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中冶京诚大型高炉大修技术助力钢铁行业高质量发展

发表时间:2020/9/4     阅读次数:206


 

随着2007年以来国内集中建设的大型高炉逐渐完成一代炉役,批量的大型高炉将面临大修。较之高炉新建,大修改造需要考虑的问题和制约因素更加复杂多变。中冶京诚结合外部市场和环保限产政策帮助企业选择大修时机和缩短工期,充分考虑高炉大修方案对全流程的生产影响,将对经济效益的影响降低到最低,充分评价现有结构和设施设备安全情况,做到最大限度利旧,减低投资,提高经济效益,应用新技术改善和优化高炉原有缺陷,为企业高炉大修改造提供一整套全方位解决方案,在缩短工期、长寿高效、精细化设计和绿色智能炼铁等方面取得了丰硕的创新成果,达到了国内领先水平。


快速大修,降本增效


       国内推移重量最大的高炉整体推移大修技术
       随着高炉不断向大型化发展,高炉大修停产对钢铁企业的影响越来越大。在新形势下,如何缩短高炉大修工期,是实现全厂降本增效最直接、最显著的途径,也是该领域技术进步不断探索的方向。
       中冶京诚创新研发了具有国内领先水平、适用于大中型高炉的整体推移快速大修技术,将新的高炉本体预先在离高炉基础一定距离的推移平台上预制和拼装完成。在拆除旧炉体的同时,将推移平台延伸到原有高炉基础上,然后采用专用的推移设备将新炉体推移到高炉基础上,并实现精确就位。中冶京诚专门设置了加固段和弧形梁对炉底进行了结构加固,以保证炉内的耐材结构不受破坏,对整体施工工艺进行三维模拟预演,提前排除推移过程中存在的所有障碍,保障项目的顺利实施。
       该技术在沧州中铁公司3座2500m3高炉大修工程成功实践,推移炉体总高度36.674m,推移距离55m,推移基础长度70m,实现了推移精度偏差小于4mm,整体推移重量超8000t,单座高炉工期由120天缩短至55天,刷新了国内同类工程推移重量最大和工期最短的两项纪录。3座高炉先后于2018年5月、8月和2019年1月投产。投产2年来,运行稳定,技术指标先进,平均利用系数2.83t/m3·d,燃料比501kg/tHM,为业主创造了巨大的经济效益。


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图1  高炉整体推移过程三维模拟预演(左)和推移现场(右)



长寿高炉,安全稳定


完全导热炉缸结构体系的首创应用
       目前,国内外传统的高炉炉底炉缸结构主要有隔热型复合结构和导热型全炭砖结构。中冶京诚根据传统结构的实际使用缺陷及耐材技术的发展,创新研发了新型的完全导热炉缸结构体系,由“超微孔炭砖+导热型陶瓷复合材料”构成。
       该新型结构体系综合了炭砖的高导热性能及陶瓷复合材料抗渣铁侵蚀性能,通过合理的温度梯度设计,使传热体系稳定有效,避免炭砖脆化;陶瓷复合材料中的陶瓷相与渣铁凝滞层的粘结性好,渣铁凝滞层不易脱落,有效保护炉底炉缸耐材,实现长寿。
       中冶京诚在天津钢铁3200m3高炉大修工程中首次采用了完全导热炉缸结构体系。大修高炉于2020年4月投产至今,水温差、炉底炉缸侵蚀模型监测数据正常稳定,炉底炉缸耐材工作状况良好。平均利用系数2.78 t/m3·d,燃料比505kg/tHM,生产指标先进。
 

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图2  完全导热炉缸结构


新型炉体冷却结构在大型高炉上的首创推广
       针对炉腹、炉腰和炉身下部等高热区域的铸铁冷却壁及铜冷却壁不能稳定挂渣的问题,中冶京诚研发了国际独创的新型炉体冷却结构,即高炉本体全部采用球墨铸铁冷却壁,并且在炉腹、炉腰和炉身下部区域采用镶嵌铜冷却条的组合式冷却结构。
       新型炉体冷却结构继承了板壁结合和薄壁炉衬的优点,并且充分发挥了铜冷却效果好的优点,在铜冷却条周围形成牢固的渣皮相当于“锚固钉”,起到了“软板”作用,渣皮更加稳定,克服了铜冷却壁过度冷却以及平面结构带来的渣皮频繁脱落、影响高炉稳定操作的问题。可根据设计选择铜冷却条间距,避免过度冷却,渣皮波动小。水头数量少,位置调整灵活。该技术不仅适用新建高炉,更适用于炉壳利旧的高炉大修项目。


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图3   组合式冷却结构的长寿原理


       中冶京诚组合式冷却结构技术在天津钢铁3200m3高炉大修工程实现了在大型高炉上的首次应用。高炉投产后,各段冷却壁的壁体平均温度(表1)显示:安装有铜冷却条的炉腹、炉腰冷却壁温度偏低,甚至低于炉身中部冷却壁温度,说明新型炉体冷却结构能够在冷却设备热面形成稳定渣皮,有利于冷却设备长寿。新型炉体冷却结构还可以大幅度降低投资,以该项目为例,投资仅为原有铜冷却壁方案的1/4。

 

 

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表1  天津钢铁3200m3高炉各段冷却壁壁体平均温度


 
       防炉底板上翘及漏煤气炉底结构的优化改造
       近些年,随着高炉大型化、炉衬薄壁化和炉顶压力的提高,国内一些高炉普遍存在炉壳上涨、炉底板上翘、炉底封板漏煤气的现象,给高炉生产带来了很大的安全隐患。中冶京诚集多年技术积淀,对炉底结构进行改造优化,防止高炉底板上翘和漏煤气,保证安全生产。
       中冶京诚在沧州中铁高炉大修工程采用新型炉底结构,将炉底封板设置在耐热基墩以下,使耐热基墩~1200吨的重量完全作用在炉底封板上,并且增设一层20mm厚中间封板用来密封,通过增加炉底板的承受压力,有效降低了炉壳上涨和漏煤气的概率,见图4。
 

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图4 炉底板在耐热基墩下结构形式


       天钢3200m3高炉大修工程高炉基础和炉壳全部利旧,在此情况下中冶京诚仅通过对炉底结构进行优化改造,彻底解决了第一代炉役期间的炉壳上涨、泄漏煤气的现象。通过将炉底水冷设置在炉底封板上部,将70mm厚的炉底水冷的支撑钢梁,刚好焊接安装在炉底封板的原拼接缝上,不仅对炉底封板进行了密封,还对炉底结构进行了二次加强,有效防止炉壳拉动炉底封板一起上翘的问题,见图5。
 

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图5 炉底板结构加强优化


绿色高炉,节能环保

炉顶均压煤气回收系统的配套应用
       高炉冶炼生产过程中,炉顶料罐内的均压煤气通过旋风除尘器和消音器后,通常都是直接排入大气,此部分煤气为含有大量CO和灰尘的有毒、可燃物混合气体,对大气环境尤其是高炉生产区域造成污染,同时也浪费了能源。
       中冶京诚在国内率先研发了 “高炉炉顶均压煤气回收方法及回收装置”,首次采用完整的干法除尘工艺进行均压煤气回收,设置缓冲罐或缓冲区域稳定煤气压力、减轻对净煤气管网冲击。第二代高炉炉顶均压煤气回收技术,采用专利技术“组合式干式除尘设备”,顶进顶出的气体进出方式,并集合了重力除尘器的特点。该技术已被成功推广应用于60多座大中型高炉,使用效果良好,回收成本快,受到用户一致好评。
       中冶京诚为天钢3200m3大修高炉增加了炉顶均压煤气干式回收系统,对料罐排压放散的煤气进行回收,回收效率在75-80%,极大减少了排压煤气、粉尘及噪音对环境的污染,回收煤气接入常压煤气主管网。


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图6 炉顶均压煤气回收技术


原燃料高效转运及环保卸料的优化升级
       炼铁原燃料(烧结矿和焦炭)使用传统通用型物料转运卸料设备容易发生撞击,导致物料破碎,不仅降低了物料成品率,而且产生严重的粉尘污染。
       针对上述情况,中冶京诚自主开发了炼铁原燃料高效转运及环保卸料技术,包括创新研发的中间溜槽控流卸料系统、落料点自降尘系统和新型环保卸料车,能够有效减少物料破碎、降低粉尘污染。 日前,已广泛应用于宝钢、印尼喀钢等国内外17家钢铁企业的高炉新建和大修改造工程,并且成功推广到矿山、电力、石化等多个行业的8家企业。生产实践表明,该技术能够提高烧结矿成品率约3%、焦炭成品率约2%,吨铁成本降低12元,同时能够有效保证物料转运区域粉尘排放浓度低于8mg/m3,具有显著的经济、环境和社会效益。

  

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图7  原燃料高效转运及环保卸料技术

环保底滤炉渣处理的升级改造
       中冶京诚在传统底滤法的基础上进行创新设计,研发出了全新的工艺和设备——环保底滤炉渣处理技术,增加了粒化塔,改进冲渣工艺设计参数,最大化缩小了占地面积,消除了过滤池内存储冲渣水,实现无水抓渣,避免了传统过滤池水蒸汽弥漫的问题。同时,自主开发了“自动取渣系统”, 实现了智能、无人抓渣。该技术达到国际领先水平,获得中国专利优秀奖、中国循环经济专利一等奖。
       环保底滤炉渣处理技术国内高炉新建和改造工程得到广泛应用,现已应用于兴澄特钢、包钢等国内80%的高炉,炉级覆盖450m3~3200m3,得到广泛认可和一致好评。 日前,中冶京诚研发了第二代环保底滤技术,融合了智能天车、水渣消白、渣池封闭、防板结技术等,大大提升了环保底滤环保、智能技术水平。
 

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图7 环保底滤智能抓渣天车

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 图8 过滤池三维扫描模型


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图9 第二代环保底滤设施

智能化是未来钢铁工业发展的方向。中冶京诚借高炉大修之机,还积极推广自动化、可视化、智能化高炉炼铁技术,助力企业升级改造。日前,已研发的热风炉智能烧炉、智能抓渣、炉顶热成像、风口成像等技术,在兴澄特钢3200m3等多座大中型高炉改造工程应用效果显著。
       中冶京诚以精湛的技术,不断引领炼铁技术走向“长寿稳定,绿色环保,节能高效,智能集约”的可持续发展之路,为我国钢铁工业高质量发展保驾护航。