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中冶京誠大型高爐大修技術助力鋼鐵行業高質量發展

發表時間:2020/9/4     閱讀次數:2577


 

隨著2007年以來國內集中建設的大型高爐逐漸完成一代爐役,批量的大型高爐將面臨大修。較之高爐新建,大修改造需要考慮的問題和制約因素更加復雜多變。中冶京誠結合外部市場和環保限產政策幫助企業選擇大修時機和縮短工期,充分考慮高爐大修方案對全流程的生產影響,將對經濟效益的影響降低到最低,充分評價現有結構和設施設備安全情況,做到最大限度利舊,減低投資,提高經濟效益,應用新技術改善和優化高爐原有缺陷,為企業高爐大修改造提供一整套全方位解決方案,在縮短工期、長壽高效、精細化設計和綠色智能煉鐵等方面取得了豐碩的創新成果,達到了國內領先水平。


快速大修,降本增效


       國內推移重量最大的高爐整體推移大修技術
       隨著高爐不斷向大型化發展,高爐大修停產對鋼鐵企業的影響越來越大。在新形勢下,如何縮短高爐大修工期,是實現全廠降本增效最直接、最顯著的途徑,也是該領域技術進步不斷探索的方向。
       中冶京誠創新研發了具有國內領先水平、適用于大中型高爐的整體推移快速大修技術,將新的高爐本體預先在離高爐基礎一定距離的推移平臺上預制和拼裝完成。在拆除舊爐體的同時,將推移平臺延伸到原有高爐基礎上,然后采用專用的推移設備將新爐體推移到高爐基礎上,并實現精確就位。中冶京誠專門設置了加固段和弧形梁對爐底進行了結構加固,以保證爐內的耐材結構不受破壞,對整體施工工藝進行三維模擬預演,提前排除推移過程中存在的所有障礙,保障項目的順利實施。
       該技術在滄州中鐵公司3座2500m3高爐大修工程成功實踐,推移爐體總高度36.674m,推移距離55m,推移基礎長度70m,實現了推移精度偏差小于4mm,整體推移重量超8000t,單座高爐工期由120天縮短至55天,刷新了國內同類工程推移重量最大和工期最短的兩項紀錄。3座高爐先后于2018年5月、8月和2019年1月投產。投產2年來,運行穩定,技術指標先進,平均利用系數2.83t/m3·d,燃料比501kg/tHM,為業主創造了巨大的經濟效益。


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圖1  高爐整體推移過程三維模擬預演(左)和推移現場(右)



長壽高爐,安全穩定


完全導熱爐缸結構體系的首創應用
       目前,國內外傳統的高爐爐底爐缸結構主要有隔熱型復合結構和導熱型全炭磚結構。中冶京誠根據傳統結構的實際使用缺陷及耐材技術的發展,創新研發了新型的完全導熱爐缸結構體系,由“超微孔炭磚+導熱型陶瓷復合材料”構成。
       該新型結構體系綜合了炭磚的高導熱性能及陶瓷復合材料抗渣鐵侵蝕性能,通過合理的溫度梯度設計,使傳熱體系穩定有效,避免炭磚脆化;陶瓷復合材料中的陶瓷相與渣鐵凝滯層的粘結性好,渣鐵凝滯層不易脫落,有效保護爐底爐缸耐材,實現長壽。
       中冶京誠在天津鋼鐵3200m3高爐大修工程中首次采用了完全導熱爐缸結構體系。大修高爐于2020年4月投產至今,水溫差、爐底爐缸侵蝕模型監測數據正常穩定,爐底爐缸耐材工作狀況良好。平均利用系數2.78 t/m3·d,燃料比505kg/tHM,生產指標先進。
 

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圖2  完全導熱爐缸結構


新型爐體冷卻結構在大型高爐上的首創推廣
       針對爐腹、爐腰和爐身下部等高熱區域的鑄鐵冷卻壁及銅冷卻壁不能穩定掛渣的問題,中冶京誠研發了國際獨創的新型爐體冷卻結構,即高爐本體全部采用球墨鑄鐵冷卻壁,并且在爐腹、爐腰和爐身下部區域采用鑲嵌銅冷卻條的組合式冷卻結構。
       新型爐體冷卻結構繼承了板壁結合和薄壁爐襯的優點,并且充分發揮了銅冷卻效果好的優點,在銅冷卻條周圍形成牢固的渣皮相當于“錨固釘”,起到了“軟板”作用,渣皮更加穩定,克服了銅冷卻壁過度冷卻以及平面結構帶來的渣皮頻繁脫落、影響高爐穩定操作的問題??筛鶕O計選擇銅冷卻條間距,避免過度冷卻,渣皮波動小。水頭數量少,位置調整靈活。該技術不僅適用新建高爐,更適用于爐殼利舊的高爐大修項目。


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圖3   組合式冷卻結構的長壽原理


       中冶京誠組合式冷卻結構技術在天津鋼鐵3200m3高爐大修工程實現了在大型高爐上的首次應用。高爐投產后,各段冷卻壁的壁體平均溫度(表1)顯示:安裝有銅冷卻條的爐腹、爐腰冷卻壁溫度偏低,甚至低于爐身中部冷卻壁溫度,說明新型爐體冷卻結構能夠在冷卻設備熱面形成穩定渣皮,有利于冷卻設備長壽。新型爐體冷卻結構還可以大幅度降低投資,以該項目為例,投資僅為原有銅冷卻壁方案的1/4。

 

 

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表1  天津鋼鐵3200m3高爐各段冷卻壁壁體平均溫度


 
       防爐底板上翹及漏煤氣爐底結構的優化改造
       近些年,隨著高爐大型化、爐襯薄壁化和爐頂壓力的提高,國內一些高爐普遍存在爐殼上漲、爐底板上翹、爐底封板漏煤氣的現象,給高爐生產帶來了很大的安全隱患。中冶京誠集多年技術積淀,對爐底結構進行改造優化,防止高爐底板上翹和漏煤氣,保證安全生產。
       中冶京誠在滄州中鐵高爐大修工程采用新型爐底結構,將爐底封板設置在耐熱基墩以下,使耐熱基墩~1200噸的重量完全作用在爐底封板上,并且增設一層20mm厚中間封板用來密封,通過增加爐底板的承受壓力,有效降低了爐殼上漲和漏煤氣的概率,見圖4。
 

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圖4 爐底板在耐熱基墩下結構形式


       天鋼3200m3高爐大修工程高爐基礎和爐殼全部利舊,在此情況下中冶京誠僅通過對爐底結構進行優化改造,徹底解決了第一代爐役期間的爐殼上漲、泄漏煤氣的現象。通過將爐底水冷設置在爐底封板上部,將70mm厚的爐底水冷的支撐鋼梁,剛好焊接安裝在爐底封板的原拼接縫上,不僅對爐底封板進行了密封,還對爐底結構進行了二次加強,有效防止爐殼拉動爐底封板一起上翹的問題,見圖5。
 

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圖5 爐底板結構加強優化


綠色高爐,節能環保

爐頂均壓煤氣回收系統的配套應用
       高爐冶煉生產過程中,爐頂料罐內的均壓煤氣通過旋風除塵器和消音器后,通常都是直接排入大氣,此部分煤氣為含有大量CO和灰塵的有毒、可燃物混合氣體,對大氣環境尤其是高爐生產區域造成污染,同時也浪費了能源。
       中冶京誠在國內率先研發了 “高爐爐頂均壓煤氣回收方法及回收裝置”,首次采用完整的干法除塵工藝進行均壓煤氣回收,設置緩沖罐或緩沖區域穩定煤氣壓力、減輕對凈煤氣管網沖擊。第二代高爐爐頂均壓煤氣回收技術,采用專利技術“組合式干式除塵設備”,頂進頂出的氣體進出方式,并集合了重力除塵器的特點。該技術已被成功推廣應用于60多座大中型高爐,使用效果良好,回收成本快,受到用戶一致好評。
       中冶京誠為天鋼3200m3大修高爐增加了爐頂均壓煤氣干式回收系統,對料罐排壓放散的煤氣進行回收,回收效率在75-80%,極大減少了排壓煤氣、粉塵及噪音對環境的污染,回收煤氣接入常壓煤氣主管網。


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圖6 爐頂均壓煤氣回收技術


原燃料高效轉運及環保卸料的優化升級
       煉鐵原燃料(燒結礦和焦炭)使用傳統通用型物料轉運卸料設備容易發生撞擊,導致物料破碎,不僅降低了物料成品率,而且產生嚴重的粉塵污染。
       針對上述情況,中冶京誠自主開發了煉鐵原燃料高效轉運及環保卸料技術,包括創新研發的中間溜槽控流卸料系統、落料點自降塵系統和新型環保卸料車,能夠有效減少物料破碎、降低粉塵污染。 日前,已廣泛應用于寶鋼、印尼喀鋼等國內外17家鋼鐵企業的高爐新建和大修改造工程,并且成功推廣到礦山、電力、石化等多個行業的8家企業。生產實踐表明,該技術能夠提高燒結礦成品率約3%、焦炭成品率約2%,噸鐵成本降低12元,同時能夠有效保證物料轉運區域粉塵排放濃度低于8mg/m3,具有顯著的經濟、環境和社會效益。

  

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圖7  原燃料高效轉運及環保卸料技術

環保底濾爐渣處理的升級改造
       中冶京誠在傳統底濾法的基礎上進行創新設計,研發出了全新的工藝和設備——環保底濾爐渣處理技術,增加了?;?,改進沖渣工藝設計參數,最大化縮小了占地面積,消除了過濾池內存儲沖渣水,實現無水抓渣,避免了傳統過濾池水蒸汽彌漫的問題。同時,自主開發了“自動取渣系統”, 實現了智能、無人抓渣。該技術達到國際領先水平,獲得中國專利優秀獎、中國循環經濟專利一等獎。
       環保底濾爐渣處理技術國內高爐新建和改造工程得到廣泛應用,現已應用于興澄特鋼、包鋼等國內80%的高爐,爐級覆蓋450m3~3200m3,得到廣泛認可和一致好評。 日前,中冶京誠研發了第二代環保底濾技術,融合了智能天車、水渣消白、渣池封閉、防板結技術等,大大提升了環保底濾環保、智能技術水平。
 

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圖7 環保底濾智能抓渣天車

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 圖8 過濾池三維掃描模型


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圖9 第二代環保底濾設施

智能化是未來鋼鐵工業發展的方向。中冶京誠借高爐大修之機,還積極推廣自動化、可視化、智能化高爐煉鐵技術,助力企業升級改造。日前,已研發的熱風爐智能燒爐、智能抓渣、爐頂熱成像、風口成像等技術,在興澄特鋼3200m3等多座大中型高爐改造工程應用效果顯著。
       中冶京誠以精湛的技術,不斷引領煉鐵技術走向“長壽穩定,綠色環保,節能高效,智能集約”的可持續發展之路,為我國鋼鐵工業高質量發展保駕護航。

 

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