熱風(fēng)爐在線排磚裝置

艾中路 鐘樹周 楊 君 鄧 暉

(廣東韶鋼煉鐵廠，廣東 韶關(guān) 512123)

高爐熱風(fēng)爐是煉鐵高爐的主要配套設(shè)備之一，1臺(tái)高爐需要3～4個(gè)熱風(fēng)爐來確保加熱與熱風(fēng)輸送的交替運(yùn)行[1]，為高爐持續(xù)不斷提供1 000 ℃以上的高溫風(fēng)[2]。風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特征，提高風(fēng)溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產(chǎn)成本的主要技術(shù)措施[3-4]。一旦熱風(fēng)爐出故障，高爐的風(fēng)溫將降低或不穩(wěn)定，直接影響高爐的順利運(yùn)行[5]，甚至導(dǎo)致高爐無計(jì)劃休風(fēng)。

卡磚是導(dǎo)致熱風(fēng)爐出故障的主要原因之一，由于高溫、震動(dòng)、壓力等原因，熱風(fēng)爐壁磚易開裂、破碎、脫落等[6]，脫落的碎磚將被熱風(fēng)吹至熱風(fēng)閥處并堆積，使熱風(fēng)閥出故障。運(yùn)行中的熱風(fēng)爐是一個(gè)高溫、高壓容器，難以對(duì)其碎磚進(jìn)行清理，需要一種有效、安全、低成本的在線排磚裝置來清理熱風(fēng)爐的碎磚。

1 熱風(fēng)爐碎磚的原因及危害

1.1 熱風(fēng)爐碎磚原因

熱風(fēng)爐是高爐高風(fēng)溫的重要載體，對(duì)材料的要求比較高，內(nèi)燃式熱風(fēng)爐內(nèi)也存在較多的薄弱環(huán)節(jié)[7]，因此在熱風(fēng)爐運(yùn)行中不可避免會(huì)產(chǎn)生碎磚。產(chǎn)生碎磚的原因主要有以下幾方面。

(1)燃燒室與蓄熱室隔墻兩側(cè)的溫差較大。在送風(fēng)末期，熱風(fēng)爐火井底部燃燒室與蓄熱室隔墻兩側(cè)的溫差可達(dá)700 ℃，易使隔墻磚碎裂、脫落。此外，金屬燃燒器產(chǎn)生的脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致燃燒室壁開裂，加劇碎磚、掉磚的發(fā)生。

(2)當(dāng)高溫?zé)煔鈴陌肭蛐喂绊斶M(jìn)入蓄熱室時(shí)，由于氣流分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致局部過熱，并且高溫區(qū)用磚的抗高溫蠕變性能較差，因此火井會(huì)向蓄熱室傾斜，引起格子磚移動(dòng)、錯(cuò)位和扭曲。

(3)高爐的大型化和高壓操作導(dǎo)致風(fēng)壓增大，使熱風(fēng)爐成為受壓容器。此外，隨著熱風(fēng)爐殼體耐火材料的膨脹，爐底被拉成“碟狀”，導(dǎo)致焊縫被拉開，爐底板被拉裂，從而引起漏風(fēng)，加劇碎磚的產(chǎn)生。

(4)由于熱風(fēng)爐發(fā)生周期性振動(dòng)和上、下漲落移動(dòng)，常導(dǎo)致熱風(fēng)爐支管損壞，也會(huì)對(duì)熱風(fēng)爐墻磚產(chǎn)生一定影響。

1.2 熱風(fēng)爐碎磚的危害

熱風(fēng)爐中的碎磚會(huì)被熱風(fēng)吹至熱風(fēng)閥處，沉降、堆積于閥座，引起卡磚，導(dǎo)致熱風(fēng)閥不能關(guān)閉到位。卡磚一般出現(xiàn)在送風(fēng)轉(zhuǎn)悶爐期間，熱風(fēng)爐出現(xiàn)卡磚時(shí)，高爐風(fēng)溫將快速下降，爐壓大幅度降低，導(dǎo)致大量水漏入爐內(nèi)。卡磚嚴(yán)重影響高爐爐溫的穩(wěn)定性，有較大的安全隱患，若較長(zhǎng)時(shí)間不予處理，將導(dǎo)致高爐休風(fēng)，會(huì)嚴(yán)重影響高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)。隨著熱風(fēng)爐發(fā)生掉磚次數(shù)的增多，高爐休風(fēng)次數(shù)也將急劇增加。另外，由于補(bǔ)熱措施滯后，復(fù)風(fēng)后往往會(huì)發(fā)生爐溫連續(xù)偏低的現(xiàn)象，導(dǎo)致高爐只能低風(fēng)量運(yùn)行[8]。

圖1表示韶鋼6、8號(hào)高爐2019年3月至10月的休風(fēng)時(shí)長(zhǎng)。從2019年3月至10月，韶鋼6、8號(hào)高爐由于熱風(fēng)爐卡磚造成的高爐無計(jì)劃休風(fēng)達(dá)9次，休風(fēng)總時(shí)長(zhǎng)超過20 h?？ùu引起休風(fēng)導(dǎo)致的高爐產(chǎn)量損失如圖2所示。6號(hào)高爐因卡磚而6次休風(fēng)，每次清磚耗時(shí)1.5 h，損失鋼產(chǎn)量200 t，為補(bǔ)充熱量損失消耗焦炭5 t；8號(hào)高爐因卡磚而休風(fēng)3次，每次清磚耗時(shí)3 h，損失鋼產(chǎn)量1 500 t，為補(bǔ)充熱量損失消耗焦炭36 t。

圖1 2019年韶鋼高爐休風(fēng)時(shí)長(zhǎng)Fig.1 Duration of blast furnace shut-down in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd. in 2019

圖2 2019年韶鋼因高爐休風(fēng)而導(dǎo)致的鋼產(chǎn)量損失Fig.2 Loss in steel output caused by shut-down of the blast furnace in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd. in 2019

總之，熱風(fēng)爐卡磚會(huì)使熱風(fēng)閥不能正常關(guān)閉，導(dǎo)致高爐無計(jì)劃休風(fēng)，嚴(yán)重影響高爐的正常運(yùn)行，還消耗大量的人力物力，降低鋼產(chǎn)量，提高生產(chǎn)成本。

2 高爐熱風(fēng)爐在線排磚裝置

為解決高爐熱風(fēng)爐碎磚引起的卡磚問題，楊國(guó)新等[9]發(fā)明了一種高爐熱風(fēng)爐在線排磚裝置。該裝置通過安裝在熱風(fēng)爐底座的碎磚存儲(chǔ)箱收集碎磚，遠(yuǎn)程操控其排磚，實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐碎磚的自動(dòng)收集和在線排除。

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

高爐熱風(fēng)爐在線排磚裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示。在熱風(fēng)爐的底座焊接了3個(gè)長(zhǎng)1 200 mm、寬300 mm、高300 mm的存儲(chǔ)箱，用于存儲(chǔ)熱風(fēng)爐坍塌、掉落的碎磚。存儲(chǔ)箱箱體連接了1條長(zhǎng)6 000 mm、直徑200 mm的排磚管道，其中每隔3 000 mm安裝1個(gè)排磚閥門，共安裝了2個(gè)。

圖3 高爐熱風(fēng)爐在線排磚裝置的示意Fig.3 Schematic diagram of on-line brick removal device of blast furnace hot-blast stove

隨著溫度的降低，熱風(fēng)爐中的碎磚會(huì)掉落至存儲(chǔ)箱，在條件滿足時(shí)被排除。當(dāng)存儲(chǔ)箱溫度為120 ℃時(shí)，箱內(nèi)基本無碎磚；當(dāng)溫度下降至80 ℃時(shí)，箱內(nèi)開始出現(xiàn)碎磚，但未達(dá)到排除條件；當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，箱內(nèi)積累了足夠的碎磚，達(dá)到排放條件，可進(jìn)行排磚。排磚是通過集控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制和操作：先開啟1號(hào)閥門，存儲(chǔ)箱中的碎磚在排磚管道中通過1號(hào)閥門，35 s后關(guān)閉閥門；確認(rèn)1號(hào)閥門關(guān)閉到位后，開啟2號(hào)閥門，碎磚在管道中通過2號(hào)閥門，在確認(rèn)碎磚全部排除后關(guān)閉2號(hào)閥門，排磚操作完成。碎磚存儲(chǔ)箱中的碎磚已通過排磚管道排至熱風(fēng)爐外。

2.2 材料選擇

由于熱風(fēng)爐屬于高爐的重點(diǎn)設(shè)備，所以在選用熱風(fēng)爐在線排磚裝置的材料時(shí)應(yīng)主要考慮安全性。碎磚存儲(chǔ)箱安裝在熱風(fēng)爐底座，要求其外殼在溫度超過300 ℃時(shí)不發(fā)紅、不軟化，其內(nèi)襯材料在溫度超過300 ℃時(shí)不軟化。為保證碎磚順利通過排磚管道，要求管道在溫度超過300 ℃時(shí)不發(fā)紅、不軟化，并且管道受到碎磚的摩擦，故要求其耐磨。排磚閥門是控制排磚的重要開關(guān)，要求其在溫度超過300 ℃時(shí)不發(fā)紅、不穿漏、不卡阻。由于排磚的危險(xiǎn)性較大，人員應(yīng)遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，需實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制和操作。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，高爐熱風(fēng)爐在線排磚裝置已在韶鋼6號(hào)和8號(hào)高爐投入使用，安裝在線排磚裝置前后，韶鋼6號(hào)和8號(hào)高爐的休風(fēng)次數(shù)如圖4所示。

圖4 韶鋼6號(hào)和8號(hào)高爐安裝排磚裝置前后的休風(fēng)次數(shù)Fig.4 Number of shut-down before and after installation of on-line brick removal device in blast furnaces No.6 and 8 in Shaoguan Iron and Steel Co., Ltd.

在2019年3月至10月的8個(gè)月內(nèi)，兩座高爐累計(jì)發(fā)生9次無計(jì)劃休風(fēng)，嚴(yán)重影響了高爐生產(chǎn)。2019年10月，韶鋼兩座高爐的熱風(fēng)爐開始安裝在線排磚裝置，安裝過程中的休風(fēng)次數(shù)已減少到4次。從2020年4月安裝完成后到2020年6月，韶鋼再未發(fā)生高爐因卡磚而休風(fēng)的現(xiàn)象。熱風(fēng)爐在線排磚裝置能有效將熱風(fēng)爐碎磚排出，大大減少了高爐休風(fēng)次數(shù)，提高了生產(chǎn)的安全性，確保了生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語

目前，對(duì)高爐風(fēng)溫的要求越來越高，熱風(fēng)爐的使用時(shí)間越來越長(zhǎng)[10-11]。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，熱風(fēng)爐尤其是內(nèi)燃式熱風(fēng)爐易發(fā)生掉磚、卡磚，導(dǎo)致高爐無計(jì)劃休風(fēng)。因此，高爐在線排磚技術(shù)極具推廣應(yīng)用價(jià)值，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)成本低。排磚裝置用廢舊材料制作，成本低；采用焊接工藝，無需特殊機(jī)加工設(shè)備，制作簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和維護(hù)。

(2)遠(yuǎn)程操控。用集控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控排磚裝置，控制精準(zhǔn)有效、安全。

(3)適用性強(qiáng)。僅改變?cè)诰€排磚存儲(chǔ)箱的尺寸即可用于大、中、小型熱風(fēng)爐。