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武钢2号高炉第三代大修停炉操作实践

[ 来源:'d' | 类别:技术 | 时间:2006-2-9 21:09:31 ] [字体: ]

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。

9801t06.GIF (16532 bytes)

图1 2号高炉第三代内型剖面

9801t07.GIF (7783 bytes)

图2 停炉过程中炉顶温度的变化(1997年3月30日~31日)

9801t08.GIF (10775 bytes)

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

m3/min


MPa




MPa
炉顶温度,℃ 煤气成份,% 发热值
kJ/m3
打水
压力
MPa
备  注
1.2
3.4

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

9801t09.GIF (27964 bytes)

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:

9801g06.GIF (1345 bytes)

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:

9801g07.GIF (6076 bytes)

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




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


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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