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我国超大型高炉炼铁技术装备创新与成就
供稿:本站编辑 时间:2021/10/30 点击:171 0

1高炉炼铁技术主要发展成就

21世纪以来,中国高炉炼铁技术取得了跨越式发展。生铁产量已稳居世界首位并逐年攀升,近年来,生铁产量约占全球生铁总产量的50%甚至更高。高炉大型化、现代化、高效化技术装备升级成就突出。20年来,中国高炉数量由增到减,高炉平均容积不断提高。20095月,首钢京唐1号高炉建成投产,标志着我国已经完全掌握了5000m3以上巨型高炉设计、建造和生产运行技术,中国已成为继日本、苏联和德国之后,世界上第四个拥有5000m3以上巨型高炉的国家。随后,沙钢5000m3高炉、京唐25000m3高炉、宝钢湛江25000m3高炉、山钢日照25000m3高炉、京唐35000m3高炉相继建成投产。这些巨型高炉是中国钢铁冶金工程科技的集成创新和综合实力的集中体现,中国已成为5000m3高炉数量仅次于日本的世界排名第二的国家。

20年来,通过工艺技术创新和装备技术进步,高炉主要技术经济指标不断得到改善和优化。燃料比和焦比分别从2000年的547kg/t429kg/t降低到2019年的528kg/t356kg/t,相应地下降了19kg/t73kg/t;煤比从2000年的118kg/t升高到2019年的145kg/t,提高了27kg/t;风温从2000年的1034℃提高到1147℃,升高了113℃;高炉利用系数、实物劳动生产率等指标不断优化,炼铁工序能耗、污染物排放等指标持续改进。

新世纪以来,中国高炉技术装备大型化成就斐然,据不完全统计,到2019年末,2000m3以上的大型高炉已达到90余座,其中5000m3以上巨型高炉8座,4000m3级特大型高炉18座,3000m3级高炉18座,2000m3级高炉48座,近期还将有一批搬迁新建和扩容大修的大型高炉建成投产。

众所周知,高炉装备大型化和技术现代化,对于推动中国高炉炼铁产业创新和整体技术装备的提升,具有重大的现实意义和深远的历史意义,对于解决钢铁产业多层次、不均衡、不充分的发展问题,发挥了无可替代的作用。毫无疑义,5000m3以上巨型高炉的自主设计、建造和生产运行,已成为中国钢铁工业迈向国际一流最具代表意义的产业创新和技术进步里程碑。中国已建成投产的5000m3以上巨型高炉主要技术装备见表1


2高炉长寿技术

2.1 高炉炉缸炉底复合结构

基于对高炉炉缸内衬破损机理的研究解析,建立了高炉炉缸炉底温度场合理控制的长寿技术理念和方法。高炉炉缸炉底采用高导热、高抗铁水渗透性的优质炭砖,包括热压小块炭砖和微孔大块炭砖,炉底采用微孔/超微孔大块炭砖+陶瓷垫的复合结构;炉缸侧壁有的采用全炭砖结构,有的采用微孔炭砖+陶瓷壁结构。高炉炉缸侧壁全部采用冷却壁冷却,部分高炉在铁口区、炉缸炉底交界处或象脚状异常侵蚀区还采用了铜冷却壁。

对巨型高炉铁口区的设计结构和材质进行了有效优化,如采用铜冷却壁+铁口组合砖结构,以适应巨型高炉高出铁强度的要求。此外,结合高炉出铁过程的数字仿真模拟,对铁口布置的夹角、铁口角度和铁口长度等炉缸参数进行了许多研究工作,对于延长铁口区的炉缸侧壁寿命具有积极效果。

值得关注的是,巨型高炉炉缸炉底使用寿命尚未达到预期,部分高炉还出现了炉缸铁口区下部侧壁局部过热和异常破损,这是未来需要重点研究和探索的关键技术难题之一。

2.2 炉腹至炉身下部的冷却结构

2000年以后,铜冷却壁开始在高炉上得到推广应用。铜冷却壁起源于欧洲,陆续发展到中国、日本、美国、韩国等钢铁大国。我国巨型高炉设计建造时,结合已有技术的实践经验和国外技术的发展趋势,在京唐、沙钢、日照等巨型高炉炉腹至炉身下部高热负荷区域,采用了国产铜板轧制钻孔的铜冷却壁;湛江高炉采用6根水管强化型镶砖铁素体球墨铸铁冷却壁。

10年来,国内外高炉采用铜冷却壁的应用效果绝大多数不及预期,不少1000-3000m3高炉甚至出现过早破损,铜冷却壁使用3-5年就大量损坏、被迫更换。关于炉腹至炉身下部高热负荷区域的铜冷却壁的应用问题,仍是今后一个时期需要深入研究、亟待攻克的关键技术难题。

3自主创新巨型高炉技术装备

3.1 高炉煤气干法除尘技术

为实现节水节能、提高余压发电效率和煤气热值,其中7座巨型高炉采用中国自主研发的高炉煤气干法布袋除尘技术,完全取消了备用的湿法除尘装置。以首钢京唐为例,采用高炉煤气干法除尘,净煤气含尘量长期稳定在2-4mg/m3,炉顶煤气余压发电量达到45-50kWh/t,比湿法除尘工艺提高35%-40%,煤气温度提高80-100℃,煤气热值提高约7%-10%。自主设计研制出关键系统和核心装备,实现集成创新,主要包括:

1)开发出基于高效热管换热原理的大功率煤气温度智能化调控技术、系统和方法,攻克了煤气温度变化影响布袋寿命的关键技术难题,布袋寿命达到3年以上。

2)针对氯化物对TRT设备和煤气管道的腐蚀破坏,研究发现了高炉煤气中氯化物的生成原因、生成规律及其有效抑制措施,发明了高炉煤气喷碱脱氯装置和管道系统综合防腐方法,全面解决了高炉煤气采用干法除尘技术以后,TRT叶片、波纹补偿器和煤气管道的异常腐蚀破损的关键技术难题。

3)针对高过滤负荷条件下超长布袋(>7m)脉冲清灰的技术难题,开发研制出高效超长布袋双排式在线脉冲清灰装置。

4)研究了高炉煤气全干法除尘与全干式TRT高效耦合运行的难题,攻克了36.5MW超大功率TRT发电机组的稳定运行、智能控制等难题,形成高精度炉顶压力稳定控制技术,实现了清洁能源高效转换。

3.2 大型鼓风机、TRT等设备全面实现国产化

宝钢湛江3号高炉鼓风机采用了自主设计研发的大型鼓风机,主要技术性能和指标达到国际同类装备的一流水平。自主研制的轴流反动式透平机组(TRT),配套水冷无刷励磁同步发电机,额定装机容量为33MW,在湛江3座巨型高炉上均得到成功应用,主要指标达到国际先进水平。首钢京唐35500m3高炉采用首钢自行设计研发的SG-V型无料钟炉顶设备及炉料分布控制技术,已稳定应用11年以上;宝钢湛江采用自主研制的BCQS型无料钟炉顶设备和布料器液压复合控制技术应用于25050m3高炉,其布料精度、溜槽使用寿命、冷却水消耗、N₂消耗等主要技术指标达到国外同类设备的先进水平,完全取代了引进设备。

通过巨型高炉的自主设计、技术创新和装备研发,中国已经完全掌握了巨型高炉关键技术装备的设计、制造、运行、维护等全面技术,彻底解决了过去卡脖子的关键装备难题,并且无料钟炉顶设备、大型鼓风机、TRT和煤气干法除尘技术装备输出海外,为中国钢铁工业赢得国际声誉。

3.3 铁水直接运输工艺

遵循冶金流程工程学原理,为实现炼铁-炼钢界面技术优化,在中国巨型高炉设计过程中,对铁水运输工艺进行了深入研究。大幅度缩短了高炉-转炉的铁水运输距离,首钢京唐1号、2号高炉至炼钢的铁水运输距离为900m,湛江2座高炉的铁水运输距离也是900m。除湛江高炉仍采用鱼雷罐运输铁水之外,其余6座高炉全部采用多功能铁水罐直接运输工艺,其中京唐3座高炉分别采用准轨铁路300t200t铁水罐运输;日照2座高炉采用PBC-380型超大型汽车运输铁水,铁水罐容量为210t;沙钢5800m3高炉设置了3个铁口,采用180t铁水罐运输铁水。

实践证实,铁水直接运输工艺是成功的,可以提高铁水温度50-100℃,减少了铁水运输的工序环节、热量耗散和环境污染,有利于铁水脱硫预处理,对钢铁制造全流程界面技术优化具有重要作用。

 (来源:世界金属导报)

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