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炼铁环境控制及高炉的长寿

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本钢、马钢、攀钢、湘钢等企业的大型高炉上已经得到了应用。

目前,我国已经研制出多种不同形式的铜冷却壁,有轧制铜板钻孔铜冷却壁、铜管铸造铜冷却壁、Ni-Cu合金管铸造铜冷却壁、铸造坯锻压钻孔铜冷却壁和连铸铜冷却壁等。轧制铜板钻孔铜冷却壁由于结构致密、组织缺陷少、冷却效率高,其应用范围最为广泛。

铜冷却壁是高炉长寿的关键技术之一,铜冷却壁的应用使高炉在不中修的条件下,寿命达到15~20年成为可能。铜冷却壁应使用在高炉热负荷最大的区域,即炉腹、炉腰和炉身下部,该区域是高炉异常破损严重且造成高炉短寿的关键部位,在此区域使用铜冷却壁对于延长高炉寿命具有重要作用。此外,在高炉炉缸(特别是铁口区)使用铜冷却壁也将会取得良好的应用效果。进一步优化铜冷却壁结构,降低造价是我国铜冷却壁技术发展的重要课题。

3.4 软水密闭循环冷却技术

高炉冷却系统对于高炉正常生产和长寿至关重要。20世纪80年代末期,我国高炉开始采用软水密闭循环冷却技术,经过不断地改进和完善,软水密闭循环冷却技术已日趋完善,并成为我国大型高炉冷却系统的主流发展模式。

软水密闭循环冷却技术使冷却水质得到极大改善,解决了冷却水管结垢的致命问题,为高效冷却器充分发挥作用提供了技术保障。该系统运行安全可靠,动力消耗低,补水量小,维护简便。

近年来,我国高炉软水密闭循环冷却技术进行了许多优化和改进:①根据冷却器的工作特点,分系统强化冷却,单独供水;②根据高炉不同部位的热负荷情况,在垂直方向上分段冷却,如炉缸、炉底设为一个冷却单元,炉腹、炉腰和炉身下部设为一个冷却单元;⑧为便于系统操作和检漏,采用圆周分区冷却方式,在高炉圆周方向分为4个冷却区间;④软水串联冷却,软水经炉底、冷却壁后,分流一部分升压再冷却风口、热风阀等。这种串联冷却系统具有占地省、投资低、动力消耗低的特点,在武钢1号高炉(2200m3(3上标))上已经得到应用。 3,5 薄壁内衬,砖壁一体化

高炉炉体破损机理的研究,使人们更加清楚地了解了高炉内衬和冷却器的工作条件;现代传热学理论的研究和运用,已将人们从传统的思维困惑中解脱出来,形成现代高炉长寿设计的基本理念,薄壁内衬技术就是在此条件下应运而生。所谓薄壁内衬就是

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对高炉内衬和冷却壁进行优化组合,形成砖壁一体化结构,解决炉腹、炉腰和炉身下部高热负荷区的短寿问题,使其寿命与高炉炉缸、炉底的寿命同步。

我国已有数座大型高炉采用了砖壁一体化的薄壁内衬技术。冷却壁取消厂凸台,消除了冷却壁破损最薄弱的部位,而且冷却壁热面全部采用耐火材料保护,即所谓全覆盖镶砖冷却壁。这种砖壁一体化的冷却壁是在第四代冷却壁的基础上优化演变而来的,其内衬厚度仅为150~250mm。大型高炉炉腹、炉腰、炉身下部采用铜冷却壁,炉身中部采用此种结构,炉身上部设2~3段C型光面水冷壁,这应是一种配置合理的长寿炉体结构。

3.6 耐火材料

我国大型高炉用新型耐火材料的开发与研究已取得显著进展。用于炉缸炉底的高导热半石墨炭砖、微孔炭砖已相继研制成功,并在大型高炉上使用。塑性相结合刚玉、微孔刚玉以及SIALON结合刚玉等新型陶瓷杯材料也陆续问世。SIALON结合刚玉、SIALON—SiC、高导热石墨砖、烧成微孔铝炭砖等一系列用于风口区以上的耐火材料也得到广泛应用。

3,7 自动化检测与控制

自动化检测是高炉长寿不可缺少的技术措施。炉缸炉底温度在线监测已成为监控炉缸炉底侵蚀状态的重要手段,也是建立炉缸炉底内衬侵蚀数学模型所必要的条件。炉腹、炉腰、炉身下部区域,温度、压力的检测为高炉操作者随时掌握炉况提供了有效的参考。通过对冷却水流量、温度、压力的检测。可以计算得出热流强度、热负荷等参数,而且还可以监控冷却系统的运行状况。炉喉固定测温、炉顶摄象、煤气在线自动分析、炉衬测厚等技术的应用使高炉长寿又得到厂进一步的保障。我国宝钢、武钢、首钢、本钢、湘钢的大型高炉还引进了人工智能高炉冶炼专家系统,为延长高炉寿命创造厂有利条件。

3.8 炉体维护技术

用含钛物料护炉,是由于在高温条件下还原生成TiC、TiN或Ti(C、N)等高熔点化合物,沉积在炉缸炉底,对其形成保护层。我国高炉已成功应用了含钛物料护炉技术,钒钛矿、含钛球团等护炉剂在高炉长寿实践中都取得了很好的效果,采用风口喷吹含钛物料、含钛精粉炮泥护炉也正在研究试验。应该指出,高炉炉役末期,采用含钛物料护炉是延长高炉寿命的主要技术措施,但由于采用炉缸炉底内衬结构不同,开始护炉的时

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间也存在差异。首钢3号高炉连续工作10年尚未进行护炉操作,这也从某种程度上证实了热压炭砖技术体系的合理性。

我国高炉炉体快速修补技术已经得到推广应用。炉衬遥控喷补、压浆等炉衬修补技术已成为现阶段延长高炉风口以上区域寿命的重要技术措施。微型冷却器、冷却壁水管再造等冷却壁修复技术也日渐成熟。 3 北钢

3号高炉长寿实例

3.1高炉各部位内衬侵蚀机理

高炉各部位耐X材料的侵蚀机理不尽相同。炉缸,炉身中部化学侵蚀碱金属,Zn侵蚀和析碳反应2CO=CO2+C占主导地位。炉身上部以机械磨损为主。炉腹,炉腰和炉身下部耐火材料主要承受热负荷和热震的冲击。这是因为软熔带上热气流的随机变化会引起炉腰和炉身下部相应的温度随机变化,温度变化幅度在使用100%烧结矿时可达50℃/min,而在使用烧结矿,球团矿各50%时,可达150℃/min。此外,高炉布料以及利用系数和煤比对炉腹,炉腰和炉身下耐火材料的抗热震性十分重要正常生产时,高炉内各部位的温度应注意观察和记录。

开炉初期内衬的冷却强度与其承受的热负荷,未达到热平衡,内衬比较光滑,形成的渣皮比较容易脱落尽管新的渣皮又很快形成,但此时热损失仍相对随着内衬的渐渐侵蚀,其冷却强度与所承受的热负荷达到平衡,加上表面形成锯齿状,这时会形成稳定的保护渣皮,阻止内衬进一步侵蚀,大大降低通过内衬散失的热量。

耐火材料选择。在“高导热,抗热震”概念的炉衬结构中,耐火材料的选择主要考虑导热系数和抗震热性能。石墨质和半石墨质的耐火材料具有优越的抗震性能。

3.2铜冷却壁应用 3.2.1铜冷却壁的优越性

钢冷却壁成功应用,很大程度是由于其导热快,可迅速形成稳定的保护性渣皮。铜的导热系数为340—385W/(mk)比铸铁的45 W/(mk)约大8倍,冷却壁表面和冷却水之间的传热系数铜冷却壁比球墨铸铁大49倍左右。

球墨铸铁冷却壁中铸有钢制冷却水管,为防止灌注过程中渗碳灌注前在管子上涂一层非金属材料。对球墨铸铁冷却壁,热量传递到冷却水必须克服四种形式的热阻;铸铁本身,浇注过程形成的空隙,非金属及管壁,而对钢冷却壁,热量传递到冷却水,惟一克服的热阻是钢冷却壁本体。

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具有高导热性能的铜冷却壁能尽早形成渣皮,使冷却壁表面隔热,减少热量传送,使其传送的热量大低于铸铁冷却壁。

由于铜冷却壁具有快速形成渣皮能力,用优质耐火衬来保护冷却壁的意义就不大了,仅需在钢冷却壁热表面槽上喷补50—75mm厚的便宜的喷浆保护层,即可达到保护铜冷却壁的目的,因此使用铜冷却壁可节省大量优质耐火材料。、 铜冷却壁使炉型顺畅,可减少对炉墙的侵蚀和对煤气运动的干扰。

3.2.2铜冷却壁的使用部位

铜冷却壁用在高温区(炉身下部,炉子腰,炉子腹)无疑是最理想的,高温区采用铜冷却壁 可简化炉子壳开孔的布置和大小,因而可降低炉子壳应力分布,有助于减少炉壳厚度。

在高炉磨损最大区域安装铜冷却壁 ,表面磨损减少基本上没有裂纹。 3.3长寿热风炉

在保证高风温的条件下,使热风炉长寿,采用外燃式热风炉可以获得最高风温;但内燃式热风炉由于投资比外燃式低20—25%而且设计简单,可提供同样高风温和可靠性。

长热风炉(内燃式)寿命关键是保持隔墙和拱顶的稳定性。 3.4高炉长寿实践

北钢3号高炉自投以来,随着冶炼技术提高和设备改进,冶炼强度不断提高,这对高炉长寿会产生一定影响。为了解决影响,延长高炉寿命,经过实践,总结出高炉长寿经验。具体如下:

3.4.1加强高炉操作

3号高炉自1997年4月投产以来,原燃料条件有一定改善。但与国内大型高炉的精料水平相差甚远。烧结矿小于10mm仍在10%左右。受扬地限制,没有分级存储烧结矿的矿仓,导致大小矿石混装入炉后影响料柱透气性。另一方面自产焦热强度差,灰分高,硫分高。由于受原燃料条件制约,为保证高炉顺行和长寿,3号高炉采用中心发展与适当抑制边缘气流的操作方针。这样,高炉顺行稳定。

3.4.2高炉内衬与冷却壁的维护

高炉投产10年来,炉衬侵蚀与冷却壁水管损坏不可避免。经总结,冷却壁损坏都集中在四段和五段,说明该区域内的炉衬侵蚀比其他部位严重,炉衬及冷却壁的维护重点也应在这里。因此,3号高炉采用的具体措施如下:

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