新钢350m3高炉延长球式热风炉换球周期的实践

谢振华，陈家武，严晓辉

(新钢公司第一炼铁厂)

摘 要：通过延长新钢二座350m3级高炉球式热风炉换球周期，减少了风温的下降，促进了高炉技术经济指标进步。

关 键 词：高炉；球式热风炉；换球周期

1 前言

由于具有投资省、风温高的显著优点，球式热风炉从70年代开始在我国的小高炉上成功使用后就得到迅速推广。从1987年成钢300m3级高炉采用球式热风炉至今，相继有柳钢、威(远)钢、涟钢、汉钢、南昌钢厂等300m3级高炉采用了球式热风炉，但在使用过程中也暴露出球式热风炉工艺存在耐火球易渣化、孔道易堵塞、球床寿命短等问题(长的3~4年、短的1年)。一般情况下，350m3高炉球式热风炉阻力损失达到0．15MPa左右，烧炉就比较困难，热风炉的送风温能力下降，被迫停烧换球，换球时间长达30天，热风炉工作制由二烧一送改为一烧一送。一烧一送时由于加热时间和送风时间相应减少，从而引起风温大幅度下降，风温要下降200℃以上，造成焦比大幅度上升，产量下降，提高了炼铁运行成本。

2 原因分析

分析认为，换球周期的长短，主要取决于燃烧器工况条件、煤气质量、耐火球的材质品级、耐火球直径、高炉和热风炉操作。燃烧器工况条件差，会使球床横截面上的流场状况和热工状态不均匀，不再是均一稳定的床层，气体阻损会逐渐增加，直到难以为继，便要进行换球；煤气质量差含尘量高会时球床积灰堵塞，阻损增加；材质不过关，耐火球寿命短，容易渣化，产生的碎粒堵塞球床中的孔隙，使球床阻损提高，造成风温水平降低，需要进行“换球”，以恢复球床透气性和改善传热；高炉操作不稳定，炉顶煤气温度高，造成布袋破损，引起煤气含尘量增加；热风炉操作不合理，温降大，耐火球寿命缩短。

3 延长换球周期技术

04年1号、2号高炉大修，热风炉采用顶燃式球式热风炉。每座高炉各配置三座球式热风炉，设计风温1050～1150℃(短期)，热风炉球床结构采用F60mm和F40mm两种高铝质耐火球，1号、2号高炉球式热风炉主要参数，见表1、2。

1号、2号高炉煤气净化的工艺流程为：从高炉排出的煤气，经重力除尘器后，送到除尘布袋器，在除尘布袋器中对煤气进行除尘净化，净化后的煤气通过减压阀组减压后进入热风炉烧炉和煤气管网。

1号、2号高炉每小时煤气发生量约为102000m3/h座左右，二座热风炉同时烧炉时煤气用量在52000m3/h，占高炉煤气发生量的51％左右，煤气经减压阀组减压后的压力在10kPa左右，而煤气管网压力约在9kPa左右，因此，1号、2号高炉热风炉烧炉使用的煤气主要来自自产煤气。

3．1 使用新型短焰陶瓷燃烧器

燃烧器是热风炉的重要设备，是在助燃空气配合下燃烧煤气的，燃烧器的工况条件的好坏，对球床热运行效果及其“换球周期”的长短具有重要的影响。现有300m3级高炉球式热风炉燃烧器多采用的是套筒式陶瓷燃烧器，存在工况条件差和燃烧能力不足等问题，每个燃烧器燃烧煤气量只有10000m3/h，在仅使用单一高炉煤气情况下，拱顶温度最高只能达到1280℃，是不能满足1080℃以上风温要求的。为了解决套筒式陶瓷燃烧器，工况条件差和燃烧能力不足的问题，在1号、2号高炉热风炉上，使用新型短焰陶瓷燃烧器(1号、2号高炉热风炉顶部设有二个燃烧器，呈对称布置)，每个燃烧器燃烧煤气量达到13000m3/h以上。实践表明，该新型陶瓷燃烧器提高了燃烧器的工况性能：具有气体流动阻力小，适应煤气压力、流量大幅度波动且不易产生回火的良好特征。煤气从中心喷出，空气从24孔分布帽高速喷出；煤气和空气分流均匀，混合适度，燃烧稳定，能在空气过剩系数为1．02的情况下，实现低热值的高炉煤气完全燃烧；并能在10—15min内将热风炉的拱顶温度升高到规定温度；强化烧炉时没有任何振动产生；传热速度快、高风温、能实现短焰燃烧，以及燃烧效率高特点，改善了拱顶工况，有利于提高热风炉球床寿命。

3．2 改进热风炉球床结构

300m3级高炉球式热风炉球床结构，下段和上段一般采用Φ30mm、Φ50mm或Φ40mm、Φ50mm直径的耐火球。适宜的耐火球直径要保证热风炉的蓄热面积大和球床阻力损失小的要求。在重量一定的情况下，耐火球越小，蓄热面积越大，各种不同直径耐火球蓄热面积见表3。

从表3可看出，Φ30mm的耐火球蓄热面积比Φ60mm的耐火球大一倍。单从蓄热面积看，选择直径小的耐火球有利于增大蓄热面积。但耐火球直径越小，球床阻力损失越大，周期综合传热系数反而小。适宜的耐火球直径应能使蓄热面积够用，而球床阻力小，周期平均传热系数最大。新钢1号、2号高炉球式热风炉改选F40mm和F60mm的耐火球，球床结构比较合理，虽然蓄热面积比F30mm和F50mm的耐火球小，但球床阻力损失减小，在煤气含尘量相同的情况下，堵塞的时间延长了，有利于延长换球周期。

3．3 采用新型耐火球

以往采用的普通耐火球存在导热性能差、强度低易渣化、粘结，堵塞球床中的孔隙，使球床阻损增加和耐火度低等缺点。为此，我们与河南华西耐火材料有限公司合作，在1号、2号高炉球式热风炉上，使用高强度、低蠕变新型耐火球，该耐火球具有高强度、高密度、抗高温蠕变性能好，能长期承受高温、在热风炉使用中，不易出现变形、渣化、粘结等优点。耐火球材质的提高，使热风炉球体具备了长寿、高效运行基本条件。

3．4 科学制作耐火球

耐火球的制作对换球周期的影响可以归纳为：球径尺寸和球体椭圆度偏差太大会影响球床空隙度，对降低阻损不利；制作耐火球过程中，由于配料中生熟料比例和颗粒基配不合理、混练不彻底、给料量不足、成型压力不够、烘干速度过快和烧成温度不够，将导致成品球球体开裂、体密下降、均匀性较差、晶间力未能充分形成，整体质量下降。这种耐火球在应用中容易碎裂、粉化、抗渣化变形能力较差，使得球床阻力增加，卸球清灰周期缩短。因此，在制做耐火球过程中实行全过程质量监控，保证了骨料配比和粒度要求，提高成型压力，保证耐火球的烧成温度，提高耐火球的抗碎强度、荷重软化温度和高温抗蠕变能力。通过加强质量监督和成品验收工作，耐火球质量较好，耐火球耐火度、荷重软化温度等主要指标，达到技术参数要求。

3．5 优化高炉炉料结构、改进高炉操作，维持高炉长期稳定顺行

1号、2号高炉煤气采用干法除尘，干法除尘与湿法除尘的煤气相比，有很多优点：一是除尘效果好。经干法除尘后，煤气含尘量10mg／m3以下，二是几乎不含水分，不会造成水污染。但干法除尘也有其特点，由于除尘布袋的材质对煤气温度有严格的要求，高炉炉顶温度在85~300℃才能保证布袋正常工作，如炉顶温度低于85℃，将会造成除尘布袋结露板结，糊住布袋的通气孔，除尘效果下降，煤气含尘量增加；如炉顶温度高于300℃，则会熔融布袋表面，影响布袋的除尘效果和使用寿命。煤气含尘量增加，达到10mg/m3~15mg／m3，引起球床积灰堵塞，阻损增加，球床寿命缩短。

新钢1号、2号高炉于法布袋除尘系统未设计煤气升温和降温装置，进入布袋除尘系统的荒煤气温度的控制手段主要集中于高炉操作。1号、2号高炉布袋除尘使用FMS—9806氟美斯针刺毡材质滤袋，具有较宽的温度适应范围和良好的透气，允许工作温度短时间为300℃。因此，在日常生产操作中如何维持高炉长期稳定顺行，是产生效益的基本保障。为此，通过采取优化高炉炉料结构、改进高炉操作等措施，维持了高炉长期稳定顺行，确保炉顶煤气温度长期控制在150～230℃，除尘效果良好，煤气含尘量控制在5mg／m3以下。

3．5．1 优化高炉炉料结构

1号、2号高炉炉料结构采用烧结矿+球团矿+块矿三元结构。随着360m2烧结机的投产，烧结矿产量提高，通过炉料结构的优化，2座高炉2008年开始逐步增大烧结矿的入炉比例，烧结矿入炉比例提到现在90—95左右。自产烧结矿化学性能和冶金性能比较稳定，同时减少了外购球团矿的种类，这样稳定了入炉含铁原料的化学性能和冶金性能；外购焦炭质量状况明显改善，特别冷、热强度指标，焦粉含量减少。高炉炉料结构的优化，对炉况长期稳定顺行创造了条件。

3．5．2 改进高炉操作，以炉况稳定为目标

在炉况管理上，重点以炉况顺行为基础，不追求一时高产，以稳定为目标，维护合理操作炉型，高炉无重大炉况失常，确保了高炉长期稳定顺行，为布袋除尘正常工作创造了有利条件。稳定炉况的主要技术措施：

3．5．3 稳定合理风量

稳定合理风量有利于稳定高炉操作炉型，易于寻找合理的鼓风速度，形成稳定的渣皮，不至于出现操作炉型经常发生改变，对炉况的稳定产生影响。

3．5．4 采用发展中心控制边缘的操作制度，控制合理的煤气流分布

通过炉顶红外摄像仪、冷却壁水温差，来观察煤气流分布状态，采用灵活的无料钟炉顶布料技术调整炉喉不同部位的矿焦比，煤气流分布合理，确保了炉顶煤气温度长期控制在150~230℃。

3．5．5 改进复风时的高炉操作

在高炉复风时要采取有效措施，降低煤气中的含水量，使煤气温度控制在露点以上。

干法除尘高炉面临的一个问题是复风赶料线。复风初期因料线深，赶料线和顶温控制的矛盾比较突出，赶料线快易造成顶温低，影响布袋正常工作，赶料线慢影响高炉的快速恢复，1号、2号高炉复风赶料线有时长达10多个小时，为解决这一问题，制定了休复风顶温保证措施：

(1)确保休复风前后不配用落地料。

(2)确保炉顶打水阀开关灵活，关闭到位，不往炉内漏水。

(3)严密监视顶温，确保顶温在规定范围内。

这些措施采取后，赶料线和顶温控制的矛盾得到解决，不仅实现了休复风高炉的快速恢复，赶料线缩短到4～5多个小时，而且布袋正常工作，除尘效果良好。

3．6 改进热风炉操作，提高耐火球寿命

3．6．1 做好长时间休风的保温工作

保温的温度管理标准≮900℃，通常在休风后送风炉需进行一次强化烧炉作业，确保拱顶温度≮1350℃，确保高炉休风时热风炉储备足够的热量。在高炉长期休风恢复时，要求热风炉尽可能快地提高送风温度，要求在保证热风温度前提下将热风炉拱顶温度分段地逐步提高，不可一次提高到1350≮，减少对拱顶部位耐材和耐火球的损害。

3．6．2 对热风炉关键部位定期进行热态调查

在热风炉日常管理中，对热风炉关键部位定期进行红外线测温跟踪记录，及时发现异高温度。对温度超过管理温度部位进行灌浆处理，对开裂的炉皮焊缝及时补焊，对损坏的电偶进行恢复。通过日常对热风炉的关键部位定期进行热态调查，及时发现并解决了影响长寿的问题。

3．6．3 增加换炉次数，缩短送风周期

热风炉一个工作周期包括燃烧、送风风、换炉三个过程自始至终所需的时间，热风炉内的温度随着三个工作过程发生周期性的变化。若热风炉换炉次数少，送风时间长，增大了温度降落的数值，则加大了对耐火球的热冲击，也不利于提高和稳定热风温度。1号、2号炉热风炉实行二烧一送制度，以控制时间的方式对高炉进行送风控制，原送风周期为95分钟。1号、2号炉配置的新型短焰陶瓷燃烧器，设计最大燃烧量为15000m3／h，具有较强的燃烧能力，使强化燃烧成为可能。因此，通过改进热风炉操作，增加换炉次数，缩短燃烧和送风周期，减少送风周期风温的降低。每天换炉由15炉次增至18炉次，送风周期由原来的95分钟缩短到80分钟，平均风温提高10—20℃，取得了明显的成效。

4 结语

通过采取以上措施，热风炉从04年5月开炉至今，仍能提供1050℃以上的风温，同时球床寿命大大延长，由通常的2～3年延长至7年以上。