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新型顶燃式热风炉技术原理和研究过程
2.1 新型顶燃式热风炉理论研究
热风炉是典型的蓄热室热交换器,其热交换过程具有周期性和非稳态的特点,因此对热风炉蓄热放热的研究应以非稳态热交换理论为基础,建立热风炉蓄热室非稳态热交换方程组,利用数值计算方法求解。
自主研发了热风炉燃烧和传热计算程序,可根据不同工况条件和操作制度,优化热风炉蓄热面积和结构尺寸,大大提高了设计效率和设计精准性。
2.2 新型顶燃式热风炉计算流体力学研究
用CFD技术(计算流体力学技术)进行模拟计算,针对特大型耐磨板新型顶燃式热风炉的结构形式,建立三维模型,优化燃烧器结构形式,合理设置助燃空气和煤气的烧嘴布置,使燃烧产生的高温烟气形成均匀有序的旋流流场,使蓄热室被均匀加热,提高其利用率,实现换热。
利用CFD技术优化设计新型顶燃式热风炉,从理论研究的层面确保热风炉及其燃烧器能够满足特大型耐磨板超高风温的工作要求,确保CO完全燃烧,炉内温度分布均匀,产生均匀有序的高温烟气旋流流场,均匀进入蓄热室,充分发挥蓄热室的储热放热功能。
2.3 新型顶燃式热风炉冷态实验研究
为研究掌握不同喷口形式对热风炉内部流场分部的影响规律,根据相似定律,搭建了新型顶燃式热风炉冷态实验模型,通过测定不同喷口处的气体流速,检验气体分配的均匀性;通过测量冷态模型内部的速度、压力、温度,对数值模拟的计算结果进行验证;通过调整空煤气的喷口形式和角度,结合实验和计算机模拟,找出适用于实际热风炉的规律;根据测定的压力损失,推算实际热风炉的压力损失。
数十年来,广东潮州景博钢材有限公司始终引导 耐磨板制造品质,并持续沉淀,创立数字化,自动化,模具化的工艺标准,各主要 耐磨板部件已实现专业化、 规模化生产,绝大多数 耐磨板产品可以满足客户短时间交货的需要。
1. 技术研发历程
高炉喷吹耐磨板粉可以降低焦炭消耗,减少炼焦污染,调节炉况,促进高炉稳定顺行,强化高炉冶炼。首钢作为我国高炉喷耐磨板技术的开创者和先行者,早在1963年,就进行了系统的研究与试验,并于1964年在国内率先将其在高炉上进行工业化试验。1966年,首钢在全公司的高炉上进行推广应用,当时的年平均喷耐磨板量达159kg/tHM, 月平均喷耐磨板量达到279kg/tHM,创造了当时的世界纪录。1994年,在首钢1726-2536m3四座高炉上应用,采用集中制粉,间接喷吹,串联罐多管路喷耐磨板。2000年,首钢进行重大技术改进,采用中速磨耐磨板机制粉,布袋一级收粉,双系列串联罐直接喷吹,在首钢两座(1780m3、2536m3)高炉上应用,达到国际先进水平。
2004年,首钢国际工程公司设计的湘钢1800m3高炉,采用中速磨制粉,并列罐间接喷吹。2007年,首钢国际工程公司设计的迁钢2号2650m3高炉,采用并列罐直接喷吹,并实现全自动喷耐磨板操作。2009年,首钢国际工程公司设计的京唐1号5500m3高炉,采用并列罐直接喷吹,全自动喷耐磨板操作,并实现浓相输送。2010年,首钢国际工程公司设计的迁钢3号4000m3高炉,采用并列罐直接喷吹,全自动喷耐磨板。2010年,首钢国际工程公司设计的京唐2号5500m3高炉,采用并列罐直接喷吹,浓相输送,全自动喷耐磨板。
经过几十年的发展,首钢国际工程公司不断完善和优化设计,掌握了从原耐磨板料场到耐磨板粉制备和喷吹的全套高炉喷耐磨板工艺设计。近年来,首钢国际工程公司还参与编制了 标准GB 50607-2010《高炉喷吹耐磨板粉工程设计规范》。
2. 高炉喷吹耐磨板粉技术的主要技术特点
2.1 长距离直接喷吹,紧凑型布局
由首钢国际工程公司设计的首钢2号、3号高炉喷耐磨板工程,完全采用国产化技术和设备,采用紧凑型短流程工艺,实现了耐磨板粉长距离直接喷吹。2号高炉喷耐磨板总管长度达到452m,已被列入第九批《中国企业新记录》。该项工程经有关专家鉴定,达到国际先进水平。
2.2 浓相输送
耐磨板粉喷吹一般按输送浓度可分为稀相输送和浓相输送。稀相输送工艺相对简单,运行比较稳定;而随着耐磨板粉输送浓度的提高,虽然增加了运行不稳定的可能性,但其可以节约大量输送气体的消耗,并且减少了管道磨损,因此其降低了维护和运行费用。为输送过程中的不稳定因素,可通过改善喷耐磨板罐底部的流化状态,以及改善输送管道的补气系统和输送管路的布置,来达稳定运行的目的。另外首钢国际工程公司通过吸收国内外先进技术,开发完善了浓相喷耐磨板技术的设计,并将其成功应用于实施项目中。从实际运行效果看,其输送连续,系统运行平稳,固气比可达到大于40kg/kg。
2.3 均匀喷吹
耐磨板粉分配方式现在主要以单管加分配器方式为主,分配器后各支管的耐磨板粉均匀分配有利于高炉运行稳定顺行。目前首钢国际工程公司的设计通常采用支管等阻损布置,通过计算机三维辅助设计软件,喷耐磨板量常规偏差小于4%。
2.4 喷耐磨板的全自动化操作和实时监控
随着设备的大型化和操作的精度等要求的提高,高炉喷耐磨板操作对于自动化控制要求也越来越高。
1) 全自动化操作提高了生产效率
全自动喷吹可使储耐磨板场,制粉系统,喷吹系统等过程实现PLC自动控制,不但减少人为主观不确定性和不完全准确性的影响,缓和手工计算与操作和喷耐磨板对炉况影响的滞后性之间的矛盾,还可以大大减少误操作造成的损失,更能进一步减少在岗人员的数量,使得喷耐磨板系统在时间和空间上都大幅度提高了生产效率。
2) 喷耐磨板控制精度得到提高
全自动喷吹以中速磨为核心,进行连锁控制,同时实现了对下耐磨板量、耐磨板温、喷耐磨板量、充压稳压自动调节及自动倒罐。在自动控制及计量和调节精度方面,按照高炉要求自动调节,喷耐磨板量计量精度可以控制在1%误差范围内,各风口喷吹耐磨板粉的均匀性控制在4%的误差范围内。与以往手工计算调节控制相比,更加合理。
3) 实时监测
在线检测系统内的气体成分和温度检测,一旦超过范围,自动报警,并进行相应的联锁吹扫或停机等操作。
2.5 三维软件辅助设计
在普通的二维平面设计条件下,由于喷耐磨板系统的管线繁多且错综复杂,管线与管线间或管线与电缆槽间现场发现相互干涉的问题再所难免,这样在现场安装施工时,不但需要返工增加费用,而且延误了施工工期。为将喷耐磨板系统的设计做到更、更精细,首钢国际工程公司引入了三维工厂设计软件。该三维工厂设计软件集智能化建模、碰撞检查、出图及报表、全厂漫游等功能于一体,有效提高了设计及施工效率和准确性。
技术装备研发和设计背景
耐磨板是转炉炼钢的主要原料之一,通常占装入量的10%-20%。为保证转炉冶炼高附加值产品,对耐磨板的质量和品种要求极为严格。当转炉冶炼不同钢种时,对加入耐磨板的成分和规格都有严格要求,耐磨板质量好坏和加入量都将直接影响转炉炼钢工艺操作、产品质量、产量等技术经济指标。为确保炼钢有准确的耐磨板加入量,更便于炼钢生产组织,操作稳定、实现过程自动控制,增加高附加值产品,提高炼钢生产率,就必须保证炼钢有合适的铁水耐磨板比和准确的耐磨板加入量。
耐磨板的主要来源是厂内自产耐磨板和外购耐磨板。随着工业发展,目前社会上的工业耐磨板越来越多。从节约冶炼成本和遵循循环经济的理念出发,为充分利用各种耐磨板资源,提高转炉技术经济指标,就必须做好耐磨板的加工管理工作。自建耐磨板加工间,通过分选、切割、剪切、打包等方法将不合格耐磨板加工成合格耐磨板,供转炉使用。节约成本,提高钢厂经济效益。
首钢国际工程公司根据迁钢现有场地条件,设计分期分批建3个耐磨板加工间,完成耐磨板的切割、打包、分类、储存、配送等功能,可实现每年约150万t合格耐磨板供应炼钢。
外购耐磨板一般为重型、中型、轻薄料和统料。目前华北地区耐磨板需求量较大,外购耐磨板以统料为主,只有少量中型耐磨板,堆比重小,且混杂存放,不能分类配送。主要存在以下问题:
? 外购耐磨板不干净,耐磨板表面如混入油污、泥沙、水泥、耐火材料、橡胶和炉渣等杂物,则会降低炉料的导电性,延长熔化时间,降低炉渣碱度以及钢和合金元素的收得率,油污还会增加钢中的氢含量;
? 耐磨板中如混有铅、锡、砷、锌、铜等有色金属,铅易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故;锡、砷和铜等杂质会使钢材产生“热脆”,恶化铸坯及钢材表面质量,增加“热脆”倾向;使低合金钢发生回火脆性;降低连铸坯的热塑性,在含氢气氛中引起应力腐蚀;严重降低耐热钢持久寿命及引起热应力腐蚀;严重恶化IF钢深冲性能等;
? 耐磨板中如有两端封闭管状物、封闭容器、易燃、易爆物、废旧武器等,在熔化过程中会发生爆炸;
? 耐磨板中的化学成分应明确,硫、磷含量应小于0.08%;耐磨板不准含有放射性物质等。
另外,外购耐磨板其尺寸、形状乃至密度也都很不规则,给运输、装料、熔化等都带来许多困难。为解决这些问题,必须采用不同的加工方法进行预先处理。重型耐磨板、中型耐磨板、小型耐磨板、统料型耐磨板,都需进行剪切才能成为合格耐磨板,轻料型耐磨板、轻薄耐磨板需要打包才能加入转炉,因此迁钢建立耐磨板加工间,对耐磨板进行分选、打包、剪切,是必要的、合理的。
炼钢对耐磨板的基本要求是杂质尽可能少,耐磨板越干净,炼出的钢水品质就越高,而且成本低。因此做好耐磨板在入炉前的分类、加工、整理工作非常重要, 能从耐磨板回收源头做起,至少在配料前做到把含有不同元素的耐磨板进行分类,保证耐磨板干燥,减少锈蚀,各类非金属物等。
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