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高炉冷却壁改造应用分析

浏览次数: 日期:2018年11月8日 13:50

 

要:济钢1750m3高炉投产以来,由于炉壳角度的设计问题,导致第四段、第五段、第八段冷却壁损坏,尤其是第四段冷却壁的损坏,主要集中体现在冷却壁上部,内部冷却水管直接暴露在炉内,漏水严重,给高炉操作带来巨大难度,也带来了巨大的安全隐患。 

 

北京信兆科技有限公司

  1 概况 
  1.1 济钢1750m3高炉于2005年4月份投产,高炉本体采用全软水联合闭路循环冷却系统(设计工业水冷却备用系统)。全系统总循环水量3600m3/h。第一级冷却回路中的冷却壁直冷管水量3040m3/h,直冷管内水速1.69m/s。 
  1.2 1750高炉采用薄壁炉衬结构,共14段冷却壁,从炉底到炉喉钢砖下沿共14段冷却壁。按照炉内纵向各区域不同的工作条件和热负荷大小,采用不同结构形式和不同材质的冷却壁。1~14段冷却壁采用从下到上直冷方式,分为四个90度扇形供水区域。设计系统水温度差3~4℃,一代寿命≥15年。高炉内衬炉缸以上为薄壁炉衬,不再砌砖。 
  1.3 高炉休风降料面后发现第四段冷却壁损坏严重,第五段冷却壁底部、第八段冷却壁本体也有不同程度的损坏。 
  第四段为光面QT400-20冷却壁,厚度405mm;损坏的部位主要体现在母体上部600 mm范围内被冲刷掉,冲刷深度约240mm,最深处约310mm,大量水管裸露在外,冷却过程中,软水不断流入炉内,给高炉顺行造成巨大困难,安全上也存在很大隐患。 
  第五段冷却壁为镶Si3N4砖铜冷却壁,壁体厚度125mm,每块冷却壁有4条冷却水通道,每条通道断面35mm×80mm,镶砖厚度150mm; 
  第八段冷却壁为QT400-20冷却壁,双层水管,背部为蛇形管,壁体厚度345mm,镶砖厚度150 mm,镶砖材质为Si3N4SiC砖。 


  2 损坏原因分析 
  2.1 第四段冷却壁损坏原因 
  造成四段冷却壁大量破损的主要原因是设计结构存在不足。从高炉内型图中可看出,四段冷却壁所在的风口区炉壳向炉内倾斜13°18,炉腹角也较大。冷却壁上端厚度达411mm,炉内的砖衬300mm,完全暴露在炉内最突出部位,该部位距风口中心线1280mm。恰恰在风口焦炭循环区范围,所以四段冷却壁突出部分极易被夹杂着焦炭、焦粉的热煤气流冲刷掉,随着冶炼强度的提高,越来越严重。 
  2.2 第五段冷却壁损坏原因 
  五段冷却壁为铜冷却壁,由于第四段冷却壁前倾,且上部未和第五段冷却壁有效结合,导致第四段冷却壁上部损坏后,五段冷却壁下部水道直接暴露在高炉炉内,造成了铜冷却壁下部漏水严重。 
  2.3 第八段冷却壁损坏原因 
  第八段冷却壁在高炉炉身下部软熔区,浸磷粘土砖被侵蚀掉后,冷却壁失去了保护,QT400-20的冷却壁本体在软熔物料的冲刷下,侵蚀严重,内部水管暴露,导致漏水,且冷却壁本体有纵向裂纹。出现这种问题的原因,一是为保证长期顺行,操作上边沿气流较强,二是冷却强度不够。 


  3改造方案 
  3.1 第四段冷却壁改造方案 
  针对1750高炉第四段冷却壁采用了球墨铸铁冷却壁和小块铜板冷却壁相结合的复合冷却壁代替, 具体的改造方案如下: 
  (1)、把球墨铸铁冷却壁上端减薄与下端一样厚,在风口上方减薄的空间内加了一块581×1379×115mm铜冷却板,用螺栓固定在球墨铸铁冷却壁上端,以提高该部位的冷却能力,易形成渣皮保护层。 
  (2)、冷却板采用单进单出两根水管,母体内部为蛇形水管道。并利用风口区现有水源,与风口中套串联起来,并通过阀门、带快速接头的金属软管,便于冷却板和风口中套拆开和组合,不影响正常生产时检修和更换,减少了重新增设水管的工作。球墨铸铁冷却壁仍用原来八根进出水管道与第三段冷却壁出水和第五段冷却壁进水管连接。 
  (3)为便于检测复合铜冷却板上端温度,其上设计了电偶检测装置,圆周均布了6个测温点,可在主控室在线观测,通过温度变化可判断该部位的冷却效果和渣皮的状况。 
  3.2第五段冷却壁改造方案 
  (1)、原五段冷却壁的下部突出炉内的部分,约100mm,此次改造中将冷却壁外移100mm,与四段冷却壁铜板的外侧面相平齐,防止气流冲刷铜冷却壁下部水通道的丝堵部位,然后四段五段冷却壁之间填充铁屑填料,防止气流在冷却壁与炉壳之间窜动,避免炉壳受热变红。 
  (2)、第五段冷却壁母体材质为紫铜,为降低设备投资成本,通过和生产制作厂家协商,将损坏的铜冷却壁回收代替新冷却壁的原料投资,只需投资铜冷却壁制作费用,节省了大量资金。 
  3.3第八段冷却壁改造方案 
  按照冶金YB4073-91,要求附铸试块机械性能σb≥370Mpa,δ≥14%,中心部位δ≥10%。 
  针对母体开裂的问题,一是对QT400-20材质的热处理方案进行了优化,二是从生铁、焦炭原料等原料的使用上精益求精;三是对球化剂、孕育剂的使用量,浇注时间、温度的控制等,进行了多次试验,保证了冷却壁的抗热震性能、抗冲刷性能;四是通过调整微量元素锑和特种孕育剂中加入铋量的最佳比例,增加石墨球数量和其圆整度,提高铸铁冷却壁的延伸率。 
  3.4施工组织方案 
  因为此次改造过程,工期只有21天,施工难度大,不仅要更换第四段、第五段冷却壁,而且临时性的增加了更换第八段冷却壁的任务。在施工过程中,还不能影响风口区砌砖工作,及炉底微孔碳砖、石墨碳砖及环缝的检查工作,所以此次施工采用了吊盘,将施工分为上、下两个工作面,同时开展。 
  (1)、高炉车间组织人员扒炉,完成部分扒炉工作后,施工人员同时进入炉内开展清理第四段、五段冷却壁残渣的任务,为拆除第一块冷却壁做好充分准备。 
  (2)、先拆除了第五段冷却壁,这样为更快的拆除较重的四段冷却壁提供了有利的条件,边拆除边进行四段冷却壁的安装,在四段冷却壁的平面上,开展两个工作面,一个用于拆除,一个用于安装四段冷却壁。 
  (3)四段冷却壁安装完毕后,开始搭设吊盘,四段冷却壁此时已经安装完毕,开始用铁屑填料勾缝,五段冷却壁同时在吊盘上方进行安装。 
  (4)五段冷却壁安装完毕后,吊盘升起,拆除八段冷却壁,并同时在八段冷却壁平面上开展两个工作面,边拆除,边安装,同时进行填充铁屑填料。此时下部也开展了工作面,开始砌筑风口区耐材,这样节省时间90小时。 


  4结语 
  高炉使用板壁结合的复合冷却壁,虽然减薄了原冷却壁厚度,但由于铜板导热性好、延伸率高,抗热震性能好,所以易形成稳固渣皮,且在渣皮脱落后冷却壁的瞬间承载能力远远大于铸铁冷却壁,从而保护冷却壁。自2008年3月21日1750m3高炉项修完毕开炉至一代炉役结束,风口区第四段冷却壁再也没有发现支管漏水现象,为高炉安全、强化、高效、长寿生产打下了基础。

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该资讯的关键词为:冷却壁  炉壳