是高炉长寿研究的最重要的组成部分。 现代设计的高炉注重提高整体优化设计；强调高效冷却设备和优质耐材炉衬的有效匹配，无冷却盲区，并针对高炉不同部位的不同特点，选用不同材质的冷却系统和耐材，其目的是确保高炉各部位同步长寿。 国内外高炉长寿技术发展特点及趋势如下： 1） 采用全炉体冷却 从炉底至炉喉全部采用冷却器。 例如日本君津 3 号高炉炉缸采用了 6 段灰铸铁光面冷却壁，炉腹、炉腰、炉身中下部采用了 9 段高韧性铁素体球墨铸铁冷却壁，炉身上部 S5 冷却壁至水冷炉喉钢砖之间采用了 3 段球墨铸铁冷却壁。 2） 采用无料钟炉顶设备 15 采用无料钟炉顶设备，通过控制煤气流分布来控制炉身热负荷，使高炉煤气流分布稳定合理，从而实现高炉长寿。 3） 采用铜冷却壁 炉腹、炉腰至炉身下部区域是整个高炉工况条件最恶劣的区域之一，炉料磨损冲刷、炉渣化学侵蚀、软融带根部反复上下移动产生的热震等破坏机制同时存在。 在炉腹、炉腰至炉 身下部高热负荷区域安装铜冷却壁是实现长寿的最佳选择，在高利用系数的操作条件下可确保此区域的寿命达 15~20 年，而且无需使用价格昂贵的耐材，高炉炉体的维护工作大大减少。 国外高炉在此区域大多选择了铜冷却壁系统，我国部分新建的高炉（特别是大型高炉）也在此区域安装了铜冷却壁。 4） 炉身中部冷却系统与耐材结构 软熔带以上的炉身中部，炉料温度 大 ，随着喷煤量提高，边缘气流发展，该区域的热负荷急剧升高，但此区域没有形成渣皮的条件，是炉衬磨损最严重的区域，是现代高炉长寿的难点之一。 目前主要采用的冷却系统与耐材结构如下： a) 新日铁第 四代冷却壁结构。 砖壁合一，取消凸台，可以保证光滑的炉型 b) 板壁结合结构。 水岛 4 号高炉将可更换的铜冷却板与外置灰铸铁冷却壁的铜冷却壁结合使用取得了 20 年的实绩。 c) 一些中、小型高炉炉身中部采用不易开裂、耐磨的耐热铸钢，试验取得了良好效果。 5） 炉缸长寿保护层技术 炉底及炉缸砖衬的侵蚀情况将决定高炉一代炉役的寿命，但其残余厚度又无法直接观测和修复。 目前获得炉缸长寿保护层主要有两种方法： a) 强化冷却理论 近些年炉缸侧壁耐材使用具有高导热系数的热压小块碳砖或超微孔碳砖，其低孔隙度能阻止铁水和渣的渗透，具有高抗碱性能，可吸收部 分热应力，配以高效的水冷系统，能将炉缸的热流迅速传递给冷却系统带出炉外，从而在炉缸侧壁炉衬耐材的热面形成一层稳定的凝结保护层，抵抗炉缸侧壁的“象脚型”侵蚀。 b) 陶瓷杯结构 在炉缸碳砖热面外砌筑优质耐材保护层，一般采用在炉缸碳砖热面附加一层抗铁水侵蚀能力强、低导热的的优质莫来石或刚玉等耐火材料陶瓷杯，它既可在几年内保护碳砖免遭渣铁的直接侵蚀，又降低了碳砖的工作温度，将 16 800℃等温线控制在陶瓷杯以内，避免碳砖过早发生脆化侵蚀，起到了延长炉底、炉缸寿命的作用。 6） 高炉冷却设备的水质控制 冷却水水质及稳定性对冷却设备的 传热效果及高炉长寿起着重要的作用。 铸铁冷却壁要求水质的含氧量低，一般采用软水或纯水密闭循环冷却技术。 铸铁冷却壁在使用过程中要求冷却水管内不能形成任何形式的结垢，否则其热阻会明显升高，引起冷却壁破损。 铜冷却壁使用工业水冷却时，其水速必须大于2m/s，水的硬度须小于 8，避免产生硬质垢，并需定期进行杀菌灭藻。 采用软水或纯水冷却时则要求水速大于。 7） 发展炉缸炉底侵蚀在线监测技术 通常在炉缸、炉底两个区域的每一层冷却器或耐火材料热面下碳砖中都预埋了若干支在线监测热电偶，监测碳砖温度，将测定的温度信息用数学模 型解析，转换成炉墙耐火材料残余厚度画面在炉底及炉缸侧壁柱面上，每隔 2m 之内就应设置监测电偶，并对关注度高的出铁口等重点部位密集配置监测电偶，确保炉缸侵蚀状况在线监测模型能准确预报，才能在高炉生产的中后期有效避免炉底及炉缸烧穿漏铁水或爆炸等恶性事故发生。 高炉长寿技术的基本手段 目前国内部分高炉一代炉龄达到 15 年以上，国外部分高炉一代炉龄甚至已经达到 20~25 年，而同时，炉龄短、事故多发的高炉也大量存在。 因此，对现有长寿高炉的成功经验进行分析总结，并对出现事故的高炉进行调查和反思，形成经验知识，进而 丰富高炉长寿理论，是目前冶金工作者们比较实际，同时也是比较迫切需要完成的工作。 长寿高炉进行调研 目前在国内寿命较长的高炉主要集中在宝钢、首钢、武钢及鞍钢，这些企业高炉寿命大部分在 10 年以上，宝钢 2 号、宝钢 5 号及首钢 3 号等高炉寿命达到 15 年以上；国外长寿高炉主要集中在日本、韩国、德国及荷兰，千叶 6 号、仓敷 2 号等高炉寿命达到 20 年以上。 对这些成功的案例进行调研，总结其经验并推广，将对高炉长寿技术产生巨大的促进作用。 主要的调研内容包含以下几个方面： 1） 该企业自身对长寿技术的总结及应用 17 目前的长寿高炉体 现出集中分布的趋势，即某些企业的高炉普遍寿命水平较高。 这说明这些企业对高炉长寿技术有一定的积累，在延长炉龄方面有着大量的经验，将这些经验总结并推广，会极大地促进高炉长寿技术的发展。 2） 对长寿高炉的参数进行分析总结 不同的企业高炉的生产参数不同，通过对炉容，炉型，高炉基本结构等参数的调研分析，可以提升对高炉生产参数选择的认识。 3） 对长寿高炉的失常及事故处理方法进行分析总结 采取正确的手段处理高炉失常及事故，将失常及事故对高炉的破坏降低到最小，是延长高炉寿命的重要手段之一。 通过对成功案例的分析和总结，可以有效的预防 甚至避免高炉失常及事故的发生。 4） 对长寿高炉的监测手段进行分析总结 高炉状态监测将是高炉长寿技术发展的重要方向之一，对长寿高炉的采用的检测手段进行统计，分析其在炉衬厚度、渣皮厚度等重要方面的监测手段并推广，在生产中保证及时了解炉衬侵蚀状况，使残余炉衬在安全可控范围内确保安全生产，是延长高炉寿命的重要手段。 事故多发高炉进行调查反。