武钢2号高炉第三代大修停炉操作实践
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发布时间:2006/2/9 21:09:31 点击数:7682
原作者:关友德 出处:(炼铁厂)
【论文摘要】武钢2号高炉第三代大修停炉整个过程安全顺利,停炉大部分参数较稳定。本文详细地介绍了停炉前的准备工作、空料线及放残铁操作等,为今后大修停炉操作提供了可参考的经验。
1 概 况
武钢2号高炉(1536m3)第三代从1982年6月15日投产到1997年3月31日停炉,历时14年零9.5个月。其间经过1985年和1991年的两次中修,更换渣口以上内衬及部分冷却壁。此外,待焦封炉和小修更换大小钟、安装冷却器等设备13次。扣除休风封炉及检修时间,实际作业5131天,共产铁量13,087,504.9t,平均单位炉容产铁达到8521t/m3·代,比第一、二代分别高6746、3209t/m3·代,是目前武钢高炉历代炉役中仅次于1号高炉第二代(仍在役)。其他主要技术经济指标亦较好(见表1)。
表1 2号高炉历代主要技术经济指标比较
指 标 |
总产铁量 Mt |
合格率 % |
单位炉容产铁 量,t/m3·d |
利用系数 t/m3·d |
冶炼强度 t/m3·d |
入炉焦比 kg/t |
炉顶压力 MPa |
风温 ℃ |
煤气CO2 % |
休风率 % |
第一代 |
254.91 |
93.203 |
1775 |
0.879 |
0.667 |
745.3 |
0.041 |
867 |
13.77 |
4.5 |
第二代 |
762.78 |
95.880 |
5312 |
0.934 |
0.641 |
591.8 |
0.085 |
966 |
13.02 |
15.3 |
第三代 |
1308.75 |
99.996 |
8521 |
1.604 |
0.834 |
499.1 |
0.124 |
1033 |
16.77 |
4.41 |
2号高炉第三代生产期间,炉底炉缸运行相对稳定,仅在1987年因长期高强度操作,炉缸二段36号、8号和9号冷却壁水温差相继升高,于该年3月中旬开始,连续4个月使用钒钛矿护炉(每吨铁含TiO2量5~6kg),之后至大修停炉前几乎没有使用钒钛矿。因此,与前两代不同,这次主要是根据公司生产经营计划而停炉大修。 为了确保停炉安全、顺利和放净残铁,停炉前做了大量的准备工作。包括对炉底侵蚀程度的预测和计算,停炉空料线需要时间的计算,拟定切实可行的停炉规程和放残铁计划等。在各有关单位的密切配合下,实现了安全、顺利停炉。2号高炉第三代内型剖面如图1所示。
2 停炉前的准备工作
为了使整个停炉过程安全顺利,达到按计划准时空完料线和出净残铁,在停炉前作了以下准备工作。 2.1 停炉前的炉况调整 停炉前维持高炉顺行是安全停炉的基础。为此,高炉操作采取以顺行为主,活跃炉缸,适当发展边沿,维持充沛的炉温和适宜的炉渣碱度等措施。 (1)3月29日13:00变用料结构为烧结矿+海南块矿,调整炉渣碱度,同时每批料加锰矿400kg,以改善渣铁流动性,保证了炉况顺行,炉缸活跃。 (2)停炉前,装料制度为P2K2↓+4K2P2↓,料线1.5m,以适当发展边沿,确保了停炉前炉况顺行稳定。 |
图1 2号高炉第三代内型剖面
图2 停炉过程中炉顶温度的变化(1997年3月30日~31日)
图3 停炉过程中风量、风温的变化 (1997年3月30~31日)
(3)减轻焦炭负荷30%。3月30日0:00焦炭负荷由3.043减轻到2.557,6:00再减轻到2.153,确保了炉温充沛,停炉前生铁含Si量达2.129%~2.79%。 2.2 停炉前小休风 小休风前加净焦19t,休风时空料线5.85m3,于3月31日13:20~16:30进行小休风,计3h10min。休风期间作了以下准备工作: (1)安装炉顶打水装置。炉喉取样孔处装4根长5.0m,直径40mm的打水管,在水管前端3.0m范围内,交错开孔两排,孔距35mm,孔径6mm,水管前端封死。并接通高压水源,装调节开关和压力计。 (2)从上升管处接通煤气取样管,并引到风口平台。 (3)处理煤气系统。 (4)换15号弯头和堵1号风口(原来长期堵的4号、10号、16号和21号风口不变)。 (5)与此同时,有关单位根据停炉方案作好各自的准备工作。
3 空料线操作
2号高炉这次停炉操作采用空料线、炉喉打水法。停炉中虽多次发生小震和崩料,但没有发生煤气爆炸和其它设备、人身事故。空料线比较顺利,基本上达到了既迅速又安全的预期目标。空料线主要参数变化见表2。 3.1 炉顶打水和炉顶温度的控制 3月30日16:30送风,即开始空料线,煤气全部放散入大气中。空料线后不久,炉顶温度上升到450℃,开始炉顶打水。打水有专人看管,使用炉喉4根取样孔的水管(上升管的4根打水管未用),与炉顶4点温度相对应,要求打水连续、均匀、稳定,并适当地提高炉顶温度在450~550℃之间。然而,空料线4h后,因炉喉打水总阀门控制不了,打水量较大,使炉顶温度偏低,尤其是北边(3、4点)炉顶温度降到400℃左右,如图2所示。
表2 2号高炉第三代大修停炉操作记录 |
日 期 |
风 量 m3/min |
风 压 MPa |
风 温 ℃ |
压 差 MPa |
炉顶温度,℃ |
煤气成份,% |
发热值 kJ/m3 |
打水 压力 MPa |
备 注 |
1.2 点 |
3.4 点 |
平 均 |
CO |
CO2 |
H2 |
O2 |
N2 |
3.30 |
17:00 |
2300 |
0.120 |
950 |
0.075 |
533 |
407 |
477 |
31.6 |
5.2 |
0.5 |
1.6 |
61.1 |
4.04 |
1.00 |
16:30送风,即开始空料线, 17:45~19:45、22:25~23:15,每隔10~20min发生一次小震或崩料(计12次),减风调剂 |
|
18:00 |
2150 |
0.100 |
880 |
0.055 |
515 |
438 |
476 |
|
|
|
|
|
|
0.95 |
|
19:00 |
2050 |
0.080 |
920 |
0.044 |
520 |
505 |
512 |
30.4 |
5.2 |
0.8 |
0.8 |
62.8 |
3.92 |
0.95 |
|
20:00 |
2000 |
0.075 |
904 |
0.038 |
497 |
461 |
479 |
32.8 |
3.2 |
1.9 |
0.8 |
62.4 |
4.23 |
0.90 |
|
21:00 |
2000 |
0.070 |
892 |
0.032 |
441 |
445 |
443 |
28.8 |
4.4 |
1.1 |
0.8 |
64.9 |
3.75 |
0.90 |
|
22:00 |
2000 |
0.068 |
885 |
0.030 |
448 |
407 |
427 |
29.6 |
4.8 |
1.3 |
0.8 |
64.0 |
3.82 |
0.90 |
|
23:00 |
1900 |
0.065 |
890 |
0.030 |
456 |
402 |
429 |
31.6 |
3.2 |
1.1 |
0.5 |
61.9 |
4.04 |
0.80 |
|
24:00 |
1800 |
0.055 |
890 |
0.024 |
453 |
393 |
423 |
32.8 |
2.4 |
0.8 |
0.8 |
63.2 |
4.23 |
0.80 |
3.31 |
1:00 |
1800 |
0.055 |
886 |
0.022 |
429 |
394 |
412 |
32.0 |
2.0 |
0.8 |
0.8 |
64.4 |
4.12 |
0.80 |
0:40~2:05发生3次崩料 1:00~3:45割Ⅰ段27号冷却壁处的炉皮外壳 4:05~5:20割Ⅰ段27号冷却壁 7:00从铁口出完最后一次铁 7:25开始烧残铁口,7:55烧开(烧进深度约1.8m) 8:15~8:55停风(鼓风机故障) 9:10加风到2000m3/min 16:00出完残铁,16:05休风 |
|
2:00 |
1750 |
0.050 |
850 |
0.020 |
441 |
394 |
418 |
30.0 |
4.4 |
0.8 |
0.8 |
64.4 |
3.87 |
0.80 |
|
3:00 |
1700 |
0.050 |
830 |
0.019 |
462 |
405 |
433 |
28.8 |
5.2 |
0.8 |
0.8 |
65.2 |
3.62 |
0.80 |
|
4:00 |
1700 |
0.050 |
865 |
0.014 |
512 |
466 |
489 |
21.6 |
9.6 |
0.8 |
0.8 |
67.2 |
2.81 |
0.80 |
|
5:00 |
1600 |
0.040 |
780 |
0.012 |
505 |
441 |
473 |
6.4 |
15.6 |
0.3 |
2.4 |
75.3 |
0.84 |
0.95 |
|
6:00 |
1600 |
0.040 |
740 |
0.014 |
475 |
489 |
482 |
4.0 |
12.0 |
|
4.4 |
79.6 |
0.50 |
0.95 |
|
7:00 |
1650 |
0.035 |
826 |
0.017 |
462 |
480 |
471 |
4.0 |
10.8 |
|
6.0 |
79.2 |
0.50 |
0.95 |
|
8:00 |
|
9:00 |
1800 |
0.055 |
860 |
0.020 |
485 |
469 |
477 |
|
10:00 |
2000 |
0.060 |
730 |
0.020 |
509 |
526 |
517 |
|
11:00 |
2150 |
0.055 |
730 |
0.020 |
532 |
544 |
538 |
|
12:00 |
2150 |
0.065 |
740 |
0.020 |
535 |
545 |
540 |
|
13:00 |
2150 |
0.065 |
740 |
0.020 |
539 |
547 |
543 |
|
14:00 |
2200 |
0.060 |
740 |
0.020 |
513 |
518 |
515 |
|
15:00 |
2200 |
0.060 |
700 |
0.030 |
495 |
493 |
494 |
|
16:00 |
2200 |
0.055 |
700 |
0.027 |
536 |
537 |
537 |
图4 武钢2号高炉第三代炉底炉缸剖面
其间煤气中H2含量上升,多次发生小震或崩料。但H2最高含量未超过2%,因而未发生大的爆震或煤气爆炸事故。空料线12h后,直到停炉结束,炉顶打水正常,炉顶温度基本上控制在450~550℃范围内,小震、崩料现象亦消除。 3.2 风量和风温的控制 停炉过程中风量和风温变化见图3。 停炉初期,风量2300m3/min,风压0.12MPa。30日17:45第一次发生小震,减风到2150m3/min,风压退到0.1MPa。尔后,每隔10~20min,发生一次小震(计6次),减风到2000m3/min,风压退到0.07MPa,稳吹4h。22:25~23:15和次日0:40~2:05,又相继发生8次小震或崩料,逐渐减风到1750m3/min,风压退到0.055MPa,之后炉况比较稳定。3月31日3:00开始,煤气中CO2值逐渐上升,风口普遍变暗,判断料面已降到炉腹;5:00CO2达到最高值(15.6%),东北边(16~23号)风口吹黑,料面基本上接近风口平面,减风到1600m3/min,风压退到0.04MPa。7:55残铁口烧开后,逐渐加风(8:15~8:55因鼓风机故障,给3号高炉拨风造成2号高炉停风),至残铁出毕,风量基本上控制在2150~2200m3/min。 这次2号高炉停炉前炉温充沛,焦炭负荷轻,所以停炉过程中,风温使用水平适中。在料面降至炉腹之前,因打水量较大,炉顶温度偏低,风温维持在900℃左右(平均895℃)之后打水正常。随着整个料柱的缩短,风温已起不到加热炉缸的作用,相反导致炉顶温度升高。因此,逐渐减风温,当料面降至炉缸时,风温减到740℃,至停炉后期风温减到700℃(出残铁前期曾一度提高风温到860℃)。
4 放残铁操作
2号高炉第三代炉底炉缸结构于1981年大修时进行了大的改进。炉底改为碳砖水冷结构,总厚度由原来的5199mm减薄为2400mm。炉底最下面碳捣层中埋设16根水冷管,水冷管以上平砌两层厚度400mm的碳砖,其上面立砌一层1200mm的碳砖,最上面一层为400mm的高铝砖,炉底周边环砌大块碳砖。炉缸高度由原 来3200mm增加到3500mm,直径由8400mm增加到8900mm,风口数目由16个增加到24个。此外,为减轻铁水环流对炉缸壁的冲刷,防止异常侵蚀,死铁层由原来700mm增加到1270mm。第三代炉底炉缸剖面见图4。 4.1 残铁口位置的确定 准确地选择残铁口位置是保证放净残铁的关键。根据2号高炉停炉前炉基温度和炉底、炉缸热负荷的分布状况,以及考虑便于铁罐配置和出残铁场地的布置,残铁口选在正北方向Ⅰ段27号冷却壁处。 确定残铁口标高的依据:其一,参照生产条件和炉底结构基本上相似的武钢3号高炉第二代大修停炉实践,炉底侵蚀深度按1.3m考虑;其二,国内有关资料,大型高炉炉底侵蚀的经验数据,一般侵蚀深度为铁口中心线以下2.0~2.5m,考虑2号高炉第三代强化操作程度较大,对炉底侵蚀程度相应增大,取上限2.5m,即炉底侵蚀深度为1.23m;其三,根据一维导热理论计算的结果,炉底侵蚀深度为1.294m;其四,利用停炉前半月高炉待料休风的机会,测量炉底外壳表面温度,寻找出炉壳温度明显差异的分界线,推测炉底侵蚀深度为1.3m左右。综合上述推算,确定残铁口的标高为6420mm,即炉底侵蚀深度为1.3m。 4.2 残铁量计算 按炉底侵蚀深度1.3m考虑,利用冶金部炉底炉缸调查组推荐的公式计算残铁量:
式中 W——残铁量,t k——容铁系数,取0.55 d——炉缸直径8.9m h——残铁部分高度,即侵蚀深度加死铁层厚度减铁口角度对应深度为1.3+1.27-0.55=2.02m γ——铁水比重7.0t/m3 将已知数据代入上式:
4.3 放残铁操作 3月31日0:50,煤气中CO2含量降到最低值(2%),CO2曲线上出现拐点,判断料面降至炉身下部接近炉腰部位,闭I段27号冷却壁的冷却水,1:00~3:45割除该处炉皮外壳。随着料面的下降,煤气中CO2含量逐渐增加,4:00CO2含量增加到9.6%,料面已降至炉腹,开始割冷却壁。5:00煤气中CO2含量达到最高值(15.6%),东北方向6个风口及其他方向的部分风口相继吹空,料面基本上降到风口平面。5:30割下冷却壁,作残铁口泥套及垫残铁沟。7:00铁口出完最后一次铁。 7:25开始烧残铁口(标高6420mm),7:55即顺利烧开,烧进约1.8m。放残铁至16:00结束,历时8h05min(其间因鼓风机事故,停风40min),排出残铁380.8t,比预计的残铁量少103t。出现这一误差,可能与计算时耽心残铁出不净,为保险起见,k值取了上限有一定关系。另外,实际烧残铁口时,呈一定角度向上翘着烧,使实际残铁口标高上移了一定的距离。 16:05休风,至此停炉操作结束。放残铁情况见表3。
表3 2号高炉第三代大修停炉放残铁情况 |
序 号 |
重 量 t |
需要 时间 min |
残铁 温度 ℃ |
残 铁 化 学 成 分,% |
Si |
Mn |
S |
P |
Cu |
1 |
73.2 |
75 |
|
0.720 |
0.338 |
0.042 |
0.081 |
0.044 |
2 |
64.4 |
50 |
1201 |
0.72 |
0.338 |
0.040 |
0.077 |
0.037 |
3 |
47.5 |
72 |
1198 |
0.820 |
0.382 |
0.038 |
0.084 |
0.059 |
4 |
61.1 |
68 |
|
1.170 |
0.567 |
0.029 |
0.085 |
0.052 |
5 |
62.8 |
65 |
1187 |
6 |
45.2 |
55 |
7 |
26.6 |
100 |
1253 |
合计 |
380.8 |
485 |
5 结 语
总的来说,2号高炉这次大修停炉的各项指标都比较好。在空料线过程中,各操作参数控制得比较合理,没有坏风口,也没有发生煤气爆炸和其他人身设备事故,达到了安全顺利停炉的预期目标。表4为武钢高炉历次大修停炉操作部分指标的比较。
表4 武钢高炉历次大修停炉操作指标比较 |
炉 别 |
停炉时间 |
炉容
(m3) |
小休风 时间 (h) |
空料线 时间 (h) |
放残铁 时间 (h) |
装净 焦量 (t) |
净焦占 炉缸体积 (%) |
停炉 风量 (m3/min) |
停炉 风温 (℃) |
停炉 顶压 (mmH2O) |
停炉 顶温 (℃) |
2号 |
1965.05.30 |
1436 |
9.13 |
35.85 |
15.02 |
83.9 |
94.8 |
992 |
707 |
110 |
351 |
3号 |
1976.11.22 |
1513 |
9.62 |
31.63 |
7.38 |
97.0 |
104.3 |
1634 |
922 |
157 |
416 |
1号 |
1978.10.16 |
1386 |
10.52 |
32.82 |
5.53 |
84.0 |
99.4 |
2100 |
668 |
314 |
495 |
2号 |
1981.08.08 |
1436 |
8.25 |
37.38 |
6.63 |
98.0 |
110.7 |
1408 |
770 |
170 |
435 |
4号 |
1984.07.11 |
2516 |
7.93 |
28.95 |
4.83 |
143.2 |
84.5 |
2633 |
816 |
282 |
445 |
3号 |
1991.12.24 |
1513 |
8.50 |
29.25 |
7.92 |
33.0 |
35.5 |
2136 |
872 |
284 |
497 |
4号 |
1996.05.02 |
2516 |
5.08 |
30.25 |
12.25 |
24.0 |
12.6 |
2226 |
746 |
|
542 |
2号 |
1997.03.31 |
1536 |
3.17 |
23.58 |
8.08 |
19.0 |
17.5 |
1950 |
823 |
|
478 |
(1)实践证明,这次停炉方案正确,在整个停炉过程中,炉况基本上顺行稳定。但空料线前中期,因打水阀门控制不了,使炉顶温度偏低,小震、崩料频繁发生,以致过早减风操作,延长了空料线时间,值得吸取教训。 (2)停炉不安装特殊探尺,而根据煤气成分变化来判断料面位置是可行的,既缩短了小休风时间,又节省了人工劳动。 (3)停炉前保证炉况顺行,炉温充沛,是保证安全顺利停炉的重要因素。停炉不集中加净焦,而在小休风前装入少量或不装净焦,可以缩短停炉时间,并为施工清除炉缸创造条件。 (4)残铁口的方位及标高选择比较准确,烧残铁口顺利(仅花30min)。不足之处,放残铁过程中,鼓风机故障造成高炉停风,影响停炉时间。另外,实际残铁量与预计算有误差,对此,有待于大修拆炉时进一步进行破损调查。
关友德,男,高级工程师 |
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