现代大型高炉关键技术的研究与创新

第44卷　第4期　2009年4月钢铁Iron and Steel　Vol.44,No.4April 2009现代大型高炉关键技术的研究与创新张福明1,2(1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;　2.北京首钢国际工程技术有限公司,北京100043)摘　要:无料钟炉顶、高风温和煤气干式除尘是现代大型高炉的关键技术。

自行设计研制的大型高炉无料钟炉顶设备,通过三维设计优化、仿真模拟和试验测试,在设备可靠性、使用寿命等方面达到国际先进水平;自主开发的高炉煤气全干式布袋脉冲除尘工艺,在系统优化设计、煤气温度控制、除尘灰气力输送等方面取得技术突破;集成创新的高效长寿高风温技术,通过开发应用助燃空气高温预热技术、提高热风炉传热效率、热风炉系统结构优化等措施,在使用高炉煤气燃烧的条件下,风温达到1250℃。

关键词:高炉;炼铁;无料钟炉顶;热风炉;煤气干式布袋除尘中图分类号:TF572 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2009)0420001205Study and Innovation of the K ey T echnologies onModern Large B last FurnaceZHAN G Fu 2ming 1,2(1.School of Metallurgical and Ecological Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China ;　2.Beijing Shougang International Engineering T echnology C o.,Ltd.,Beijing 100043,China )Abstract :The key technologies at modern large blast furnace are bell 2less top ,high blast temperature and dry big filter dedusting of BF gas.Bell 2less top equipment of large blast f urnace designed and developed by our own has reached advanced level in the world in terms of equipment reliability and service life by 3D design optimum ,simula 2tion analysis and pilot trail ;f ully 2dry impulse bag filter dedusting technology of BF gas ,which is also developed by our own ,has gained technical breakthroughs in terms of optimized system design ,gas temperature control ,pneu 2matic conveying of dedusting fines ;the integrated innovative high 2efficiency long 2life high 2temperature hot blast stove technology ,through applying high 2temperature preheating technology of combustion air ,improving heat transfer efficiency of hot blast stove and optimizing structure of the hot blast stove system ,enables the blast temper 2ature to reach 1250℃with BF gas as f uel.K ey w ords :blast f urnace ;ironmaking ;bell 2less top ;hot blast stove ;dry big filter dedusting基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BA E03A10)作者简介:张福明(19672),男,博士生,教授级高级工程师; E 2m ail :liaodong12@ ; 修订日期:2008207222 近10年来,中国高炉大型化、高效化、现代化、长寿化、清洁化发展进程加快,炼铁工艺技术装备水平迅速提升,在系统总体设计、核心工艺技术、装备制造技术、数字化控制技术、生产技术及工程集成能力等方面取得重大进展,大型高炉关键技术自主创新取得显著成效。

在大型高炉无料钟炉顶设备、煤气干式布袋除尘、高效长寿高风温等单元技术自主开发、系统技术集成方面形成突破,成为支撑现代大型高炉技术发展的关键技术装备。

1　大型高炉无料钟炉顶设备技术创新采用无料钟炉顶装料设备是现代化高炉的重要技术特征。

首钢自主设计研制的无料钟炉顶设备经历了20多年的创新发展历程,结合大型高炉生产技术的进步,在已有技术的基础上不断优化创新,攻克了大型高炉无料钟炉顶布料装置、齿轮箱冷却、设备工作可靠性及设备使用寿命等关键性技术难题,成为中国自主设计制造全部实现国产化并具有核心竞争力的关键技术装备。

1.1　新型齿轮箱冷却技术布料溜槽传动齿轮箱是驱动并控制布料溜槽进行旋转和倾动,实现布料功能的核心关键设备。

1998年,首钢4号高炉(2100m 3)采用了首钢开发研制的水冷齿轮箱,该齿轮箱采用水冷盘管式间接冷却结构。

生产实践中发现此种冷却结构冷却范围较小,水冷盘管阻力损失较大,对冷却水水质要求高,容易出现管道结垢现象,冷却效率随之降低。

针对上述技术缺陷,研究开发了新型齿轮箱冷钢　铁第44卷却结构,将间接冷却改为直接冷却方式,同时将冷却范围扩大,提高了冷却效率。

冷却水量可以提高到25t/h 以上且不会发生冷却水溢漏,由于冷却效率提高,实际生产操作中冷却水量仅为8t/h ,在炉顶温度达到800℃的极端情况下齿轮箱仍能正常工作。

研究开发了齿轮箱开路工业新水冷却系统,从根本上确保了冷却水水质,同时降低了冷却水温度,为齿轮箱冷却系统正常工作提供了可靠保障。

冷却系统采用U 形水封技术,与国外闭路循环冷却技术相比系统简化、流程紧凑,设备运行更加可靠,调节控制灵活,设备维护量少,节省投资。

1.2　研究优化炉料分布控制技术采用现代化计算模型,自主开发了无料钟炉顶布料料流轨迹计算软件和仿真分析模型,修正了炉顶调节阀料流控制曲线和布料溜槽布料控制曲线,通过无料钟炉顶设备模拟布料试验进行验证,满足了高炉生产各种布料方式的要求。

图1是料流轨迹计算模型,图2是布料仿真分析模型。

(a )布料档位α=32°;　(b )布料档位α=35°图1　料流轨迹计算模型Fig.1　Computational model of burden flowtrack图2　布料仿真分析模型Fig.2　Simulation analysis model of burden distribution1.3　提高设备质量采用先进的三维设计方式和有限元应力分析计算,对无料钟炉顶设备结构进行了设计优化,对炉顶设备结构、控制系统、耐磨材料等进行了系统研究和创新。

开发了布料溜槽悬挂锁紧装置,彻底解决了无料钟炉顶布料溜槽脱落的问题,提高了高炉作业率;布料流槽倾角的控制精度达到了±0.25°,实现了角度的定量微调,保证了多环布料的灵活、准确和均匀,达到引进设备的控制水平;改进了布料溜槽、换向溜槽的结构及其衬板材质,采用镶嵌硬质合金衬板及独特的制造工艺,使用寿命达到产铁量300万t 以上,布料溜槽的使用寿命由12个月提高到20个月,换向溜槽的使用寿命由3个月提高到24个月[1]。

目前中国大型高炉无料钟炉顶设备已经全面实现国产化,已在2650m 3级高炉上得到成功应用,表1・2・第4期张福明:现代大型高炉关键技术的研究与创新是国产无料钟炉顶设备与引进设备的主要技术性能。

2　大型高炉煤气全干式布袋除尘技术高炉煤气干式布袋除尘技术是21世纪高炉实现节能减排、清洁生产的重要技术创新,可以显著降低炼铁生产过程的新水消耗、减少环境污染,已成为现代高炉炼铁技术的发展方向。

高炉煤气干式布袋除尘技术已有30多年的发展历程。

2007年1月,中国自主开发的高炉煤气全干式低压脉冲布袋除尘技术在迁钢2号高炉(2650 m3)获得成功,完全取消了备用的煤气湿式除尘系统。

研究开发了煤气温度控制、除尘灰浓相气力输送、管道系统防腐等核心技术,使中国在大型高炉煤气全干式布袋除尘技术达到国际先进水平。

2.1　优化集成工艺流程和系统配置通过研究分析国内外高炉煤气干式布袋除尘技术应用实践,对加压煤气反吹除尘技术和低压脉冲除尘技术进行了系统的对比研究,设计开发了高炉煤气全干式低压脉冲布袋除尘工艺。

迁钢2号高炉采用14个直径为4600mm的除尘箱体,箱体为双列布置方式,两列箱体中间设置荒煤气和净煤气管道,煤气管道按等流速原理设计,使进入各箱体的煤气量分配均匀,整个系统工艺布置紧凑、流程短捷顺畅、设备检修维护便利。

采用低滤速设计理念,确保系统运行安全可靠。

每个箱体设滤袋250条,滤袋规格<160mm×7000 mm,单箱过滤面积880m2,总过滤面积12320m2。

设计中加大了滤袋的直径和长度,高径比降低,滤袋结构尺寸更加合理;扩大了箱体直径,使除尘单元的处理能力提高,减少了箱体数量、建设投资和占地面积。

表2是迁钢2号高炉煤气全干式布袋除尘工艺技术参数。

2.2　煤气温度控制技术煤气温度控制是布袋除尘技术的关键要素,正常状态下,煤气温度应控制在100～220℃,煤气温度过高、过低都会影响系统的正常运行。

采用煤气干式布袋除尘技术,高炉操作要更加重视炉顶温度的调节控制。

炉顶温度升高时采取炉顶雾化喷水降温措施,同时在高炉荒煤气管道上设置热管换热器,用水作为冷却介质,将高温煤气的热量通过热管传递,使水汽化吸收煤气热量,可以有效地解决煤气高温控制的技术难题。

煤气低温控制要采取提高入炉原燃料质量、加强炉体冷却设备的监控、合理控制炉顶温度、荒煤气管道保温等技术措施,在高炉开炉、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。

目前正在研究开发煤气低温状态的高效快速换热技术,从而使煤气高温、低温都能够得到有效地控制。