高炉炉体长寿设计探讨

高炉炉体长寿设计探讨09钢2石青宇摘要高炉炉体设计是决定炉体长寿的重要环节。本文系统地探讨了当前国内外在高炉内型、砌体设计、炉体综合监测设计等方面的设计新趋势和采用的新技术，这些技术虽然主要针对大型高炉的设计，但对中小型高炉的设计亦有较大的参考价值。关键词高炉长寿设计技术AnapproachtodesignoflongcampaignlifeBFShiqingyuclass2ofgrade2009AbstractThedesignofBFbodyisimportantfactorforhmgcampaignlifeofBF．Inthisartlcle，thenewdesigningtendencyandtechnologyissystematicallyapprochedfrominnershape，coolingequipment．coolingwatersystem，refractoryselectinghrioking，BFbodydetectingandotheraspectsThoughthesetechnologiesauemainlyappliedtobigBFdesign，theyarealsoavailaHeformiddleorsmallBFdesign．Keywordsblastfurnac，longcampaignlife，design，technologyl前言按照标准YB905793高炉炉体长寿定义为：高炉一代炉役工作年限(无中修)和单位炉容一代炉役产铁量两个指标均同时达到要求。目前国内大中型高炉虽有少数达到长寿要求，但炉体寿命短的通病仍普遍存在，平均寿命只有4年左右，离要求还有很太差距。国外大型高炉寿命正在朝15年迈进，日本1981年至1984年停炉的高炉平均寿命为7．74年1985年至1986年停炉的已达l025年。至1994年1月，日本钢管扇岛2号高炉已生产15年，川崎千叶6号高炉已生产l7年。国内高炉即使寿命较长的，如宝钢l号、梅山l、2号，与国外相比仍有较大差距。一座1200m3高炉中修一次，需停产Z,5-35天，耗资1300-1500万元，损失产铁阜6万t，给企业带来很大的经济掼失。因此，如何延长高炉寿命已成为目前的重要研究课题。本文将结合国内外经验就长寿高炉的设计作一些阐述。2内型设计2．1H／D值的确定内型设计不仅要求有合理的Hu／D值，且要求各部比例合理。从我国高炉内形发展看，1980年以后设计建成的高炉Hu／D值较1980年以前的有所降低，且在保持各级别高炉H值的前提下，向横向扩大适当增加Vu，总趋势朝矮胖型发展。对于1500m3以上的高炉Hu／D可用下式计算Hu／D=9.98Vu-0.18652．2死铁层高度hu为防止铁水在炉缸侧壁周围形成环状流动，而造成蒜头状侵蚀，应有足够的大小。hu数值可由下式确定。对于1000m。的高炉，hu—0．0937Vud-2对于〈1000m。的高炉，hu一0．0764Vud-2式中d——炉缸直径，m2．3炉馒高度h2随着原燃料等条件的改善，高妒冶炼强度提高，炉内高热负荷部位向上推移，因而反映在内型设计上有炉腹高度(h2)增加、炉腰直径(D)扩大、炉腰高度(h3)缩小的趋势，从高炉的大中修调查情况也可看到这一实际规律。如原苏联新利彼茨克冶金厂1号高炉(1060m3)1975年改造时由3．1m提高到3．5m，2号高炉(100Om3)1977年改造时h2由3．1提高到4．18m；我国梅山1060m高炉t970年建设时h为4．25m，较国内1000m高炉的h2一般高了1．25m；日本大分z。号高炉(5245m3)1988年1月大修时h2由原来的3．8m(5070m)提高到4．5m,虽然h2和D趋于增加，h3趋于降低，但其计算式尚不能确定。原苏联曾有这样的结论(1987年)：1000～5000m3高炉，风口中心线到炉腹顶面的高度可增加15%～2%，h2也不宜过高，应以软熔带根部不落在炉腹区内为原则，否则易造成悬料。3冷却设备3．1炉缸冷却设备炉缸冷却有喷水冷却和采用光面冷却壁冷却两种方式。喷水冷却的冷却能力虽然比冷却壁的大1．1倍左右，但存在作业条件差、大约每隔半年要用高压枪(15MPa)和清洗工具对炉壳进行定期除锈除垢以及一旦主沟漏铁至洒水处会引起爆炸事故等缺点，为此要设置庞大的事故流槽，事故流槽把炉缸区分成几段，对日常维护带来诸多不便。因此，现在炉缸多用冷却壁冷却。炉缸热负荷不大且较稳定，炉缸冷却壁宜用导热性良好的低铬灰铸铁制作。球墨铸铁的导热系数只有灰铸铁的2／3，且制造成本也高，因此风口区下不宜采用球墨铸铁冷却壁。大型高炉铁口以F冷却壁宜采用横布管形式，以利于调节各部位冷却强度。横型强化冷却壁高度为1．2～15m，宽度为25～3．5m．厚度为0．14～0．16m，水管问距为0.10～0.15m，内部布有8～10根水平管。横型冷却壁困宽度较大，水买较多，为r安装方便，冷却壁竖接缝端面应作特殊处理。安装横型冷却壁部位的炉壳宜设计成圆柱形，若设计成圆台形炉壳，则冷却壁设计计算量大，制作也较困难。铁口区冷却壁最易损坏，应加强冷却。为提高冷却效果，铁口框内侧水管应尽量靠近端面，配管时进水应设在由腔侧。另外距铁口区3．0m左右以内的冷却壁也应适当据高冷却强度，水管间距以0．15～0.18m为宜，距铁口区较远的其余部位冷却壁的水管问距则应控制在o．28m内。风口部位的冷却壁也在向强化型耐热击方向发展壁厚由0．12m增加到0．25m，水头也由2个增加到12~16个.3．2炉腹冷却设备炉腹冷却设备不仅要满足2.09×10kJ／(m2·h)的高热负荷要求，同时要满足热急变的要求，为此宜用第二代小块冷却壁冷却壁长度以小于1．5m为宜，水管间距以小于0．24m为宜，壁体材质选用QT曲0—18球墨铸铁镶砖可为炭紊冷捣料、烧成铝炭砖、半石墨化碳化硅砖。冷却壁受热面镶砖表面积与筋表面积之比约为1：1。3．3炉腰与炉身下部冷却设备炉腰与炉身下部热负荷最高，冷却壁本体管要能承受230×10kJ／(m2·h)的热负荷，凸台管要能承受高达(2．93～3．64)×10kJ／(m2·h)的热负荷。该区若用冷却壁形式，宜用第三代以上冷却壁，水管间距在0．18～0．24m之间，且壁体上700等温线距受热面应控制在35mm以下，水管中心线处壁体温度应控制在350~C以下。炉腰和炉身下部区域若采用全冷却板形式，则应加大密集度，层高以0．3～0．4m为宜，铜冷却板内部通道以六通道为佳。当滑料时因冷却板受高达9．61×10kJ／(m2·h)热负荷的捧击，二通道和四通道冷却板很容易烧坏，只有六通道冷却板才能无恙。日本福山5号高炉在炉身下部设9层六通道铜冷却板，使用10年无一损坏。板壁结合冷却形式也是该区域长寿措掩之一。梅山1号高炉和千叶6号高炉是这种形式的典型代表。由于采用第二代冷却壁，凸台寿命较短，故必须在凸台上部设置冷却板，以支承砌体不脱落。千叶6号高设有3层冷却板，为八通道双进双出水头铜冷却板，铜冷却板满铺于冷却壁凸台上方，且每块冷却板下方设有一支承件。千叶6号高炉不中修已生产17年，其长寿经验很值得认真分析和借鉴。4炉体冷却。炉体冷却传统上均为工业水开路循环冷却，如梅山l号高炉和宝钢l号高炉。工业水冷却方式未必不能使高炉长寿，关键在于要对工业水进行水质稳定处理和采取正确的高炉操作管理。为从根本上消除结垢因素，现多采用软水或纯水密闭循环冷却，在系统设计中尚应注意如下问题。首先，系统水压确定应根据详细管路布置来精确计算，再考虑1．1～1．2的安全系数。泵扬程过高或过低都是有害的。其次，膨胀罐的位置和定压应适当。为使整个管路内积集的气体易于排出，膨胀罐设于炉体平台上为好。膨胀罐设于最高处还可用低压气体进行定压和起短时间自循环补给水的作用头部膨胀罐的定压现有两种方法确定，一是按冷却水出口温度留有50℃的欠热度来确定，一般为为0．3～0．5Mpa；另一种是满足密封要求，维持在lkPa左右。定压压力过高，不仅对泵的密封性要求严格，而且在检漏时要降压检查，故从懿济性和维护性看，选取低定压值为佳。另外，膨胀罐的设计应充分考虑不使定压气体卷入水中和使水中携带的气体充分分离而排出。再耆，检漏问题，对大型高炉既应有在线检测，还应有离线检测。为便于检查，应把易损坏部位的水管设计成单独系统。另外，为便于区分段检测和灵活调节各部位热负荷，设计应尽量考虑配管分区分段。5炉体综合监测设置综合监测设施，能使操作人员及时掌握高炉各部位的运行情况，从而采取正确的操作方法，延长高炉寿命。炉体综合监测包括：砌体温度．冷却设备本体温度，冷却介质的温度、流量、压力、水质和检漏，炉体热负荷，软融带位置，炉底侵蚀线．等等。由于检测元件的大幅度增加，各种信息参数繁多，因此必须借助微机对信息数据进行处理，设置相关的画面对数据和处理结果进行显示，并对超过管理限值的数据用彩色报警和打印记录，以把操作者的精力集中在操作管理上，而不是集中在信息数据的统计归纳分析上。砌体残存厚度的检测装置已开始运用．电阻法测厚仪测量精度较高，值得推广。软承密闭循环单支管的检褥装置目前有几种，以浮子开关检漏仪为佳，此法不仅可在线连续检测，且在有漏损时可报警。6结语高炉长寿，设计仅是基础。在设计方面，各设计院都在尽力研究长寿技术并运用到实际工程中但是．在制造、施工和操作方面，却并非能全面贯彻长寿方针而采取必要的措施，致使目前有些新建高炉虽然设计栗用的长寿技术基本相同，但实际使用结果却大不相同。因此，设计、研究、制造、施工和生产部门尚需更加紧密地合作，这样才能使我国高炉平均寿命早日登上新台阶。