热风炉在线排砖装置

2021-12-02艾中路钟树周

上海金属 2021年6期

艾中路钟树周杨君邓晖

(广东韶钢炼铁厂，广东韶关 512123)

高炉热风炉是炼铁高炉的主要配套设备之一，1台高炉需要3～4个热风炉来确保加热与热风输送的交替运行[1]，为高炉持续不断提供1 000 ℃以上的高温风[2]。风温是现代高炉的重要技术特征，提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施[3-4]。一旦热风炉出故障，高炉的风温将降低或不稳定，直接影响高炉的顺利运行[5]，甚至导致高炉无计划休风。

卡砖是导致热风炉出故障的主要原因之一，由于高温、震动、压力等原因，热风炉壁砖易开裂、破碎、脱落等[6]，脱落的碎砖将被热风吹至热风阀处并堆积，使热风阀出故障。运行中的热风炉是一个高温、高压容器，难以对其碎砖进行清理，需要一种有效、安全、低成本的在线排砖装置来清理热风炉的碎砖。

1 热风炉碎砖的原因及危害

1.1 热风炉碎砖原因

热风炉是高炉高风温的重要载体，对材料的要求比较高，内燃式热风炉内也存在较多的薄弱环节[7]，因此在热风炉运行中不可避免会产生碎砖。产生碎砖的原因主要有以下几方面。

(1)燃烧室与蓄热室隔墙两侧的温差较大。在送风末期，热风炉火井底部燃烧室与蓄热室隔墙两侧的温差可达700 ℃，易使隔墙砖碎裂、脱落。此外，金属燃烧器产生的脉动会导致燃烧室壁开裂，加剧碎砖、掉砖的发生。

(2)当高温烟气从半球形拱顶进入蓄热室时，由于气流分布不均匀，会导致局部过热，并且高温区用砖的抗高温蠕变性能较差，因此火井会向蓄热室倾斜，引起格子砖移动、错位和扭曲。

(3)高炉的大型化和高压操作导致风压增大，使热风炉成为受压容器。此外，随着热风炉壳体耐火材料的膨胀，炉底被拉成“碟状”，导致焊缝被拉开，炉底板被拉裂，从而引起漏风，加剧碎砖的产生。

(4)由于热风炉发生周期性振动和上、下涨落移动，常导致热风炉支管损坏，也会对热风炉墙砖产生一定影响。

1.2 热风炉碎砖的危害

热风炉中的碎砖会被热风吹至热风阀处，沉降、堆积于阀座，引起卡砖，导致热风阀不能关闭到位。卡砖一般出现在送风转闷炉期间，热风炉出现卡砖时，高炉风温将快速下降，炉压大幅度降低，导致大量水漏入炉内。卡砖严重影响高炉炉温的稳定性，有较大的安全隐患，若较长时间不予处理，将导致高炉休风，会严重影响高炉的稳定生产。随着热风炉发生掉砖次数的增多，高炉休风次数也将急剧增加。另外，由于补热措施滞后，复风后往往会发生炉温连续偏低的现象，导致高炉只能低风量运行[8]。

图1表示韶钢6、8号高炉2019年3月至10月的休风时长。从2019年3月至10月，韶钢6、8号高炉由于热风炉卡砖造成的高炉无计划休风达9次，休风总时长超过20 h。卡砖引起休风导致的高炉产量损失如图2所示。6号高炉因卡砖而6次休风，每次清砖耗时1.5 h，损失钢产量200 t，为补充热量损失消耗焦炭5 t；8号高炉因卡砖而休风3次，每次清砖耗时3 h，损失钢产量1 500 t，为补充热量损失消耗焦炭36 t。

图1 2019年韶钢高炉休风时长Fig.1 Duration of blast furnace shut-down in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd. in 2019

图2 2019年韶钢因高炉休风而导致的钢产量损失Fig.2 Loss in steel output caused by shut-down of the blast furnace in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd. in 2019

总之，热风炉卡砖会使热风阀不能正常关闭，导致高炉无计划休风，严重影响高炉的正常运行，还消耗大量的人力物力，降低钢产量，提高生产成本。

2 高炉热风炉在线排砖装置

为解决高炉热风炉碎砖引起的卡砖问题，杨国新等[9]发明了一种高炉热风炉在线排砖装置。该装置通过安装在热风炉底座的碎砖存储箱收集碎砖，远程操控其排砖，实现了热风炉碎砖的自动收集和在线排除。

2.1 结构及工作原理

高炉热风炉在线排砖装置的结构如图3所示。在热风炉的底座焊接了3个长1 200 mm、宽300 mm、高300 mm的存储箱，用于存储热风炉坍塌、掉落的碎砖。存储箱箱体连接了1条长6 000 mm、直径200 mm的排砖管道，其中每隔3 000 mm安装1个排砖阀门，共安装了2个。

图3 高炉热风炉在线排砖装置的示意Fig.3 Schematic diagram of on-line brick removal device of blast furnace hot-blast stove

随着温度的降低，热风炉中的碎砖会掉落至存储箱，在条件满足时被排除。当存储箱温度为120 ℃时，箱内基本无碎砖；当温度下降至80 ℃时，箱内开始出现碎砖，但未达到排除条件；当温度为60 ℃时，箱内积累了足够的碎砖，达到排放条件，可进行排砖。排砖是通过集控系统远程控制和操作：先开启1号阀门，存储箱中的碎砖在排砖管道中通过1号阀门，35 s后关闭阀门；确认1号阀门关闭到位后，开启2号阀门，碎砖在管道中通过2号阀门，在确认碎砖全部排除后关闭2号阀门，排砖操作完成。碎砖存储箱中的碎砖已通过排砖管道排至热风炉外。

2.2 材料选择

由于热风炉属于高炉的重点设备，所以在选用热风炉在线排砖装置的材料时应主要考虑安全性。碎砖存储箱安装在热风炉底座，要求其外壳在温度超过300 ℃时不发红、不软化，其内衬材料在温度超过300 ℃时不软化。为保证碎砖顺利通过排砖管道，要求管道在温度超过300 ℃时不发红、不软化，并且管道受到碎砖的摩擦，故要求其耐磨。排砖阀门是控制排砖的重要开关，要求其在温度超过300 ℃时不发红、不穿漏、不卡阻。由于排砖的危险性较大，人员应远离现场，需实现机械驱动、远程控制和操作。

2.3 现场应用

目前，高炉热风炉在线排砖装置已在韶钢6号和8号高炉投入使用，安装在线排砖装置前后，韶钢6号和8号高炉的休风次数如图4所示。

图4 韶钢6号和8号高炉安装排砖装置前后的休风次数Fig.4 Number of shut-down before and after installation of on-line brick removal device in blast furnaces No.6 and 8 in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd.

在2019年3月至10月的8个月内，两座高炉累计发生9次无计划休风，严重影响了高炉生产。2019年10月，韶钢两座高炉的热风炉开始安装在线排砖装置，安装过程中的休风次数已减少到4次。从2020年4月安装完成后到2020年6月，韶钢再未发生高炉因卡砖而休风的现象。热风炉在线排砖装置能有效将热风炉碎砖排出，大大减少了高炉休风次数，提高了生产的安全性，确保了生产效率。