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宝钢并罐和铜冷却壁高炉的操作实践与探索
[ 作者:陈永明 王士彬 | 时间:2012-08-31 | 点击次数: ]

(宝钢股份公司本部炼铁厂,上海,200941)
摘要:一高炉大修后采用了一系列新技术新工艺,由于宝钢没有并罐无料钟和铜冷却壁技术的操作经验,一高炉从开炉半年后以来出现了几次炉墙结厚,影响高炉稳定顺行。本文主要介绍了一高炉(三代)并罐无料钟装料工艺和高炉铜冷却壁技术的操作实践与探索,从而实现高炉稳定顺行、高产低耗的目标。
关键词:高炉操作  并罐无料钟 铜冷却壁 炉墙结厚 
Operation practice of parallel hopper and belless top system and copper stave blast furnace in Baosteel
Zhu Renliang Chen Yongming  Wang Shibin
(Ironmaking Plant, Baoshan iron & steel Co.Ltd. Shanghai 200941, China)
Abstract: A series of new technologies were adopted on Baosteel No.1 blast furnace after overhauling. Because Baosteel had no experience on parallel hopper and belless top system and copper stave blast furnace, there were some fluctuations after No.1 blast furnace was blew in. This paper mainly introduces the technologies and operation practice of parallel hopper and belless top system and copper stave blast furnace in Baosteel, and the progress we achieved on smooth operation, high productivity and low fuel consumption.
Key words: blast furnace operation  parallel hopper and belless top system  copper stave  slag sticking
1. 概述
宝钢一号高炉始建于1979年,一代炉龄于1985年9月15日投产,是国内第一座超过4000m3的大型高炉,经过11年的高产后,于1996年4月停炉原地大修,并于1997年5月25日投产进入第二代炉龄。由于经历了两代炉龄,第二代炉龄服役十余年后,炉皮开裂现象较为严重,于是决定在2008年9月1日停炉大修,大修总共只用时78天,创造了国内快速大修高炉的新记录。一高炉大修后扩容至4966 m3。大修后的新一高炉应用了一系列新技术、新工艺,其中并罐无料钟装料工艺和炉腹至炉身中部采用铜冷却壁技术,是宝钢在一高炉首次采用。由于设计方面的原因,并罐无料钟布料的偏析较大,造成炉内煤气流分布的不均匀。再加上冷却强度与边缘气流不匹配,炉墙容易结厚,且圆周方向结厚不均匀,造成操作炉型改变,影响高炉稳定顺行。从开炉后半年以来,出现过几次炉墙结厚,影响炉况顺行。通过操业攻关,调查研究、分析总结,经过炉顶设备改造及炉顶布料模式的改进,取得了明显效果。目前基本掌握了一高炉并罐无料钟和铜冷却壁的特点,形成了行之有效的操作制度。各项指标达到了世界领先水平。实现了稳定、高产、高煤比、低燃料消耗的目标。
2.并罐无料钟布料的偏析问题
宝钢一号高炉二代炉龄采用的是钟式布料装置,布料精度和灵活性较差,大修后的一号高炉(三代)采用了并罐无料钟装料工艺,由于设计方面的原因,布料偏析主要有三种:a、由于主皮带与炉顶两个料罐中心连线夹角为13度,加上主皮带速度为2m/s,炉料在进入炉顶受料斗时靠近2#罐一侧,致使落料点进入切换溜槽时靠近2#罐一侧,在切换溜槽内靠2#罐侧有积料现象,致使进入2#罐的初速度偏小,导致炉料进入两个罐的落点不同,在两个罐内存在粒度偏析。b、在料罐内的炉料进入中心喉管时,由于设计上的原因,料流质量中心偏向于喉管的一侧,导致料流到达布料溜槽时,随着溜槽的旋转,在溜槽上的落点发生变化,从而导致布料轨迹发生变化[1],到达料面时呈椭圆形轨迹。(见图1、图2。)c、由于上述落点的变化,导致在布料溜槽内料流量疏密的变化,从而导致到达炉顶料面时圆周方向料流量的不同。图1为1#罐下料示意图,图2是溜槽顺时针转的情况下料流轨迹变化的示意图。

图1 落料点不同                           图2 料流轨迹变化  
为了验证以上偏析,于2009年12月25日定修时对炉顶料罐装料情况进行了调查。调查结果表明:矿石在Ⅰ罐内的料面顶端离检修平台距离(60cm)大于Ⅱ罐(40cm), 矿石在Ⅰ罐内的料面顶端离罐体(靠高炉中心侧)距离(150cm)远大于Ⅱ罐(80cm),也就是说,同样的翻板溜槽倾角,炉料进入Ⅰ罐落点比Ⅱ罐更远离中心。罐内料面测量结果如图3:

图3 两个罐内料面堆尖情况                    图4 炉料进入两个罐内的粒度分布模拟图
由于料罐的特殊设计,炉料进入1#罐的落点远离中心,在料罐底部斜面粒度分级现象比2#罐大,造成1#罐底部炉料粒度偏大,2#罐底部炉料粒度偏小(根据取样分析结果,无论是矿石还是焦炭, Ⅰ罐底部的粒度均比Ⅱ罐大)。见图4。同样的装入制度下,1#罐装矿石,中心气流相对偏弱,边缘气流相对偏强,2#罐装矿石,中心气流相对偏强,边缘气流相对偏弱。见图5。
 
图5 两种模式下中心气流变化情况
3. 问题的产生
由于并罐布料的偏析,导致炉内气流分布的变化,边缘气流不均匀。虽然也考虑通过换罐来解决圆周方向的不均匀,但两种模式(ⅠCⅡO、ⅠOⅡC)的气流反差较大,导致换罐后气流波动很大。因此,开炉以来长期采用ⅠCⅡO模式(即1#罐装焦炭,2#罐装矿石),导致1#罐侧(北场)60º、150º方向边缘气流偏强,2#罐侧(南场)240º、330º方向边缘气流偏弱。加上铜冷却壁冷却强度大,炉体粘结,导致操作炉型改变,南场炉墙结厚大于北场,气流偏向于北场,60º、150º方向边缘气流越来越强,240º、330º方向边缘气流越来越弱,直至9月20日炉墙脱落以后,边缘气流才趋向均匀。图6为2009年开炉以来3~10月份气流分布情况。

图6  2009年开炉以来3~10月份气流分布
由于并罐布料的偏析和铜冷却壁易使炉墙粘结,导致操作炉型改变,炉况顺行变差,影响高炉高产高煤比生产。
4.操作实践与探索
4.1 一高炉开炉以来操业回顾
一高炉自开炉以来至今,操业上大体可划分为以下阶段:
(1)2009年2月15日至2月21日:开炉达产及提煤比阶段;
(2)2月22日至7月底:炉况顺行稳定期;
(3)8月1日至9月2日:炉况有波动,顶压冒尖现象增多,气流调整,疏松中心气流,控制边缘气流;
(4)9月3日至9月20日:炉墙结厚洗炉;
(5)9月21日至10月27日:每5批料切换罐,对应不同模式(ⅠCⅡO、ⅠOⅡC)采用不同料线,同时溜槽转向每天切换一次;
(6)10月28日至2010年1月6日:每5批料切换罐取消,气流摸索;
(7)2010年1月7日至20日:增加主皮带头部挡板,尽量使落料点处于切换溜槽中心,使炉顶两个料罐内炉料粒度偏析趋同,取得一定效果。产量基本维持在11300t/d。
(8)1月21日~1月底,产量开始上提,富氧率提高,气流发生变化,布料角度差缩小,采取两头疏松的方式,效果不理想,炉况有波动。
(9)2月4日~3月22日,开始换罐为ⅠOⅡC。由于长时间使用一种模式,炉墙开始粘结,热负荷逐步走低,南北场偏差大。
(10)3月23日~3月底,产量进一步上提至12300 t/d左右的水平,炉墙结厚未解决,操作炉型不均匀,炉况波动大。
(11)4月2日~5月17日,开始短周期切换罐和溜槽转向(10~15ch切换一次),并控制边缘气流,炉墙结厚,经常出现悬料现象,被迫洗炉。
(12)5月19日~至今,革新性阶段,初步解决了困扰一高炉最大的问题—偏析和炉墙结厚问题,稳定了一些操业制度和作业制度,产量、煤比、燃料比达到一流水平。
4.2操业分析与对策
    为了解决圆周方向气流不均匀的情况,必须进行切换罐操作。但由于两个料罐内的粒度偏析不一致,造成两种模式气流反差较大,ⅠCⅡO边缘弱中心强,ⅠOⅡC边缘强中心弱,切换罐后气流波动大。因此,首先在主皮带头部增加了挡料板,目的是使料流尽量落在切换溜槽中心,使炉料进入两个料罐时粒度偏析趋于一致。其次,针对两种模式气流的不同,采取了不同的装入制度,ⅠCⅡO模式适当疏松边缘控制中心,ⅠOⅡC模式适当控制边缘疏松中心。使两种模式下的气流趋于一致。我们利用中心气流与边缘气流强弱指标的相对比值Z/W来判定两种模式的气流状况。图7说明了5月19日以后我们采取了该措施,两种模式下中心和边缘气流分布比例相当接近。

图7 5月19日采取一系列措施前后Z/W值比较
在解决了两种模式气流差异大的问题后,切换罐时气流不会发生大的波动。我们尝试过短周期(5批料、10批料)切换料罐,由于矿石和焦炭的料流阀开度不同,每次切罐时要调整料流阀开度,容易导致亏料线,造成料面波动。也尝试过长周期(一个月以上)切换罐,但易造成南北场结厚不均匀,切换罐以后气流波动大。经过不断摸索,最终确定30批料切换一次。根据计算,30批料刚好过软熔带位置,不会造成块状带料层的不稳定,同时在炉腰部位两种模式(ⅠCⅡO、ⅠOⅡC)更替,使炉腰和炉身下部不易不均匀粘结,热负荷比较活跃。同时,由于溜槽的转向不同,沿圆周切线方向加速度方向也不同,因此对溜槽的转向也采取定周期切换。
由于铜冷却壁的冷却强度大,冷却能力强,炉墙容易出现结厚现象。一旦炉墙结厚,会导致边缘气流分布不均匀,炉况顺行便遭到破坏。
通过数据分析,当高炉热负荷低于7000×104KJ/H以下(见图8),Ⅱ系统(冷却炉腹B1段至炉身S3段)热负荷低于2000×104KJ/H以下,S1~S2段(炉身下部)热负荷低于600×104KJ/H以下,炉墙出现严重结厚,炉况顺行变差,热负荷逐步下行,甚至被迫洗炉,造成大的脱落,损坏风口。

图8 历次热负荷波动及脱落情况
针对如何解决炉墙严重结厚问题,首先从气流调整上不能过分控制边缘,应采取在保证中心气流的情况下,适当疏松边缘气流。根据一高炉的操作经验,如果长时间控制边缘,一旦炉墙结厚,边缘气流不均匀,再想疏松边缘,便会出现顶压冒尖现象。为了消除顶压冒尖,被迫继续压边,热负荷继续走低,造成恶性循环。其次,从冷却制度上来讲,应保持合适的冷却强度和圆周方向的均匀性。由于铜冷却壁的高导热性,冷却强度大,炉墙容易粘结,圆周方向冷却不均匀,也会导致粘结程度的不同。2009年9月份以前,Ⅱ系统进水温度基本控制在33~34℃,进水流量5000~5100m3/h,由于冷却强度大,热负荷长期处于低位。9月20日炉墙脱落以后,进水温度基本控制在40~42℃左右,进水流量逐步下调,今年3、4月份最低至1800m3/h左右,冷却壁内水速只有0.8m/s。一方面进水温度低,冷却能力强,另一方面,冷却水速低不安全,一旦炉墙脱落,必然马上加大水量,热负荷很快又走低。因此,目前把水量调整到2600m3/h,水速1.2m/s,确保在安全水速1.0m/s以上,同时把进水温度调整到48~50℃,相应降低冷却强度,保证炉墙不过度粘结。同时保证在圆周方向冷却水量的均匀性。
4.3效果
从5月19日以来至今已两个多月,一高炉炉况稳定顺行,炉墙未出现结厚现象,边缘气流走势均匀(见图9),南北场水温差比较均匀。气流未作大的调整,高炉风压平稳,煤气利用率基本在52%左右,热负荷基本在8000~11000之间。目前风量7100m3/min,氧量35000m3/h,已达风机房送风能力极限,产量基本维持在12500~12800t/d左右,最高日产曾达13191吨,煤比180~190kg/t左右(小时喷煤量在96吨以上,已达到一高炉的制粉极限量)。各项指标均创新高(见表1)。实现了高炉稳定顺行、高产、低耗。

图9 边缘气流走势图
  表1:一高炉2010年1~7月份主要指标
 

5.结束语
并罐无料钟和铜冷却壁技术均是在宝钢首次使用,经过不断地调查研究、分析总结,提出改进方案,目前基本掌握了一高炉并罐无料钟和铜冷却壁的特点,形成了行之有效的操作制度。各项指标达到了世界领先水平。总结如下几点:
(1)并罐布料偏析是客观存在的,宝钢一高炉由于设计方面的原因,偏析较大,对炉况的影响较明显。通过设备的改进和操业调整,可以使偏析减小,确保炉况稳定顺行。
(2)减少圆周方向的布料偏析,必须通过换罐,换罐的前提是两种模式下的气流变化不大。宝钢通过增加主皮带头部挡板,减少两个罐内的粒度偏析,同时配合不同的布料制度,使两种模式下的气流趋于一致,实现顺利换罐,并找出合适的换罐周期。
(3)稳定冷却强度,使冷却强度与边缘气流最佳匹配,在控制软容带根部高度的前提下,适当疏松边缘气流,获得最佳的Z/W值。
参考文献:
[1]周传典主编,高炉炼铁生产技术手册,冶金工业出版社,2002,第1版,P237

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