2013寶鋼3高爐大修解析

1、寶鋼3號高爐長壽分析（爐齡19年無中修）,,中冶賽迪工程技術股份有限公司　重慶項鐘庸,高爐長壽是一項系統(tǒng)工程。高爐長壽主要的、經(jīng)常起作用的因素是高爐原燃料質(zhì)量和操作、維護。高爐的長壽取決于耐材的侵蝕和冷卻設備的破損程度?！　氫?號高爐的長壽，操作、維護起了決定性作用。由于高爐經(jīng)過19年生產(chǎn)，剛剛停爐，不可能作全面總結。本文只是從高爐設計、生產(chǎn)、維護的片段進行一些介紹。,寶鋼3號高爐的設計,生產(chǎn)操作與維護,實驗研究與數(shù)學模型,本文

2、得到朱仁良廠長、林城成、陳永明、王天球等專家的幫助和使用了他們的資料,前　言,寶鋼3號高爐于1994年9月20日投產(chǎn)，于2013年8月30日停爐大修。相差21天，達到19年。在世界4000m3以上高爐為第5位。　高爐一代總產(chǎn)量為6829.5萬噸。在世界4000m3以上高爐為第2位?！「郀t一代平均利用系數(shù)2.27t/(m3.d)。在世界4000m3以上高爐為第1位?！挝粻t容一代產(chǎn)鐵量為15700t/m3。在世界4000m3以上高爐

3、為第2位?！氫?號高爐是一座采用鑄鐵冷卻壁的厚壁高爐，為了支承砌磚，鑄鐵冷卻壁上設有凸臺。與一般厚壁高爐投產(chǎn)初期生產(chǎn)指標比較差，投產(chǎn)不久高爐耐材侵蝕、冷卻壁凸臺嚴重損壞，在這個過程中生產(chǎn)指標較差?！《?jīng)過了困難時期以后，生產(chǎn)指標得到了改善。在長期穩(wěn)定生產(chǎn)中，高爐得以長壽。,,3號高爐建設的背景,寶鋼煉鐵規(guī)模原訂為650萬噸，只建兩座高爐。3號高爐是繼建設1寶鋼、2號高爐之后，完全按照新的思路，自行建設的新高爐?！氫?號高爐與1

4、、2號高爐的區(qū)別有：　（1）沒有建設3號高爐的場地；?。?）總圖布置與1、2號高爐完全不同；?。?）1、2號高爐為冷卻板高爐，3號高爐采用冷卻壁，最好采用第四代冷卻壁；?。?）出鐵口夾角最好為90o（1、2號高爐為40o），要求提高出鐵場的除塵水平，但經(jīng)驗證明圓形出鐵場很難達到高要求；?。?）改進出鐵場除塵設施?！「郀t設計第1次采用了招標。由于招標花費了很長的時間，設計相當緊張。,在19年的生產(chǎn)周期中，是一個操作內(nèi)型合理化和

5、操作制度相匹配的過程?！∫环矫骐S著高爐操作爐型的不斷演變，對高爐操作狀態(tài)、經(jīng)濟技術指標造成影響?！×硪环矫娓郀t冶煉參數(shù)的調(diào)整又影響操作爐型的變化?？傮w來看，3號高爐一代爐役的生產(chǎn)過程可以劃分為以下三個主要階段：　（1）爐型演變期；（2）操作爐型穩(wěn)定期；（3）爐型維護階段?！「鱾€階段的主要指標見圖。由圖可知，3號高爐進入操作爐型穩(wěn)定期后的10余年間平均容積利用系數(shù)在2.4t/(m3.d)以上，平均燃料比493kg/t，煤氣利用率

6、51.84%；最好年面積利用系數(shù)達到71.0 t/(m2.d)以上。2012年的容積和面積利用系數(shù)分別保持在2.416 t/(m3.d)和68.7 t/(m2.d)。,3高爐生產(chǎn)的歷程,ηv,ηA,K,χBG,ηCO,燃料比503.29－500.5kg/t焦比314.81－302.6kg/t,煤比172.06－180.9kg/t,高爐一代的主要指標,1　設計,寶鋼3號高爐是繼建設1寶鋼、2號高爐之后，寶鋼首次采用冷卻壁的高爐，并且要求

7、采用新日鐵的第四代冷卻壁薄壁高爐。而需要與新日鐵談判后決定?！∫虼耍O計具有許多不定的因素：?。?）高爐采用薄壁，還是厚壁？?。?）高爐設計內(nèi)型如何確定？?。?）按照侵蝕內(nèi)型設計，爐容擴大，鼓風機能力還夠不夠？?。?）高爐內(nèi)型對生產(chǎn)操作的影響？　（5）冷卻水系統(tǒng)的設計等等。?。?）按照國外習慣，按照寶鋼高爐設計的傳統(tǒng)，要求對高爐的操作條件等等都要進行規(guī)劃。　超過國內(nèi)高爐設計的范圍， 我們對寶鋼也是從設計開始到停爐大修，全

8、程跟蹤。我從高爐投標、設計、施工、投產(chǎn)；從投產(chǎn)初期直到高爐后期；實現(xiàn)整體移出大修進行工作。,1.1高爐內(nèi)型,在寶鋼3號高爐建設時，曾經(jīng)為采用第三代或第四代鑄鐵冷卻壁舉棋不定，而制造、施工越來越緊迫?！「鶕?jù)合理爐型是符合高爐冶煉規(guī)律的爐型認為，不管第三代冷卻壁熱面內(nèi)部砌有內(nèi)襯，稱為厚壁；不管或第四代冷卻壁熱面內(nèi)不砌內(nèi)襯，稱為薄壁，兩者在設計內(nèi)型上相差甚遠，但有著共同的合理的操作爐型?！∫虼?，在冷卻壁代數(shù)沒有確定的前提下，對高爐設計內(nèi)型

9、與操作爐型的結合問題進行了研究。　當時我認為：“爐殼是重要的工藝結構?！醇葷M足第四代冷卻壁，又滿足第三代冷卻壁的要求?！变撹F》1993年第1期P.1　為此在同樣的爐殼尺寸的條件下，提出了第三代和第四代鑄鐵冷卻壁的兩個爐型方案?！】磥磉@個認識和決定對寶鋼3號高爐長壽和穩(wěn)定高產(chǎn)起著有利的作用。,1.1.1厚壁高爐內(nèi)型的合理化,長期以來，高爐一代生產(chǎn)呈現(xiàn)出開爐初期操作指標差；經(jīng)過一段時間生產(chǎn)之后，順行情況得到改善，各項指標達到良好水

10、平；到生產(chǎn)后期，爐況又變差，而且每況日下，一直發(fā)展到停爐大修，結束一代壽命。這種現(xiàn)象具有普遍性、規(guī)律性?？梢园迅郀t一代分為三個時期為：（1）開爐期；（2）經(jīng)效期；（3）爐役末期。,鞍鋼李清珍在1965年發(fā)表高爐結構的若干問題,以高爐爐殼確定內(nèi)型，實際上就是以冷卻壁熱面的位置確定內(nèi)型，基本上就是長期穩(wěn)定的操作內(nèi)型。,最終確定寶鋼3號高爐為第三代冷卻壁的厚壁高爐。,1.1.2 寶鋼3高爐內(nèi)型,1.2高爐操作設計,3高爐1999~

11、2009年月平均爐頂壓力與爐腹煤氣量的關系。　沒有超過10000m3/min,1.2.1高爐送風條件設計,寶鋼3號高爐K＝2.4時的爐腹煤氣量的上限值,1－PB=435kPa；2－PB - PT=200kPa；3－,=3.2m/s,用最大爐腹煤氣量設計送風條件,用最大爐腹煤氣量設計送風條件，可查閱《高爐設計－煉鐵工藝設計理論與實踐》,根據(jù)產(chǎn)量和爐腹煤氣量決定風量、富氧量,君津3號高爐的兩種裝料制度：　C5C1O1O1加重邊緣；　C

12、5C3O1O1發(fā)展邊緣?！〔捎眉又剡吘壍难b料制度使得L4x溫度過低，高爐順行受到影響，煤氣利用率不如C5C2.5O1O1的裝料制度。適當發(fā)展邊緣對長期穩(wěn)定順行有利。　高爐的操作爐型應該包括軟熔帶的分布模式。,C5C1O1O1,C5C3O1O1,計算的料層厚度，m,料層厚度的比值,中心,邊緣,1.2.2 高爐操作爐型及軟熔帶,君津3號高爐操作爐型,2.9m,3.6m,4.6m,爐內(nèi)煤氣溫度分布線,軟熔帶外側(cè)至爐墻的距離,君津3高爐

13、生產(chǎn)與軟熔帶,操作制度對軟熔帶的形狀有很大影響,目前有許多薄壁高爐在設計內(nèi)型時，沿用了厚壁高爐的內(nèi)型參數(shù)，爐腹狹窄、爐腹角大。由于薄壁高爐內(nèi)型不能自動合理化，從高爐投產(chǎn)到爐役末期，始終是在厚壁高爐投產(chǎn)初期的內(nèi)型下操作，導致高爐兩股氣流不容易發(fā)展，爐況順行受到影響，強化冶煉比較困難。為了尋求高爐強化的辦法，采用了大量中心加焦的裝料制度，大量煤氣從爐子中心逸出，致使煤氣利用率ηco下降、燃料比升高，這樣才能獲得爐況的順行。,軟熔帶根部的焦炭

14、窗是通過煤氣能力的區(qū)域，根部相差一層焦炭窗對煤氣的通過能力和熔化量影響巨大，用三層中部的焦炭窗通過的煤氣量還不敵根部一層焦炭窗的煤氣通過量。在我國高爐原燃料質(zhì)量較差，料批重量普遍較小的情況下，焦炭窗對煤氣的阻力較大。勢必使軟熔帶的總高度增高。,軟熔帶與操作爐型,高爐軟熔帶根部的熔化能力與爐腰和爐腹的形狀、爐腰與爐缸之差有關，如果爐腰與爐缸直徑的差值越大，熔化能力就必然增強。　與其說熔化能力與軟熔帶的根部高度（根部的層數(shù)）有關，不如說是

15、延滯了軟熔帶根部的加熱，受到停留時間和對軟熔帶煤氣流阻力的增強所致，有必要從風口帶循環(huán)區(qū)氣流的透氣力學方面來研討。,爐腹剖面形狀,軟熔帶根部,軟熔帶中部,鐵と鋼，1976，(5),鐵と鋼，1979，(10),用軟熔帶可以大致劃分直接還原或間接還原區(qū)域。　把軟熔帶外側(cè)與爐內(nèi)800oC之間的區(qū)域作為進行間接還原的區(qū)域。　按照計算寶鋼3號高爐爐內(nèi)煤氣800oC等溫線與軟熔帶外側(cè)線之間的體積約為1940m3；薄壁N高爐其間的體積為1180

16、m3?！“凑諣t內(nèi)煤氣量分攤到的間接還原區(qū)域的體積來估計煤氣與礦石的接觸程度。寶鋼3號高爐每小時每m3間接還原區(qū)域承擔的爐內(nèi)煤氣量約為370t/(m3.h)；薄壁N高爐承擔的煤氣量約為720t/(m3.h)，N高爐消化煤氣所承擔的任務比寶鋼3號高爐要重一倍。當然煤氣利用率ηco要低得多?！〖词棺孨高爐的爐腹煤氣量指數(shù)與寶鋼3號高爐的相當，會使軟熔帶的高度差減小一些，但也要高出1m以上，間接還原區(qū)域所承擔的煤氣量仍然要高許多?！∮纱丝?/p>

17、來，寶鋼3號高爐的煤氣利用率ηCO達到51.66%，而N高爐只有44.2%，是有其客觀原因的。,高爐操作爐型與煤氣利用率,1.2.3 冷卻水系統(tǒng),高爐冷卻水分為兩個系統(tǒng)：　強化系：爐缸水量增加后約2000m3/h；　本體系，水量3600m3/h。每m3高爐容積1.24水量小?！¤T鐵冷卻壁鑄入的水管直徑為60mm和48mm。水管直徑細。按照按照認識冷卻強度低。,高爐采用純水冷卻。純水具有強腐蝕性，冷卻水中含氧量高?！λ艿母g作

18、用比較大。,寶鋼高爐設計與國內(nèi)設計有很大的不同：（1）高爐進行了操作條件的設計，確定了最大爐腹煤氣用以指導設計、生產(chǎn)；（2）根據(jù)最大爐腹煤氣量，驗算了鼓風機的能力，制訂了高爐送風條件，即入爐最大風量、產(chǎn)量與富氧量等等；（3）根據(jù)經(jīng)驗，充分考慮了內(nèi)型的合理化過程，即厚壁高爐的侵蝕內(nèi)型就是薄壁高爐的設計內(nèi)型；（4）合理的操作爐型應與合理的軟熔帶分布相配合，才能達到高產(chǎn)低燃料比和長壽的效果。,1.3　設計小結,寶鋼3號高爐長期保持穩(wěn)定

19、順行。穩(wěn)定順行兩個主要指標高爐煤氣利用率和崩、滑料的推移圖?！「郀t崩、滑料主要發(fā)生在高爐休風送風恢復期間；管道也非常少，主要發(fā)生在開爐初期高爐爐型轉(zhuǎn)變期間。號高爐一代爐況穩(wěn)定、順行。 從寶鋼3號高爐一代爐役看，穩(wěn)定順行不僅為高爐強化冶煉創(chuàng)造了條件，也為高爐長壽奠定了基礎，高爐穩(wěn)定順行是高效、長壽的根本。,2　高爐順行是長壽的根本,寶鋼使用爐腹煤氣量來控制高爐操作的實踐，告訴我們不用高冶煉強度和高風量也能達到高產(chǎn)

20、和良好的指標。,寶鋼3號高爐2005年平均容積利用系數(shù)為2.518t/(m3.d)，面積利用系數(shù)71.16，燃料比481.60kg/t，煤比197.21kg/t。,2.1高爐強化的理念,由風量形成的爐腹煤氣量指數(shù),2.1.1 用最高爐腹煤氣量規(guī)范操作,,提高利用系數(shù)不是由提高風量來達到，而是依靠降低燃料比和降低噸鐵爐腹煤氣量來達到。,寶鋼3號高爐2005年生產(chǎn)數(shù)據(jù),寶鋼3號高爐2005年生產(chǎn)數(shù)據(jù),利用系數(shù)從2.3t/(m3.d)提高到2

21、.7t/(m3.d)，入爐風量基本上維持在6800m3/min，用氧量由20000m3/h提高到29000m3/h?！?高爐一直維持低的透氣阻力系數(shù)K，保證高爐順行。,高爐下部送風制度是高爐整體運行的基礎，就是確立合理爐腹煤氣量、循環(huán)區(qū)長度、鼓風動能等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)一次煤氣流合理分布，通過下部調(diào)劑來達到爐缸長壽?！。?）從溫度場分布角度，合理的爐腹煤氣量，可以達到合理的熱流比，保證爐料與煤氣充分接觸和還原；?。?）從而形成穩(wěn)定的軟

22、熔帶及其合理的位置高度；?。?）從煤氣流分布角度，合適的鼓風動能起著關鍵性作用。合適的鼓風動能可以確保一定長度的循環(huán)區(qū)，高爐一次煤氣流趨向中心，使徑向分布趨于均勻，保證一定中心氣流；　（4）從保持死料柱中心溫度，維持爐芯的透氣和透液性，確保爐缸活躍，同時，減小死料柱體積，有利于吹透爐缸，活躍爐缸中心；　（5）從保證滴落進入爐缸的物料得到充分的還原和合適的分布，減緩爐缸渣鐵環(huán)流對爐缸側(cè)壁侵蝕，有利于高爐爐缸長壽。,2.1.2 合理的

23、送風制度,高爐內(nèi)型的合理化為操作制度的優(yōu)化創(chuàng)造了條件?！?998年到2013年生產(chǎn)進入了穩(wěn)定、高效周期，創(chuàng)造了連續(xù)5年噴煤比大于200kg/t、焦比低于300kg/t、鐵水硅含量小于0.3％的佳績?！【S持高爐長期穩(wěn)定、高效生產(chǎn)是這個時期的操作重點。高爐在高煤比操作條件下，結合上下部調(diào)劑，保持充沛的鼓風動能和風速，使初始氣流有比較穩(wěn)定的中心氣流。　在布料上使爐料盡量向中心發(fā)散。高爐有良好的透氣性，透氣阻力系數(shù)比較低；另一方面高爐煤氣

24、利用率提高，高爐噸鐵燃料消耗降低?！∵@種操作模式有效平衡了高爐中心氣流和邊緣氣流，改善了高煤比、低硅冶煉條件下爐況的穩(wěn)定性，高爐的燃料消耗、風壓等重要冶煉參數(shù)更加趨于合理。,2.1.3 中心和邊緣兩條氣流,寶鋼高爐爐頂溫度分布要求，中心溫度控制在500~700℃左右，邊緣溫度控制大于100℃。為了改善高爐透氣性和提高煤氣利用率，需要適當兼顧高爐中心煤氣溫度和邊緣煤氣溫度，保持邊緣、中心兩股氣流。,加重或過分的開放中心或邊緣都不利于高爐

25、的穩(wěn)定順行和提高煤氣利用率。　為了改善煤氣的利用，以改變爐喉的礦焦比來控制煤氣分布。由于高爐邊緣的面積相對比中心大，形成中心煤氣通道，適當抑制邊緣氣流的操作思路。　合適的高爐操作理念、以及高爐內(nèi)型和操作爐型的良好配合，不必采用中心加焦來強化高爐。,寶鋼3號高爐爐缸能保持良好長壽狀態(tài)，與一代爐役維持較高的鼓風動能有關。寶鋼3號高爐有一明顯特點：即使在提高富氧率時也要保持相應的鼓風動能。高爐爐腹煤氣量和鼓風動能能均與高爐風量比相關，風量

26、比即單位爐缸面積的入爐風量。,,2.1.3 保持適宜的鼓風動能,,對鼓風動能與死料堆透液性的研究，以及寶鋼3高爐實踐證明：當高爐鼓風動能達到15500kg.m/s以上，既可保證高爐穩(wěn)定順行，又有利于減緩渣鐵環(huán)流對高爐爐缸侵蝕。3高爐一代爐役控制鼓風動能15500kg.m/s以上為基本出發(fā)點，結合冶煉生產(chǎn)需求，確立基本操作制度，高爐既高效，又實現(xiàn)了高爐爐缸長壽的目標。　因此，寶鋼3高爐實績證明，合理的操作制度是高爐強化與長壽的重要保證。

27、　此外，近年來我國高爐大型化的發(fā)展迅猛，許多高爐工作者對大型高爐的特點認識還不夠，特別是高爐爐缸擴大以后爐芯的體積也呈三次方增大，爐芯對高爐操作和壽命的影響就突現(xiàn)出來了。對大型高爐來說，采取活躍爐缸中心的操作就是最有效的護爐措施?！∫虼藨皶r處理爐缸堆積；充分估計含鈦礦護爐爐芯的透氣性、透液性的影響；增進對鈦化合物的特性了解。,寶鋼3號高爐從1994年9月投產(chǎn)到1998年的階段，經(jīng)歷了內(nèi)襯和凸臺的侵蝕和燒損，從設計爐型向操作爐型不斷

28、演化的過程中，高爐在生產(chǎn)、操作都出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)：（1）冷卻設備破損多1995年初，從風口發(fā)現(xiàn)有大塊碳化硅磚。從8月開始，高爐S-3段冷卻壁凸臺水管出現(xiàn)了破損現(xiàn)象，隨后冷卻壁凸臺水管破損數(shù)量不斷增加。隨著凸臺水管的不斷破損和襯磚的侵蝕，高爐的爐型也不斷變化，是造成煤氣流分布不穩(wěn)定的重要因素，高爐操作制度難以維持穩(wěn)定。,2.2 維護合理的操作爐型,厚壁高爐砌磚要用凸臺來支撐，而凸臺突出在爐內(nèi)，妨礙形成平滑的剖面。高爐內(nèi)型凹凸不平，產(chǎn)

29、生焦礦混合層。,寶鋼3號高爐冷卻壁凸臺破損趨勢,從1995年8月開始，高爐S-3段冷卻壁凸臺水管出現(xiàn)了破損，隨后冷卻壁凸臺水管破損數(shù)量不斷增加?！≡?997年凸臺水管破損數(shù)量達到高峰，全年破損了82根，到1998年底已經(jīng)累計破損148根，占冷卻壁凸臺總量的73％。,2.2.1 維護合理的操作爐型,針對爐體冷卻設備不斷破損情況，為保護爐殼、穩(wěn)定爐墻，自1997年11月起實施了微型銅冷卻器的安裝，微型冷卻器的直徑為150mm，伸入冷卻壁熱

30、面約100mm。到2010年底已在B2、B3、S1、S2、S3等位置累計安裝了856根微型冷卻器，微型冷卻器安裝數(shù)量趨勢。,微型冷卻器加強了冷卻，改善了冷卻壁的工作狀況，防止爐體冷卻壁的進一步損壞，對3號高爐一代爐役的長壽和穩(wěn)定生產(chǎn)起到了一定的作用。,安裝微型冷卻器,自1997年至去年底累計安裝微型冷卻器的分布見圖?！≡黾铀?，強化系增加至1300m3/h左右，本體系增至3600m3/h左右。改造了脫氣系統(tǒng)。雖然增加了供水的除氧裝置，

31、但一起沒有使用。水中含氧仍比較高。,由于襯磚的侵蝕和凸臺水管的破損，高爐的內(nèi)型也隨之不斷變化，成為造成煤氣流分布不穩(wěn)定的重要因素，高爐操作制度難以穩(wěn)定維持。,冷卻壁下端還采用了雙層鑲磚，即，在S5冷卻壁的熱面鑲嵌的200mm磚以外，其下部加鑲一層厚75mm磚；冷卻壁熱面鑲磚之間肋的厚度上、下也不同，上部鑲磚的肋較厚為55mm，有較強的冷卻效果；下部肋的厚度較薄為45mm，冷卻較差。,當砌磚脫落后，預期S5冷卻壁下部的肋損壞較快，熱面的鑲

32、磚也較快損壞，使得200mm的擴張也很快消失，見放大圖?！∠Ｍ纬扇缣摼€A所示的的剖面，以保證高爐內(nèi)型的平滑過渡。,爐身上部不砌磚，而爐身中下部砌磚，兩者之間必需很好地過渡，不出現(xiàn)大的凸躍?！≡跔t身中部的磚襯逐漸往上減薄，下部為700mm。　在S4與S5冷卻壁過渡的銜接處的磚厚為200mm，使這部分的擴張或凸躍高度縮小至200mm。下面開始砌磚?！≡赟5冷卻壁下端有200mm的缺口，并使S5冷卻壁最下端的肋做得比較薄僅75mm，

33、下端還不設橫水管。目的是使爐身砌磚脫落后，使S5下部的肋較早損壞。,過去的厚壁高爐隨著爐齡的增加，由于爐身上部磚襯侵蝕，形成凸凹不平的剖面，合理操作內(nèi)型受到破壞。從而形成焦礦混合層，使得邊緣煤氣不能控制，操作指標惡化。同時，高爐爐墻熱負荷增加，爐役壽命縮短?！《鴮氫?號高爐R1、R2、R3和S5冷卻壁的鑄鐵熱面直接沿爐身內(nèi)型敷設，保持爐身上部不發(fā)生變化，維持這部分爐身角在81o以上，保證了高爐煤氣流的合理分布和穩(wěn)定?！?005年至今

34、高爐操作指標仍保持穩(wěn)產(chǎn)期的水平?！】墒怯捎跔t齡達10年以上，已經(jīng)進入耄耋之年，S3、S4段冷卻壁的破損情況日趨嚴重，冷卻效果下降。到2003年底S3、S4段冷卻壁本體水管破損率達60％以上，圖中表示寶鋼3號高爐本體管破損分布。　有的采取噴涂耐材的方法來維護高爐?？墒菄娡磕筒膶⒏蓴_高爐的操作內(nèi)型，對高爐操作制度的穩(wěn)定和爐況帶來不利的影響。,2.2.2 爐役后期內(nèi)型的維護,寶鋼3號高爐2003年底本體水管破損率分布,爐身中部成為今后持續(xù)

35、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，一旦爐況發(fā)生波動，極易產(chǎn)生爐殼溫度上升，造成爐殼開裂，將影響高爐長壽。對日后高爐正常的維護和操作帶來不利影響?！榱吮ＷC合理的操作內(nèi)型不受干擾，決定在2004年和2009年采用定修模式分別對S3和S4冷卻壁采取快速更換的方案。,為了保證更換后仍然形成平滑的內(nèi)型剖面，更換的S3冷卻壁取消了凸臺。　在更換前，在爐頂設置吊裝設備，在爐殼上開新舊冷卻壁的進出孔。每段冷卻壁共56塊，更換一段冷卻壁的時間約100h。冷卻壁的

36、更換從而保障了爐役后期爐體的安全，保持了高爐內(nèi)型的光滑，提高了冷卻效果。　2004年爐身S3段冷卻壁更換成功以后，對爐體最薄弱環(huán)節(jié)進行了修復，有效維持了高爐操作內(nèi)型和煤氣流分布?！「郀t一方面采取穩(wěn)定爐體熱負荷，改善高爐透氣性，盡量均衡分布爐體冷卻水量；　另一方面，在冷卻壁水管集中破損的區(qū)域加裝微型冷卻器，來優(yōu)化爐體冷卻功能，來加強高爐內(nèi)型的維護。2009年5月對S4段冷卻壁進行了整體更換，進一步均勻了爐墻冷卻強度，爐體熱負荷更加趨

37、于穩(wěn)定合理。近年來，即使在寶鋼原燃料質(zhì)量下降，爐役后期冷卻壁普遍侵蝕的情況下，繼續(xù)達到了高產(chǎn)、低耗的操作目標。,爐缸采用美國UCAR小塊炭磚，爐缸砌磚厚度比較薄?！★L口帶炭磚厚度約為800mm；　爐缸上部炭磚厚度為900mm；　爐缸下部炭磚厚度為1200mm?！t底兩層黏土磚總厚度1000mm?！∷黎F層深度2985mm，為爐缸直徑的21.4%?！≡谕懂a(chǎn)前爐頂無料鐘齒輪箱水封調(diào)試時，晚上漏水，第二天才發(fā)現(xiàn)，爐缸中已經(jīng)積水約半米

38、深。,2.3 良好的操作制度是維護爐缸的最佳保證,爐缸結構,寶鋼3高爐采用純水密閉循環(huán)，爐缸設計循環(huán)水量1380m3/h，采用UCAR熱壓小塊炭磚，死鐵層深度為2985mm?！≡?994年9月烘爐前爐頂安裝調(diào)試時漏水，爐缸積水整整淹了一個晚上。烘爐只延長了3天?！⊥懂a(chǎn)初期鐵口出鐵與出水“輪流”出，而且出鐵口冒出的煤氣，幾乎是噴出狀態(tài)，聽到“嗞嗞”像高壓水噴出的聲響。開爐后出鐵口冒黑水達半個多月，爐底冒黑水達1個多月?！★L口中套

39、與組合磚之間的填料被水沖掉了，組合磚得不到冷卻而被燒壞，風口中套得不到保護，導致開爐不久就燒壞了12個中套。風口中套不得不重新壓漿，恢復對風口磚的冷卻?！　〕鲨F口內(nèi)的磚襯突出，靠近出鐵口都怕鐵水會裹著煤氣一起冒出來。采取了金屬結構支撐，更換出鐵口內(nèi)的磚襯；出鐵口壓入膠泥等措施，制止了出鐵口冒煤氣。,,爐缸的原始條件很差,2.3.1 活躍爐缸中心　減輕鐵水環(huán)流,高爐活躍爐缸十分重要，高爐中心爐芯的透氣性和　透液性對高爐爐缸侵蝕的發(fā)展至

40、關重要?！t芯透氣性和透液性差，鐵水積聚在爐缸邊緣，在　出鐵時容易形成環(huán)流，將導致出鐵口下面約1m處，爐缸內(nèi)襯局部呈象腳侵蝕，往往引發(fā)爐缸潰破等故障。　因此，在操作上要采取活躍爐缸爐芯的措施，避免爐底中心堆積、溫度偏低，保持適當?shù)臓t底中心溫度。,,大量噴煤,象腳侵蝕,局部液泛,鳥巢,焦炭劣化,鐵水環(huán)流加強,死料堆內(nèi)形成低透液區(qū),死料堆溫度下降,死料堆透液性下降,粉末積聚在死料堆內(nèi),邊緣氣流發(fā)展,管道、滑料、懸料,邊緣

41、液流集中,焦炭循環(huán)區(qū)粉化,寶鋼2號高爐兩個出鐵口之間的夾角為40o。在2000~2002年間，每次爐缸側(cè)壁溫度上升都發(fā)生在爐底溫度顯著下降之時，而爐底溫度較高的時候，側(cè)壁溫度較低且穩(wěn)定?！t底與側(cè)壁溫度的關系，實質(zhì)上說明了爐缸鐵水的流動狀況。當鐵水環(huán)流加強，爐缸側(cè)壁溫度便上升；當爐缸中心活躍，爐底溫度上升，鐵水環(huán)流就減弱。,減輕爐缸環(huán)流,,,,,陰陽平衡,2.3.2 嚴格的出鐵制度,2.3.2.1合理的出鐵制度（

42、1）降低出鐵速度，能夠有效地減輕環(huán)流速度。（2）避免使用同一出鐵場的兩個出鐵口或經(jīng)常使用相鄰的兩個出鐵口。（3）加強對出鐵情況的監(jiān)測。每次出鐵量均勻、鐵水成分均勻，出渣量/出鐵量之比與側(cè)壁溫度。（4）減少出鐵次數(shù)，增加每次鐵的出鐵量。,寶鋼2高爐出鐵指數(shù)與爐底溫度的關系,每次能夠多出鐵，爐底溫度高，說明爐缸活躍,（1）使用具有抗沖刷能力的炮泥。炮泥質(zhì)量差或不穩(wěn)定往往與爐缸異常的信息混淆，而放松警惕。容易導致燒穿事故。?。?）

43、精確控制炮泥用量，掌握打泥壓力、打泥速度的變化?！。?）經(jīng)常將出鐵口的深度保持在上限是必要的。,寶鋼2高爐打泥量與爐底溫度的關系,3高爐4號出鐵口深度與側(cè)壁溫度的關系,2.3.2.2 出鐵口維護,爐底溫度,側(cè)壁溫度,打泥量,爐底溫度下降至極限低點，爐缸顯著呆滯，鐵口變淺，出鐵時間短，見渣晚，出鐵次數(shù)增多；打泥困難，打泥量明顯減少，側(cè)壁溫度快速上升。,臨時增加的側(cè)壁溫度計,2.3.3 重視爐缸狀態(tài)的監(jiān)測,高爐的高效長壽與日常的長壽診斷技

44、術是分不開的。實際工作中，對長壽的診斷分為兩個部分：爐缸侵蝕狀況監(jiān)測和爐體的狀況診斷分析?！「郀t在設計階段對爐缸的壽命非常重視，整個爐缸區(qū)域設計的電偶數(shù)量不多。投產(chǎn)后新增超過一半。以這些電偶為基礎，對爐缸的狀態(tài)進行密切監(jiān)測，逐步建立和完善了爐缸侵蝕的監(jiān)測體系。,2.3.4.1爐缸侵蝕狀況的監(jiān)測　爐缸的侵蝕是不可能完全避免的，決定爐缸壽命的關鍵因素是爐缸的監(jiān)測和維護?！〗t缸侵蝕監(jiān)測體系的目的是了解和掌握爐缸侵蝕狀況，便于及時發(fā)現(xiàn)

45、爐缸侵蝕的部位，采取有效的措施控制侵蝕的進一步發(fā)展。通常包括以下幾個內(nèi)容：?。?）爐缸溫度監(jiān)測　爐缸各部位的電偶溫度直接反映了爐缸耐材的溫度，以及通過計算得到爐缸內(nèi)溫度場分布情況，并間接地反映了內(nèi)襯侵蝕情況。表3為寶鋼高爐爐缸監(jiān)測的側(cè)壁溫度管理值。,2.3.4 診斷方法,（2）爐缸冷卻水水溫差監(jiān)測　爐缸冷卻水水溫差直接反映了該冷卻壁承受的熱負荷狀況，因爐缸區(qū)域水溫差變動幅度較小，通常小于1度甚至0.5度，且爐缸冷卻水溫電偶只有5只

46、，數(shù)量少，不能具體反應出爐缸熱負荷分布狀況?！?010年，3號高爐爐缸區(qū)域新增了高精度水溫電偶，可以準確到百分之一度，監(jiān)測更加精細，定位更加準確?！。?）爐缸熱負荷和熱流強度監(jiān)測　爐缸熱負荷大小能及時反映高爐爐缸耐材、冷卻的狀況，為操作人員提供操作指導,進而采取有效措施控制熱流強度，以保護爐缸?！?010年，爐缸區(qū)域新增高精度水溫電偶后，除了可以更加精確的計算出爐缸總的熱負荷外，還可以對重點的鐵口區(qū)域的單塊冷卻壁的熱負荷和熱流強

47、度進行監(jiān)測，從而更加直觀和有針對性。,,,凝結層,凝結層,凝結層,（4）建立爐缸侵蝕數(shù)學模型,（1）爐缸側(cè)壁和爐底電偶對溫度監(jiān)測是一個實時連續(xù)過程。　因此，爐缸侵蝕的監(jiān)測體系也是一個實時監(jiān)測過程，對應高爐爐缸側(cè)壁管理標準和爐缸熱流強度與水溫差的管理標準，從高爐操作、爐前作業(yè)、冷卻系統(tǒng)方面分別采取不同的措施?！〈送?，還對爐缸重點區(qū)域和側(cè)壁溫度較高的區(qū)域?qū)嵭腥斯じ深A的監(jiān)控措施。每天分三次進行記錄，形成趨勢圖，及時分析變化因素，采用不同措

48、施?！。?）對爐體的狀況診斷是依據(jù)高爐日常的操作參數(shù)和爐體冷卻器的破損狀況進行?！∶刻鞂Σ僮鲄?shù)進行綜合分析，重點對邊緣四點溫度，爐喉缸磚溫度、熱負荷以及補水曲線進行分析對比，最終目的是控制適宜的邊緣煤氣流，保持合理的熱負荷，維護合理的操作爐型。,2.3.4.2 診斷周期,在高爐一代爐役中，必須采取爐缸侵蝕控制措施。3號高爐的常規(guī)爐缸侵蝕控制措施有：（1）檢查爐缸監(jiān)測設備；（2）檢查風口破漏；（3）檢查冷卻壁水管的破漏；（3）進行爐

49、殼與爐襯冷面、爐殼與冷卻壁之間的間隙灌漿；（4）減產(chǎn)；延長休風時間；（5）降低噴煤比；（6）增加水流、降低水溫；（7）改進爐前作業(yè)；（8）提高爐料質(zhì)量等。3號高爐對高爐爐缸的長壽維護的另外一個顯著特點是重視高爐下部送風制度的調(diào)節(jié)，通過下部調(diào)節(jié)實現(xiàn)高爐爐缸長壽。高爐下部送風制度就是確立合理爐腹煤氣量、回旋區(qū)長度、鼓風動能等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)一次煤氣流合理分布。合適的鼓風動能在其中起關鍵性作用。從煤氣流分布角度，可以確保一定長度的回旋區(qū)，高

50、爐一次煤氣流趨向中心，使徑向分布趨于均勻，保證一定中心氣流，使死料柱保持一定溫度，維持一定透氣和透液性，確保爐缸活躍；減小死料堆體積，有利于吹透爐缸，減緩鐵水環(huán)流對爐缸側(cè)壁沖刷，有利于高爐爐缸長壽。,2.4 高爐爐缸長壽的維護經(jīng)驗,寶鋼3高爐的先天條件很差，而在寶鋼生產(chǎn)人員的精心操作下，能達到了18年以上的壽命?！氫?高爐的高效長壽，主要取決于良好的爐缸工作狀態(tài)和合理的操作制度，一代爐役高爐爐缸狀態(tài)表現(xiàn)一下特點：（1）從未壓漿，

51、也不存在明顯的氣隙（開爐初期也曾經(jīng)試圖壓漿，但是壓不進去，以后無論是熱面還是冷面，就再也沒有壓過漿）；（2）從來沒有加過鈦礦護爐；（3）爐缸侵蝕緩慢，未發(fā)生過因爐缸侵蝕，而限產(chǎn)；（4）爐缸局部溫度升高時，通過堵風口進行有效控制；（5）爐役后期，爐缸側(cè)壁溫度升高的次數(shù)有增加趨勢?！×己玫臓t缸工作狀態(tài)和合理的操作制度對高爐長壽至關重要,,2.3.5 依靠良好的操作維護爐缸,寶鋼3高爐生產(chǎn)18年間，爐缸從未發(fā)生側(cè)壁溫度大幅度升高和炭

52、磚明顯侵蝕現(xiàn)象?！t缸的侵蝕主要受鐵水流動、爐芯結構和焦炭的自由層的影響，而使凝結層的厚度不斷變化。　炭磚的侵蝕是漸進的。當該處凝結層脫落時，溫度升高。一旦炭磚暴露在鐵水之中，炭磚迅速被侵蝕。其后，溫度的下降不可能是炭磚的再生，只能是重新產(chǎn)生了凝結層，維持了新的平衡；直到再一次凝結層脫落，溫度升高，炭磚以被侵蝕，反復進行。如果能保持穩(wěn)定的凝結層，那末，炭磚被保護，爐缸就能呈緩慢侵蝕趨勢?！t缸側(cè)壁溫度最高點在鐵口下方，因為無雙電偶

53、準確計算炭磚殘厚，根據(jù)單電偶最高溫度，估算爐役后期寶鋼3號高爐炭磚最薄殘存厚度約500mm左右。　根據(jù)大型高爐爐缸殘厚控制標準，尚屬安全控制范圍。良好爐缸狀態(tài)依托于科學設計建造和合理的操作和維護。,,2.3.6　特殊護爐措施,生產(chǎn)操作的特殊護爐,爐缸灌漿或壓漿,鈦礦護爐,2.3.6.1 關于特殊護爐,當高爐爐役后期或者局部侵蝕，使炭磚磚襯厚度變得很薄，到達危險的狀態(tài)，采取正常的生產(chǎn)操作維護不能有效控制侵蝕的發(fā)展時，必須及時采取特殊的護

54、爐措施：?。?）降低產(chǎn)量。減少風量和氧氣量，可是仍然要保持足夠的鼓風動能，保證爐缸中心活躍。?。?）降低噴煤量，提高焦比。?。?）堵風口。堵局部侵蝕部位上部的風口?！。?）加強冷卻。加強局部侵蝕部位的冷卻更有效?！。?）如果出鐵口下部或周圍局部侵蝕。應調(diào)整出鐵制度，并增加打泥量。?。?）使用含鈦礦護爐。?。?）爐缸或爐底壓漿?！氫?號高爐采用熱壓小塊炭磚，雖然爐缸進水，大量泥漿流出爐外，可是從來沒有灌過漿，可能沒有破壞

55、砌磚的完整性也是高爐能夠長壽的原因之一。,2.3.6.2 爐缸側(cè)壁灌漿或壓漿,在采取壓漿時，對壓漿壓力、一次的灌漿量和灌漿材質(zhì)應嚴格掌控。掌握不當，往往誘發(fā)事故：?。?）必須弄清炭磚的狀況。特別是使用小塊炭磚時，靠近冷卻壁的磚縫沒有達到固結溫度，壓力過高使泥漿穿透到爐內(nèi)，打通煤氣和鐵水外流的通道?！。?）應嚴格控制灌漿材質(zhì)。曾經(jīng)有高爐將灌漿外包給耐材廠家，并以灌漿的噸位結算。灌漿料采用的是導熱性能很差的粘土質(zhì)材料。增加了熱阻，破壞了

56、傳熱途徑，結果高爐爐缸局部侵蝕，被迫停爐?！。?）曾經(jīng)有因灌漿引發(fā)爐缸燒穿事故?！　囊陨锨闆r可知，爐底、爐缸灌漿事先要有詳細計劃；實施時要嚴格監(jiān)督、謹慎進行。這種方法不應認為是萬能的，是有條件的；不能認為吃補藥無害，要懂得是藥三分毒的辯證關系。,2.3.6.3 鈦礦護爐,鈦礦護爐機理?。?）鈦礦中的TiO2在高爐內(nèi)高溫還原氣氛條件下，生成TiC、TiN及其固熔體Ti（CN）。它們的熔點都很高，純的TiC為3150℃，TiN為29

57、50℃。這些高熔點鈦的氮化物和碳化物在爐缸、爐底　生成發(fā)育和集結，與鐵水及鐵水中析出的石墨等形成粘稠狀物質(zhì)，凝結在離冷卻壁較近的被侵蝕嚴重的爐缸、爐底的磚縫和內(nèi)襯表面，進而對爐缸、爐底內(nèi)襯起到了保護作用?！『仩t渣的粘度受氣氛的影響很大。在氧化性氣氛下，隨著渣中TiO2量的增加，爐渣粘度明顯下降?！。?）Ti(C,N)在鐵水中的溶解度與溫度有關，隨著鐵水溫度下降溶解度也下降。根據(jù)高爐條件鐵水溫度1350oC時，Ti(C,N)在鐵水中

58、的溶解度為0.212%?！。?）為使Ti(C,N)從鐵水中析出，必須使其生成量高于溶解度。在使用鈦礦石護爐時應有合適的鈦礦加入量。,在評價爐缸內(nèi)還原氣氛、還原勢時，要注意高爐爐缸內(nèi)各部分的還原勢是不同的，含鈦爐渣在爐缸內(nèi)的行為也不同?！∈褂免C鈦礦冶煉時，往往會使高爐爐底中心隆起，這是由于爐缸中心部分還原勢高；　風口具有很強的氧化性氣氛，鐵水和爐渣通過風口帶時鐵水中的C、Si、Mn等元素被氧化，進入爐缸會阻止Ti的還原和形成Ti(C

59、,N)化合物?！∫虼伺输撘睙掆C鈦礦，高爐爐渣含24%TiO2也曾發(fā)生過爐缸側(cè)壁燒穿的事故，這就說明在風口下方的爐缸中還原勢就比較弱?！∮煤伒V石護爐時，也有相似的情況，保護爐底中心比較有效，而維護側(cè)壁比較困難?！≌f明使用鈦礦護爐時，必須要有針對性，還必須采取相應措施。寶鋼認為應盡量避免用鈦礦護爐。,鈦礦護爐的現(xiàn)象,,（1）在用含鈦礦護爐前，應研究送風制度和裝料制度的合理性和爐芯的狀態(tài)；（2）用含鈦礦護爐時，應提高生鐵含硅量至1

60、.0~1.5%；（3）最有效的辦法是堵風口，局部減少含F(xiàn)eO的爐渣和不飽和碳的鐵水進入爐缸；（4）局部加強冷卻，創(chuàng)造在需要護爐的部分達到TiO2還原后Ti(C,N)超過鐵水中的溶解度，并黏附到爐缸側(cè)壁的條件；（5）當用含鈦礦護爐時一定要注意爐底溫度的變化，如果爐底溫度下降，有可能由于爐缸中心爐芯形成低透液區(qū)域，這反而會加劇側(cè)壁的侵蝕?！t缸內(nèi)爐芯中低透液區(qū)域形成的機理是爐缸爐芯中的焦粉、未燃煤粉、焦炭中碳素溶解以后殘存的高熔點灰

61、份，以及含鈦礦石護爐時形成的高熔點Ti(C,N)化合物受冷卻形成。,鈦礦護爐應注意的事項,3 停爐觀察及解析調(diào)查,為滿足高爐快速和整體分塊移出大修的要求，我們對爐體框架的加固，對高爐寶鋼1、2號高爐大修放殘鐵開孔、殘鐵量和爐缸、爐底部分整體移出的重量進行了大量工作?！氫?號高爐的爐頂整體吊裝是目前世界上僅有的?！氫?號高爐大修時沒有放殘鐵，我們計算了爐缸、爐底部分整體移出爐外的總重量為6480t，估計殘鐵、殘渣量約為3200t。

62、　提供給寶鋼。實際移出爐外的重量為6480t?！t缸、爐底整體移出，不但為快速大修創(chuàng)造了條件，而且整體搬移到不妨礙大修和高爐生產(chǎn)的位置，為爐缸、爐底解剖調(diào)查創(chuàng)造了良好的條件?！t缸、爐底的解剖調(diào)查將在大修投產(chǎn)后詳細進行。,3.1 停爐觀察,風口以上冷卻壁狀況,T1,B3,B2,B1,微型冷卻器,S1,風口,風口中套,,高爐爐內(nèi)剖面狀況,S5,B3,S1,S2,S3,S4,R1,R2,高爐中部S5冷卻壁,如前所述，在形成高爐操作爐型

63、時，希望S5段冷卻壁下部 磨損使爐內(nèi)剖面平滑過渡。　停爐觀察達到了預期的目標。,S5冷卻壁下部磨損，與S4冷卻壁的銜接，之間沒有凸臺,高爐下部剖面狀況,高爐下部風口冷卻壁T1上端露出在爐內(nèi)，但全部完好，爐腹冷卻壁B1全部露出在爐內(nèi)，也全部完好。 　爐腰冷卻壁B2有部份水管裸露，并因凸臺破損，插入了冷卻棒。,T1,風口,B1,B2,冷卻棒,風口上部結了渣皮,風口冷卻壁的上端裸露在爐內(nèi)，而風口上部有渣皮，渣皮就局部堆積

64、在風口上部?！★L口下部風口組合磚，部分被侵蝕，中套有一部分露出爐內(nèi)，基本完好。,風口上部及下部狀況,風口,渣皮,風口中套,風口組合磚,風口組合磚,風口冷卻壁,風口冷卻壁下部炭磚基本沒有侵蝕，UCAR小塊磚完整、棱角分明，磚縫清晰。其前部的凝固層完整。在出鐵口區(qū)域打開的清渣口寬度5m。,高爐爐缸上部狀況,清渣口,清渣口上部仰視,風口冷卻壁,炭磚,凝結層,炭磚,炭磚,焦炭,,爐缸炭磚前凝結層狀況良好,小塊炭磚,小塊炭磚,爐缸冷卻壁,層狀

65、凝結層,焦炭,內(nèi)容物,3.2高爐整體移出快速大修,為滿足高爐快速和整體分塊搬運大修的要求，我們對寶鋼1、2、3號高爐大修的整體移出和安裝進行了大量工作。,寶鋼3號高爐上、中段整體安裝,寶鋼1號高爐爐頂整體安裝,寶鋼3號高爐大修時沒有放殘鐵，爐缸、爐底部分整體移出爐外的總重量為6480t，估計殘鐵、殘渣量約為3200t。,寶鋼3號高爐大修實況,4 結　語,寶鋼高爐設計、操作和維護以及大修有其特點：（1）高爐設計圍繞著爐腹煤氣量來指導設計

66、和生產(chǎn)操作；（2）高爐內(nèi)型貫徹了厚壁高爐的侵蝕內(nèi)型就是薄壁高爐的設計內(nèi)型；（3）高爐下部送風制度就是確立合理爐腹煤氣量、回旋區(qū)長度、鼓風動能等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)一次煤氣流合理分布。（4）為了改善高爐透氣性和提高煤氣利用率，需要適當兼顧高爐中心煤氣溫度和邊緣煤氣溫度，保持邊緣、中心兩股氣流。（5）合理的操作爐型應與合理的軟熔帶分布相配合，達到高產(chǎn)低燃料比和長壽的效果。（6）建立爐缸侵蝕監(jiān)測體系，掌握爐缸侵蝕狀況，便于及時發(fā)現(xiàn)爐缸侵蝕