大型高炉高效生产技术开发应用（一）
时间：2015-01-12 13:27 来源：未知 作者：admin 点击：次
1 项目背景
最近十几年我国高炉大型化、淘汰小高炉的进程加速，在此过程中炼铁学术界曾一度争论小高炉是否比大高炉更易强化的问题。21世纪初，国内很多300m3级小高炉容积利用系数达到3.0t/m3.d以上，而多数大高炉的容积利用系数在2.2t/m3.d~2.4t/m3.d以下，这就给人一种小高炉的利用系数高，比较容易强化的概念。很多炼铁专家对此作了分析，认为这是由于大小高炉炉型设计的特点造成的：如按容积利用系数的高低评价高炉强化程度，小高炉似乎比大高炉容易强化；但按炉缸断面积计算的利用系数高低来评价，则大高炉比小高炉更易强化。举例来说，很多大高炉炉缸断面积利用系数可达到65t/m2.d以上，而300m3小高炉要达到炉缸断面积利用系数65t/m2.d这一指标，其容积利用系数必须达到4.0t/m2.d。
为了研究大型高炉高效生产技术，武钢从2002年起通过开展系统的基础实验研究，力图阐明大型高炉强化冶炼的限制性因素，并确定大型高炉高效生产的有效技术措施。武钢因受地域资源条件限制，在相当长的历史阶段内，高炉炼铁所用原燃料的质量与先进水平相比存在差距。由于考虑这些原燃料质量因素，武钢所建的主力高炉最大容积为3200m3级。为了最大限度地发挥高炉产能，武钢在试验研究和生产实践的基础上，开发了在一般原燃料条件下实现高炉高效生产，并保持高炉长寿的成套技术。这些生产技术在武钢大型高炉应用取得了良好效果，高炉长寿等技术还在国内得到了推广应用。
2 研究开发内容
2.1 高炉强化冶炼和大量喷煤条件下的限制性因素研究
为了研究高炉强化冶炼和大量喷煤条件下的限制性因素，在实验室开展了两项试验研究工作。一是模拟高炉内气液两相流进行动力学试验，研究炉内产生液泛的条件；二是根据武钢高炉炉料结构，模拟高炉初成渣的成分，研究初成渣的冶金性能。研究发现，高炉下部气液正常对流运动的限制性环节是料柱发生的阻塞。减少炉腹煤气量，改善高炉下部焦炭料柱的透气性和滤液性，改善煤气流控制，以及降低初成渣粘度等，有利于推迟阻塞现象的发生，有利于炉况顺行和提高高炉产量。在此基础上，综合运用渣铁滞留模型和气液两相流的动力学方程，建立了高炉重要操作参数对最大产量影响的过程优化模型。在影响高炉最大产量的诸多因素中，焦炭平均粒度、渣量、炉渣特别是初成渣的黏度等参数影响最大，这为改善原燃料关键的质量指标提供了理论依据。在操作因素中，富氧率、顶压、风温等因素对最大产量有重大影响，这对改善高炉操作提出了更高的要求。
2.2 炉体结构和冷却系统创新
高炉强化冶炼，特别是长期保持高利用系数操作，会对高炉寿命，特别是炉缸、炉腹到炉身中下部区域的炉衬寿命产生严重影响。从设计角度看，高炉寿命在很大程度上取决于炉衬耐火材料和冷却器的材质和结构以及冷却器的冷却能力。武钢3200m3高炉在炉体结构和冷却系统方面有以下创新：
（1）长寿的炉缸和炉底结构
高炉炉缸部位直接接触高温渣铁，工作环境十分恶劣，更换炉缸内衬是高炉一代炉役结束的标志。传统高炉炉缸的铸铁冷却壁与大块炭砖之间用一层炭素捣打料吸收膨胀，由于普通炭素捣打料的热导率只有5W/m.k~10W/m.k，而大块炭砖的热导率达到20W/m.k以上，因而在大块炭砖与铸铁冷却壁之间形成一层热障，使炉缸炉衬不能充分冷却。武钢提出的“高炉炉缸”发明专利，在炉缸区域采用武钢自主开发的冷却能力强的铸铜冷却壁，其热端砌一层高热导率的模压小炭砖，小炭砖与大块炭砖之间填充武钢开发的热导率20W/m.k以上的炭素捣打料。这种炉缸结构，从大炭砖到铸铜冷却壁之间没有热障，大大提高了冷却效果。炉底采用水冷，炉底厚度减薄到炉底直径的0.2倍（2800mm）。炉底耐火材料自上而下依次为硅铝质陶瓷杯、超微孔炭砖、石墨炭砖（或半石墨炭砖），以下为水冷管。这种炉底结构的特点是炉底冷却能力自上而下逐渐增大。由于这种炉缸、炉底结构具有很强的冷却能力，不会因高炉高产率而危及其寿命，高炉一代寿命预计可达到20年甚至更长。
（2）风口区炉衬耐火材料的优化
风口区炉衬由莫来石组合砖改为微孔刚玉组合砖，以提高风口区冷却壁的工作寿命，并满足采用高风温、高富氧率、高喷煤比等高效生产技术的需要。
（3）改进炉型设计
2001年投产的武钢1号高炉第3代（2200m3），首次采用全冷却壁结构和铜冷却壁薄壁炉身结构。这种炉体结构使高炉容易形成合理操作炉型，快速进入高产状态。此外，适当减小了炉身角和炉腹角，有利于高炉强化冶炼。2004年以后投产的大修或新建的武钢5号、6号、7号等高炉也采用了这种炉型设计。
（4）炉体冷却系统创新
高炉炉衬寿命除受所砌耐火材料质量影响外，主要取决于冷却器和冷却水的冷却效果。武钢高炉冷却系统某些领域具有自己的特色，例如：2006年投产的7号高炉炉缸冷却用铸铜冷却壁取代铸铁冷却；炉喉钢砖采用水冷结构等。
在炉体冷却器结构改进的同时，武钢对软水密闭循环使用技术进行了系统的研究，包括冷却水质处理技术和确定高炉各部位在不同炉役阶段的冷却强度控制范围等。武钢的软水密闭循环技术在国内一些铁厂得到了推广应用。
2.3 高炉高效生产技术开发
（1）高炉装备与工艺技术进步
在武钢高炉大型化过程中，采用了一系列实现高效生产的工艺技术和装备，主要包括新型无偏析并罐无钟炉顶，能满足炉顶压力大于0.22MPa的高压操作要求；采用可掺烧转炉煤气的高温内燃式热风炉，具备提供1200℃以上高风温的能力；采用煤气干法布袋除尘工艺，改善环境并提高余压发电能力；采用烟煤与无烟煤混喷与浓相输煤技术，满足煤比达200kg/t的需要；改造富氧管网，满足富氧率8%的需要等。与此同时，为了适应高炉大型化对原燃料质量的更高要求，配套建设一座年产500万t的链箅机—回转窑大型球团厂，新建2座高度7.63m的大型焦炉，改造3台450m3大型烧结机。依靠大型设备的优势弥补了原燃料质量的不足，提高了烧结矿、球团矿和焦炭的质量水平，为高炉高效生产创造了重要的基础条件。
（来源：炼钢）
