天钢3200m3高炉综合长寿技术的特点.doc

天钢3200m3高炉综合长寿技术的特点 (xx钢铁有限公司)摘要:对天钢3200m3高炉综合长寿技术的特点进行了总结。通过采用高炉本体冷却壁结构和铜冷却壁、炉底炉缸结构、软水密闭循环冷却系统、自动化检测系统等一系列技术，为天钢炼铁高炉的长寿命奠定了良好的基础。关键词:大型高炉铜冷却壁软水密闭循环冷却现代大型高炉的长寿技术是世界各国炼铁界长期研究的课题。目前，采用较多的综合长寿技术是：炉体100冷却(包括上下部炉喉钢砖)；炉体关键部位选用铜冷却器；选用适合高炉不同部位、不同工况的内衬结构；软水密闭循环冷却；设置完善的自动化检测系统等。采用上述技术一代炉役寿命可达15年，争取20年，一代炉役单位炉容累计产量达12000cm3，争取大于16000tm3。这相当于过去二代炉役寿命，减少一次大中修可节省上亿元费用。下面重点对天钢3200m3高炉长寿的几个主要关键技术进行阐述。1 高炉本体冷却壁结构及铜冷却壁的应用11 高炉本体冷却壁结构天钢3200m3高炉本体冷却肇结构如下：炉身上部、中部，采用6段带贯通肋的镶砖球墨铸铁冷却壁，内镶150mm厚氮化硅结合的炭化硅砖；炉身下部、炉腰、炉腹，采用5段镶砖铜冷却肇，内镶150mm厚赛隆结合的碳化硅砖；炉底炉缸部位，采用5段(包括风口段)光面普通铸铁冷却壁。12 铜冷却壁主要特点铜冷却壁在高炉的采用是现代炼铁技术的一大进步，对于高炉长寿具有划时代的意义。铜作为冷却壁本体材质具有热导性能高的特点，铜冷却壁可不铸入水管，因此，不存在铸铁冷却壁铸入水管带来的气隙热阻。铜冷却壁冷却面积大，冷却均匀，易安装、易操作、易维护，特别是有利于稳定渣皮，保护炉衬、维护设计炉型，使一代高炉寿命达1520年。(1)铜质冷却壁热导性好，有利于形成能够保护冷却壁自身的渣皮，表面工作温度低，它的正常工作温度120，使用寿命长。(2)渣皮稳定，如果一旦出现渣皮脱落，能在热面迅速建立起新的渣皮。根据高炉实测数据，建立新渣皮的时间不过15 min。(3)热承载能力大，能够短期承受热流密度达到300kWm2的热冲击。它适合于高冶炼强度的大型高炉，在冶炼强度较低炉况下，铜冷却壁部位易造成渣皮过厚，影响正常炉型。由于铜冷却壁高导热性能，热面结渣迅速而且渣皮稳定，因此高炉热损失相对较小。13 天钢高炉铜冷却壁的选择天钢2座高炉都属于国内首先采用铜冷却壁的大型高炉之一，尤其3200m3高炉，属国内首次在高炉上大面积采用国产的国际上先进的铜板加工的铜冷却壁。该国产铜板冷却壁的设计由中冶京诚提出，单块铜冷却壁拟在天铁高炉上实验，后在首钢大型高炉上完成，在国家原经贸委和发改委的立项支持下，由广东汕头华兴冶金设备厂研制成功，并在国内大型高炉上广泛采用。国产铜冷却壁在天钢高炉上的大面积应用，既降低了工程造价，又实现了大型高炉铜冷却壁的国产化。投产以来，使用效果良好，自天钢全面采用铜板冷却壁后，国内高炉已基本不再用国外的铸铜冷却壁。2 炉底、炉缸结构炉底炉缸是实现高炉长寿的关键部位之一。即使到了炉役末期，该部位的炭砖也必须维持一定厚度，才可以保证生产操作安全。为了保证炉底炉缸使用寿命超过15年，天钢2座大高炉的炉底、炉缸都采用了国际上先进的“炭砖一陶瓷杯砌体”的复合炉衬技术。炉缸耐材结构：炉缸采用美国UCAR公司的热压小块炭砖(NMA+NMD)，内侧砌刚玉莫来石质陶瓷材料保护。炉底耐材结构：炉底砌3层大块D级炭砖；上砌2层刚玉莫来石质陶瓷垫，炉底靠冷却壁砌筑1环小块炭砖。这种结构优化了炉底炉缸区域的温度分布，加深了死铁层厚度，起到了保护炉衬，延长炉底、炉缸寿命的作用。炉缸引进应用了美国UCAR公司的热压小块炭砖(NMA+NMD)，炉底采用了长条大块D级炭砖，此砖具有高热导性、微孔性和高热强度等优点。高导热性町减缓温差应力对砌体的破坏，有利于在炉衬热面形成清皮及渣丝的凝合体，以保护炉衬；微孔减少高温热铁水钻入炭砖母体，破坏炭砖；高强度可使炉衬承受住长期高温液态渣铁的静压力和铁水环流的冲刷，避免炭砖热裂。以国产的陶瓷杯为炉底炉缸内衬，它起到了在烘炉及开炉初期保护炭砖不受氧化及炉料的破坏，在正常生产中，它可以优化砌体的温度分布，提高铁水的温度，以有利于低si生铁的冶炼。另外，在铁口通道的形成上，天钢首次在3200m3高炉上采用英国CONBORS公司的钻孔技术，降低了铁口通道砌筑的难度，且一次成形，保证了铁口通道的质量。特别值得一提的是，在天钢3200m3高炉采用这套系统的炉底、炉缸的炉衬技术后，国内后建的大中型高炉皆采用这种形式和技术。3 炉体软水密闭循环冷却系统软水密闭循环冷却系统是大型高炉炉体冷却的关键环节，是提高高炉冶炼强度的前提条件，因此国内外技术人员均对此项技术进行了多年的研究。目前，比较成熟可靠的软水密闭循环冷却系统是卢森堡PW公司前些年开发的“高炉软水串级闭路冷却系统”。天钢2座高炉均采用了中冶京诚设计的软水密闭循环冷却系统。这套系统是在消化PW公司技术基础上设计的，它具有软水强制冷却和密闭循环两个特点。它采用处理过的软水作为冷却水，相对于工业水冷却大大减少了冷却系统内结垢和腐蚀现象的发生，提高了冷却强度，延长了冷却肇的寿命，和铜冷却壁的配套使用，增加了高炉冶炼过程的中部调剂的手段。密闭循环耗水量小，相对于开放循环冷却系统町节省80以上的补充新水量，降低了水耗和费用，同时避免了杂物引入系统造成断冷或烧坏冷却设备的事故。国内设计的2000m3高炉软水密闭循环冷却系统投入使用后能够实现软水密闭循环，但不能实现自动补水补压(与唐钢2500 m3高炉系统相同)，与引进技术的水平有一定差距，虽然经过多次研究均未实现突破性进展。因此，天钢将此工作列为技术攻关项目，在总结了2000m3高炉软水密闭循环系统经验和教训的基础上，针对3200m3高炉的软水密闭循环系统组织了技术攻关，最终获得成功并达到了引进技术的效果。软水密闭循环冷却系统主要包括：软水储箱、软水密闭循环冷却系统、补水系统、加药系统。系统的循环、补水、加药均为自动控制。系统的关键技术是密闭循环系统和自动补水系统。密闭循环系统主要由循环泵驱动软水通过高炉冷却单元带走风口水套、铸铁冷却壁、铜冷却壁的热量，冷却水为自下而上串级冷却。在高炉顶部的回水主管道上设有脱汽罐和液位控制膨胀罐，膨胀罐上安装有自动排气装置、自动冲压装置、系统液位测量装置。带有热量的软水通过脱汽罐和液位控制膨胀罐后进入冷却器冷却，冷却后的软水进入循环泵入口侧继续进行循环。膨胀罐内用氮气冲压，以提高系统冷却水的汽化温度，强化高炉的冷却效果。由于脱汽罐中水的蒸发问题、循环采的密封不严问题、冷却单元的泄漏问题造成系统软水的损耗，损耗的水将由补水系统来补充。补水系统主要由电动补水阀、压力补水罐、补水罐的补水泵组、补水罐液位测量装置、补水罐排气及充压装置组成。正常工作状态下补水罐通过补水泵组将水补充到高液位，补水罐顶部充有氮气，氮气压力要高于密闭循环系统补水点压力02 MPa，以保障补水罐能向系统顺利补水。补水罐与密闭循环系统是通过电动补水阀隔离的，当系统需要补水时，电动补水阀打开，补水罐向系统补水，补水结束后电动补水阀关闭。当经过多补水后补水罐液位下降到低液位时补水泵自动向补水罐补水，补到高液位时补水泵自动停止，补充水来自软水储箱。另外当系统大量失水，补水罐的补水能力满足不了系统补水量时，系统另设l组紧急补水泵直接向循环冷却系统补水，以保证高炉安全运行。31 软水密闭循环冷却系统主要技术特点(1)高炉顶部膨胀罐的液位测量装置与水泵房补水罐的电动补水阀形成闭环控制，当膨胀罐的液位测量装置发出低液位信号时，信号通过光缆传送给水泵房的PLC，水泵房的PLC向补水罐的电动补水阀发出补水信号，补水阀立即打开向系统补水，当膨胀罐的液位达到高液位时电动补水阀关闭。(2)补水罐液位测量装置与补水泵组形成闭环控制，当补水罐的液位测量发出低液位信号时，信号传送给水泵房的PLC，水泵房的PLC向补水泵发出补水信号，补水泵立即开启向补水罐补水，当补水罐的液位达到高液位时补水泵关闭。如果采用单个补水罐工作则补水泵的压力要高于补水罐的氮气压力，如果采用2个补水罐交替工作则补水泵的压力可以较低。(3)由于补水罐的容积比膨胀罐的容积大出许多，故补水罐可根据膨胀罐的液位测量信号随时开启电动补水阀向循环冷却系统补水。由于补水过程是通过氮气压力完成的，故补水过程是平稳的不会造成循环冷却系统的压力不稳定。如果采用补水泵直接向循环冷却系统补水，则补水泵工作时会造成循环冷却系统的压力不稳定，同时由于炉顶部膨胀罐的容积较小，当补水泵启动时，不等补水泵达到正常工作状态膨胀罐的液位已到达高液位，此时要迅速停泵，这容易造成水泵的损坏和膨胀罐液位的不稳定。(4)由于密闭循环系统的补水是通过水泵房的补水系统来完成的，因此高炉顶部膨胀罐的液位测量信号要传送给水泵房的PLC控制系统，以完成自动补水程序。32 2000m3高炉软水密闭循环系统的经验教训(1)补水罐与密闭循环系统是连通的，只能充当稳压罐，而不能充当补水罐，经多次调试后效果不理想。(2)密闭循环系统的补水泵是直接连接到循环冷却系统的管道上，而不是连接到补水罐上，因此补水过程不稳定，补水泵经常启停，易造成补水泵的损坏。(3)顶部膨胀罐的液位测鼍信号只进入高炉本体的PLC系统，液位信号没有传送给水泵房的PLC系统，因此水泵房的补水系统不能实现向循环冷却系统自动补水，高炉操作人员只能通过电话通知水泵房启停补水泵，容易造成补水动作滞后。33 3200m3高炉软水密闭循环冷却系统效果天钢3200m3高炉的软水密闭循环冷却系统的技术攻关效果是显著的，此项技术处于国内领先水平。它既克服了2000 m3高炉循环冷却系统存在的问题，又与引进技术不尽相同，但此项成果完全实现了高炉冷却系统全自动循环冷却、全自动补水；克服了人为操作的众多不利因素；减少了补水泵的启停次数；避免了补水泵的损坏频率；节约了运行费用，使高炉软水密闭循环系统得以安全、稳定运行。在3200m3高炉成功的经验基础上2000m3高炉的软水密闭循环系统已立项改造，目前已处于实施阶段。4 自动化检测系统的应用及效果在市场竞争力的推动下，钢铁冶金技术的不断发展，冶金装置向大型化、连续化和自动化的方向发展。自动化在其发展中扮演着越来越重要的作用，没有自动化就难于提高生产效率和产品质量，就难以在激烈的市场竞争中占有一席之地。为此，在天钢新建成的3200m3高炉上，配置了“天钢3200m3高炉控制系统”，并开发了“天钢3200m3高炉故障检测系统”，应用了“炉顶红外成像技术”，改进了“炉喉十字测温装置”。41 控制系统3200 m3高炉上，共设计了各种温度、压力、流量、称重、分析和调节等模拟量IO点1428点，开关量IO点3920点，按传统的观点，控制系统需要设计DCS和PLC两套系统，一次投资高，而且由于DCS的专用硬件和软件的封闭性，维护难度高，技术性较强，备件更换成本高，又由于系统的封闭性，为工厂整体自动化带来一定的困难。为此，在规划控制系统时，没有采用成套的DCS系统，而且采用了分布式控制系统的理念(DCS)，选择在高炉上广泛应用的软件和硬件设备(PLC)，独立设计控制系统。(1)系统构成：网络及数据服务层：核心交换机采用德国赫斯曼MACH3200，它向下通过1000M光纤或5类双绞线连接到各子系统中，向上提供1000M端口；控制器层：控制器层选用施耐德公司的透明工厂，其核心是Ethemet TCWIP，控制器中封装Modbus协议的Modbus TCPIP的模块应用于Quantum PLC控制器中；IO层：选择了施耐德电气Quantum系列，具有数据采样周期短、刷新速率快、数据传输速率快、网络通讯效率高等特点，满足了高炉对现场操作和监视实时性要求较高的需求。(2)特点：集中显示和管理、分散安装；良好的开放性、可维护性和扩展性；节省投资、便于维护、运行费用低。42 电气设备故障检测系统(1)故障检测系统开发的必要性，原因如下：高炉生产对设备要求高，高炉控制系统是1个结构复杂的机、电、液综合系统；钢铁企业工业生产现场环境十分恶劣，存在着如振动、高温、强电磁场干扰等，这些因素随时可能对电气设备造成十扰，电气设备是故障的多发地带。对于高炉生产来讲及时找出并排出故障，尤为重要。(2)目前取得的效果。天钢与清华大学合作，开发了高炉故障检测系统；利用总线和网络技术以及现有的PLC系统，将那些对生产有重大影响的电气设备运行状态进行实时监测，并将相关数据实时传送到关系数据库中。建立起监测和诊断系统，并利用数据推理出诊断结果，在系统屏幕上显示出故障的区域，并显示维修电气原理图，指导维护人员操作，大大地缩短故障排查时间。该系统已上线运行，已能对已采集信息进行故障区间的判断，还需要进一步地开发和利用，以更准确地为设备未来故障提出预警。43 炉顶红外成像技术用于获取高炉内部的图像。由于CCD芯片具有可见