【轉(zhuǎn)載】新日鐵高爐大修新技術(shù)

sgmiao · 發(fā)表于 2008-2-3 23:23:34

新日鐵目前生產(chǎn)中的高爐有9座,，與上世紀(jì)70年代中期相比,，高爐數(shù)量減少了一半,。當(dāng)時(shí)已開(kāi)始建內(nèi)容積超過(guò)5000m3級(jí)超大型高爐,。在這期間,，為降低整個(gè)生產(chǎn)成本,，因此越來(lái)越強(qiáng)調(diào)提高每座高爐的生產(chǎn)靈活性,、高爐長(zhǎng)壽化,、省力化和縮短大修工期等，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)裝備,，并應(yīng)用于實(shí)際,。在這一背景下，采用了一些新技術(shù),，如利用高爐大修的機(jī)會(huì)擴(kuò)大爐容,、提高碳磚質(zhì)量延長(zhǎng)爐缸壁壽命、采用銅制立式冷卻壁延長(zhǎng)爐身壽命,、出鐵場(chǎng)作業(yè)的機(jī)械化操作和采用大構(gòu)件施工法縮短大修工期等,，由此大幅度地提高了高爐的功能和壽命，并最大限度地減小大修時(shí)產(chǎn)量的下降,。

　　日本的高爐技術(shù)以上世紀(jì)70年代前期建的4000m3級(jí)大型高爐為代表,，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，隨著對(duì)鋼鐵生產(chǎn)需求的擴(kuò)大而快速發(fā)展,。其后,，由于石油危機(jī)、日元升值,、泡沫經(jīng)濟(jì)的繁榮和崩潰,，尤其是一些國(guó)家近年來(lái)對(duì)鋼鐵需求旺盛等因素,，因此在鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)瞬息萬(wàn)變中，對(duì)高爐設(shè)備的要求變?yōu)橐蕴岣呖刂菩�,、�?jié)能,、省力化、對(duì)各種原燃料的適應(yīng)性,、高爐長(zhǎng)壽化等進(jìn)一步降低整個(gè)生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量的靈活性為主,。為應(yīng)對(duì)這些要求，新日鐵開(kāi)發(fā)了各種設(shè)備技術(shù),，在高爐大修時(shí)應(yīng)用了這些新技術(shù),。

　　1．?dāng)U大爐容

　　目前，新日鐵生產(chǎn)中的高爐有9座(包括北海制鐵室蘭廠的2號(hào)高爐在內(nèi)),，與上世紀(jì)70年代中期相比,，高爐數(shù)量減少了一半。在這種情況下,，為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化而產(chǎn)生的對(duì)鋼鐵需求迅速增大的要求,，因此在高爐大修時(shí)逐漸擴(kuò)大爐容，大幅度提高了每座高爐的生產(chǎn)靈活性和能力,。為降低擴(kuò)容大修費(fèi)用,，因此在不對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造的范圍內(nèi)，主要是進(jìn)行擴(kuò)大爐徑的改造,，爐的高度基本不變,。從新日鐵高爐操作結(jié)果來(lái)看，在爐內(nèi)容積一定情況下,，高度低,、爐徑大的高爐在透氣性方面具有優(yōu)勢(shì)，有利于提高出鐵量,。

　　新日鐵對(duì)目前生產(chǎn)中的高爐在最近大修時(shí)擴(kuò)大爐容的做法是,，在高爐基礎(chǔ)和框架等沒(méi)有大的變更、進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性擴(kuò)容的情況下,，加上爐身減薄帶來(lái)的效果,，爐容的擴(kuò)大率達(dá)到了10％～25％左右，包括君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)5555m3,、大分制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)5775m3(世界最大高爐)等超大型高爐在內(nèi),，新日鐵每座高爐的平均內(nèi)容積都擴(kuò)大到4490m3以上。

2．長(zhǎng)壽命化技術(shù)

　　新日鐵結(jié)合高爐大修,，對(duì)控制高爐壽命的部位———爐缸部和爐身部采取了長(zhǎng)壽命化措施,，結(jié)果，隨著操作技術(shù)的提高，延長(zhǎng)了高爐的壽命,，沒(méi)有降低高爐的利用系數(shù),。

　　從新日鐵高爐的實(shí)際爐齡和利用系數(shù)來(lái)看，上世紀(jì)70年代左右停爐的高爐壽命在5～7年,，其后逐漸延長(zhǎng)至10年,、12年，最近停爐的高爐壽命在保持高利用系數(shù)的情況下,，壽命延長(zhǎng)至15年左右,。最近停爐的高爐的累計(jì)出鐵量達(dá)到了10000～12000t／m3。

　　作為控制高爐壽命的主要因素,，曾經(jīng)一個(gè)時(shí)期還以爐身?yè)p毀的比例居高,，但在最近停爐的高爐中，爐缸成為了控制爐壽命的主要因素,。最近,，新日鐵以爐缸部和爐身部為主，對(duì)高爐采取了長(zhǎng)壽命化措施,。

　　2．1爐缸部的長(zhǎng)壽命化措施

　　作為爐缸部長(zhǎng)壽命化措施，就是強(qiáng)化冷卻和提高碳磚的材質(zhì),。在爐缸側(cè)壁部出鐵口下部侵蝕最嚴(yán)重的部位采用了冷卻強(qiáng)化型鑄鐵立式冷卻壁和銅制立式冷卻壁,，同時(shí)降低冷卻時(shí)的溫度。

　　另一方面,，對(duì)于爐缸部的冷卻,，采用2段冷卻和環(huán)形冷卻方式等，由此可調(diào)整冷卻能力,，防止因過(guò)度冷卻而造成爐缸中心死料柱的鈍化,。對(duì)于爐缸耐火材料，采用了碳磚＋內(nèi)嵌陶瓷的方式,。

　　使用碳磚的目的主要是提高耐火材料的傳熱效率和耐鐵水的侵蝕性,，從而延長(zhǎng)爐缸壽命。1965年開(kāi)發(fā)的BC－5耐火材料的壽命僅有5～10年,，將耐火磚的氣孔徑細(xì)化后的CBD－2的壽命達(dá)到了15年,，而且采用改進(jìn)的CBD－2RG，壽命超過(guò)了15年,。

　　自1994年君津制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)大修以后,，在高爐大修時(shí)采用了對(duì)CBD－2RG進(jìn)行改進(jìn)的CBD－3RG。該碳磚的特征是將磚的材質(zhì)由無(wú)煙煤替換成人造石墨,，使材質(zhì)變得均勻,，既保持了氣孔徑的細(xì)小和耐鐵水的侵蝕性，又提高了磚的傳熱性。尤其是在最近進(jìn)行大修的君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)和大分制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)上采用了耐蝕性比CBD－3RG大幅度提高的CBD－GT1(添加TiC的碳磚),。

　　新日鐵在高爐停爐冷卻后對(duì)爐缸側(cè)壁部碳磚的磚芯進(jìn)行了取樣,，對(duì)耐火材料的使用情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。廣制鐵所4號(hào)高爐(第二代爐役)使用了BC－5,，在爐內(nèi)工作面能看到大約300mm的脆化層,。后來(lái)，在室蘭制鐵所2號(hào)高爐(第一代爐役)使用了減小磚氣孔徑的CBD－2,，在爐內(nèi)工作面只出現(xiàn)大約100mm粉化,，脆化層減少了。目前,，采用進(jìn)一步改善碳磚質(zhì)量的高爐正處在生產(chǎn)中,，由此可以期待通過(guò)減小氣孔徑等來(lái)大幅度提高爐缸壽命。

　　根據(jù)上述強(qiáng)化冷卻和提高碳磚材質(zhì)的效果推測(cè)碳磚損毀量的結(jié)果可知,，如果爐缸側(cè)壁耐火磚的殘余厚度達(dá)到400mm仍可進(jìn)行生產(chǎn),，爐缸壽命有望達(dá)到25年左右。

（未完待續(xù)）

[ 本帖最后由 sgmiao 于 2008-2-3 23:29 編輯 ]

sgmiao · 發(fā)表于 2008-2-4 20:09:47

2．2爐身部長(zhǎng)壽命化措施

　　新日鐵自1969年從原蘇聯(lián)引進(jìn)了鑄鐵立式冷卻壁以來(lái),，為提高其耐用性進(jìn)行了各種改善,。引進(jìn)當(dāng)初頻繁發(fā)生立式冷卻壁管破裂現(xiàn)象，高爐壽命僅有5年左右,。通過(guò)對(duì)立式冷卻壁的芯體進(jìn)行取樣和解體調(diào)查,，推測(cè)立式冷卻壁的損毀是因爐內(nèi)熱負(fù)荷變化造成鑄鐵母材劣化和脫落所致。因此,，將材質(zhì)由FCH更換為FCD,。冷卻系統(tǒng)由自然循環(huán)更換為冷純水強(qiáng)制循環(huán)方式。尤其是通過(guò)縮短管間距,、設(shè)置轉(zhuǎn)角管和設(shè)置背面蛇管等方式來(lái)強(qiáng)化冷卻,。

　　第4代立式冷卻壁在冷卻壁中澆鑄了耐火磚，形成了“冷卻壁＋耐火磚”的薄壁一體化結(jié)構(gòu),，無(wú)需砌耐火磚,，同時(shí)可將高爐生產(chǎn)中的爐形狀變化抑制在最小，從而穩(wěn)定操作,。最近,，又對(duì)這一想法進(jìn)一步提升，為達(dá)到爐壁薄和長(zhǎng)期穩(wěn)定保持生產(chǎn)高爐形狀的目的,，在最近進(jìn)行高爐大修的君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)和大分制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)上采用了銅制立式冷卻壁,。

　　在爐身部采用銅制立式冷卻壁時(shí),，根據(jù)熱傳導(dǎo)率的解析結(jié)果，進(jìn)行了在線耐磨損試驗(yàn),，結(jié)果確認(rèn)在耐磨損方面沒(méi)問(wèn)題,。根據(jù)三維正常傳熱解析，假設(shè)爐內(nèi)溫度1200℃,，冷卻壁工作前端的最高溫度大約200℃,，與以往的鑄鐵立式冷卻壁的760℃相比，溫度大幅度下降,。結(jié)果可以推測(cè)銅制立式冷卻壁的母材強(qiáng)度處于冷卻壁可承受的溫度水平,。

　　在線磨損試驗(yàn)的方法為，保護(hù)氣氛溫度220℃,、載荷由Janssen公式求出,、根據(jù)裝入物的下降速度設(shè)定試樣的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。根據(jù)此次試驗(yàn),，推測(cè)爐內(nèi)的平均磨損量為0．17mm／a,，按照25年進(jìn)行換算，為每年在5mm以下,，由此可以認(rèn)為銅制立式冷卻壁在耐磨損方面沒(méi)問(wèn)題,。

　　根據(jù)爐身部壽命的推測(cè)結(jié)果可知，采用冷卻強(qiáng)化型第4代鑄鐵立式冷卻壁時(shí),，在點(diǎn)火后,，20年損毀才到達(dá)立式冷卻壁管表面，表明壽命在20年左右,。另一方面，采用銅制立式冷卻壁時(shí),，由于工作面溫度進(jìn)一步下降,，可保持冷卻壁管的機(jī)械強(qiáng)度，使損毀速度變得極小,，因此它有望達(dá)到25年以上的超長(zhǎng)壽命,。

　　3．出鐵場(chǎng)作業(yè)的機(jī)械化

　　為實(shí)現(xiàn)出鐵場(chǎng)作業(yè)的省力化和輕松化，實(shí)施了機(jī)械化,、遙控操作化和自動(dòng)化操作,。表1示出出鐵場(chǎng)設(shè)備的主要性能。為能使用高品位炮泥,，新日鐵早在15年前就在世界上率先采用了液壓開(kāi)口機(jī),，通過(guò)提

高泥炮的功率，大幅度地提高了出鐵出渣作業(yè)的可靠性,。另外,，通過(guò)改進(jìn)監(jiān)控圖像，還實(shí)現(xiàn)了遙控操作，不僅能進(jìn)行無(wú)線電控制,，還能從儀表室進(jìn)行操作,。采用的設(shè)備既可提高測(cè)定和稱量精度，又能對(duì)傾動(dòng)式出鐵槽進(jìn)行自動(dòng)切換,，節(jié)省了勞動(dòng)力,。

　　表 1 出鐵場(chǎng)的主要設(shè)備

	機(jī)械化	遙控操作	自動(dòng)化
高功率泥炮	○	○
液壓開(kāi)口機(jī)	○	○
風(fēng)口套更換裝置	○	○
炮泥裝填機(jī)	○
開(kāi)口機(jī)鉆桿更換裝置	○
使用氧氣的開(kāi)口機(jī)	○
鐵渣分離槽	○	○
鐵水液面儀和衡量器	○	○	○

　　4．縮短大修工期

　　由于高爐是在高溫下連續(xù)操作，因此必須進(jìn)行定期大修,。另一方面,，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)不僅生產(chǎn)成品和半成品，而且應(yīng)在各作業(yè)線固定生產(chǎn)的前提下做到能源或物流的平衡,，沒(méi)有浪費(fèi),。因此，雖說(shuō)高爐是按照計(jì)劃進(jìn)行大修,，也就是10多年大修一次,，但作為最上一道工序的維護(hù)，即高爐的維護(hù)來(lái)說(shuō),，長(zhǎng)期休風(fēng)是一個(gè)很大的弊端,。因此，新日鐵發(fā)動(dòng)全公司人員進(jìn)行設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用,，以2000年4月點(diǎn)火的名古屋制鐵所3號(hào)高爐(第四代爐役)的大修為契機(jī),，大幅度地縮短了大修工期。

　　根據(jù)對(duì)以往大修施工方法和新日鐵采用的大構(gòu)件施工方法的比較可知,，采用以往的大修施工方法時(shí),，需要將長(zhǎng)方形狀的爐腰環(huán)梁從高爐框架運(yùn)出和運(yùn)入，因此必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的爐腰環(huán)梁切割和焊接作業(yè),。而大構(gòu)件施工法采用了中心孔升降起重設(shè)備,、氣動(dòng)滾輪和移動(dòng)臺(tái)車等進(jìn)行工件的運(yùn)出運(yùn)入，同時(shí)沿水平方向?qū)t腰環(huán)梁切割成4件左右,，與立式冷卻壁一起按照環(huán)狀卸下,，安裝時(shí)預(yù)先按照環(huán)狀組合后再裝入框架內(nèi)。大構(gòu)件施工法因?yàn)槭遣捎妙A(yù)先施工的離線作業(yè),，因此有助于提高焊接質(zhì)量和安全性,。

　　新日鐵首次在名古屋制鐵所3號(hào)高爐(第四代爐役)采用了大構(gòu)件施工法。在君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)采用了擴(kuò)大大構(gòu)件尺寸的爐缸耐火磚預(yù)先組裝施工法,，在大分制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)開(kāi)發(fā)了增加大構(gòu)件重量的技術(shù),，該技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)大了預(yù)先組裝的范圍，采用了爐缸整體運(yùn)出的施工法,，結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在擴(kuò)大爐容條件下縮短大修工期的要求,。

根據(jù)名古屋制鐵所3號(hào)高爐(第四代爐役)采用以往施工法的大修工期(計(jì)劃)和采用大構(gòu)件施工法縮短工期的情況及君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)和大分制鐵所3號(hào)高爐(第四代爐役)縮短大修工期的比較可知,，名古屋制鐵所3號(hào)高爐(第四代爐役)的大修工期比采用以往施工法縮短了35天，這相當(dāng)于減少了27％的工期,。最近采用大修新技術(shù)的君津制鐵所4號(hào)高爐(第三代爐役)的大修工期縮短到了88天,，大分制鐵所2號(hào)高爐(第三代爐役)的大修工期則進(jìn)一步縮短為79天。

　　5．結(jié)束語(yǔ)

　　本文就新日鐵在最近高爐大修中主要采用的擴(kuò)大爐容,、高爐長(zhǎng)壽命化,、出鐵場(chǎng)作業(yè)的機(jī)械化和縮短大修工期等新技術(shù)進(jìn)行了介紹。采用這些新技術(shù)有助于提高大型高爐的生產(chǎn)率和高爐操作的穩(wěn)定性,，同時(shí)也有助于延長(zhǎng)高爐壽命等,。尤其是，今后高爐壽命有望達(dá)到25年,。今后還應(yīng)進(jìn)一步提高操作技術(shù)的水平,，改進(jìn)高爐設(shè)備。

sunyusss · 發(fā)表于 2010-3-12 11:18:56

樓主資料好,，受教了

spinachzwx · 發(fā)表于 2022-11-10 10:14:57

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