首秦高炉薄壁炉衬研究报告

1、秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司首秦薄壁炉衬高炉冶炼规律首秦薄壁炉衬高炉冶炼规律研究报告研究报告首钢总工室首钢总工室 首钢技术研究院首钢技术研究院 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司 2008年年9月月11日日秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p前言p高炉炉体冷却结构设计 p高炉生产运行情况n1#高炉生产运行情况n2#高炉生产运行情况p薄壁炉衬结构下高炉操作技术的关注方向n冷却制度n煤气分布p结论 研究报告主要内容研究报告主要内容秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司前 言p20世纪80年代以来，薄壁炉衬高炉越来越受到炼铁行

2、业的青睐，其设计炉型在实际生产中很容易转化为操作炉型，是现代高炉设计的发展方向。 p高热负荷区的冷却结构设计，是制约高炉长寿的薄弱环节，铜冷却壁是高炉高热负荷区最有效的冷却设备。p基于以上炼铁技术发展方向，首秦公司两座高炉在设计时全部选取了全软水密闭循环冷却的薄壁炉衬技术。其中2#高炉采用了三段铜冷却壁，由于是首钢历史上高炉第一次采用薄壁炉衬，在基本冶炼规律方面缺乏经验可循，需要一段艰苦的探索和研究过程。p本课题主要对四年以来的高炉操作经验进行了总结，给今后采用薄壁炉衬高炉的冶炼操作提供了有效的借鉴。秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司一、高炉炉体冷却结构设计一、高炉炉体冷却结

3、构设计 p1#高炉2004年6月6日开炉，有效容积 1200m3，18个风口、2个铁口；p2#高炉2006年5月31日开炉，有效容积 1780 m3，26个风口、2个铁口；p两座高炉的炉体冷却壁和炉衬设计参数见表1和表2： 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司表表1 首秦首秦1#高炉炉体冷却壁及炉衬设计参数高炉炉体冷却壁及炉衬设计参数 一、高炉炉体冷却结构设计一、高炉炉体冷却结构设计 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司表表2 首秦首秦2#高炉炉体冷却壁及炉衬设计参数高炉炉体冷却壁及炉衬设计参数 一、高炉炉体冷却结构设计一、高炉炉体冷却结构设计 应应用用部部位位

4、结结构构形形式式冷冷却却壁壁材材质质壁壁体体厚厚度度( (m mm m) )镶镶砖砖厚厚度度( (m mm m) )喷喷注注料料厚厚度度( (m mm m) )炉炉底底、炉炉缸缸( (1 14 4段段）光光面面冷冷却却壁壁灰灰铸铸铁铁1 17 70 0- - - - -风风口口区区 （5 5段段）光光面面冷冷却却壁壁灰灰铸铸铁铁1 17 70 0- - - - -炉炉腹腹 （6 6段段）铜铜冷冷却却壁壁铸铸铜铜1 17 70 03 38 80 0- - -炉炉腰腰 （7 7段段）铜铜冷冷却却壁壁铸铸铜铜1 17 70 03 38 80 0- - -炉炉身身下下部部 （8 8段段）铜铜冷冷却却壁

5、壁铸铸铜铜1 17 70 03 38 80 0- - -炉炉身身中中下下部部（9 91 11 1段段）双双排排管管冷冷却却壁壁 球球墨墨铸铸铁铁2 26 65 51 15 50 02 22 24 4炉炉身身中中上上部部（1 12 21 15 5段段）单单排排管管冷冷却却壁壁 球球墨墨铸铸铁铁2 26 65 51 15 50 02 22 24 4炉炉身身上上部部 （1 16 6段段）倒倒扣扣冷冷却却壁壁球球墨墨铸铸铁铁- - - - - - -秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p两座高炉炉腹及以上区域采用砖壁合一的薄炉衬结构形式，炉衬厚度约是普通炉衬的一半，耐火砖内衬采用冷镶方

6、式与冷却壁砌成一体。p1#高炉冷却壁全部为铸铁材质，2#高炉六、七、八段为铜冷却壁，砖衬和冷却壁之间采用燕尾槽连接，燕尾槽深为78mm，耐火砖凸出冷却壁内表面150mm。p镶砖在炉外进行，镶砖完毕并固定好后再进行安装；冷却壁与冷却壁之间的水平缝和竖缝采用捣打料进行填充和捣固。一、高炉炉体冷却结构设计一、高炉炉体冷却结构设计 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p镶砖的材质：第六、七段采用SIALON结合SiC砖镶嵌，第八至十一段采用Si3N4结合SiC砖镶嵌，炉身中、上部第十二段至十五段采用磷酸浸渍的高密度粘土砖镶嵌。为防止高炉开炉时氧化及炉料落下时的撞击，镶砖内面采用喷涂料进

7、行喷涂保护。p1#高炉炉从炉腹以上各段冷却壁镶砖内面采用喷注料保护，厚度为180mm；2#高炉炉腹、炉腰及炉身下部采用烧成微孔铝碳砖与高密度粘土砖交替砌筑，其余以上各段冷却壁镶砖内面采用喷注料保护，厚度为224mm。 一、高炉炉体冷却结构设计一、高炉炉体冷却结构设计 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况2.1 1#高炉生产运行情况高炉生产运行情况项项 目目设设计计指指标标2 20 00 04 4年年2 20 00 05 5年年2 20 00 06 6年年利利用用系系数数，t t/ /( (m m3 3d d) )2 2. .2 21 1.

8、 .9 92 22 2. .4 42 27 72 2. .4 43 34 4入入炉炉矿矿品品位位，% %5 59 9. .5 55 59 9. .6 66 66 60 0. .2 21 16 60 0. .2 28 8生生矿矿比比，% %1 10 08 81 15 5. .4 41 16 6. .8 8入入炉炉焦焦比比，k kg g/ /t t3 35 50 04 45 52 23 34 46 62 29 96 6煤煤比比， k kg g/ /t t1 15 50 05 51 11 13 34 41 18 83 3焦焦丁丁， k kg g/ /t t2 20 02 26 6. .9 95 51

9、 15 5. .3 39 91 12 2. .4 4综综合合焦焦比比，k kg g/ /t t4 47 70 05 51 17 74 46 65 54 45 54 4燃燃料料比比， k kg g/ /t t5 52 20 05 53 30 04 49 95 54 49 92 2综综合合冶冶炼炼强强度度，t t/ /( (m m3 3d d) )1 1. .0 08 81 1. .0 02 21 1. .1 11 11 1. .1 1富富氧氧率率，% %1 1. .5 5- - -1 11 1. .1 15 5风风温温，1 12 20 00 09 94 43 31 11 15 54 41 12

10、22 27 7顶顶压压，M MP Pa a0 0. .1 15 50 0. .1 12 23 30 0. .1 16 62 20 0. .1 16 64 4顶顶温温，1 15 50 01 17 70 02 20 03 31 19 92 2渣渣量量，k kg g/ /t t3 35 50 03 36 62 23 30 00 02 23 37 7焦焦炭炭负负荷荷，t t/ /t t- - -3 3. .8 82 26 64 4. .5 57 72 25 5. .5 59 99 9休休风风率率，% %- - -3 3. .6 63 36 61 1. .6 61 14 41 1. .9 90 02 2

11、表3 首秦1#高炉20042006年主要指标完成情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p1#高炉开炉投产前四个月受烧结矿质量影响，产量、指标均没有较大提升，之后高炉开始全面达产，焦炭负荷加到4.0以上，利用系数达到2.2t/m3d的设计能力， 但430kg/t的焦比、10%的生矿比例，远远达不到“节能降耗”要求，高炉潜力并没有得到发挥。 p2005年和2006年，在原燃料条件逐步改善前提下，充分利用薄壁炉衬炉型稳定、易接受强化措施的优势，从以下几个方面探索其冶炼规律： （1）送风制度方面：逐步扩大风口面积，提高风量和鼓风动能（实际风速按230-250m/s控制），且随着喷煤量

12、达到150kg/t以上，富氧率由不足1.0%逐步增加到1.5%；二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司（2）装料制度方面：积极疏导中心，引导煤气流适当向中心发展，边沿也不过分抑制，保持中心和边沿煤气顺畅； （3）热制度方面：随着焦炭负荷达到5.50以上水平，Si 由0.45-0.75%逐步过渡到0.30-0.45%范围，风温稳定1200以上，保证了铁水物理热充足，铁水温度保持在1470-1510的较高水平，炉缸活跃，适应能力增强 ；（4）炉体维护方面：除2005年3月出现两根水箱管烧坏外（其烧坏原因主要为施工安装时不到位，人工打磨处理后露出

13、水管所致），未再发生水箱管烧坏现象。 以上基本制度的长时间稳定，取得了单月焦比278.87 kg/t（2006年5月）、27个月不坏风口的优异成绩。 二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p2#高炉开炉非常顺利，三天内达到设计产量目标，当月完成焦比为349.39kg/t，当月最高焦炭负荷达到5.50，取得了快速强化的好成绩。良好的顺行局面延续到2007年2月份，之后的3-7月，2#高炉炉况基本处于异常波动阶段，影响高炉顺行的一个主要原因是炉墙上部的多次结厚，而炉墙的结厚与薄壁炉衬及铜冷却壁的冷却结构设计密切相关，关于结厚的具体原因分析如下：

14、 2.2 2#高炉生产运行状况 二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司2.2.1 入炉Zn负荷高，循环富集p经计算，当时首秦高炉的Zn负荷为0.26kg/t铁炉料，且全部内循环。据调研，宝钢高炉控制炉料的Zn负荷 0.15kg/t铁炉料，经过对炉料分析后发现，烧结矿和秘鲁球分别占炉料中总ZnO来源的60%和25%（表4），而烧结配料中，高炉重力灰、干法灰以及烧结电除尘灰是主要的ZnO来源，因此自06年10月份开始将此部分除尘灰外排处理。同时，积极争取氧化球团资源以部分代替秘鲁球入炉。二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料

15、有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司表表4 五种矿石的五种矿石的ZnO含量含量 图图1 2#高炉风口区的高炉风口区的Zn等碱金属残留物等碱金属残留物 矿矿种种烧烧结结矿矿澳澳矿矿海海南南矿矿秘秘鲁鲁球球氧氧化化球球ZnO %0.0170.0160.0250.0230占入炉Zn的百分比60%7%5%25%0%含含Zn 98.68%二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司2.2.2 入炉原燃料粉末含量大p烧结矿粉末偏多和焦炭粒度差，是炉墙上部结厚的重要原因之一。2007年上半年烧结矿16mm小粒级比例情况和焦炭粉末情况分别如表5和表6所示：表表5

16、2007年上半年入炉烧结矿粒度变化情况年上半年入炉烧结矿粒度变化情况 月月. .日日 1 16 6m mm m % % 取取样样位位置置月月. .日日 1 16 6m mm m % %取取样样位位置置2.2687.6714#3.2272.6912#3.0687.4914#5.1457.0914#3.0194.2214#5.1485.5912#3.1452.6914#6.0441.1114#3.1460.3112#6.0482.3913#3.2265.8114#6.1536.5514#二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司表表6 焦炭质量变化

17、情况焦炭质量变化情况日日期期A Ad dS St td d强强度度耐耐磨磨 2 25 5m mm m4 40 02 25 5m mm m综综合合合合格格率率05年11.660.5583.546.773.3311.568.67%06年11.420.5683.656.842.4113.7365.87%2007.0111.640.5985.736.482.1414.659.67%2007.0211.540.684.647.172.5115.844.41%2007.0311.660.5986.047.062.9118.3852.42%2007.0411.620.5884.776.883.8518.66

18、66.13%2007.0511.690.5884.566.962.6817.7560.13%2005.0611.950.684.266.842.4317.932.84%07年上半年 11.690.5984.926.92.7617.2452.39%二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司2.2.3 冷却强度控制过大p首秦二号高炉开炉到07年4月，4-15段软水流量一直稳定在3000-3200 m3/h，软水流速为1.97-2.10m/s，基本上不作调整，当然计划检修和长时间休风时要降流量的，炉况恢复全风也随之恢复。主要是3-4月间原燃料条件恶化

19、，造成炉况顺行差，4月份风量严重下降（1-3月平均风量为3600 m3/min左右，4月份平均为3319 m3/min），边沿热负荷已显不足，这时，软水流量和流速都相对偏大，考虑两座高炉冷却壁管间距的差别，冷却强度显著偏高。p与首钢2#高炉相比，首秦2#高炉冷却壁管内径明显偏大，管间距明显偏小（见表7）。 二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司表表7 首秦高炉与首钢高炉冷却壁管间距和管内径对比首秦高炉与首钢高炉冷却壁管间距和管内径对比 注： 首秦2#高炉和首钢2#高炉68段为铜冷却壁。 首秦2#高炉和首钢2#高炉7段为炉腰，首钢1#高炉7段

20、为炉腹，首秦1#高炉8段为炉腰。二、高炉生产运行情况二、高炉生产运行情况炉体部位炉体部位管间管间距mm距mm管内管内径mm径mm管间管间距mm距mm管内管内径mm径mm管间管间距mm距mm管内管内径mm径mm管间管间距mm距mm管内管内径mm径mm炉腰炉腰7段段240582155824048150488段段25058215582504816048炉身炉身9段段2405822058240481604810段段2305820558230481554811段段2205819558220482404812段段2105818558210482304813段段2005817558200482104814段

21、段1905816558190482004815段段18058155581804819048有效容积有效容积1200m1200m3 31780m1780m3 31780m1780m3 32536m2536m3 3首秦首秦1#高炉高炉 首秦首秦2#高炉高炉 首钢首钢2#高炉高炉 首钢首钢1#高炉高炉秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 3.1 冷却制度p薄壁高炉炉衬的特点是，相对于正常高炉炉衬，其内 部不具备形成300-400等温线界面的稳定条件，外部冷却作用造成单位炉衬厚度的温度下降梯度要大，约是正常高炉的1

22、.5倍，即其接受的冷却强度要高一些，并且随着使用期限延长，炉衬变薄，这种冷却作用所带走的热量明显增加，对软熔带高度的炉墙温度稳定和边缘煤气温度造成显著影响。p因此，采用薄壁炉衬的高炉其冷却制度非常重要。首秦两座薄壁炉衬高炉的炉身冷却制度的演变，与各自冷却设备特点密切相关。秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p1#高炉全部为铸铁冷却壁，除了在炉况异常和长时间检修及恢复外，均采用全软水冷却，水量基本不作调整，软水温差过高时，考虑调整煤气抑制边缘，以保持操作炉型稳定和避免冷却壁损坏；p2#高炉除铸铁冷却壁外，在6、7、8段使用了铜冷却壁，铜冷却壁是较新、较先进的一种冷却设备,其导热性

23、好,冷却能力强，在炉内易形成光滑、稳定的炉型,可减轻煤气流的冲刷和炉料的磨损，且有利于渣皮的快速形成（文献表明，铜冷却壁能在15min内完成渣皮的重建，而双排水管球墨铸铁冷却壁则需要4h）。三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司p根据2#高炉冷却壁水管间距小的特点，2007年6月以后，4-15段软水冷却流量长期稳定在2200-2600 m3/h，仅在2008年4-5月因焦炭水份高、为提高顶温而适当发展边缘煤气，软水冷却流量有时达到3000-3100m3/h，即使在喷涂前的2008年6月软水冷却流量仍为220

24、0-2600 m3/h。p2#高炉调整炉体冷却水量的依据是冷却壁后温度、砖衬温度及软水温差的变化，主要有以下几点：三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司（1）4-15段软水流速控制在1.5-1.7m/s，极限值控制为1.4-1.9m/s。（2）铜冷却壁温度控制在55-65，极限温度为50-70。（3）来水温度控制在42-46，上限不允许超过50。（4）4-15段软水温差正常控制在3-6，新喷补造衬使用初期不大于3.5。（5）调整炉体冷却软水量采用分流管直接到回水总管的方式，不影响炉缸冷却。（6）加强日常炉身

25、上部温度检测，根据圆周方向温度差别变化采取相应措施，防止结厚发生。三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司3.2 煤气分布p首秦高炉开炉四年以来，炉内煤气调整大约经历了三个阶段。p第一阶段：2004年6月到2005年初n一高炉主要适应外围原燃料（尤其是结矿粒度差）和后道工序影响，矿石角度采用多环形式（有时采用单环）布料，焦炭角度向边缘和中心侧重，以保持“煤气两头开”的形状，保证炉况基本的顺行局面。 三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛首秦金属材料有限公司n两座高炉利用焦炭质量稳定的优势，不失时机加重焦炭负荷，适当扩大矿批，相应地把矿石角度逐渐增加到3-4个站位，不断改善煤气以求得更好的冶炼指标，焦炭布料角度变化不大。随着焦比降低、煤比升高，炉腹煤气量随之增大，在装料调整过程中，不断采取抑制边缘的措施，但边缘发展仍较充分（尤其煤比达到180kg/t以上时），十字测温边缘点温度高时能达到350-400，顶温异常活跃。两座高炉焦炭负荷在此阶段达到6.0水平，取得了满意的强化效果。p第二阶段：2005年下半年到2007年2月三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向三、薄壁炉衬结构下高炉操作的关注方向 秦皇岛首秦金属材料有限公司秦皇岛