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对大型高炉炉缸活跃性的探讨

对大型高炉炉缸活跃性的探讨

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  • 发布时间:2019-09-19
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【概要描述】太钢5号高炉(4350m3)炉缸直径14.20m,38个风口,炉缸容积855.14m3,约占高炉容积的20%。炉缸工作状态主要从以下几个点来评定:(1)各探尺下料均匀,探尺偏差在0.50m内;(2)各铁口出铁过程中,铁水测温偏差≯30℃,生铁硅含量偏差不大于0.20%,炉渣二元碱度偏差不大于0.04;(3)铁口不卡焦炭和不喷溅;(4)炉底温度和炉缸侧壁温度在一定范围内波动,不呆滞;(5)风口圆周工

对大型高炉炉缸活跃性的探讨

【概要描述】太钢5号高炉(4350m3)炉缸直径14.20m,38个风口,炉缸容积855.14m3,约占高炉容积的20%。炉缸工作状态主要从以下几个点来评定:(1)各探尺下料均匀,探尺偏差在0.50m内;(2)各铁口出铁过程中,铁水测温偏差≯30℃,生铁硅含量偏差不大于0.20%,炉渣二元碱度偏差不大于0.04;(3)铁口不卡焦炭和不喷溅;(4)炉底温度和炉缸侧壁温度在一定范围内波动,不呆滞;(5)风口圆周工

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太钢5号高炉(4350m3)炉缸直径14.20m,38个风口,炉缸容积855.14m3,约占高炉容积的20%。炉缸工作状态主要从以下几个点 来评定:(1)各探尺下料均匀,探尺偏差在0.50m内;(2)各铁口出铁过程中,铁水测温偏差≯30℃,生铁硅含量偏差不大于0.20%,炉渣二元碱度 偏差不大于0.04;(3)铁口不卡焦炭和不喷溅;(4)炉底温度和炉缸侧壁温度在一定范围内波动,不呆滞;(5)风口圆周工作均匀、明亮活跃,无生降和 挂渣现象;(6)铁口深度稳定且易于控制,各铁口见渣时间偏差在20min以内,各铁口排放均衡。炉缸工作状态不仅对高炉生产的长期稳定顺行,技术经济指 标的提高,生铁质量和炉前作业的改善等有着重要影响,而且事关高炉的生产安全和长寿。

通过分析5号高炉炉底温度和炉缸侧壁温度,结合炉内压量关系的适应性,高炉接受高煤比、高利用系数强化冶炼的能力,铁口工作状态和排放的均衡稳定性,渣铁热量和成分的均匀、稳定性,来对大型高炉炉缸活跃性进行判断。

 

1 影响炉缸活跃性的因素

1.1 焦炭质量

高炉料柱的重力通过死料堆传递给炉缸内积存的渣铁,在炉料重力和铁水浮力之间的平衡下,死料堆中的部分焦炭沉侵在铁水中。要研究炉缸工作状态的活跃性,不但要研究炉缸的环流和中心流,还要研究炉缸区死料堆的性质和工作状态,而其起决定作用的是焦炭质量。

大型高炉生产要实现炉缸工作状态的稳定,首先要尽可能实现焦炭质量,特别是焦炭热态性能指标的稳定。焦炭质量对死料柱透液性和炉缸工作状态起着 关键作用。焦炭的高温性能低,会严重影响其在高炉软熔带和滴落带中的骨架作用,降低高炉的整体透气性。5号高炉炉芯温度电偶的插入位置在第二层大碳 砖下的炉底正中心,称为炉芯。5号高炉炉底平铺三层大块碳砖,加2层陶瓷垫结构,炉缸侧壁采用UCAR热压小块碳砖,炉芯温度在一定程度上可作为炉缸活跃 性的一个反映。

5号高炉,焦炭M10对炉芯温度作用明显,即焦炭M10在一段时间处于较高值时,炉芯温度相对会在较低位运行一段时间,这在2010年9月至 2012年4月在5号高炉体现得尤为明显。5号高炉生产实践和数据统计分析,炉芯温度的反应变化比焦炭质量的变化要滞后15~20天的时间。焦炭M10的 变化会对炉芯温度产生显著影响。良好的焦炭质量是保证炉缸活性的关键。死料柱的透液性和炉缸活性主要取决于炉芯焦的粒度,主要是入炉焦炭的强度和粒度。维 持较好的焦炭M10和入炉粒级对稳定炉芯温度,活跃炉缸相当重要,以消除铁口卡焦和炉芯温度长期低下的情况。热态性能指标好的焦炭,在炉内能起到很好的料 柱骨架作用,保证炉缸良好的透气、透液性,有利于炉缸渣铁排放。

1.2 产量和煤比对炉缸活跃性的影响

5号高炉4个铁口,东、西出铁场布置,出铁场两铁口间夹角75.7895°,死铁层深3.0m,炉缸面积利用系数对炉缸工作状态有直接影响。5号高炉炉缸面积利用系数和炉缸侧壁温度统计。

2010年后5号高炉炉缸面积利用系数和炉缸侧壁标高8.68m~10.68m温度相关性较强,开炉生产3年后炉缸侧壁开始受到一定侵蚀,这与 5号高炉生产实际相吻合。5号高炉在炉缸面积利用系数不断变化过程中,炉缸侧壁温度也处于波动状态。在高利用系数生产时,控制正常的铁口深度,确保渣铁热 量稳定充沛,维持炉缸内渣铁液面的稳定和良好的透气、透液性等,对稳定炉缸侧壁温度有一定效果。5号高炉炉芯温度和煤比统计。

5号高炉长期180kg/t以上高煤比生产时,炉芯温度相对会处于较低值,例如,2008年11月至2009年11月和2010年11月至 2012年4月这两个时间段,炉芯温度相对长期处于较低值。特别是,2010年11月至2012年4月这个时间段,炉芯温度处于106~118℃这个开炉 以来历史最低阶段,期间,2011年10月至11月炉况失常,退全焦负荷一段,炉芯温度有小幅度上升了10℃,上升到117~126℃。但总体情况是,5 号高炉在煤比不断提高的过程中炉芯温度呈下降的趋势,见图3,此时应该密切关注炉芯温度和炉缸侧壁温度,炉内压量关系和铁口工作状态等,将上述现象综合起 来分析判断炉缸工作状态的活跃性。进入2012年10月,通过对5号高炉炉芯温度波动情况分析,5号高炉在由煤比200kg/t降低到煤比 170~180kg/t时,炉内料柱的未燃煤粉量减少,有助于提高其透气、透液性,从而对提高炉芯温度有一定的效果。5号高炉通过分析料柱透气、透液性并 与炉内压量关系,炉底炉缸各层温度以及各铁口工作状态来监视炉缸工作状态,查找炉缸状态发生变化的原因,调整炉缸工作状态。

1.3 炉芯温度与炉缸侧壁温度对炉缸活跃性的表现

高炉生产要求炉缸活跃,炉缸环流减弱,中心死料堆具有足够的透液性。希望炉缸侧壁的温度应保持足够低的水平,而炉底中心的温度需保持在适当的水平。5号高炉炉芯温度与炉缸铁口以下部位侧壁温度相关性很强。

5号高炉炉芯温度与炉缸侧壁标高9.535m、9.68m、10.515m和10.68m这4层温度关联性较强,特别是炉缸侧壁标高 9.535m、9.68m(铁口标高下1.0m)关联性更强,即当5号高炉炉芯温度长期处于较低值时,该处的炉缸侧壁温度将会在波动中上升,对炉缸长寿造 成一定的冲击,故应采取措施激活炉芯温度。炉缸侧壁砖衬的受侵蚀程度,出铁口中心以上区域相对较轻;出铁口中心以下区域较重,尤其是在出铁口中心以下 1~2m范围。控制合理的炉芯温度下适当的炉缸活性对高炉接受强化冶炼和铁口以下部位的炉缸长寿有重要的现实意义。炉缸侧壁温度和炉芯温度有一定的关联 度,炉芯温度高,反应炉芯的透液性好,炉缸渣铁环流弱,对炉缸侧壁的冲刷弱;炉芯的透液性差,炉芯温度逐渐降低,炉缸渣铁环流强,势必加剧对炉缸侧壁的冲 刷。对炉芯温度的管理,把炉芯温度维持在一定的范围内,有利于炉缸侧壁的维护。

鉴于炉芯温度和炉缸侧壁温度的关联性,特别是铁口标高下1.0m处的炉缸侧壁温度与炉芯温度相关性强,从炉缸长寿角度考虑,应加强炉缸工作状态 和炉缸侵蚀模型的研究。5号高炉应采取一定的措施来减缓铁口标高下1.0m处炉缸侧壁的侵蚀,即减少炉缸与炉底处的“象脚”侵蚀,使炉缸与炉底形成“锅底 状”侵蚀,从而延长其寿命。高炉炉缸温度出现一个“温度峰”值,即表明炉缸工作状态的波动程度,将使砖衬暴露在激烈的侵蚀环境中,导致侵蚀发生。炉底温度 下降是炉芯温度降低和炉缸活跃性下降的信号,是炉底凝铁层增厚的表现。抬高炉芯温度、减薄凝铁层需要大量热量。通过作高燃料比、保持长时间较高炉温才能达 到此目的。

 

2 探讨活跃炉缸的措施

炉缸工作状态不良,使铁水环流加剧,是侧壁温度升高的主要原因。炉前作业质量变差在一定程度上能够导致炉缸侧壁温度升高,同时也是炉缸工作状态 不良的表现,控制侧壁温度升高的操作措施,其出发点都在于激活炉缸中心。据5号高炉生产实践和文献,大型高炉活跃炉缸的措施有以下几个点。

(1)加深死铁层,尽量使铁水经过死铁层,从死焦堆下面流过。这在设计炉型时就要对现有正在生产的各大型高炉的炉缸工作状态和长寿情况进行大量 统计分析,以论证出合理的死铁层深度。加深死铁层深度,是抑制炉缸“象脚状”异常侵蚀的有效措施。死铁层加深以后,可在一定程度上避免死料柱直接沉降在炉 底上,容易形成自由焦炭层,加大了死料柱与炉底之间的铁流通道,增强了铁水在整个炉缸中的流动,可在一定程度上减轻铁水环流,容易维持炉缸的活跃状态,有 利于炉缸炉底寿命的延长。在死铁层深度浅的高炉上,由于自由焦炭层的反复生成或消除,在炉底侧壁温度与炉底底面温度之间经一定时间滞后,具有较强的相关关系。

(2)适当加高炉缸高度,高炉在大喷煤操作条件下,炉缸风口回旋区结构将发生改变。适当加高炉缸高度后,不仅有利于煤粉在风口前的燃烧,而且还 可以增加炉缸容积,以满足高效强化生产条件下的渣铁储存,减少在强化冶炼条件下出现炉缸“憋风”的可能性。同时,在焦炭质量,焦炭负荷,料柱的透气性和高 炉强化冶炼程度一定的情况下,该项措施能减少死料柱侵入铁水的深度。5号高炉在高煤比、高利用系数生产时,非常重视炉芯温度和炉缸侧壁各层温度的变化情 况,将它同炉内压量关系的适应性统一起来考虑高炉在强化冶炼时的接受程度,以调整焦炭负荷。提高焦炭强度和改善其粒度组成,增加死焦柱缓动区的孔隙度,使 铁水容易通过。追求稳定而良好的焦炭质量,不仅有利于大型高炉的顺行和强化,也有利于减轻其炉缸侵蚀。

(3)对炉前作业进行细化管理。保持出铁速度的均衡、稳定,使铁水穿过死焦堆的速度能满足出铁速度的需要。5号高炉通过控制开口钻头的大小、开 口时间、铁口出尽情况和打泥量,以控制合理的铁口深度,减轻出铁时在铁口附近形成的铁水涡流,力求始终保持炉缸内渣铁液面的稳定,有利于稳定炉缸工作状态 和减缓炉缸侵蚀。大型高炉通过控制渣铁流速,使炉渣和铁水保持24h长流,可保持炉缸内渣铁液面维持相对稳定的状态,有利于减少铁水环流对炉缸侧壁的侵 蚀。在高炉产量和操作条件基本不变的情况下,炉前作业和铁口维护困难往往是炉缸不活、铁水环流增强的直观表现。炉缸侧壁温度上升主要取决于炉底温度高低、 铁水环流强度和炉缸活跃与否[9]。经过对2010年来5号高炉炉前出铁次数,铁口深度稳定性和工作状态等情况与炉芯温度进行探索分析,发现一段时期的出 铁次数与炉芯温度有着一定的关联性。

(4)炉缸内粘稠层的消除和碳砖的脆化是高炉炉底炉缸侵蚀的主要原因。保持炉缸区长期稳定充沛的热量,实现炉热水平的长期稳定,是维持炉缸活性 的基本措施。炉缸热分布的关键是中心热量充足,希望风口前燃烧焦点的温度不过分高,但沿炉缸直径方向温度梯度减小,炉缸整体活跃、热量充足。达到这种理想 的状态,会使高炉“物惯性”和“热惯性”增加。即当高炉的热供给或原料成分有所波动时,在一段时间内对铁水温度、[Si]、[S]的影响较小。5号高炉的 经验是,将理论燃烧温度控制在2180~2250℃,风速在265~275m/s,鼓风动能在160~170kJ/s,生铁含硅量在 0.30%~0.50%,炉渣二元碱度在1.16~1.20,炉渣三元碱度在1.00~1.04,出铁后期铁水测温不低于1510℃。通过控制合理的渣铁 成分和热量,确保其良好的流动性。死料柱中心不活会导致铁水靠近侧壁流动,从而引起炉缸耐材的严重磨损,尤其在铁水流速过快时。增加铁口深度,可以减少铁 口下方的炉底角部侵蚀。

(5)5号高炉长期高煤比的生产实践表明,大型高炉在长期高煤比生产时,要更加注重炉缸工作状态的活跃性。大型高炉在长期高煤比生产时易导致边 缘气流发展,如果炉缸活性不足,必然会加剧炉缸侧壁的侵蚀,引起侧壁温度升高。长期高煤比生产时活跃炉缸的主要途径是改善焦炭质量,增加鼓风的穿透能力和 选择合适的风速和鼓风动能,追求炉缸的活跃,同时,进行与其相适应的高炉上部调剂,以控制合理的煤气流分布,追求高炉操作的“上稳下活。

(6)怎样实现炉芯温度的可控化,是大型高炉活跃炉缸的重要方面。在死料柱不活跃时,尽管铁水温度和含硅量保持在正常水平,但铁水碳含量下降, 硫含量增加。由于炉芯温度和炉缸死料柱温度有一定的相关性,可通过改善料柱温度和工作状态,来活跃炉缸。1)、维持炉况顺行,减少偏尺、崩料、悬料、管 道、渣皮脱落等现象和减少冷却器漏水;2)、维持足够且合理的理论燃烧温度,保持稳定而充沛的中心煤气流温度和适当的边缘煤气流。根据侧壁温度升高达到的 温度水平,逐步加大入炉焦比,尽可能不用小块焦。大幅度减少喷煤量和提高焦比可以加快炉缸焦炭的置换,减少喷煤对炉芯焦透液性和铁水环流的影响。

铁水渗透侵蚀、铁水环流冲刷、炉衬温度分布不同造成的应力环裂以及800℃左右温度区域的碳砖脆化、炉缸下部象脚型侵蚀等是高炉炉底、炉缸的主 要破坏机制。当今随着中国高炉生产建设越来越趋向大型化,尤其有必要针对大型高炉的炉缸进行设计优化,在生产过程中确保其稳定活跃,减少其被过度侵蚀,以 实现大型高炉的稳定长寿。

 

3 结论

(1)煤比对炉芯温度影响显著,在高煤比生产情况下,炉芯温度在通常情况下将会下行,并在较低位状态下运行。故高煤比生产时,保持稳定充沛的炉缸热量,良好的渣铁流动性,减小死料柱冷凝物,实现热制度和渣型的合理稳定等,有利于炉缸工作状态的稳定和活跃。

(2)焦炭M10和热态强度CSR对炉芯温度作用明显,从提高炉芯温度,活跃炉缸的角度出发,应加强焦炭强度的监控,特别是这二个指标低下,长期高煤比生产,并伴随着炉芯温度有下行趋势时,就一定要加强炉缸活性的管理。

(3)影响炉缸工作状态的因素很多,而且炉芯温度与炉缸侧壁温度有较强的相关性,实现炉芯温度的合理控制,研究、设计合理的炉缸结构和提高炉缸活性等,对大型高炉接受强化冶炼和铁口以下部位的炉缸长寿意义重大。

 

 

 

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