寶鋼3高爐微型冷卻器安裝工藝研究

寶鋼3高爐微型冷卻器安裝工藝研究

1高爐板壁結(jié)合型冷卻器自建成以來，寶鋼3號(hào)路橋遇到的最大問題是，自吸油機(jī)類型發(fā)生了變化。在生產(chǎn)方面,渣皮頻繁脫落,影響氣流分布的穩(wěn)定,容易出現(xiàn)崩滑料和管道,引起爐況波動(dòng)。另外,造成爐缸熱量波動(dòng),燃料比升高,影響高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)提高。在長(zhǎng)壽方面,爐墻渣皮頻繁脫落,冷卻壁熱應(yīng)力分布不均勻,熱負(fù)荷突變,嚴(yán)重威脅冷卻壁的壽命。3高爐投產(chǎn)后冷卻壁水管破損較多,到1998年10月底,3號(hào)高爐冷卻壁共壞管子147根,其中本體系3根,角部管3根,凸臺(tái)管141根。3高爐曾經(jīng)采取了一系列措施:調(diào)劑邊緣氣流、調(diào)整爐渣成分、增大冷卻壁冷卻強(qiáng)度等,仍不能有效解決爐墻脫落的難題。借鑒高爐板壁結(jié)合新技術(shù),3高爐開發(fā)了一套在冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器的新技術(shù),并于1997年11月開始實(shí)施,至1998年10月,在爐腹和爐腰部位的冷卻壁B2～B3段本體安裝完畢,并開始在冷卻壁S1段安裝,共安裝微型冷卻器240根,其中B2和B3段各111根,S1段18根。3高爐通過安裝微型冷卻器,獲得良好效果,爐墻渣皮脫落明顯減少,冷卻壁的冷卻能力增強(qiáng),冷卻壁的熱負(fù)荷降低而且波動(dòng)減少,冷卻壁水管破損明顯減少,煤氣流分布更加穩(wěn)定,高爐穩(wěn)定順行。2小體積、小材料、國(guó)家爐墻冷卻(1)3高爐采用的是鑲磚冷卻壁,鑲磚的材質(zhì)為碳化硅結(jié)合氮化硅,與爐渣的親和力很低,掛上的渣皮極易脫落,這是3高爐爐墻渣皮頻繁脫落的主要原因。(2)3高爐投產(chǎn)已經(jīng)4年,爐墻的磚襯大部分已脫落,冷卻壁暴露在爐內(nèi),冷卻壁凸臺(tái)由于先天設(shè)計(jì)不足,冷卻能力不夠,燒損較多,冷卻壁相當(dāng)于一光面,不易使渣皮穩(wěn)定在冷卻壁上。(3)借鑒板壁結(jié)合高爐設(shè)計(jì)思路,開發(fā)一新技術(shù),在冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器。安裝的微型冷卻器作為破損凸臺(tái)的補(bǔ)充,增大冷卻強(qiáng)度,同時(shí)將微型冷卻器凸在爐內(nèi),相當(dāng)于一錨固件,作為渣皮生成的根基,可在爐墻上穩(wěn)定形成一層厚度適當(dāng)?shù)脑?作為爐墻的保護(hù)襯,消除3高爐冷卻壁先天不足的弊病,既有利于高爐長(zhǎng)壽,又有利于爐況穩(wěn)定順行。3安裝微型冷卻器3高爐在未損壞的冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器在國(guó)內(nèi)外均尚屬首例,無成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒,其安裝工藝相當(dāng)復(fù)雜,難度大,在微型冷卻器安裝及使用過程中不斷摸索和完善,逐漸形成一套完整安裝微型冷卻器新技術(shù),圖1為安裝微型冷卻器示意圖。根據(jù)冷卻壁及其水管的分布情況,確定微型冷卻器的安裝位置,在每一塊冷卻壁的本體上安裝2根微型冷卻器,凸臺(tái)上安裝1根微型冷卻器,同時(shí)對(duì)爐皮和冷卻壁的強(qiáng)度和應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。在充分考慮其密封性、易拆裝以及強(qiáng)度等因素,將微型冷卻器設(shè)計(jì)為圓柱形,根據(jù)冷卻強(qiáng)度和工藝要求,設(shè)計(jì)冷卻柱直徑和長(zhǎng)度,內(nèi)部裝有分隔板,在控制一定水量的前提下,可保證足夠水流速,確保微型冷卻器不被燒損。4安裝微型冷卻器后，熱負(fù)荷變化和分析4.1高爐熱負(fù)荷熱負(fù)荷是3高爐操業(yè)的一個(gè)重要監(jiān)控參數(shù),熱負(fù)荷高低及變化直接表示高爐邊緣氣流強(qiáng)弱和穩(wěn)定性,當(dāng)熱負(fù)荷波動(dòng)時(shí),邊緣氣流不穩(wěn)定,爐墻渣皮脫落較多,直接影響爐況穩(wěn)定和爐缸溫度;而當(dāng)熱負(fù)荷穩(wěn)定時(shí),一般煤氣流分布合理,爐況穩(wěn)定順行,爐溫波動(dòng)小。安裝微型冷卻器前,3高爐雖然在造渣制度、冷卻系統(tǒng)及操業(yè)制度等方面均采取措施,力求解決爐墻渣皮大面積脫落問題,但均未取得良好效果,渣皮仍不穩(wěn)定,頻繁脫落,熱負(fù)荷波動(dòng)較大,爐況也不穩(wěn)定。安裝微型冷卻器后,特別是冷卻壁B2～B3段本體安裝微型冷卻器后,熱負(fù)荷得到良好控制,一般在85～90GJ/h,波動(dòng)明顯減少,圖2為3高爐熱負(fù)荷推移圖。因?yàn)?高爐安裝的微型冷卻器插入爐內(nèi)200mm左右,相當(dāng)于在冷卻壁上固定了若干錨固件,使?fàn)t渣粘在爐墻上有了生長(zhǎng)根基,而且對(duì)渣皮有一定的支撐作用,使渣皮較穩(wěn)定地固定在爐墻上,渣皮脫落減少,熱負(fù)荷穩(wěn)定。4.2冷卻壁傳熱安裝微型冷卻器后,在操業(yè)制度無較大變化的同等條件下,熱負(fù)荷明顯降低,如圖3。冷卻壁B2～B3段本體安裝微型冷卻器后,每一串微型冷卻器的冷卻水流量105L/min左右,水溫差4～5℃左右,B2～B3段微型冷卻器的熱負(fù)荷約為7GJ/h。在同等冶煉條件下,微型冷卻器安裝前,冷卻壁熱負(fù)荷一般在120GJ/h左右,安裝后一般在90GJ/h左右,可見因粘結(jié)爐渣保護(hù)層,冷卻壁熱負(fù)荷共降低30GJ/h左右。爐墻形成穩(wěn)定的渣皮,降低了熱負(fù)荷,下面作一定量的計(jì)算。冷卻壁傳熱方程可用下式表示:qF=t?t02b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα+x/λxqF=t-t02b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα+x/λx式中:q——冷卻壁熱負(fù)荷,W;F——冷卻壁面積,m2;t——爐墻內(nèi)表面平均溫度,℃;t0——冷卻水溫度,℃;d——冷卻壁水管直徑,m;a——冷卻壁鑄體(不包括鑲磚)厚度之半,m;b——鑲磚厚度,m;x——渣皮厚度,m;L——冷卻壁水管中心線間距,m;α——冷卻水傳熱系數(shù),W/(m2·℃);λb、λs、λx——分別為鑲磚、鑄鐵、渣皮熱導(dǎo)率,W/(m·℃)。當(dāng)q為最大值時(shí),x=0;所以:qmaxq=1+x/λx2b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdαqmaxq=1+x/λx2b/(λb+λs)+aL/πdλb+L/πdα以本體系為例計(jì)算:3高爐冷卻壁本體熱負(fù)荷qmax=98.23GJ/h,則渣皮厚度與熱負(fù)荷關(guān)系,qmax/q=1+x/15.64,如圖4所示。安裝微型冷卻器后,通過計(jì)算得,在冷卻壁本體上粘結(jié)渣皮厚度約為15mm左右,既不影響高爐順行,又對(duì)冷卻壁起積極保護(hù)作用。5安裝微冷卻器的效果5.1冷卻壁凸臺(tái)管冷卻壁水管破損一直是困擾3高爐長(zhǎng)壽的一大難題,由于3高爐冷卻壁凸臺(tái)先天不足,雖然已經(jīng)采取了多項(xiàng)措施:增加冷卻水流量、增設(shè)排氣罐、清洗管道等,但仍然不能減緩冷卻壁凸臺(tái)水管破損的趨勢(shì),通過安裝微型冷卻器,在爐內(nèi)充當(dāng)冷卻壁凸臺(tái)的作用,既增加了冷卻能力,又使冷卻壁熱負(fù)荷降低,并且在冷卻壁上形成一層厚度適宜的爐渣保護(hù)層,降低了對(duì)冷卻壁的熱沖擊,因此,冷卻壁水管破損明顯減少,表1為1998年3高爐冷卻壁水管破損情況。微型冷卻器的安裝,對(duì)保護(hù)冷卻壁起了積極作用,為3高爐的長(zhǎng)壽創(chuàng)造了條件。5.2崩滑產(chǎn)生因?yàn)?高爐爐墻粘結(jié)物頻繁脫落,當(dāng)局部大面積脫落時(shí),該區(qū)域熱負(fù)荷急劇升高,煤氣流分布過強(qiáng),易出現(xiàn)管道,連續(xù)崩滑料,導(dǎo)致爐況波動(dòng)。圓周方向均勻安裝微型冷卻器,使高爐圓周方向渣皮均勻穩(wěn)定,煤氣流分布也就均勻穩(wěn)定,從而3高爐一直保持穩(wěn)定順行,崩滑料次數(shù)明顯減少(見表2),高爐煤氣利用率穩(wěn)定在51%以上,透氣性指數(shù)穩(wěn)定在2.3～2.5之間。5.3降低強(qiáng)化劑對(duì)鐵水[si的影響因?yàn)榘惭b微型冷卻器,爐墻渣皮穩(wěn)定,脫落少,爐缸穩(wěn)定而活躍,爐溫波動(dòng)減少,為低硅冶煉創(chuàng)造了條件。鐵水[Si]由去年年平均0.42%降低至今年平均0.36%以下。另外高爐熱損失減少,爐況穩(wěn)定,在噴煤比提高過程中,燃料比穩(wěn)中有降,因此,3高爐工序能耗不斷降低,1998年10月份達(dá)到歷史最低