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        2500m3高爐熱風爐四段式改造實踐

        2500m3高爐熱風爐四段式改造實踐

        • 分類:四段式技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-03-18 13:44
        • 訪問量:

        【概要描述】

        2500m3高爐熱風爐四段式改造實踐

        【概要描述】

        • 分類:四段式技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-03-18 13:44
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        詳情

          自首套三段式頂燃式熱風爐投入運行至今10年多來,高達90%以上燃燒室不同程度出現熱風出口高溫、拱頂垮塌,嚴重影響風溫和企業效益。盡管采取了很多優化措施,但應力集中隱患就如定時炸彈,隨時都有可能出現垮塌風險。為此,在三段式頂燃式熱風爐燃燒室結構易垮塌、易高溫燒紅結構缺陷基礎上優化改進,開發了四段式頂燃式熱風爐爐型。

          2003年我國煉鐵企業逐漸接收和采用三段式頂燃式熱風爐作為新型節能高風溫爐型使用至今已有十幾年歷史,三段式頂燃式熱風爐以其性價比合理、爐體低、投資省、風溫高而備受廣大用戶青睞,并得到迅猛發展。到目前為止,其爐型使用量占據熱風爐市場半壁江山。為我國鋼鐵工業的發展做出了貢獻。

        1三段式熱風爐結構與特征

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        1.1、三段式熱風爐頻繁出現爐殼發紅、垮塌等常態化問題

          十幾年來的長期實踐證明:三段式頂燃式熱風爐燃燒室高風溫狀態下問題較多,頻繁出現燃燒室大墻熱風出口部位的爐殼發紅、垮塌、拱頂垮塌已成為該爐型的常態化問題,給煉鐵熱風爐操作者帶來極大煩惱,同時給煉鐵產能、節能經濟指標帶來極大損失和負面效應。通過長期的市場調研、使用用戶爐型的維修維護,發現了三段式頂燃式熱風爐錐形拱頂直接坐落支撐在鑲嵌有熱風出口的大墻之上,使結構應力復雜集中這一結構缺陷,是導致三段式頂燃式熱風爐燃燒室結構出現熱風出口坍塌和拱頂垮塌的主要因素(河鋼集團樂亭整體搬遷項目技術交流時,河鋼集團技術專家肯定指出,其結構問題超過90%以上),這一發現為優化改進爐型結構缺陷,消除隱患,避免繼續大面積垮塌、避免降低風溫、淋水、吹氮氣冷卻高耗能低產能穩定長壽爐型的優化設計提供了科學依據。

        1.2、三段式熱風爐出現常態化問題的原因

          三段式頂燃式熱風爐的結構特點(見三維視圖):第一段為預燃室,(煤氣、空氣預混室),第二段為燃燒室(錐形拱頂和熱風出口大墻),第三段為蓄熱室(裝格子磚和冷風室),從分段結構來看,第二段的燃燒室錐形拱頂是直接坐落支撐在熱風出口的耐火材料大墻之上,耐火材料錐形拱頂自身重力、膨脹力、疊加膨脹力、擴張力、下滑力、剪切力、送風沖擊力和送風結束后的鋼殼反彈力等復雜應力集中的作用,也是三段式頂燃式熱風爐出現問題最多、局部爐殼發紅最嚴重、拱頂垮塌普遍的一段。造成了有高風溫不能正常使用,使資源和能源浪費,成本居高不下。

          如何優化解決結構缺陷,消除結構隱患?自2003年開始至今,全國數百座450-2500m3高爐配套的三段式頂燃式熱風爐熱風出口結構和錐形拱頂結構,都不同程度的進行了大修和改造,均取得較好的使用效果,但受力應力缺陷導致的灌漿、降低風溫操作現狀尚在。

        2、四段式熱風爐結構與特征

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        2.1、四段式熱風爐結構研究與探索

          首先將易垮塌、易高溫的三段式頂燃式熱風爐第二段燃燒室結構中的錐形拱頂和熱風出口大墻實施分離,形成新的四段式頂燃式熱風爐結構(見右三維視圖)。四段式頂燃式熱風爐的錐形拱頂自拱腳處和熱風出口大墻斷開,是錐形拱頂的拱腳直接支撐在爐殼之上,分解和轉移了集中的應力,四段式頂燃式熱風爐燃燒室拱頂和熱風出口結構就穩定,不會出現高溫侵蝕、也不會爐殼發紅和拱頂熱風爐出口垮塌,從而可完全適應長期高風溫的安全運行。通俗易懂的四段式頂燃式熱風爐外形表述;就是熱風出口上部爐殼比熱風出口處的爐殼直徑加粗的結構形式就是四段式熱風爐結構。

        2.2、四段式熱風爐結構是高風溫穩定、成熟的依據

          四段式頂燃式熱風爐燃燒室結構是成熟穩定的高風溫結構,是依據新日鐵外燃式熱風爐本體燃燒室結構優化而來。事實上三段式頂燃式熱風爐的外形和內部的耐火磚整體結構和新日鐵外燃式熱風爐本體是一樣的,就是新日鐵外燃式熱風爐本體結構復制版,區別之處就在于三段式頂燃式熱風爐的燃燒室錐形拱頂拱角之下又增加了一段大墻,大墻上設置了熱風出口,而新日鐵外燃式熱風爐的熱風出口設置在小帽子拱頂部位。三段式頂燃式熱風爐增加的熱風出口大墻的結構設置就是導致應力集中復雜的主要因素。但新日鐵外燃式熱風爐錐形拱頂的耐火磚拱腳部位是直接支撐在爐殼之上,不存在應力集中缺陷。所以,新日鐵熱風爐在寶鋼、太鋼、馬鋼、日本以及全世界大型高爐配套使用的壽命均超過30年以上,沒有錐形拱頂垮塌資料記錄。由此分析對比可見,三段式頂燃式熱風爐的問題就出現在增加的一段大墻和熱風出口結構上,依據新日鐵外燃式熱風爐高風溫、穩定長壽實踐,將三段式頂燃式熱風爐燃燒室錐形拱頂結構獨立支撐在爐殼之上,將大墻和熱風出口結構也獨立支撐在爐殼之上,形成應力分散、受力合理新的四段式結構熱風爐,才能像新日鐵熱風爐本體一樣穩定長期實現節能的高產高風溫。

        3、四段式熱風爐成功改造實踐

          河北省中鐵裝備3座2500m3高爐9座三段式頂燃式熱風爐,因熱風出口和拱頂結構長期出現不同程度的爐殼發紅、熱風出口和錐形拱頂垮塌,常年采取灌漿修補和氮氣冷確,風溫維持在1200℃以下,多年來的經濟損失不可估量。為了徹底消除結構隱患,使熱風爐發揮正常高風溫,中鐵裝備公司董事局主席痛下決心,花費近億元費用,計劃自2017年9月9日至2018年7月8日歷時10個月委托豫興公司對三段式頂燃式熱風爐實施切割爐殼不停產全部改造成豫興公司四段式結構,改造期間熱風爐實施一燒一送,花費如此之大,改造周期如此之長,風溫和產能損失巨大。

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          從照片中可以看到,利用原三段式頂燃式熱風爐預燃室原裝鋼殼結構、原錐形拱頂原裝鋼殼結構,在燃燒室結構和錐形拱頂結構之間增加一段加粗后的爐殼,使拱頂內襯磚直接坐落支撐在加粗并焊接在爐殼托板之上的部位,與下方熱風出口大墻實現分離,形成改造后的四段式頂燃式熱風爐結構。目前,中鐵裝備2號2500m3高爐上的3座三段式頂燃式熱風爐已經改造完工,并于2017年11月12號投入使用(見左邊熱風爐照片),其風溫已經達到1200℃以上,風溫比改造前提高了20-40度。2號2500m3高爐3號和2號三段式熱風爐也于2018年4月份改造完畢投入使用(見右邊熱風爐照片),并已經進入1號熱風爐的改造中。1號2500m3高爐2號三段式熱風爐也于2018年3月3號開始改造,現在改造已進入尾聲。所有熱風爐計劃在2018年的7月8號改造完畢。

          改造三段式頂燃式熱風爐主要目的就是消除應力復雜集中的設計缺陷,保證結構穩定高風溫。

        4、四段式頂燃式熱風爐結構的應用,是真正實現結構穩定、壽命長、高風溫熱風爐

          目前,新一輪的產能置換和鋼鐵企業的整體搬遷工程來臨,這會使廣大煉鐵用戶、煉鐵工作者、學者花費更大的精力,更深入了解和重視熱風爐結構的研究和爐型的選擇。近日,豫興公司技術專家受河北鋼鐵集團邀請,多次參加河鋼集團樂亭鋼鐵項目部組織的頂燃式熱風爐技術交流和討論,與會專家充分聽取了豫興公司的四段式頂燃式熱風爐的錐形拱頂獨立支撐與熱風出口大墻分離結構的優化原理介紹,領略了寶鋼4350m3高爐相類似與三段式的外燃式熱風爐獨立的錐形拱頂結構穩定使用壽命超過34年這一歷史現實,并感受到了國外外燃式熱風爐本體錐形拱頂結構使用壽命更長的真實紀錄,經過多次多層次技術專家面對面激烈溝通討論。得出結論:將錐形拱頂獨立支撐于爐殼之上與熱風出口大墻分離的結構,是消除復雜應力、徹底消除隱患,根除熱風出口和拱頂垮塌的關鍵技術。是有長壽、高風溫、結構穩定依據可查的技術。采用四段式結構是非常必要。最終敲定河鋼集團樂亭3X3580m3高爐熱風爐采用四段式頂燃式熱風爐結構。

          四段式頂燃式熱風爐燃燒室,不存結構缺陷和隱患,是今后我國乃至世界高風溫頂燃式熱風爐技術革新和發展方向。四段式頂燃式熱風爐爐型、風溫、壽命、結構特點可以和新日鐵外燃式熱風爐的結構相媲美,同時又比新日鐵外燃式熱風爐節省占地面積,節省巨額投資。

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