新日鐵目前生產(chǎn)中的高爐有9座,與上世紀70年代中期相比,高爐數(shù)量減少了一半。當時已開始建內(nèi)容積超過5000m3級超大型高爐。在這期間,為降低整個生產(chǎn)成本,因此越來越強調(diào)提高每座高爐的生產(chǎn)靈活性、高爐長壽化、省力化和縮短大修工期等,開發(fā)了相應的技術裝備,并應用于實際。在這一背景下,采用了一些新技術,如利用高爐大修的機會擴大爐容、提高碳磚質(zhì)量延長爐缸壁壽命、采用銅制立式冷卻壁延長爐身壽命、出鐵場作業(yè)的機械化操作和采用大構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產(chǎn)量的下降。 ( ?8 i+ z( } `6 n4 W0 K
日本的高爐技術以上世紀70年代前期建的4000m3級大型高爐為代表,在經(jīng)濟快速發(fā)展時期,隨著對鋼鐵生產(chǎn)需求的擴大而快速發(fā)展。其后,由于石油危機、日元升值、泡沫經(jīng)濟的繁榮和崩潰,尤其是一些國家近年來對鋼鐵需求旺盛等因素,因此在鋼鐵產(chǎn)業(yè)結構瞬息萬變中,對高爐設備的要求變?yōu)橐蕴岣呖刂菩、?jié)能、省力化、對各種原燃料的適應性、高爐長壽化等進一步降低整個生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量的靈活性為主。為應對這些要求,新日鐵開發(fā)了各種設備技術,在高爐大修時應用了這些新技術。
3 s' w) D: b3 J1 Z: M) x 1.擴大爐容
3 G+ I z7 |3 {) e$ C, M/ E9 A 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號高爐在內(nèi)),與上世紀70年代中期相比,高爐數(shù)量減少了一半。在這種情況下,為應對經(jīng)濟形勢變化而產(chǎn)生的對鋼鐵需求迅速增大的要求,因此在高爐大修時逐漸擴大爐容,大幅度提高了每座高爐的生產(chǎn)靈活性和能力。為降低擴容大修費用,因此在不對設備進行大規(guī)模改造的范圍內(nèi),主要是進行擴大爐徑的改造,爐的高度基本不變。從新日鐵高爐操作結果來看,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,有利于提高出鐵量。 0 o, E) y1 k6 i/ ?! Y, C2 P3 D( b' m
新日鐵對目前生產(chǎn)中的高爐在最近大修時擴大爐容的做法是,在高爐基礎和框架等沒有大的變更、進行經(jīng)濟性擴容的情況下,加上爐身減薄帶來的效果,爐容的擴大率達到了10%~25%左右,包括君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)5555m3、大分制鐵所2號高爐(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)容積都擴大到4490m3以上。 J+ }5 i& m. w% u% ^9 f4 l: H
2.長壽命化技術 2 Z* a9 L1 p. S Q! u9 L+ ]5 e
新日鐵結合高爐大修,對控制高爐壽命的部位———爐缸部和爐身部采取了長壽命化措施,結果,隨著操作技術的提高,延長了高爐的壽命,沒有降低高爐的利用系數(shù)。
0 w: [! l2 A5 g* Q( L* V" q 從新日鐵高爐的實際爐齡和利用系數(shù)來看,上世紀70年代左右停爐的高爐壽命在5~7年,其后逐漸延長至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,壽命延長至15年左右。最近停爐的高爐的累計出鐵量達到了10000~12000t/m3。
1 c) j8 ~8 z7 W$ C5 D( |+ ^ 作為控制高爐壽命的主要因素,曾經(jīng)一個時期還以爐身損毀的比例居高,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,對高爐采取了長壽命化措施。 ( A4 j/ {; J/ _/ p" C/ ~1 z9 i& j
2.1爐缸部的長壽命化措施 - k9 K/ T' K) q+ {; t+ X
作為爐缸部長壽命化措施,就是強化冷卻和提高碳磚的材質(zhì)。在爐缸側壁部出鐵口下部侵蝕最嚴重的部位采用了冷卻強化型鑄鐵立式冷卻壁和銅制立式冷卻壁,同時降低冷卻時的溫度。 % ]: U7 h3 k5 t- }* y
另一方面,對于爐缸部的冷卻,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,防止因過度冷卻而造成爐缸中心死料柱的鈍化。對于爐缸耐火材料,采用了碳磚+內(nèi)嵌陶瓷的方式。 : _2 r5 l1 n% H0 ?
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,從而延長爐缸壽命。1965年開發(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化后的CBD-2的壽命達到了15年,而且采用改進的CBD-2RG,壽命超過了15年。
( s% m5 i1 N" ]$ l- m- m4 p+ r 自1994年君津制鐵所2號高爐(第三代爐役)大修以后,在高爐大修時采用了對CBD-2RG進行改進的CBD-3RG。該碳磚的特征是將磚的材質(zhì)由無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。尤其是在最近進行大修的君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)和大分制鐵所2號高爐(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)。 5 v3 Y$ y6 i. W. O6 R+ K% A' N
新日鐵在高爐停爐冷卻后對爐缸側壁部碳磚的磚芯進行了取樣,對耐火材料的使用情況進行了評價。廣制鐵所4號高爐(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,在室蘭制鐵所2號高爐(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,由此可以期待通過減小氣孔徑等來大幅度提高爐缸壽命。) ?/ o- H6 t8 ~2 t @/ d: s$ ?. u
根據(jù)上述強化冷卻和提高碳磚材質(zhì)的效果推測碳磚損毀量的結果可知,如果爐缸側壁耐火磚的殘余厚度達到400mm仍可進行生產(chǎn),爐缸壽命有望達到25年左右。 (未完待續(xù))
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