宝钢德盛不锈钢有限公司1号高炉大修设计与实践

余东龙,孙 涛,陈尚聪,刘成伟,张玉栋

(中冶赛迪上海工程技术有限公司,上海宝山 200940)

宝钢德盛不锈钢有限公司1号高炉大修设计与实践

余东龙,孙 涛,陈尚聪,刘成伟,张玉栋

(中冶赛迪上海工程技术有限公司,上海宝山 200940)

宝钢德盛不锈钢有限公司1号高炉于2016年进行停炉大修,主要针对高炉本体及热风炉系统存在的问题进行改造和修复,高炉炉底、炉缸采用大块碳砖加内壁浇注保护套的方案,热风炉由顶燃球式改为格子砖式。高炉投产后运行效果良好。

高炉大修;浇注保护套;球式热风炉;格子砖

1 引言

宝钢德盛不锈钢有限公司第一粗炼厂1号高炉于2009年投产,冶炼低镍铁水(含镍1.5%左右),利用系数维持在2.7至3.0之间。由于采用红土镍矿进行冶炼,矿石中含铅、锌高,且存在焦炭热强度不足、炉底炉缸半石墨烧成炭砖质量较差等问题,自2013年起高炉逐步出现冷却壁破损漏水、炉衬损坏等情况,严重威胁高炉的安全生产。按照德盛公司计划,1号高炉于2016年2月底开始停炉大修。本次大修主要针对高炉本体和热风炉存在的问题进行改造修复和改进设计,并对配套公辅设施进行局部修复处理。

2 高炉本体大修设计

对高炉本体存在的问题进行改造修复,主要改造内容包括对炉体耐材重新设计更换、破损冷却设备原样更新、增加炉缸监控措施以及相应的附属设施更换等。大修后的高炉主要设计指标见表1所示。

表1 宝钢德盛1号高炉大修主要设计指标

2.1 高炉内型

高炉内型在现有利旧炉壳的前提下进行微调,炉缸直径适当加大,增加炉缸容积,适应冶炼低镍铁水带来的大渣量生产情况。

2.2 高炉冷却设备

根据高炉设备的实际破损情况,炉缸第1至9段铸铁冷却壁全部原样更新,炉腰冷却板全部原样更新,第10至12段球墨铸铁冷却壁每段考虑2块冷却壁备用,大修时视破损情况进行更新,炉底水冷管利旧。

2.3 高炉冷却水系统

对所有的冷却设备配管进行原样更新,其中炉缸冷却壁联络管更换为不锈钢材质。对部分腐蚀较严重的供排水环管、总管等进行原样更新,将原设计位置不合理的部分水包、排水槽等重新布置。为加强对原有水系统的监控,在各区供排水总管上增设了流量计。

2.4 高炉内衬

2.4.1 炉底、炉缸耐材

炉底、炉缸耐材设计采用大块炭砖加内壁浇注保护套的方案。炭砖与炉底板之间采用碳素捣打料,炉底满铺砖第1层设计为石墨砖,第2、3、4层设计为微孔炭砖;炉底、炉缸内侧整体浇注高铝碳化硅质保护套。炉缸内整体浇注保护套,有利于封堵耐火材料砌筑缝隙,从而减少锌和碱金属等有害杂质侵入导致对炉缸耐材造成的破坏。

炉缸全部采用大块微孔炭砖。铁口区域采用碳质组合砖,与炉缸碳砖形成稳定的渣、铁水通道,炭砖与冷却壁之间采用碳素捣打料。炉缸及风口耐材图详见图1。高炉炉底板原样更新,并对炉底板下耐材进行修复。

图1 炉底、炉缸及风口耐材图

2.4.2 风口、渣口及以上区域耐材方案

风口、渣口采用组合砖,材质采用刚玉质。风口组合砖和风口设备之间留缓冲缝,上半环用高铝质耐火泥浆,下半环用缓冲泥浆。炉腹至炉身上部耐材重新砌筑,其中炉腹、炉腰至炉身下部设计采用烧成铝碳砖,炉身中部到上部设计采用高铝砖。炉顶煤气封罩用喷涂料进行喷补修复。

2.5 炉体温度检测

炉体测温电偶根据耐材与冷却设备重新设计,以加强对高炉生产状态的监控。

炉底、炉缸温度检测在原设计基础上进行改进,在炉底中心与边缘以及铁口区域等炉缸关键部位增设了大量热电偶。由于炉缸、炉壳利旧,热电偶除了利用旧开孔外,新安装孔在冷却壁间隙钻孔安装。炉腹及以上区域设置多层冷却壁壁体热电偶和耐材热电偶。

2.6 炉体框架及其它附属设施

炉体框架及结构件全部利旧,根据开清渣口的需求,对炉缸清渣口区域的炉壳进行局部更换。另外,风口大套、中套、小套,渣口大套、二套、三套以及小套全部原样更换,炉喉钢砖原样更新,其他附属设施均利旧。

3 热风炉系统大修设计

1号高炉原设计共配置3座顶燃球式热风炉,蓄热体为两段式耐火球,设有整体式热管换热器单预热助燃空气,单烧高炉煤气,运行过程中出现助燃风机超载跳机、拱顶及炉墙坍塌、热风主管波纹补偿器开裂漏风等问题,平均风温不到1100℃。为提高热风炉的送风温度,消除原有热风炉系统存在的问题,本次大修利用原三座顶燃球式热风炉炉壳,重新设计了炉壳内耐材并更新整个热风管系,以消除原有热风炉缺陷,降低热风炉系统运行成本。

3.1 热风炉主要改造方案

通过现场调研及设计结合,热风炉改造方案充分考虑利旧现场设施,以降低工程总投资。设计利旧原炉壳,将原有3座顶燃球式热风炉改造为3座顶燃格子砖式热风炉。改造后热风炉采用高效ϕ20 mm孔径37孔格子砖,同时拆除原热风管道,重新设计热风主管,支管耐材、管道、波纹管和拉杆。

在利旧原热风炉炉壳的情况下,将顶燃球式热风炉改造为顶燃格子砖式热风炉,即在热风炉蓄热室直径以及高度有限制的情况下,如何保证热风炉加热风量、风温能力,成为了本方案设计的难点。为了尽可能控制工程投资,降低改造难度,同时也基于严格的热工计算,以及格子砖阻损计算和现有已实施工程经验,最终选定采用高效ϕ20 mm孔径37孔格子砖,同时对热风炉内所有墙砖及燃烧器进行了重新设计,以消除原有热风炉的缺陷。本次大修采用顶燃式热风炉陶瓷燃烧器,使空气、煤气混合均匀,火焰短,产生的烟气流在蓄热室内分布均匀,且具有燃烧功率大、燃烧效率高、燃烧稳定、使用寿命较长等特点。

原有热风炉系统余热回收区只设置了助燃空气单预热整体式热管换热器,而且没有设置空气旁通管。为确保改造后热风炉送风温度达到1200℃,同时提高系统热效率,节约能源,本方案考虑对原余热回收系统及相关钢结构全部改造,采用整体式热管换热器,使空气、煤气温度预热至190℃及以上。

3.2 热风炉耐火材料设计

3.2.1 热风炉本体

热风炉本体采用三段式砌筑结构,燃烧器和燃烧室耐火材料分别支撑在炉壳砖托上,蓄热室大墙耐火材料直接砌筑在炉底板上的耐热砖基础上,格子砖通过炉箅子支柱支撑在炉底板上。各部位砌体之间设有滑动缝。

耐材选择依据热风炉非稳态传热计算确定。热风炉蓄热室上部及燃烧室高温区采用高温蠕变性能好的硅砖,为便于今后热风炉的焖炉或检修,适当降低了硅砖的使用高度。中部根据热风炉的温度分布情况采用低蠕变高铝砖。为了增加热风炉蓄热能力,蓄热室下部考虑采用高铝质格子砖以增加单位风量格砖重量。考虑到燃烧器和喉口部位在热风炉工作过程中温度变化剧烈的特点,燃烧器、预燃室工作层采用抗热震良好的红柱石砖。隔热材料为各种轻质砖、耐火纤维毡,炉壳喷涂耐火喷涂料。

3.2.2 热风管道及其他管道

热风管系工作衬采用复合莫来石砖砌筑,隔热衬为轻质高铝砖、轻质粘土砖,管壳内喷涂耐火喷涂料。管道上部范围内留有填充陶瓷纤维毯的膨胀缝。热风短管(里支管)采用低蠕变高铝砖,热风主管和支管上部采用锁砌结构,各孔口及管道三岔口全部采用组合砖,保障砌体的高温稳定性。采用烟气余热回收系统预热空气及煤气,改造的烟道管内喷涂轻质隔热喷涂料。

4 投产实践

1号高炉大修历时近120天,于6月27日点火开炉,28日顺利出第一炉铁。投产后高炉迅速达产,高炉运行稳定,指标良好。7月高炉主要生产指标见表2。热风炉从耐火球式改为格子砖式后,送风阻力损失及排烟阻力损失均减小,助燃风机不再出现跳机现象;平均送风温度稳定在1160℃以上,且具备进一步提升的空间,风温水平相较停炉大修前有大幅提高;空气、煤气预热温度均在180℃以上,能有效回收烟气余热,改善高炉能耗指标。

表2 德盛1号高炉2016年8月主要生产指标

5 总结

此次高炉大修及投产过程顺利,有效修复并改进了原有高炉本体及热风炉系统存在的问题,大修取得了良好的成效。主要经验有以下几个方面。

(1)结合高炉冶炼红土镍矿渣量大、燃料比高的情况,在利旧现有炉壳的前提下,对高炉内型进行设计优化,适当加大炉缸直径,增加炉缸容积。

(2)鉴于高炉大修前炉体温度检测手段不足的现状,大修在高炉炉底、炉缸区域共设置了75支热电偶,以加强对炉底、炉缸耐材温度的监控,并在原有冷却水系统上增设流量计以判断各区水流量分配情况。

(3)高炉炉底、炉缸采用石墨砖加微孔炭砖的配置,在炭砖内壁浇注一层高铝碳化硅浇注料形成炉缸整体“保护套”,有利于封堵耐火材料砌筑缝隙,从而减少锌和碱金属等有害杂质侵入导致对炉缸耐材造成的破坏。

(4)热风炉系统在利旧现有炉壳的基础上,基于严格的热工计算,将耐材由原有的球式重新设计改造为格子砖式,同时对热风炉内所有墙砖及燃烧器进行了重新设计,以消除原有热风炉的缺陷,并有效提高了热风炉的送风温度。

(5)将原有助燃空气单预热式热管换热器改为空气、煤气整体式热管换热器,将高炉煤气和助燃空气预热到190℃及以上,有助于在单烧高炉煤气的情况下实现1200℃风温,提高系统热效率,节约能源。

Design and Practice of Baosteel Desheng Stainless Steel No.1 BF Overhual

YU Donglong,SUN Tao,CHEN Shangcong,LIU Chengwei,ZHANG Yudong

(CISDI Shanghai Engineering CO.,Ltd.Baoshan 200940,Shanghai,China)

Baosteel Desheng Stainless Steel No.1 BF was blown down and overhauled in 2016,mainly aiming to repair and fix the existing problems of blast furnace proper and hot stove system.The big carbon block and castable protective sleeve was applied in the blast furnace bottom and hearth,and the hot stove was updated from pebble top combustion type to checker brick type.The operation effect of BF after blow in is good.

blast furnace overhaul,castable protective sleeve,pebble hot stove,checker brick

TF065

A

1001-5108(2017)02-0047-03

余东龙,工程师,主要从事高炉炼铁设计与研究方面的工作。