摘要：唐钢3号高炉由于炉缸炉底侵蚀严重，通过采取炉缸水系统改造，加强冷却，从而减缓侵蚀，经济技术指标有了较大改善，效果显著。
关键词：炉缸水系统 改造 效果
1 概况
唐钢炼铁厂3号高炉(2560m3)于1998年投产，高炉炉底、炉缸采用炭砖一陶瓷杯复合砌体。炉底采用水冷形式，炉缸采用光面冷却壁，炉腰至炉身中下部采用板壁结合冷却形式，从炉缸到炉身共24段采用软水密闭循环冷却形式，如图1所示，炉缸进水压力为0.65MPa。
图1改造前水系统
2 3号高炉炉缸存在的问题及对炉况的影响
炉缸共有冷却壁5段，铁口在第3段，风口在第5段。开炉后随着时间的延长和冶炼强度的提高，炉缸炉底逐渐被侵蚀。2004年温度上升幅度最大，2004年12月27日，第2段冷却壁18号风口下方温度达到224℃，短时达到280℃。1—3段冷却壁水温差最高1.6℃，热流强度达到96020KJ/(m2.h)，该风口下方2段冷却壁炉皮温度高达180℃，比其它部位高120℃。被迫采取大剂量加钛矿的护炉措施(曾一度加钛矿至6％)，同时堵风口大幅度降低冶强。这两项措施确实使该方向炉缸转危为安，但l～4月份平均风量只有4792m3/min，压差高达157kPa，煤比只有99kg/t，综合焦比高达517kg/t，理论铁量只有4880t/d。其中3月份、4月份炉况一直处于失常状态，月平均风量4727m3/min，煤比67kg/t，综合焦比545kg/t，理论铁量4552t/d。6月份炉况逐步转顺，月底开始加钛矿1.5％～2％，但7月份炉缸东南方向又出现了严重侵蚀，14号风口下方2段冷却壁温度达到200℃，热流强度达到67780kJ/(m2.h)，说明炉底、炉缸的侵蚀仍在继续。从2005年一年的护炉实践看，主要措施是加入较大比例的钛矿护炉，虽然对炉缸的寿命起到了积极的作用，但造成炉缸的活跃性差，容易堆积，影响了高炉的顺行，使高炉各项经济技术指标退步较大。为了从根本上解决炉缸水温差高的危机，必须从提高冷却强度方面采取有效措施。
3 炉缸水系统改造的方案及实施
3.1 水系统改造的总体思路
经过技术人员的分析研讨，确定了以下炉缸水系统改造的总体思路：提高炉缸l一3段冷却壁单串(单根)冷却水管的流量和压力，从而较大幅度的提高炉缸各部位的冷却强度。通过提高炉缸冷却强度，使炉缸各部位的热流强度、水温差、二段壁体温度、炉缸砖衬温度等参数处于安全可控的范围之内。
3.2 方案选择
(1)炉缸全部用低压工业水冷却：一是流量不够，二是阻损太大，只能一块冷却壁的四根水管串联，到后面两根压力较低，不能满足需要。为此需增加4台80m扬程的管道加压泵，需增设4台较大的加压泵，压力将达到0.1～0.12MPa。这种方式的水系统改造工程量大、投资高，且炉役后期如果压力过高，管道强度不够，优点是水温比软水低；
(2)建泵站，单独为1～3段冷却壁供水：水量大，水压高，且供水温度低，但投资大(1000万元左右)，现场狭窄，施工难度大；
(3)炉缸全部用软水串联冷却：对于局部侵蚀严重的部位，软水与工业水比较而言，单根水量小15—20t/h，水温高10％左右，不能满足高强度冷却的要求；
(4)软水串联与工业水单通冷却相结合的综合冷却方式。
利用工业水温度低、流量大的特点，将炉缸侵蚀最严重的部位即东南74号一79号、西南16号一21号改为单通工业水冷却，其余全部改为软水串联冷却，将相邻的两根水管串联起来，由于进水面积减少一半，可以提高近1倍的水量，能够满足大部分炉缸的冷却要求。改造后由于管道延长及弯头增多，阻损增加，可通过提高泵压来满足要求。本方案不仅能满足2560m3高炉炉役后期的冷却要求，而且具有施工难度小、投资少等优点。
经过技术人员的充分研究、讨论，最终确定了方案(4)为本次炉缸水系统改造的技术改造方案。
3.3 水系统改造方案的实施
(1)软水改造部分
炉缸1—3段的冷却除了东南74号～79号、西南16号一2l号采用工业水单通冷却以外，其余均采用软水串联冷却。炉缸l一3段串联冷却，其出水进入炉基新增的环管，通过4根垂直管道进入风口平台下的进水环管，4段及以上各段冷却壁的进水由此进水环管提供。工艺流程如图2所示。
系统阻损计算：
系统改造后，管道长度和管道上的弯头数量增加，导致系统总的阻力损失增加，计算方法如下：
△P=△Pl+△P2
式中：△P为系统总的阻力损失(MPa)
△P1为系统沿程阻力损失(MPa)
△P2为系统局部阻力损失(即弯头阻损)(MPa)
①沿程阻损△P1：
△Pl=λL/Dρv2/2
式中：λ阻损系数
L为管道长度(m)
D为管道内径(m)
ρ为水的密度(kg/m3)
v为水的流速(m／s)
V=Q/S/3600
式中：Q为水量(m3/h)
S为管道截面积(m2)
λ=0.3164/Re0.25
式中：Re为雷诺数
Re=vD/μ
式中：μ为运动粘度系数(m2/s)
μ=178/(1+0.0337t+0.000221t2)
式中：t为水的温度(℃)
②局部阻损△P2：
△P2=nξρv2/2
式中：n为弯头个数
ξ为弯头阻损系数
ξ=0.131+0.16(D/r)3.5
式中：r为弯头曲率半径
通过计算，炉缸水系统改造后，总阻损将增加0.25MPa。并根据此值进行泵的选型。改造前软水系统压力为0.65MPa，改造后炉缸软水系统压力将达到0.9MPa。在软水泵的选型上，考虑到泵站软水出口压力比炉内压力高0.1～0.15MPa，故在选择泵的型号时，泵的出口压力不能低于1.0NPa。
需要指出的是，上述阻损计算指的是软水系统，不包括工业水系统。低压工业水泵组能提供0.9MPa的压力，完全能够满足炉缸局部冷却的压力和流量要求，因此省略工业水系统的阻损计算。
(2)工业水改造部分
炉缸侵蚀严重的部位比其它部位需要更大的冷却强度，单通工业水因管道阻力低，单根水管流量比软水串联大15—20t/h，水温较软水低10℃，能较好的满足高强度冷却的需求。该部分主要集中在东南74号～79号，西南16～2l号，冷却壁进水由炉基东西两侧的工业水集水器提供(74号～79号由东侧集水器供水，16号～2l号由西侧集水器供水)，出水汇聚到出水集水器，沿回水支管进入回水主横管，从回水主横管出来后分两路回到排水槽。工艺流程图如图3所示。
4 水系统改造效果
炉缸水系统改造工业水部分在2005年7月和2006年3月进行，软水部分在2006年2月进行，改造后取得了较好的效果。
(1)通过对炉缸冷却水系统改造，提高了炉缸冷却壁每根水管的进水流量，软水串联流量由18m3/h提至30m3/h，单通工业水流量由18m3/h提至40—60m3/h，炉缸水系统改造后，炉缸大部分的水温差、热流强度处于平稳、较低的水平上，热流强度平均低于20934kJ/(㎡.h)，属正常运行范围。西南16号一2l号、东南74号一79号局部侵蚀严重的部位，改造前月平均最高达到33494—41868kJ/(m2.h)，通过单通工业水冷却，水温差下降，热流强度被控制在27214kJ/(m2.h)以下的水平，虽然仍稍高于正常值，但完全处于可控范围之内。
(2)水系统改造后，炉缸热流强度得到控制，炉缸处于安全、可控的运行状态中炉况得以长期顺行。一年来，炉况从未产生过任何波动，各项经济技术指标大幅度提高，炉缸水系统改造前后经济技术指标对照见表l。
表1 炉缸水系统改造前后经济技术指标
|
项目 |
风量m3/min |
压差kPa |
风速m/s |
鼓风动能kw |
煤比kg/t |
综合焦比kg/t |
[Si]% |
[Ti]% |
理论日出铁量t/d |
钛矿配比% |
|
2005年 |
4985 |
156 |
217 |
111 |
107 |
507 |
0.61 |
0.157 |
5126 |
1.90 |
|
2006年 |
5092 |
156 |
227 |
129 |
134 |
494 |
0.51 |
0.132 |
5326 |
1.22 |
5 结束语
(1)这次改造准确计算系统的阻力损失，合理选择与系统相配套的泵组，合理设计系统管道的流程，并充分挖掘工业水泵组的剩余潜力，不仅延长高炉寿命，而且较大幅度的提高各项经济技术指标。
(2)软水冷却与工业水冷却相结合，二者优势互补，很好的解决了水量、水压、水温三者之间的矛盾，不仅技术上可行，经济上节约，而且效果显著。
(3)护炉要尽量从外部采取措施，如提商冷却强度，增加外部喷水等；炉缸水温差超标要及时堵风口限产，而不能采取大量加钛的方法，避免对炉缸造成恶劣影响。
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