鞍钢10号高炉改造性大修设计

2019-03-11 19:03:00 zixun
鞍钢 10 号高炉改造性大修设计 肖亦芹 (鞍山钢铁(集团)公司) 优质、 低耗、 长寿” 摘 要 鞍钢 10 号高炉改造性大修设计贯彻“高产、 3 的方针,在原 10 号高炉(1 627 m )拥挤的厂区建起一座 2 580 m3 的现 代化新 10 号高炉。 采用皮带上料; 串罐式无料钟炉顶; 环形出铁场; INBA 水冲渣;烟煤喷吹;热风炉自身预热等十几项先进技术。本设计在炉体 长寿方面作了较大改进,自焙碳块陶瓷砌体复合炉衬技术在鞍钢 7 号高 炉成功应用的基础上,10 号高炉又上了一个新台阶。 关键词 高炉 改造 设计 DESIGN FOR REVAMPING OVERHAUL OF No.10 BF AT ANSHAN IRON AND STEEL (GROUP)CO. XIAO Yiqin (Anshan Iron and Steel(Group)Co.) ABSTRACT The guiding principles of the design for revamping overhaul of No.10 BF at Anshan Iron and Steel(Group)Co. are“high productivity,good quality,low consumption and long life”.The new modern No.10 BF(2 580 m3)is to be built up in the crowded area of original No.10 BF(1 627 m3).Quite a few new techniques are adopted,such as:belt charging,bell-less top with two coaxial vertical hoppers,circular cast house,INBA granulation,pulverized coal injection,self preheating of hot blast stove,etc..This design improved the lining for long life campaign.The self-baking carbon brick ceramic bonding compound liner has been developed further on the basis of successful use on No.7 BF at Anshan Iron and Steel(Group)Co. KEY WORDS blast furnace(BF),revamping,design 1 前言 鞍钢炼铁厂 10 号高炉始建于 1958 年, 第一代炉容为 1 513 m3, 1963 3 年第二代大修;1972 年第三代大修时扩容为 1 805 m ;1982 年第四代 大修炉容又缩小到 1 627 m3,;第五代大修扩容到 2 580 m3,于 1995 年 2 月 13 日投产,一个月后,日产铁 4 800 t。1995 年下半年各项技 术经济指标已在国内同类型高炉中达一流水平, 在原料条件不佳情况下, 1996 年全年平均日产 5 180 t,入炉焦比 438 kg/t,风温 1 113 ℃。 10 号高炉是鞍钢第三座 2 580 m3 高炉,这次改造设计贯彻“高产、 优质、低耗、长寿”的方针,装备水平先进可靠,为了使总图布局合理 和炉体提前施工,新 10 号高炉炉体较原位置南移 66.4 m。 设计指标如下: 3 炉容:2 580 m3; 利用系数:2.0 t/(m *d); 入炉焦比:420 kg/t; 煤比:100 kg/t; 风温:1 200 ℃; 顶压:0.196 MPa; 年工作日:350 d。 2 改造设计的主要内容 上料及炉顶装料系统 10 号高炉原料配比为 70 %高碱度冷烧结矿(TFe 50.05 %)和 30 %酸 性球团矿(TFe 61.80 %);全部使用自产焦炭(A 14.8 %~14.31 %, M40≥73 %,M10≤9 %)。原燃料采用胶带运输机运至高炉矿槽和焦槽。贮 矿设施包括 16 个贮矿槽,7 个贮焦槽;烧结矿、焦炭、石灰石、锰矿、 硅石(白云石)的贮存时间依次为 13 h、25 h、13 h 和 9 d、8 d、8 d。 槽下采用矿石分散筛分、分散称量和焦炭分散筛分、集中称量工艺。 经筛分后筛下的粉矿和粉焦用胶带运输机送回烧结厂重新配料。烧结矿 筛及焦炭筛采用先进的椭圆振动筛和双层振动筛。 炉顶装料设备采用串罐式无钟炉顶, 该设备在 11 号高炉引进卢森堡 P.W 公司新研制的串罐式水冷无钟炉顶的基础上加以完善,使其更加合 理。 该炉顶设备由上部旋转罐、下部称量罐、密封阀、料流调节阀、齿 轮箱、中心喉管、溜槽及冷却、均排压、液压、润滑、氮气管路系统及 电控系统组成。上、下罐的容积均为 55 m3。 10 号高炉矿批重 56~80 t;焦批重 14~20 t;一批料的装料时间 为 400 s,日最大装料批数 216 t。 2.2 炉体系统 针对近年来我国炉体短寿的问题,10 号高炉在炉体设计上做了较大 的改进,设计炉体寿命为 8~10 年不中修。 高炉内型主要参数如下: 有效容积(Vu): 2 580 m3; 有效高度(Hu):29 660 mm; 炉缸直径(d):11 050 mm; 炉腰直径(D):12 200 mm; 炉喉直径(d1):8 200 mm; 死铁层高度(h0):2 000 mm; 炉缸高度(h1):4 100 mm; 炉腹高度(h2):3 600 mm; 炉腰高度(h3):1 700 mm; 炉身高度(h4):17 900 mm; 炉喉高度(h5):2 360 mm; 风口高度(hf):3 200 mm; 风口以上料柱高度(H1):26 460 mm, 2.1 料线 1.5 m; 风口/铁口/渣口:30/4/0; 风口间距:1 157 mm; α=80°55 ? 30"; β=83°37 ? 28"。 (1) 炉底和炉缸 采用 5 段光面冷却壁(1~5 段),第 1~4 段为单层水管,厚 140 mm, 第 5 段风口区为双层水管,厚 260 mm。 10 号高炉炉底炉缸的设计是在 7 号高炉成功经验的基础上,采用半 石墨化自焙碳砖陶瓷砌体复合炉衬技术并加以完善和改进(图 1)。例如, 10 号高炉在紧贴冷却壁处温度较低,自焙条件不好,使用一层高导热的 半石墨焙烧碳砖和半石墨化碳—碳化硅砖;增加死铁层深度;加厚陶瓷 衬的厚度等,半石墨化自焙碳砖加入碳化硅和金属硅微粉,使气孔率降 低,气孔变小,平均孔径为 0.695 μm,导热性也相应提高。 Fig.1 图 1 10 号高炉炉底和炉缸结构 Furnace bottom and hearth structural of No.10 BF (2) 炉腹、炉腰和炉身下部 10 号高炉在该处设计了带凸台的双层水管冷却壁(6~11 段),这种 冷却壁在设计和制造上都作了很大的改进,镶有美国 UCAR 公司的 NMD 热压小块碳砖。在紧贴冷却壁的外环炉墙砌筑 NMD 砖,NMD 砖的渗透性 极低,抗热震能力达 250 ℃/min,并加有 SiO2,能防碱侵蚀。国产的半 石墨化碳-碳化硅砖砌在炉子内环。 鞍钢是国内首次在炉腹,炉腰,炉身下部采用 UCAR 公司 NMD 砖的用 户,1995 年 2 月 10 日高炉开炉后,炼铁厂对该部位是否破损十分关注, 经观察,该部位热电偶温度变化不大,冷却壁也没有大的损坏,推断这 些部位砖衬保持较好。1996 年 6 月炼铁厂在 12 天的休风检修时扒开几 个风口观察,此处炉衬完整,与推断的结果相符,NMD 砖用在这些易损 部位是成功的。 (3) 炉身中、上部 该部位主要受下降物料的磨擦和上升的煤气流冲刷,炉身中部用铝 碳砖和高铝砖配合咬砌,铝碳砖紧贴冷却壁,高铝砖砌在炉子内环。 该处都用带凸台镶铝碳砖冷却壁,(12~16 段),第 17 段冷却壁与 炉喉钢砖相接,用蛇形水管,冷却面与炉内环砖一齐,冷却壁外环与炉 皮之间填料。 (4) 冷却水 炉缸 1~6 段冷却壁及风口二套用开路循环工业水冷却,水压 0.6~ 0.8 MPa,水量 2 000 t/h,风口小套用开路高压工业水冷却,水压 1.6 MPa, 水量 900 t/h; 6~17 段冷却壁用软水闭路循环供水, 水量为 3 634 t/h,水压 0.7~0.8 MPa,水温 55 ℃,软水循环分两个独立系统,一个 系统供冷却壁凸台,另一个系统供冷却壁和热风炉。 (5) 炉体设备 风口设备:风口大套为铸钢件,不用冷却;二套铜质,顶端为两窒 螺旋式结构;小套是全偏心贯流式风口,风口前端水速可达 16~20 m/s, 由纯度 99.5%的铜制成,风口寿命平均 1 年多,个别可用 3 年以上。 电动炉身煤气取样机 4 台。 炉顶打水装置:8 个打水枪,圆周均匀布置,根据炉顶温度自动控 制打水,大于 250 ℃开始打水,小于 200 ℃时自动停止。 炉喉钢砖:条型吊挂式,其材质是锰铬铸钢。 2.3 热风炉系统 10 号高炉异地新建 4 座鞍钢自行设计的 AWR—Ⅱ型外燃式热风炉, 其技术性能参数如下: 炉容蓄热面积:88.85 m2/m3; 蓄热室全高:51.45 m; 格砖高:35.5 m; 七孔格砖体积加热面积:38.06 m2/m3; 蓄热室内径:??7 400 mm; 燃烧室内径:??3 500 mm; 送风温度:1 200 ℃。 热风炉上部高温区采用硅砖,中下部采用高铝砖和粘土砖,中部格 砖用新型低蠕变高密度高铝材质(鞍钢设计院参加新开发的产品),为防 止高温晶尖腐蚀,鞍钢自行研制了新钢种 AG50,作为热风炉炉皮材料。 热风炉采用套筒式陶瓷燃烧器,利用自身余热预热助燃空气到 500~600 ℃,用管式换热器预热煤气到 140~150 ℃。 2.4 出铁场系统 设计的环形出铁场,最大直径为 80 m。30 t/5 t 环形吊车跨度 25 m, 还配有 5 t 旋塔悬臂吊,环吊 360°运行和作业。4 个出铁口对称布置, 不设渣口。贮铁式主铁沟和摆动流嘴的采用,大大地缩短了铁沟长度, 延长了主沟的使用寿命。主沟长 14 m,铁渣沟内衬用 SiC 浇注料浇注而 成,定期更换,主沟通铁可达 30 万 t 以上。备用事故渣沟和渣罐位。 采用引进德国 DDS 技术的国产液压矮炮(打泥压力 335 t)和国产的 液压风动开口机。 2.5 INBA 水冲渣系统 鞍钢炼铁厂 3 座 2 580 m3 高炉都采用水冲渣,7 号高炉采用渣仓— 管道输送法;11 号高炉采用炉前渣池法;10 号高炉本次改造引进卢森堡 P.W 公司的 INBA 水冲渣工艺及主要设备,以改善炉前环境。 夏季用热循环,冲渣水不经冷却循环使用,冬季将冲渣水送到居民 区用于采暖,然后回到炉前,相当于冷法循环,既利用了余热采暖,又 降低了水温。 为解决由于炉前场地狭窄,干渣坑容积不足的问题,将炉前干渣坑 改为小水渣仓,INBA 系统事故时水渣冲到小渣仓内,由泵经管道把水渣 运走,这只是一个应急措施,应保证 INBA 的高作业率,才能使高炉稳定 高产。 2.6 煤气净化系统 10 号高炉采用塔文系统净化煤气。其工艺流程如下: 煤气发生量为 370 km3/h,荒煤气含尘量(重力除尘器后)≤5 g/m3, 煤气温度 150~200 ℃。空心洗涤塔??7.0 m,筒体高 21 m,两层煤气 分配格栅,三层喷水装置。文氏管喉口用椭圆形调节阀来调煤气速度, 煤气阻损在 10 000~15 000 Pa,净化后煤气含尘<10 mg/m3,可达 5 mg/m3。系统中还设有自动控制高炉顶压的减压阀组及消音装置。 2.7 烟煤喷吹设施 炼铁厂的制粉车间向所有的高炉供应煤粉,煤粉从制粉车间仓式泵 及其管网送至 10 号高炉的煤粉喷吹站, 经布袋收集器进入三罐重叠式喷 吹罐组,单管路送至炉前,经煤粉分配器由喷枪喷入炉内。 系统采用了新型给煤器、流化器、分配器等先进设备,才得以实现 上述工艺,并可实现给煤无级调速,与微机相连实现自动控制,喷煤均 匀,其偏差小于 4 %。 2.8 自动化系统 2.8.1 电气自动化控制(PLC) 10 号高炉的槽上原料运输控制系统、槽下上料装备控制系统、无料 钟炉顶装料设备控制系统、热风炉自动换炉控制系统、煤粉喷吹站自动 控制系统、INBA 水冲渣自动控制系统等 6 大系统除煤粉站是用 T100 外, 其余均采用 MODICON PC984 电控。 2.8.2 自动化仪表系统(DCS) 采用英国欧陆公司的网络 6000 过程自动化系统,共用 1 593 个模 拟信号,443 个数字信号,30 个调节回路。对高炉本体和出铁场、无料 钟炉顶、4 座热风炉、煤气清洗系统、煤粉喷吹两套串罐系统、富氧鼓 风系统、两套 INBA 系统、槽下上料系统的称量设备等进行检测、控制和 调节。 主要专用仪表及控制项目如下。 (1) 炉喉十字测温仪 四杆式测温装置,其中一根有 6 个测温点,其余三根为 5 点,共 21 点,四杆互为 90°,-20°安装,信息在 CRT 上显示出炉喉径向的温度 分布。 (2) 炉身静压力检测仪 炉身有 4 层,每层 4 点,变送器由日本引进。 (3) 焦炭水分析仪 中子水分测量仪,从德国引进 LV350 型,2 套,以进行水分补正。 (4) 炉顶煤气分析仪 采用 HARTMANN 和 BRAVN 公司生产的分析设备,CO:0~30 %;CO2: 0~30 %;H2:0~8 %。 (5) 软水闭路循环系统及风口流量检测 采用电磁流量计,当流量差值大于进水量的 20 %时,认为冷却壁烧 漏,软水进出水处安装了热电阻,水温差正常值为 5~12 ℃。 (6) 煤粉喷吹控制 喷粉速率是用罐内煤粉重量并经罐压校正后算出来的,它作为喷吹 空气流量的设定值,其大小将决定单位时间内带走的煤粉重量。 (7) 助燃空气预热混合温度控制 使预热温度稳定在 500~550 ℃。 (8) 热风温度控制和热风炉自动燃烧 本设计软件已编程,但由于热值仪和废氧分析仪没到位,暂时没有 投入生产。 2.8.3 过程计算机 采用美国 DEC 公司的计算机硬件及网络产品和英国欧陆公司的 MAXI—VISⅢ软件开发平台,主机 VAX4400,操作员接口选用 VAXVLC4000 工作站,为了开发数字模型,配了一台 VAX4000—60 工作站,还有用于 报表的 6 台汉字打印机和远程终端, 通过 DECNET 网连接组成了计算机监 控系统。 2.8.4 电讯 包括四个系统:调度电话;工业电视监视;火灾自动报警及消防联 动;行政电话。 2.9 环保 10 号高炉设计了五个除尘楼,采用自行开发的上进风负压反吹布袋 除尘器。 出铁场除尘楼 24 室 过滤面积 13 炉顶除尘楼 4 室 过滤面积 2 原料区称量室除尘楼 6 室 过滤面积 3 360 m ; 2 440 m ; 2 244 m2; 矿槽除尘楼 32 室 过滤面积 17 返焦返矿除尘楼 3 室 过滤面积 1 680 m 。 2 920 m2; 净化效率为 99.4 %~99.8 %,每天收尘 120~150 t,用密封汽车外 运。 3 结论 鞍钢 10 号高炉本次改造性大修设计所采用的新技术先进可靠, 尤其 热风炉自身预热、烟煤喷吹、炉底炉缸半石墨化自焙碳块陶瓷砌体复合 炉衬等方面都有其独到之处,投产以来,操作稳定,各项技术经济指标 达到了设计预期要求,改造取得了成功。1997 年 7 月 31 日 10 号高炉日 3 产生铁 6050 t,利用系数 2.345 t/(m *d),一级品率 100 %,一级硫率 100 %,综合焦比 490 kg/t。
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