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高炉长寿的意义以及对耐材的要求
2014年新修订的《高炉炼铁工程设计规范》中规定:高炉一代炉役的工作年限应达到15年以上。在高炉一代炉役期间,单位高炉容积的产铁量应达到或大于1~1.5万t。目前,我国绝大多数高炉没有达到上述目标,特别是一些中小高炉寿命普遍处于低水平阶段,个别中小高炉出现寿命在3年以下的现象。所以说,努力提高我国高炉寿命,是炼铁界的一个十分重要的任务,也是提高高炉生产效率和经济效益,实现炼铁系统节能减排的重要手段,应当引起钢铁企业各级领导的高度重视。
1、高炉长寿的重大意义
高炉长寿是钢铁企业走可持续发展的一项重大举措。钢铁联合企业生产各工序物流是一环扣一环。高炉大修停产,会使企业生产链断开,造成炼铁前后工序均要减产,给企业造成重大经济损失,产品产量下降,设备作业率下降,经济效益大幅度下滑;同时,还要为大修高炉支付巨额资金,一座大型高炉的一次大修费用约在1亿元左右。
高炉大修前后,均要增加企业资源和能源的消耗,污染物排放也要增加,对生产环境造成较大的负面影响。
高炉长寿的重大意义,不仅在炼铁工序本身,而且也会给整个钢铁联合企业带来巨大效应,包括生产成本降低,能源消耗减少,污染物排放减少,实现钢铁联合企业的高效化生产、连续化和紧凑化生产得以延续进行。延长高炉寿命不仅是可直接节约大修费用,而且还可以减少因大修而引起的停产损失和经济效益的提高。
2、高炉长寿的目标工作
依据现已掌握的高炉设计、材料和设备选择及制造、施工、高炉操作和维护等方面的先进炼铁科学技术发展现状,高炉寿命已经可以实现下列目标:
·高炉一代炉龄(不进行中修)在15年以上;
·高炉日常能处于高效化、自动化、连续化、长寿化,生产过程环境友好的稳定生产状态,一代高炉单位炉容产铁量可在1.2万t/m3以上;
·采取一切有效的技术措施(包括分段拆装,炉缸预砌等),最大限度地缩短高炉大修工期(一般大型高炉大修要在2个月以内),优化停炉和开炉操作技术,实现科学停炉和快速达产,降低因高炉大修对联合企业的不利影响。
据统计,目前我国大多数高炉寿命低的主要原因是炉缸碳砖破损、水温差升高,成为高炉长寿的薄弱环节。
3、高炉长寿的理念
高炉长寿是个系统工程:包括高炉设计,材料和设备的选择、施工质量的保证,高炉操作的科学和稳定,炉料含有害杂质的控制,炉体的维护和管理,应急事故的科学处理等。上述各因素之间有着内在相互关联因素,相互影响,也有互补的作用。
高炉长寿的核心技术是形成和维护好一代高炉的合理炉型,保护好永久性炉衬的完整。
4、认真贯彻《高炉炼铁工程设计规范》
2014年7月国家建设部和质量监督检验检疫总局联合新了公布《高炉炼铁工程设计规范》,GB50427-2014。该规范共有21章,主要内容有:总则、术语、基本规定、原料燃料和技术指标(原料燃料、高炉生产技术指标、送风条件)、总图运输、矿槽焦槽及上料系统、炉顶、炉体、风口平台及出铁场、热风炉、渣铁处理(炉渣处理、铸铁机及修罐设施)、煤粉制备及喷吹、高炉鼓风(高炉鼓风机站、富氧鼓风)、高炉煤气净化及煤气余压利用(高炉煤气净化、高炉煤气余压利用)、电气及自动化(电气、仪表、自动化、电信)、给排水、采暖通风、节能及介质管线、建筑及结构(一般规定、厂房、框架结构)、检化验、安全与环保(安全卫生、环境保护)、消防。其中有不少内容是与高炉实现长寿有关,是充分体现出注重整体的高炉长寿优化设计,进行全方位的改进,实行综合治理,高效冷却设备与优质耐火炉衬的有效匹配,确保高炉各部位的同步长寿;使用质量稳定的优质原燃料,保证高炉生产稳定顺行;在降低炼铁燃料比的前提下取得高产;采用有效的监测和维护手段是实现高炉长寿的重要保证。
设计为基础,这是高炉长寿的前提 :
(1)注意设计合适的死铁层深度。减少铁水的纵向环流和圆周方向环流,尽量避免在铁口两侧下方300-500mm区域交汇,形成涡流;又要考虑铁水静压力对碳砖的影响。
(2)冷却系统优化设计。冷却能力大小以及能否充分发挥作用,是决定炉缸寿命的关键因素。工作状态良好的冷却系统能够使炉缸砌筑的耐火材料不产生过热,延长工作寿命;一些专家认为,冷却水量不足常常是炉缸烧穿的重要原因,因此,冷却系统设计时,要留有炉役后期强化冷却所需要的水量。
高炉炉型设计的合理性,是实现高产优质、低耗、长寿和环保的重要条件。合理的炉型的选择原则是要求炉型能够很好的适应于炉料的顺利下降和煤气流均匀稳定地上升运动。在高炉生产过程中炉型是在不断变化。开炉时的炉型就是设计时的炉型。在高炉投产后,经过一段时间,炉墙的不同部位会受到不同程度的炉料冲刷,化学腐蚀,特别是软熔带区域的炉墙会受到高温、热应力、渣铁的化学浸蚀。在一定生产条件下,变化后的炉型就会形成一个相对稳定,适应当时生产能力的工作炉型(或称为操作炉型)。炼铁工作者要通过各种措施,努力使工作炉型能够维持长久,也就可以延长高炉长寿,实现高炉生产的高效化。
如果不合理炉型出现,会使高炉指标恶化,要及时进行修补,恢复合理炉型,是必要的措施,是经济的。
目前,我国高炉设计倾向于设计“矮胖型”高炉,推荐采用薄壁高炉内型尺寸,多风口,深死铁层,采用软水密闭循环冷却设备等特点。相关具体内容将在以下部分中进行分述。
5、提高精料水平会促进高炉长寿
高炉炼铁是以精料为基础,精料水平对高炉生产指标的影响率在70%左右,对高炉长寿的影响也是十分重要的。
入炉料含铁品位高是精料技术的核心,高品位会带来巨大的经济效益,特别是吨铁渣量低于300kg/t以下时,不但有利于提高喷煤比,提高炉料的透气性(特别是软熔带),使煤气流分布均匀、稳定,减少边缘煤气流对炉墙的冲刷,促进高炉长寿。目前,我国红矿选矿技术已过关。对于吃百家矿用低品位原料的企业,应当添加选矿设备,将低品位矿进行再选,会使高炉的效益倍增。可以有效地减少渣量,降低炼铁燃料比。当前进口铁矿石价格降低,有利于采购高品位矿石。企业各级领导要转变观念,在努力提高提高高炉入炉铁品位上达成共识,会给企业带来节能减排,降成本的效果。
高炉长寿要求所用炉料中含有害杂质要少。有害杂质主要指K、Na、Pb、Zn、F、S、As、Cl-等。在《高炉炼铁工程设计规范》中明确指出了对有害杂质量控制值(kg/t):K2O+Na2O≤3.0,Zn≤0.15,Pb≤0.15,As≤0.1,S≤4.0,Cl-≤0.6等。炉料带入碱金属以及氟化物对炉衬的破坏相当严重,它们形成的低熔点物质会直接导致砖衬表面结瘤,恶化高炉生产顺行。在处理结瘤时又容易损坏炉墙。在炉身下部炉料中被还原出来的铅、锌等低沸点的金属蒸汽会随着煤气流上升,到炉身中上部区域会沉积到砖缝之中,部分金属又会得到氧化,生产的氧化物会体积膨胀,造成砖衬开裂、破损。近年来,我国炼铁炉料中含有害杂质有明显的上升趋势,这造成一批高炉风口区砖上翘,炉身上部结瘤,严重影响了高炉正常生产和高炉的长寿。这方面,杭钢和天铁等企业高炉有着深刻的教训。要严格控制入炉料有害杂质的含量,对于含有害杂质高的尘泥(烧结机头除尘灰和高炉布袋除尘灰)应当进行预处理再进行综合利用;或将这些灰添加石灰造球、干燥,再加入转炉中(使用比例是炉料<5%,避免出现沸腾)切断有害杂质回到高炉的循环链。鞍钢已有成功的经验。
注意:K对炉衬和炉料的破坏作用要比Na大十倍以上.所以要严格控制K的含量(包括焦炭,煤粉,矿石)。
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