宝钢不锈钢2 500 m3高炉冷却板破损分析_图文

2019-03-11 19:03:00
生产.技术操作规程考试卷 摘要对宝钢不锈钢 2500m3 高炉冷却板破损情况进行了分析, 认为冷却板破损的主要原因是冷却板的设 计及安装不合理、冷却水水质控制不好、高炉休风率高等。采取的主要对策和防范措施有:增加冷却 水量,强化冷却;压浆造衬;加强设备维护,减少非计划休风率;加强水质管理,定期清洗冷却系统; 控制高炉边缘煤气流等。 关键词 高炉 冷却板 冷却系统 维护 1 冷却设备的特点和现状 宝钢不锈钢 2500 m3 高炉于 1999 年 10 月 8 日建成投产。 设计利用系数 2. 0, 高炉一代炉龄 12 年, 无中修。根据高炉各部位热负荷的分布情况,2500m3 高炉采用了多种冷却设备:炉底采用水冷管,炉 缸及风口带采用光面冷却壁;炉腹采用强化型球墨铸铁镶砖冷却壁,冷却壁设有双层冷却水管,其凸 台和角部设有水管强化冷却;炉腰至炉身下部采用双路六通道纯铜冷却板;炉身中部采用单路四通道 纯铜冷却板,炉身中上部采用单路四通道钢冷却板,炉身上部采用 3 段球墨铸铁镶砖冷却壁并结合长 条型炉喉钢砖。冷却设备的特点是板壁结合,并可对损坏的冷却板进行更换。 冷却系统由清循环冷却系统和纯水密闭循环冷却系统两部分组成。清循环冷却系统分为高压、中压 净循环水两部分。高压净循环水主要供水部位为风口小套、十字测温、炉顶洒水装置和炉顶气密箱冷 却。中压净循环水所供部位为风口中套、风口段冷却壁、炉缸冷却壁、热风炉区域用水。纯水密闭循 环冷却系统主要用于炉底水冷管、炉腹冷却壁、炉腰至炉身冷却板和炉身上部铸铁水冷壁等。炉腹冷 却壁、炉身冷却板、水冷壁的给排水系统为串联系统,冷却板的给排水分成 6 个并联子系统,每层给 排水分成 4 个区域,每个区域的给排水管路上设有调节阀和电磁流量计,操作中可根据每个区域的热 负荷调节其冷却强度(见图 1),具有调节灵活等特点。缺点是局部增大水量会影响其他区域的水流量。 近年来,随着高炉冶炼技术的不断提高,2500m3 高炉各项技术指标不断改善,见表 1。 生产.技术操作规程考试卷 随着冶炼强度的提高,2500 m3 高炉炉体热负荷呈上升趋势,水温差波动频繁,2002 年相继出现冷 却板烧坏现象,且每年递增,2005 年更是达到了 45 块。伴随冷却板的烧坏,炉皮发红、炉皮与冷却 板法兰管开裂等现象也明显增加,2005 年分别达到 88 次和 166 处(见表 2)。 生产.技术操作规程考试卷 通过对所更换冷却板和炉皮发红、开裂部位的调查发现:①冷却板损坏主要集中在水量较难控制 的炉身 P16~P21 段,炉皮发红、开裂也主要集中在此区域。②冷却板之间和前端的砖衬已大部侵蚀和 脱落,冷却板基本裸露在炉内,和炉料直接接触(如图 2 所示)。 冷却板的大量破损,炉皮的发红和开裂,给 2500m3 高炉生产操作及维护工作带来了巨大威胁和压 力。分析原因并找出相应对策就成为 2500 m3 高炉长寿工作的重中之重。 2 冷却板破损原因分析 2.1 先天不足 2500m3 高炉在砌筑安装冷却板时,由于冷却板安装孔最大通径只有 450 mm,尽管冷却板后端尺寸 也为 450mm,但由于安装孔变径处的尺寸小于 450mm 因此造成冷却板安装无法到位,冷却板只能插 入 2/3 左右。在此情况下,被迫对所有冷却板安装孔进行人为切割(如图 3 所示),实际切割的情况是 切 El 参差不齐。加之工期原因,并未对切割部位实施打磨消除应力的相关工作。这就为今后高炉炉皮 受热膨胀,炉壳变形,炉皮与冷却板法兰管交接处挤压开裂埋下了祸根。 生产.技术操作规程考试卷 2.2 原设计方面的原因 (I)托台设计不合理。为安装冷却板构筑平台,在 2500m3 高炉炉壳内,共设计有 3 层环形托台,这 3 层铁质托台分别位于冷却板的 P2~P3、P15~P16、P30~P31 层之间。为确保高炉炉型结构和高炉的 致密性,砖衬与炉壳、托台与砖衬的间隙之间,用填充泥浆捣实(如图 4、5 所示)。在施工中,托台下 方及内侧的填充泥浆, 由于施工空间的限制, 根本无法实现捣实捣严。 此隐患在高炉生产一段时间后, 便暴露无疑。首先是 P15~P16 环带区域的砖衬温度(热电偶)上升较快(分析有窜气现象),随后相关区 域出现炉皮发红现象, 接着区域周边的冷却板相继破损烧坏。 在更换冷却板时, 可以清楚地看到, P15~ P16 的托台已熔损殆尽,砖衬大部侵蚀和脱落,残存只有半块左右,可看到炽热发红的焦炭,P16 段以 生产.技术操作规程考试卷 上的冷却板基本都裸露在炉内,和炉料直接接触(如图 2 所示)。通过对冷却板破损部位的情况分析看, 冷却板破损主要包括烧损和端部机械磨损。 (2)设计的冷却强度偏低。首先,2500m3 高炉冷却系统是以高炉利用系数 2.0 而设计。目前高炉产能 已远远超过此水平,热流强度明显高于原设计。其次,按原设计,2500 m3 高炉纯水密闭循环冷却系 统设加压泵 4 台,3 用 1 备。设计总水量为 2100m3/h,设计压力 0.7 MPa,冷却板管径为 ?33:mm ×6.0mm。初步设计中,Pl~P15 段冷却板支管流速在 1.03~1.54 m/s;P16~P21 层冷却板支管 流速约 1.07m/s(见表 3)。通常情况下,冷却板的水速设计应大于 2.O m/s。而本系统设计水速最 大只有 1.5m/s,冷却强度偏低。 生产.技术操作规程考试卷 随着高炉冶炼强度的提高,炉体热负荷上升,水温差波动频繁,在确保最大供水量的情况下,水 量调节时有捉襟见肘之感。炉身 P1l~P15 段冷却板水温差,最高可达到 20℃。P16~P21 段水温差异 常活跃,10~20℃常有出现,最高时达 50℃,几次炉况波动,排水排放 30 min 才见来水。由于此区域 水量已调至最大,在边缘气流活跃时,冷却板受强大热负荷冲击,极易造成冷却板内的冷却水迅速汽 化而产生严重的气阻现象,从而降低冷却板的冷却强度。经分析认为,冷却强度偏低也是导致 P16~ P2l 段冷却板大量损坏的原因之一。 2.3 冷却水水质控制不好 纯水密闭循环冷却系统具有不结垢、无污染、冷却强度高、冷却效果好等优点。以往使用工业水 冷却的高炉冷却器容易烧坏,一是由于水中含有的大量杂质在冷却过程中附着于水管壁上,形成导热 生产.技术操作规程考试卷 性很差的水垢,导致冷却强度大大降低;二是由于疏松的水垢脱落后造成水管堵塞,使冷却器断水造 成冷却设备烧坏。因此,冷却水质的好坏直接影响到冷却设备的寿命。 2500 m3 高炉纯水密闭循环冷却对水质指标尽管有严格的管理要求,但实际情况并不如人意。纯水 浊度和悬浮物两项指标 2005 年超标几乎一倍(见表 4)。 2.4 高炉休风率偏高 几年来,2500 m3 高炉休风率一直居高不下,和国内同行相比,休风率属较高水平(见表 5)。 高炉频繁休风对炉身形成稳定有效的渣皮是极为不利的。渣皮经常脱落,使砖衬和冷却设备直接遭 受很大的热应力,冷却设备暴露在高温煤气流中,热面温度过高,极易造成对冷却设备的损害。2004、 生产.技术操作规程考试卷 2005 年 2500m3 高炉冷却板损坏数量和炉皮发红、开裂次数的急剧上升,和过高的休风率及频繁休风 不无关系。 3 对策及防范措施 3.1 强化冷却 设备上,2500 m3 高炉在纯水密闭循环冷却系统中增加了 1 台冷却水泵,使整个供水系统的冷却水 泵由原来的 3 用 1 备改为 4 用 1 备。冷却水总水量由原来的 2100m3/h 提高到 2800m3/h,冷却板各 段水量得到了有效提高。水量提高后,P1~P15 段水温差基本控制在设计范围内,水温差偶然上升也 只有 10℃左右。炉身 P16~P21 段水量也由原来每区 60 m3/h 提升到每区 85 m3/h 左右。 生产.技术操作规程考试卷 操作上,根据冷却板发生气阻现象的原理,在发现冷却板水温差急剧升高后,采取“出水外排” 技术(又名“排放法”),使冷却板水流量达到 13 m3/h,相当于原来水流量的 2 倍,短期内强化了该 部位冷却板的冷却强度。 3.2 局部强化冷却 根据 P16~P21 段冷却板第 3、4 区水温差波动较大的情况,除安装微型冷却器外,还增开 2 台应 急强化冷却多级泵(属清水循环冷却系统,总流量为 110m3/h),对 P16~P2l 段第 3、4 区中的 29~33 号共 5 组冷却板改接清水强化冷却,加上原有的 2 只微型冷却器,共 7 组。在改接清水冷却后,每组 冷却板水流量可达 15 m3/h,流速为 2.8m/s(原纯水冷却 系统的每根支管的流量约 5.8 m3/h,流速为 1.07 m/s)。通过一段时间应急强化冷却水的使用,5 组冷却板的水温差最高只有 10℃左右,并且未出现过汽化现象。 3.3 压浆造衬 利用休风机会,对炉皮开裂部位进行人工焊补的同时,炉内压浆造衬也是 2500m3 高炉维护工作的 一个重要举措。 早在 2004 年, 2 500 m3 高炉就已经开始着手相关工作的开展, 曾采用物化性能介于非水系 SC 一 8YK 和硬质压入料之间的不定形耐火材料。但效果不理想,炉皮温度仍时有上窜现象。后采用 ZBL 一 2 高 炉炉衬造壁料。 经过一段时间的生产实践, 炉身 P8 段炉皮平均温度下降了 6. 7 ℃; P13 段下降了 7. 6℃; P18 段下降了 4.2℃。高炉中下部位的炉皮温度已基本消除大于 100℃的现象。目前,炉内压浆造衬 已作为高炉休风的常规项目,根据休风时间的长短,确定压浆开孔数。 在生产实践中,2500m3 高炉自主开发了带灌浆孔的多功能铸铜冷却板,替代了传统的冷却板,从 而避免了冷却板更换后,在炉壳开孔压浆所导致的对炉壳强度等方面带来的不利影响(见图 6)。同时通 过对灌浆孔的压浆造衬,在冷却板周边形成了较为致密的保护层,从而有效地保护了冷却板。 3.4 加强设备维护,减少非计划休风率 目前,2500 m3 高炉计划休风采取的是联合检修模式,3 个月为一个定修周期。在此段时间内,加强 设备点检和维护,就成为减少非计划休风率的关键所在。非计划休风率的降低,对形成稳定的渣皮, 延长冷却板的使用寿命无疑是有利的。 3.5 加强水质管理,定期清洗冷却系统 根据 2500 m3 高炉纯水浊度和悬浮物两项指标没能达标的情况,在责成相关部门加强水质分析和管 理工作的同时, 还定期对冷却系统进行酸洗和排污工作, 为保护钝化过程中系统内表面形成的保护膜, 控制循环水中缓蚀剂浓度在 0.02%~0.05%。 3.6 控制高炉边缘煤气流 随着高炉冶炼技术的提高, 特别是喷煤量的提高, 高炉炉腹煤气量增加, 造成高炉边缘煤气流发展。 在炉况顺行的前提下,应控制好高炉边缘煤气流,这对 2500 m3 高炉长寿及保护冷却板具有重要的意 义。 4 结语 (1)高炉采用板壁结合的冷却设备,应充分考虑到冷却板施工及更换所带来的缺陷,合理设计。 (2)合理选择冷却参数是延长冷却设备使用寿命的重要措施,冷却参数设计可根据高炉可能达到的利 用系数、热负荷等相关参数进行设计。 生产.技术操作规程考试卷 (3)稳定改善纯水水质是维护高炉冷却设备的基础措施。 (4)压浆造衬作为延长高炉寿命,保持高炉炉型的一个手段,在高炉生产中是一个不可缺少的重要的 技术措施。 (5)降低高炉休风率有利于对冷却设备及冷却板的保护。 (6)高炉冷却设备的损坏除了老化以外, 与局部煤气流不稳, 边缘煤气流发展有着密切的关系。 为此, 控制合理的煤气流分布是降低热负荷,保护冷却设备的有效手段。
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