宝钢3高炉微型冷却器安装工艺研究

宝钢3高炉微型冷却器安装工艺研究

1高炉板壁结合型冷却器自建成以来，宝钢3号路桥遇到的最大问题是，自吸油机类型发生了变化。在生产方面,渣皮频繁脱落,影响气流分布的稳定,容易出现崩滑料和管道,引起炉况波动。另外,造成炉缸热量波动,燃料比升高,影响高炉经济技术指标提高。在长寿方面,炉墙渣皮频繁脱落,冷却壁热应力分布不均匀,热负荷突变,严重威胁冷却壁的寿命。3高炉投产后冷却壁水管破损较多,到1998年10月底,3号高炉冷却壁共坏管子147根,其中本体系3根,角部管3根,凸台管141根。3高炉曾经采取了一系列措施:调剂边缘气流、调整炉渣成分、增大冷却壁冷却强度等,仍不能有效解决炉墙脱落的难题。借鉴高炉板壁结合新技术,3高炉开发了一套在冷却壁上钻孔安装微型冷却器的新技术,并于1997年11月开始实施,至1998年10月,在炉腹和炉腰部位的冷却壁B2～B3段本体安装完毕,并开始在冷却壁S1段安装,共安装微型冷却器240根,其中B2和B3段各111根,S1段18根。3高炉通过安装微型冷却器,获得良好效果,炉墙渣皮脱落明显减少,冷却壁的冷却能力增强,冷却壁的热负荷降低而且波动减少,冷却壁水管破损明显减少,煤气流分布更加稳定,高炉稳定顺行。2小体积、小材料、国家炉墙冷却(1)3高炉采用的是镶砖冷却壁,镶砖的材质为碳化硅结合氮化硅,与炉渣的亲和力很低,挂上的渣皮极易脱落,这是3高炉炉墙渣皮频繁脱落的主要原因。(2)3高炉投产已经4年,炉墙的砖衬大部分已脱落,冷却壁暴露在炉内,冷却壁凸台由于先天设计不足,冷却能力不够,烧损较多,冷却壁相当于一光面,不易使渣皮稳定在冷却壁上。(3)借鉴板壁结合高炉设计思路,开发一新技术,在冷却壁上钻孔安装微型冷却器。安装的微型冷却器作为破损凸台的补充,增大冷却强度,同时将微型冷却器凸在炉内,相当于一锚固件,作为渣皮生成的根基,可在炉墙上稳定形成一层厚度适当的渣皮,作为炉墙的保护衬,消除3高炉冷却壁先天不足的弊病,既有利于高炉长寿,又有利于炉况稳定顺行。3安装微型冷却器3高炉在未损坏的冷却壁上钻孔安装微型冷却器在国内外均尚属首例,无成熟经验可借鉴,其安装工艺相当复杂,难度大,在微型冷却器安装及使用过程中不断摸索和完善,逐渐形成一套完整安装微型冷却器新技术,图1为安装微型冷却器示意图。根据冷却壁及其水管的分布情况,确定微型冷却器的安装位置,在每一块冷却壁的本体上安装2根微型冷却器,凸台上安装1根微型冷却器,同时对炉皮和冷却壁的强度和应力进行计算和验证。在充分考虑其密封性、易拆装以及强度等因素,将微型冷却器设计为圆柱形,根据冷却强度和工艺要求,设计冷却柱直径和长度,内部装有分隔板,在控制一定水量的前提下,可保证足够水流速,确保微型冷却器不被烧损。4安装微型冷却器后，热负荷变化和分析4.1高炉热负荷热负荷是3高炉操业的一个重要监控参数,热负荷高低及变化直接表示高炉边缘气流强弱和稳定性,当热负荷波动时,边缘气流不稳定,炉墙渣皮脱落较多,直接影响炉况稳定和炉缸温度;而当热负荷稳定时,一般煤气流分布合理,炉况稳定顺行,炉温波动小。安装微型冷却器前,3高炉虽然在造渣制度、冷却系统及操业制度等方面均采取措施,力求解决炉墙渣皮大面积脱落问题,但均未取得良好效果,渣皮仍不稳定,频繁脱落,热负荷波动较大,炉况也不稳定。安装微型冷却器后,特别是冷却壁B2～B3段本体安装微型冷却器后,热负荷得到良好控制,一般在85～90GJ/h,波动明显减少,图2为3高炉热负荷推移图。因为3高炉安装的微型冷却器插入炉内200mm左右,相当于在冷却壁上固定了若干锚固件,使炉渣粘在炉墙上有了生长根基,而且对渣皮有一定的支撑作用,使渣皮较稳定地固定在炉墙上,渣皮脱落减少,热负荷稳定。4.2冷却壁传热安装微型冷却器后,在操业制度无较大变化的同等条件下,热负荷明显降低,如图3。冷却壁B2～B3段本体安装微型冷却器后,每一串微型冷却器的冷却水流量105L/min左右,水温差4～5℃左右,B2～B3段微型冷却器的热负荷约为7GJ/h。在同等冶炼条件下,微型冷却器安装前,冷却壁热负荷一般在120GJ/h左右,安装后一般在90GJ/h左右,可见因粘结炉渣保护层,冷却壁热负荷共降低30GJ/h左右。炉墙形成稳定的渣皮,降低了热负荷,下面作一定量的计算。冷却壁传热方程可用下式表示:qF=t−t02b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα+x/λxqF=t-t02b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα+x/λx式中:q——冷却壁热负荷,W;F——冷却壁面积,m2;t——炉墙内表面平均温度,℃;t0——冷却水温度,℃;d——冷却壁水管直径,m;a——冷却壁铸体(不包括镶砖)厚度之半,m;b——镶砖厚度,m;x——渣皮厚度,m;L——冷却壁水管中心线间距,m;α——冷却水传热系数,W/(m2·℃);λb、λs、λx——分别为镶砖、铸铁、渣皮热导率,W/(m·℃)。当q为最大值时,x=0;所以:qmaxq=1+x/λx2b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdαqmaxq=1+x/λx2b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα以本体系为例计算:3高炉冷却壁本体热负荷qmax=98.23GJ/h,则渣皮厚度与热负荷关系,qmax/q=1+x/15.64,如图4所示。安装微型冷却器后,通过计算得,在冷却壁本体上粘结渣皮厚度约为15mm左右,既不影响高炉顺行,又对冷却壁起积极保护作用。5安装微冷却器的效果5.1冷却壁凸台管冷却壁水管破损一直是困扰3高炉长寿的一大难题,由于3高炉冷却壁凸台先天不足,虽然已经采取了多项措施:增加冷却水流量、增设排气罐、清洗管道等,但仍然不能减缓冷却壁凸台水管破损的趋势,通过安装微型冷却器,在炉内充当冷却壁凸台的作用,既增加了冷却能力,又使冷却壁热负荷降低,并且在冷却壁上形成一层厚度适宜的炉渣保护层,降低了对冷却壁的热冲击,因此,冷却壁水管破损明显减少,表1为1998年3高炉冷却壁水管破损情况。微型冷却器的安装,对保护冷却壁起了积极作用,为3高炉的长寿创造了条件。5.2崩滑产生因为3高炉炉墙粘结物频繁脱落,当局部大面积脱落时,该区域热负荷急剧升高,煤气流分布过强,易出现管道,连续崩滑料,导致炉况波动。圆周方向均匀安装微型冷却器,使高炉圆周方向渣皮均匀稳定,煤气流分布也就均匀稳定,从而3高炉一直保持稳定顺行,崩滑料次数明显减少(见表2),高炉煤气利用率稳定在51%以上,透气性指数稳定在2.3～2.5之间。5.3降低强化剂对铁水[si的影响因为安装微型冷却器,炉墙渣皮稳定,脱落少,炉缸稳定而活跃,炉温波动减少,为低硅冶炼创造了条件。铁水[Si]由去年年平均0.42%降低至今年平均0.36%以下。另外高炉热损失减少,炉况稳定,在喷煤比提高过程中,燃料比稳中有降,因此,3高炉工序能耗不断降低,1998年10月份达到历史最低