本鋼七號(hào)高爐大修烘爐淺析

李永強(qiáng)  秦希黎

（本鋼集團(tuán)有限公司  遼寧 本溪 117000）

摘  要：通過對(duì)大修后高爐烘爐過程和烘爐效果的研究分析，雖受爐頂溫度制約，但在當(dāng)前烘爐制度下，可通過合理調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)溫，使大修后高爐在7天時(shí)間內(nèi)廢氣濕度達(dá)到5g/m³水平，同時(shí)文中給出烘爐過程中存在的不足和改進(jìn)辦法，對(duì)今后高爐烘爐提供合理的建議和意見。

關(guān)鍵詞：高爐，烘爐，風(fēng)溫，濕度

Analysis on Preheating of overhaul of Benxi Steel’s No.7 BF

Li Yongqiang  Qin Xili

(Benxi Steel and Iron Group  Liaoning Benxi 117000)

Abstract: After analysis the effect and process of preheat the BF, under the current preheat system, restricting by the top temperature of the furnace ,humidity can reach the level of 5g/m3 by adjusting the air volume and temperature in 7days, In the meantime, the paper gives the deficiency and improvement method of preheating furnace, and providing reasonable advice and suggestions for preheating furnace in future.

Keywords: blast furnace,preheating furnace, blast temperature, humidity

大修后高爐的烘爐質(zhì)量是高爐長壽的關(guān)鍵，若烘爐后爐缸爐底仍殘存較多的水分，不定型耐材未達(dá)到固化強(qiáng)度，開爐后爐缸急劇升溫，將造成殘存的水分迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生壓力較高的水蒸汽沖破尚未固化的不定型耐材，形成大量的初步氣隙，投產(chǎn)后因串煤氣造成氣隙不斷擴(kuò)大，影響爐缸傳熱和高爐長壽^[1]

大修后的高爐在開爐前必須經(jīng)歷烘爐階段，目的是：通過熱風(fēng)的升溫及保溫將高爐磚襯間的水分緩慢排出，提高泥漿和搗料的固結(jié)強(qiáng)度，使高爐爐體設(shè)備逐漸達(dá)到生產(chǎn)狀態(tài)。否則開爐后排出大量蒸汽，不僅吸收高爐熱量，降低渣鐵溫度，使開爐操作困難，而且水分快速蒸發(fā)，可能使磚縫開裂和爐體膨脹，影響爐缸整體性和高爐壽命^[2^]。

為了烘干高爐砌體中的水分，要求：磚襯溫度應(yīng)該達(dá)到105-110℃，烘干時(shí)間大于48h；而砌筑所使用的以有機(jī)物為結(jié)合劑的泥漿，焙燒固化溫度為200-250℃，焙燒時(shí)間為20-50h^[3]；冷卻壁和炭磚之間的碳素?fù)v打料，用樹脂結(jié)合劑時(shí)110℃以上固化25h ^[4]。達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)，說明烘爐達(dá)到了理想效果。

2 烘爐管設(shè)計(jì)

2.1 封鐵口操作

七爐鐵口保護(hù)板距炭磚內(nèi)側(cè)2300mm，為保證烘爐前爐體密封和加強(qiáng)鐵口區(qū)炭磚預(yù)熱，需提前對(duì)鐵口進(jìn)行封堵，并預(yù)埋直徑108mm的鐵口導(dǎo)出管。具體方法：孔道外側(cè)通過泥炮打入正常炮泥約1.2m，爐內(nèi)側(cè)使用質(zhì)地較軟的有水炮泥進(jìn)行封堵，并搗實(shí)。若鐵口封堵質(zhì)量較差，則開爐初期容易將鐵口孔道內(nèi)的炮泥噴出，造成跑大流事故。

為保證開爐初期充分加熱鐵口區(qū)域炭磚，確保高爐長壽，并根據(jù)導(dǎo)出管的噴吹情況判斷開爐后爐缸內(nèi)狀況和確定第一次出鐵時(shí)間，鐵口導(dǎo)出管與爐底均勻分布的兩圈“八邊形”盤管相連，盤管直徑均108mm，其上每隔300mm開一個(gè)直徑25mm的小孔，使得爐底各處的渣鐵及溫度情況能第一時(shí)間通過鐵口導(dǎo)出管傳到爐外，便于高爐工作人員操作和分析。

2.2 烘爐管制作

烘爐管采用的管徑ø108mm鋼管，插入風(fēng)口200mm，從風(fēng)口伸入爐內(nèi)，并呈“Γ”型折到爐底。在垂直端距爐底500mm處焊“喇叭”形出口，下部用22mm圓鋼支撐于爐底，便于氣流散開，從而加熱爐底和爐缸，及將蒸發(fā)出的蒸汽帶走，所有烘爐管在爐底呈三圈均勻分散，導(dǎo)管之間用鋼筋點(diǎn)焊連成一體，防止送風(fēng)后位移。爐內(nèi)風(fēng)口平面的烘爐管上，距爐墻1500mm范圍外加焊圓形鐵板，加強(qiáng)爐缸輻射傳熱并使氣流盡量加熱爐底和爐墻。

3 烘爐過程及效果

3.1烘爐方案制定

烘爐氣流運(yùn)行路線：鼓風(fēng)機(jī)→冷風(fēng)總管→熱風(fēng)爐、混風(fēng)閥→熱風(fēng)總管→高爐本體→高爐爐頂放散閥和煤氣下降管末端人孔。本次高爐大修熱風(fēng)管道利舊，主要水分來源于爐內(nèi)砌筑耐材和灌漿料。采用熱風(fēng)爐烘爐時(shí)，烘爐溫度，烘爐時(shí)間和冷卻強(qiáng)度是烘爐效果的關(guān)鍵。烘爐曲線以熱風(fēng)溫度為準(zhǔn)，因不能打水，為保護(hù)爐頂設(shè)備，通過調(diào)節(jié)風(fēng)量保證烘爐溫度的提高。實(shí)際操作情況見圖1。由圖可見，烘爐132h后，受烘爐溫度提高的影響，頂溫超過350℃，嚴(yán)重威脅到爐頂設(shè)備安全，風(fēng)量由1700m³/min降低至1500m³/min，保證了烘爐的順利進(jìn)行。

圖1 烘爐曲線

Figure 1 Preheating curve

根據(jù)本鋼七號(hào)高爐實(shí)際情況，烘爐時(shí)間共7天，前期烘爐風(fēng)量2000m³/min左右，使用較大風(fēng)量盡快帶走爐內(nèi)水分。開始溫度為140℃恒溫2h，然后以10℃/h升溫至500℃，恒溫93.5h，然后以10℃/h升溫至600℃，恒溫24h，然后以40℃/h降溫至500℃，廢氣濕度與大氣濕度相近，烘爐結(jié)束，總計(jì)168小時(shí)。

3.2 爐頂廢氣濕度變化

烘爐終了時(shí)間應(yīng)根據(jù)爐頂廢氣濕度進(jìn)行判斷，本鋼7號(hào)高爐烘爐期間天氣情況較為穩(wěn)定，測得當(dāng)?shù)卮髿鉂穸葹?/span>5g/m3，烘爐要求爐頂廢氣濕度與大氣濕度相差小于2g/m3時(shí)，認(rèn)為達(dá)到烘爐結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。因第一天測廢氣濕度管道堵塞，圖2為從烘爐第二天到烘爐結(jié)束時(shí)廢氣濕度變化情況。

圖2 廢氣濕度變化

Figure 2 The humidity change of gas

由圖2可見，在烘爐過程中廢氣中水分整體呈下降趨勢(shì)，在烘爐第110h后出現(xiàn)廢氣含水量大幅上升的現(xiàn)象，最高達(dá)25g/m³，持續(xù)時(shí)間20h，說明在烘爐過程中有一個(gè)水分急劇排出的階段，在烘爐168h，即7天后，廢氣濕度為5g/m³，達(dá)到烘爐結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)，烘爐結(jié)束。

3.3 烘爐過程

爐缸爐底炭磚是爐內(nèi)磚襯最厚的部位，一般認(rèn)為爐缸冷卻壁與炭磚間的碳質(zhì)搗料溫度110℃以上固化25h時(shí)，整個(gè)爐缸達(dá)到理想的烘爐效果^[6]。但高爐設(shè)計(jì)中填料內(nèi)未預(yù)留熱電偶，為判斷爐缸整體的烘爐狀態(tài)，以爐底中心第1、2層炭磚之間的中心熱電偶TE4021、2段冷卻壁中部插入炭磚深度50mm的TE4121、3段冷卻壁中部插入炭磚深度50mm的TE4210和4段冷卻壁中部插入炭磚深度50mm的TE4280的典型溫度點(diǎn)為依據(jù)，判斷爐缸磚襯烘爐效果。

圖3 烘爐過程中熱電偶溫度變化

Figure 3 The change of thermocouple temperature in preheating process

由圖可見，因爐底炭磚較厚，短時(shí)間內(nèi)大量熱量很難向下傳遞，所以爐底下部炭磚的起始升溫時(shí)間較爐缸側(cè)壁慢，但開始升溫后受風(fēng)溫波動(dòng)影響較小，隨時(shí)間推移逐漸向風(fēng)溫靠近；因爐缸側(cè)壁炭磚厚度由下至上逐漸變薄，所以熱電偶溫度由下至上相對(duì)增高，且隨風(fēng)溫有規(guī)律變化。

但受大修工期影響，烘爐時(shí)間偏短，雖然廢氣濕度達(dá)到烘爐結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，但爐缸炭磚與冷

卻壁間的填料溫度均低于85℃，爐襯的泥漿和填料不能達(dá)到理想的固結(jié)強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)，不利于高爐的長壽。烘爐后打壓過程中證實(shí)，打開爐缸風(fēng)口所在的5段穿壁灌漿孔和3段鐵口兩側(cè)的灌漿孔時(shí)，均存在大量跑風(fēng)現(xiàn)象，4^#-5^#風(fēng)口間和2場鐵口左側(cè)存在跑泥現(xiàn)象，充分證明了烘爐過程的不徹底和考核制度存在的缺陷。

（1）應(yīng)根據(jù)爐頂廢氣濕度和冷卻壁與炭磚之間填料溫度達(dá)到不定形耐材的固化溫度的雙重標(biāo)準(zhǔn)判斷高爐烘爐效果，嚴(yán)格保證烘爐質(zhì)量。

（2）因烘爐過程中與爐缸冷卻壁接觸填料最高溫度不超過100℃，遠(yuǎn)低于400-600℃鑄鐵相變溫度，因此可考慮通過降低冷卻壁冷卻強(qiáng)度、爐缸貯水烘爐或停水烘爐的方式快速提高填料溫度。

（3）為保護(hù)爐頂設(shè)備，在爐頂溫度的制約下，烘爐風(fēng)量和風(fēng)溫的合理調(diào)配是提高烘爐效果的有效途徑，烘爐后期在頂溫不變的基礎(chǔ)上，通過維持較低的風(fēng)量比，盡可能增加風(fēng)溫來提高耐材表面溫度，加強(qiáng)向炭磚內(nèi)部傳熱。

（4）在烘爐過程中，爐頂放散為開啟狀態(tài)，為保證爐缸正壓加熱，應(yīng)將烘爐管和風(fēng)口的間隙封死，使氣流首先全部進(jìn)入爐缸，保證關(guān)鍵部位烘爐質(zhì)量。

（5）因爐缸截面積105m³，風(fēng)口平面上加蓋鐵板面積58m³，為保證爐缸正壓加熱，應(yīng)增大鐵板的面積，縮小風(fēng)口平面的環(huán)形空隙，通過輻射傳熱和對(duì)流傳熱充分加熱爐缸。

（6）爐缸烘爐效果差的另一個(gè)原因是在烘爐過程中為防止炭磚表面超450℃被氧化，在爐缸爐底內(nèi)側(cè)砌筑一層230mm厚的低導(dǎo)熱系數(shù)的粘土磚，成為了爐缸爐底傳熱的限制環(huán)節(jié)，應(yīng)適當(dāng)減少粘土磚厚度或改用高導(dǎo)熱保護(hù)材料，降低填料升溫的難度。

（7）盡可能提前對(duì)冷卻壁和鋼甲間隙進(jìn)行灌漿，凝固后在烘爐過程中可打開高爐壁體上的灌漿孔使蒸汽排出，加強(qiáng)不定形耐材固化，防止氣隙產(chǎn)生。

5 結(jié)論

近些年國內(nèi)大量高爐進(jìn)入一代爐役后期，因此分析和研究快速大修高爐的烘爐過程，對(duì)今后高效科學(xué)烘爐具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和參考意義。

高爐操作者應(yīng)根據(jù)高爐的磚襯結(jié)構(gòu)和爐頂設(shè)備情況，制定合理的烘爐制度，確保高爐爐襯在短時(shí)間內(nèi)充分合理的升溫，使?fàn)t缸爐底的填料和泥漿充分烘干固化，為高爐長壽奠定基礎(chǔ)。

烘爐質(zhì)量的關(guān)鍵在于烘爐曲線的制定，在頂溫制約下，通過風(fēng)量和風(fēng)溫的合理調(diào)配，在7天內(nèi)可達(dá)到良好的烘爐效果。

完善烘爐過程的評(píng)價(jià)機(jī)制，考慮通過降低爐缸爐底冷卻強(qiáng)度、提高爐襯表面溫度、改善爐內(nèi)傳熱途徑等方式提高烘爐效果。

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