【技术文献】高炉直吹管结构改造优化实践

2023-05-10 14:56:27

高炉直吹管结构改造优化实践

孙其德  韩传宝  周广居

(山东泰山钢铁集团有限公司)

摘  要:直吹管是高炉送风系统中的薄弱环节,高炉运行中普遍存在着外表温度高、漏风、发红、烧穿、使用寿命短等问题,严重影响着着高炉正常生产。泰钢两座高炉直吹管结构经过改造优化,运行质量有了较大改善,使用效果明显提高,更换数量从2014年的106件降低到2017年的31件,单件使用寿命由之前的最长11个月提高到26个月以上,寿命增加2.4倍以上,为高炉生产提供了安全保障。

关键词:高炉;直吹管;温度;发红;烧穿;寿命


1 前言

直吹管是高炉送风系统中的薄弱环节,各高炉普遍存在着外表温度高、漏风、发红、烧穿、使用寿命短等问题。现场通常临时采取压缩风冷却、循环水冷却等措施来处理轻微的温度高、发红、漏风问题,等待休风机会予以处理。面对突然出现的严重发红、漏风及烧穿问题,高炉则采取紧急休风措施来处理。

泰钢1#、2#两座高炉设计容积为1780m3,设有26个风口,2个出铁口,分别于2011年11月28日和2012年3月20日开炉。开炉初期至2014年10月之间,直吹管的运行温度在260--330℃左右,无明显发红、漏风问题,最长在线运行时间在17个月以上,能满足高炉生产要求。随着高炉冶炼强度的进一步提高,与高炉同步设计加工的直吹管已不能满足高炉送风要求,原直吹管设计与高炉工况的变化存在不适应问题,以致直吹管前端钢头至枪道部位温度高、发红、甚至烧穿问题逐渐暴露出来。2014年1月至10月因直吹管原因更换67件,占总数的63.21%,其中,直吹管前端烧穿4件,由此更换下线48件,发红下线5件,温度高下线10件,在线直吹管运行质量不稳定,给高炉安全运行带来较大隐患,严重制约着高炉各项经济技术指标的提高。(见表1)

表1  2014年高炉直吹管下线统计表


线

直吹管烧穿下线

直吹管烧穿灌渣下线

线

线

休风灌渣下线

安装不严漏风下线

插枪原因下线

线

温度高下线



1#炉

18

1

13

10

1

4

1

0

2

7

57

2#炉

5

3

12

13

4

2

2

2

3

3

49

合计

23

4

25

23

5

6

3

2

5

10

106

占比例

21.70

3.77

23.58

21.70

4.72

5.66

2.83

1.89

4.72

9.43

100

2 直吹管结构改造优化

为解决这一问题,在供销公司协调下,炼铁部对行业内进行了比较,以氧量6500-8000m3/h、风量3300 m3/min、风压370Kpa等工况条件为参照,根据高炉实际工况对直吹管结构进行设计、改造,达到“正常安装不跑风,长时间休风冷、热态互转不造成风口跑风。喷枪不刻意加工即可以喷至风口正中心,且喷出的煤粉不刷风口小套。”的修复标准。针对直吹管结构的改造、优化,先后设计出了四种改造方案,并予以实施。

方案1:枪道夹角由11°改造为10°,枪包在原基础上宽度增加20mm,厚度增加15mm,内衬骨料以亚白刚玉为主,提高内衬强度及耐火度,其它无改变。该方案由厂家设计并实施。2014年9月10日,1#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在2#、17#、18#、19#、21#风口。运行中温度变化较大,最高达到364℃左右且呈升高趋势,与生产要求有一定差距。(见表2-3)

表2   2014年10月15日测温结果

风口

2#

17#

18#

19#

21#

温度

279℃

331℃

296℃

335℃

303℃

表3  2014年11月15日测温结果

风口

2#

17#

18#

19#

21#

温度

318℃

308℃

338℃

328℃

364℃

方案2:枪道夹角由11°改造为10°、枪包在原基础上宽度增加15mm、厚度增加10mm,为避开前端耐材壁薄易出问题的不利条件,枪包切口位置后延100mm,内衬采用优级浇注料,其它未做改变。2014年10月14日,2#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在4#、5#、13#、14#、26#风口。运行中温度变化较大,最高温度达到317度左右, 与生产要求也存有一定的差距。(见表4-5)

表4  2014年11月15日测温结果

风口

4#

5#

13#

14#

26#

温度

299

275

230

304

313

表5   2014年11月28日测温结果

风口

4#

5#

13#

14#

26#

温度

267

300

290

317

315

方案3:枪道夹角由11°改造为10°,枪管内径由48mm改为32mm,以降低煤枪震颤对前端内衬的破坏;出风口内径由140mm改为130mm,内衬采用优级耐材浇注,直吹管钢头向后350mm部位直径增加15mm,耐材厚度增加8mm,其它无改变。该方案实施后。2014年10月18日,2#高炉利用休风机会将1件试用直吹管更换在20#风口,11月11日1#高炉利用休风机会将4件试用直吹管更换在5#、11#、16#、23#风口。运行中温度变化大,最高达到354℃。(见表6-7)

表6  2014年11月15日测温结果

风口

5#

11#

16#

22#

20#

温度

252

276

264

354

258


表7  2014年11月28日测温结果

风口

5#

11#

16#

22#

20#

温度

260

307

283

296

288

方案4:枪道夹角由11°改造为10°,枪管内径由48mm改为40mm,枪包宽度增加10mm、厚度增加10mm、枪包开口位置前延100mm,使出口切面与钢头内愣靠近,使该部位的内衬厚度达到最大化。出风口内径由140mm改为130mm,缩小10mm。钢头长度增加7mm,后端直径增加12mm,耐材厚度增加11mm。钢头向后580mm距离内部焊接不锈钢保护层,内衬分段浇注,前端580mm用刚玉质骨料浇注、后端用优级耐火材料浇注。该方案实施后。2014年10月14日、18日,2#高炉利用休风机会将试用的5件直吹管更换在2#、12#、19#、8#、21#风口。运行中温度最低221度,最高250度,温度无明显变化。枪管内径变小,降低了煤枪震颤对前端耐材的影响,保持了枪道前端温度的稳定;枪道夹角变小、枪包前移,使煤枪更深入的插入风口小套中心部位,避免了刷套、刷直吹管现象。能满足生产要求。(见表8)

表8  2014年11月15日测温结果

风口

2#

8#

12#

19#

21#

温度

237

269

235

235

234

通过对以上四种直吹管在线运行情况进行比较和鉴别,按照方案3改造维修的直吹管,以其结构设计合理、尺寸准确、耐材性能良好、安装方便、运行稳定的特点,比较适合炼铁部高炉工况条件,具有较好的推广应用价值。因此按照方案3开始有计划、分批次的进行改造维修。到2014年11月24日,2#高炉在线26件直吹管完成了结构优化改造;到2014年12月24日,1#高炉在线26件直吹管完成了结构改造优化,至此,两座高炉在线直吹管全部换为新维修件。

结构经过改造优化的直吹管,运行稳定,无漏风、无发红现象,温度保持在280℃以下,从根本上解决了发红、温度高等问题。为进一步观察直吹管运行状况,2016年10月31日,利用1#高炉计划休风机会,对26件直吹管内衬工作情况进行观察,普遍无明显冲刷、烧失减薄、裂纹现象,表面光洁,整体完好,能够达到继续运行条件。(见表9)

表9    2016年12月25日测温结果

项目

风口

1#

2#

3#

4#

5#

6#

7#

8#

9#

10#

11#

12#

13#

1#高炉

温度

261

243

236

252

246

240

245

238

251

265

253

238

249

风口

14#

15#

16#

17#

18#

19#

20#

21#

22#

23#

24#

25#

26#

温度

240

246

243

248

230

262

260

253

249

247

271

262

267

项目

风口

1#

2#

3#

4#

5#

6#

7#

8#

9#

10#

11#

12#

13#

2#高炉

温度

250

247

245

240

212

232

235

245

242

251

226

257

244

风口

14#

15#

16#

17#

18#

19#

20#

21#

22#

23#

24#

25#

26#

温度

248

232

220

239

245

235

231

223

210

224

236

239

252

3 结语

缩小枪道夹角,前移枪道出口,利于煤枪更深的插入风口小套中心部位,并能有效减小风阻对枪道出口部位的破坏;加长钢头长度,增大钢头球面,增大与风口小套接触面积,提高冷却效果,降低前端温度;增大枪包体积,增加耐材厚度,延长耐材寿命;缩小枪道内径,降低煤枪震颤对耐材的破坏;分段浇注,并采用优级耐材,在增加耐材内衬强度的同时,提高其耐急冷急热性能,保持耐材结构完整;增加不锈钢保护层,降低导热效果,减缓热胀冷缩对前端薄弱内衬造成的破损,延长了使用时间。结构改造优化的直吹管,满足了当前工况条件下的高炉生产要求。

来源:2017年第五届炼铁对标、节能降本及新技术研讨会论文集

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