高爐爐身結厚與排鉛變形的調查與研究

高爐爐身結厚與排鉛變形的調查與研究

從2007年第四季度到2008年初，廣鋼的三座高山中都存在不同程度的高體厚和變形位移，尤其是5號路橋的坍塌和傾斜。它嚴重破壞了高密度機器的運營和安全生產(chǎn)。為此,我們對煉鐵總廠的高爐生產(chǎn)情況以及高爐本體進行了較詳細的調查跟蹤和研究。通過對高爐生產(chǎn)現(xiàn)狀、結厚原因、技術對策、采取的措施、以及實施結果等方面進行探討分析,提出了比較有針對性的改進措施,較好地解決了高爐爐身結厚的問題。1高爐的排鉛行為2007年四季度以來,廣鋼三座高爐生產(chǎn)波動較大。在5#高爐休風檢修時,發(fā)現(xiàn)其爐身結厚嚴重,有風口變形和位移現(xiàn)象;3#、4#高爐生產(chǎn)相對較穩(wěn)定,但也發(fā)現(xiàn)有不同程度的爐身結厚及不同程度的風口變形和位移;而且三座高爐均有不同程度的風、鐵、渣口滲鉛現(xiàn)象。2007年三座高爐風口的中、小套變形位移或燒穿更換情況見表1。2007年第四季度,3#、4#、5#高爐都已分別進行了爐底排鉛作業(yè),每座高爐都有8～10t左右的排鉛量。同時,3#、4#高爐冷卻壁破損數(shù)量在增加、漏水情況日趨嚴重,高爐不得不安裝較多的銅冷卻棒。因高爐冷卻壁漏水嚴重,3#、4#高爐冷卻壁第四季度共改裝銅冷卻棒72支,占全年高爐改裝銅冷卻棒數(shù)量的52%。經(jīng)過2008年1月份調查以及隨后的跟蹤,各高爐具體生產(chǎn)情況如下。1.1由于鍋爐的厚度3#、5#高爐結厚示意圖分別見圖1和圖2。4#高爐因未降料線觀察,但從水溫差顯示,北面中下部位置也有少許結厚。1.2風口套變形引起的變形3#高爐有8個風口發(fā)生中套位移變形,已被迫全部更換(因小套裝不上)。4#高爐也出現(xiàn)8個中套變形,已經(jīng)更換,還有一部分風口中套有凹陷現(xiàn)象。5#高爐4個中套位移變形,也已經(jīng)被更換,16個風口都有不同程度的位移變形現(xiàn)象。1.3冷卻壁破損與裝復3#、4#高爐冷卻壁情況分別見圖3、圖4。3#高爐冷卻壁破損62塊,占其全部冷卻壁的52%,爐腰部分裝了75支銅冷卻棒;4#高爐冷卻壁破損62塊,占其全部冷卻壁的42%,爐腰部分裝了84支銅冷卻棒。1.4排鉛回收技術2007年12月4日5#高爐排鉛12.5t;2008年1月14日4#高爐排鉛300多千克(因有漏水,排鉛時鉛冷凝自動堵塞孔道,即爐內還有未放出的鉛);2008年1月16日3#高爐排鉛10t。1.52007年下半年，三個高架結構的崩潰2007年下半年三座高爐崩坐料情況見表2。2高爐結厚與結瘤的主要原因從高爐結厚的內外因綜合分析來看,設備對3#、4#高爐冷卻壁漏水情況的影響較為嚴重,但冷卻壁漏水經(jīng)過嚴格的拆單控水或放棄后,并不是結厚的主要矛盾。所以,我們主要從高爐的技術工藝層面進行研究和探討。從高爐冶煉技術層面考慮,要充分發(fā)揮高爐良好的生產(chǎn)能力,就要全面抓好高爐的冶煉操作。而高爐冶煉操作的關鍵是:“上穩(wěn)下活”?！吧戏€(wěn)”就是要求原材料質量穩(wěn)定,裝料制度穩(wěn)定,送風制度穩(wěn)定;“下活”則要求風口區(qū)域活躍,造渣制度合理,爐缸渣鐵流動性好,不產(chǎn)生堆積,鐵前工作順暢。從高爐冶煉角度來看,高爐的裝料制度穩(wěn)定、送風制度穩(wěn)定、造渣制度合理、鐵前工作順暢等都可以得到相對有效的控制,唯獨原材料質量穩(wěn)定是一個比較大的難題。通過進一步的調查和分析,我們發(fā)現(xiàn),造成現(xiàn)有高爐爐身結厚與風口變形位移的關鍵原因在于:①焦炭高溫性能波動大,質量大幅下滑,使其在爐內的粉化比較嚴重;②燒結配礦中省內礦粉的大量使用以及高爐用省內塊礦的大量增加,使有害堿金屬元素K、Na以及Zn、Pb等的富集量較大,超過煉鐵行業(yè)的一般冶煉原材料有害元素要求,是高爐爐墻結厚的主要原因之一。具體分析如下:(1)廣鋼現(xiàn)有高爐爐身結厚與結瘤的主要原因是原燃料中粉末多或原燃料在爐內粉化率高造成爐況不順,反復崩坐料易形成爐身結厚與結瘤。另一種原因就是各種情況造成的低料線時間過長,亂料多造成爐況不順,較易形成爐身結厚與結瘤。廣鋼近幾年對高爐槽下篩分是非常重視的,對焦炭和燒結礦入爐篩分都采取了很多有效措施,所以高爐入爐原料篩分已經(jīng)不再是主要矛盾。但由于當期大量使用外購焦炭及本廠焦炭質量大幅度下滑(多次出現(xiàn)四組焦),焦炭的高溫性能較差(見表3),致使其在高爐內粉化率提高,導致各高爐不斷出現(xiàn)爐況不順、爐缸堆積和燒風口等現(xiàn)象。一旦有粘結物在爐身形成,加上有害堿金屬元素K、Na以及Pb、Zn等在高爐內循環(huán)富集量較大時,就自然加速了這種粘結和結厚。從表3數(shù)據(jù)中可知,18批次中,合格的焦炭僅為7批。(2)堿金屬元素K、Na以及Pb、Zn等有害金屬元素在高爐內部的循環(huán)富集是以蒸汽狀態(tài)上升,形成的低熔點化合物在高爐中上部冷凝或滲入磚墻縫沉積。在爐況不順的情況下,與爐墻粘結物共同作用,很容易在爐身中上部長大形成結厚與結瘤。當爐況順行情況較好時,這些有害金屬元素在高爐中上部冷凝,經(jīng)過某一段時間的累積,在一定冷卻強度或正裝比例加大時,也會逐漸形成粘結而結厚。同時,有害元素形成的蒸汽和沉降物又會鉆縫破壞高爐爐身中下部和風口區(qū)域的耐火材料,造成耐火材料體積膨脹,使高爐爐身中下部爐皮的開裂破損加劇,風口大、中套變形、位移。2007年下半年開始,燒結礦使用的省內粉礦比例大幅上升,從9月前的30%調到10月后的90%。高爐使用省內塊礦的比例從9月前的3%提高到9月后的9%。由于省內粉礦、省內塊礦的有害堿金屬元素K、Na、以及Pb、Zn等金屬元素含量較多,造成高爐結厚的機率增多。3#高爐、4#高爐在這段時間的爐況情況就類似此種情況。(2007年下半年燒結礦以及高爐入爐有害元素含量統(tǒng)計見表4和表5)。(3)由于有害元素在爐內的循環(huán)富集,致使高爐爐身結厚、結瘤,導致爐內布料不均、爐料透氣性惡化、崩、坐料加劇。另外,因為高爐已多年沒有排過鉛,有害元素含量的突增,致使三座高爐都出現(xiàn)了風、渣、鐵口滲鉛現(xiàn)象,甚至5#高爐的A閥都出現(xiàn)有鉛凝結,說明鉛金屬已累積了一定的數(shù)量。這也從另一側面表明,有害元素富集是引起3座高爐風口變形和位移現(xiàn)象的主要原因。(4)從高爐的實際狀況看,2007年第四季度,5#高爐的“上穩(wěn)”條件最差,主要表現(xiàn)在原材料質量穩(wěn)定條件最差:全部使用外購焦炭(質量不穩(wěn)定),所以當2007年11月份原材料質量大幅度下滑時,尤其是外購焦質量變差,又由于當期燒結礦中省內粉礦數(shù)量增加,高爐使用的省內塊礦比例調高時,便開始出現(xiàn)爐況不順、結厚現(xiàn)象較嚴重。而3#高爐、4#高爐的爐料結構中使用了部分廠內焦(質量相對穩(wěn)定),在原材料質量穩(wěn)定條件上好于5#高爐,其波動性相對較小,順行尚可,結厚現(xiàn)象較為輕微;但3座高爐同時出現(xiàn)風口變形和位移現(xiàn)象已存在一定的安全隱患。3技術法規(guī)和實施效果3.1技術對策通過調查和分析,我們提出以下技術對策。3.1.1搗固焦炭的使用焦炭的高溫性能要能滿足高爐冶煉的需要,達到公司內控標準。(1)使用外購焦炭要分類定量搭配、定期使用,保持相對的搭配穩(wěn)定性。以保持一段時期內高爐焦炭料柱的穩(wěn)定性。高爐操作要不斷根據(jù)外來焦炭的特性適當調整與之相適應的煤氣流操作,保證高爐操作的穩(wěn)定順行。(2)根據(jù)5#高爐的生產(chǎn)實踐,高爐工藝要求搗固焦炭的反應后強度(CSR)大于55%時,可以適量搭配使用搗固焦炭,比如使用比例為10%,根據(jù)爐況能力逐步增加到30%,但不建議高爐全部使用搗固焦炭。(3)為了保證高爐的長期穩(wěn)定順行,建議尋找一到兩家搗固焦炭冶金性能能夠滿足我公司煉鐵生產(chǎn)需求的誠信廠家,建立長期的戰(zhàn)略合作伙伴關系,以確保長期穩(wěn)定的合格搗固焦炭供應。(4)外購焦炭質量參差不齊,二組焦占10%～15%,三組焦占80%～90%,四組焦和組外焦炭有時甚至有10%～15%。如果發(fā)現(xiàn)外購焦炭高溫冶煉性能很差,低于四組焦指標時,應馬上停止此類焦炭的采購。在搭配使用時,只能少量適量搭配使用。3.1.2調整爐缸堆積在焦炭相對穩(wěn)定的基礎上,利用上部裝料制度的調整,適當發(fā)展邊緣氣流,即采取適當疏導高爐煤氣流的方式,充分利用煤氣流來沖刷邊緣結厚,并視情況適當帶少量螢石清洗爐缸堆積。3.1.3控制該省采礦業(yè)的數(shù)量省內塊礦的用量要求全年控制在6%以下,省內塊礦的缺口可考慮加大進口高品位塊礦來補充。3.1.4追蹤爐內變形燒結配礦中進口礦粉礦比例調整到30%左右。在操作中,要密切跟蹤3座高爐的結厚、冷卻壁破損、排鉛、風口變形位移、爐皮變形等情況,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,并要定時定期進行排堿、排鉛工作。3.1.5加強對高爐材料中有害元素的跟蹤在條件允許的情況下,還是要以低有害元素的進口粉礦、進口塊礦的使用為主。3.2提高主導質量,確保爐況穩(wěn)定性廣鋼高爐通過對高爐本身結厚的外部和內部原因分析,采取了具有針對性的操作控制措施后,盡管2008年度使用的礦石中有害元素還在增加,但高爐操作還是取得了比預想要好的效果。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)取得了相對穩(wěn)定外購焦炭的搭配經(jīng)驗。嚴控外購焦炭的質量標準。(2)在造渣制度上,注意控制渣中MgO的含量保持為7%～13%;同時通過高爐經(jīng)常周期性作0.9～0.95的酸渣排堿、定期排鉛,以及適當控制冶煉強度,逐漸適應了原燃料不斷劣化情況下的冶煉工藝,爐況穩(wěn)定性大幅度好轉,高爐爐況順行比較見圖5。從實際效果來看,三座高爐的結厚在2008年5月份前最終得到了完全消除,說明根據(jù)原燃料變化、因地制宜采取相應對策確保順行的技術方向是正確的。實踐證明,