首钢京唐5500m_3高炉采用的新技术

高于高炉布料操作的文章

第46卷 第2期 2011年2月

钢铁

Vol.46,No.2February 2011

IronandSteel

首钢京唐5500m3高炉采用的新技术

张福明1,2, 钱世崇2, 张 建1,2, 毛庆武1,2, 苏 维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:介绍了首钢京唐钢铁厂5500m3高炉设计特点和采用的先进技术。高炉设计中采用合理炉料结构、炉料分级入炉技术;自主设计开发了并罐式无料钟炉顶设备和炉料分布控制技术;采用纯水密闭循环冷却、铜冷却壁、薄壁内衬等高炉综合长寿技术,高炉设计寿命25年;采用高风温顶燃式热风炉和助燃空气高温预热技术,设计风温1300 ;采用平坦化出铁场和铁水直接运输工艺、环保型螺旋法渣处理工艺;设计开发了特大型高炉煤气全干法布袋除尘技术;采用并罐式浓相喷煤技术;设计了完备的自动化检测和控制系统以及环境除尘系统,使高炉生产实现了 高效、低耗、长寿、清洁!的目标。

关键词:高炉;炼铁;无料钟炉顶;顶燃式热风炉;煤气干法布袋除尘文献标志码:A 文章编号:0449 749X(2011)02 0012 06

NewTechnologiesof5500mBlastFurnaceatShougangJingtang

ZHANGFu ming1,2, QIANShi chong2, ZHANGJian1,2, MAOQing wu1,2, SUWei2

(1.SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering,UniversityofScienceandTechnology

Beijing,Beijing100083,China; 2.BeijingShougangInternationalEngineering

TechnologyCo.,Ltd.,Beijing100043,China)

Abstract:Thetechnicalfeaturesandadvancedtechnologiesofthe5500m3blastfurnaceinShougangJingtangIronandSteelCo.,Ltd.wereintroduced.ReasonableBFburdendesignandclassifiedburdenchargingtechnologieswereapplied.Bell lesstopequipmentwasselfdesignedanddeveloped,andburdendistributioncontroltechnologywasapplied.High efficiencylongcampaignlifetechnologyofblastfurnaceincludingclosedloopsoftwatercoolingsys tem,copperstave,thinwallliningetc.wasapplied,andthedesigncampaignlifeoftheBFwas25years.Thehighblasttemperaturedomecombustionhotblaststoveandhightemperaturepreheatingofcombustionairtechnologieswereapplied,andthedesignblasttemperaturewas1300 .Flatcasthouse,directtransportationofhotmetal,en vironment friendlyscrewtypeslagtreatmenttechnologieswereapplied.BFgasdrybagfilterdedustingtechnologyinextralargeBFwasdesignedanddeveloped.Thehighdensitypulverizedcoalinjectiontechnologywithparallelhopperswasapplied.Thecompleteautomationcontrolsystemandenvironmentalcleaningsystemwasapplied.Withallthenewtechnologiesmentionedabove,theBFoperationhasachievedthetargetofhighefficiency,lowconsump tion,longcampaignandcleanness.

Keywords:blastfurnace;ironmaking;bell lesstop;domecombustionhotblaststove;BFgasdrybagfilterdedusting

3

首钢京唐钢铁厂项目是中国钢铁工业结构调整,提升钢铁企业整体技术装备水平的重大项目。钢铁厂年生产能力为970万t,建设2座5500m高炉,生产规模为年产898.15万t生铁。这是中国首次建设5000m3以上的特大型高炉,设计中分析研究了世界上5000m以上的特大型高炉的设计、技术装备特点,全面实施自主创新,自主设计开发了无料钟炉顶、顶燃式热风炉、煤气全干法布袋除尘、螺旋法渣处理工艺等一系列创新的先进技术和工艺装备。

基金项目:国家 十一五!科技支撑计划资助项目(2006BAE03A10)

3

3

1 设计理念与主要技术指标

1.1 设计理念

首钢京唐钢铁厂的设计、建设按照循环经济理念,以工艺现代化、装备大型化、流程紧凑化、生产集约化、资源和能源循环化、经济效益最佳化为目标,积极采用当今国际一流的先进工艺技术装备,使中国第1座5500m高炉成为具有21世纪国际先进水平的特大型高炉[1]。

高炉设计中以 高效、低耗、优质、长寿、清洁!为

3

作者简介:张福明(1967-),男,博士生,教授级高级工程师; E mail:liaodong12@; 收稿日期:2010 04 28

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第2期

张福明等:首钢京唐5500m3高炉采用的新技术

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设计理念,采用先进实用、成熟可靠、节能环保、高效长寿的工艺技术装备,全面研究分析日本、欧洲5000m3级特大型高炉[2 4]以及中国近年投产的4000m级大型高炉设计和生产经验

3

[5 7]

厂和原料场通过胶带机运送到高炉料仓。2座高炉

共用1座联合料仓,焦仓与矿仓并列布置。烧结矿、球团矿、块矿和焦炭在仓下进行筛分,采用分散筛分、分散称量、无集中称量站、胶带机直接上料工艺。该工艺上料能力大,缩短了物料的转运流程,减少了物料的破碎和入炉粉末,为改善高炉透气性、促进高炉稳定顺行创造了有利条件。

采用烧结矿、焦炭分级入炉技术,烧结矿、焦炭各按不同粒度分级入炉,回收10~25mm的焦丁和3~8mm的小粒度烧结矿。烧结矿分级入炉技术,可以合理调整入炉原料粒度、控制炉内不同粒度原料的分布,从而提高煤气利用率和炉料的透气性,有利于高炉操作和控制煤气流合理分布,实现高炉顺行、长寿。烧结矿按照粒度级别分为2级,大粒度烧结矿粒度为20~50mm,中粒度烧结矿粒度为8~20mm,回收3~8mm的小粒度烧结矿,提高原料利用率。焦炭按照粒度级别分为25~60mm和60mm以上2级,回收10~25mm的焦丁与矿石混装入炉。

2.2 无料钟炉顶设备和炉料分布控制技术无料钟炉顶装料设备是现代高炉的关键装备。5500m3的特大型现代化高炉炉顶装料设备,不但要满足装料能力,而且要满足高炉操作对炉料分布精准控制的要求,实现炉料分级入炉和中心加焦。

并罐式无料钟炉顶设备可以在1个装料周期内将5种不同粒度、不同种类的炉料装入高炉,实现炉料分级入炉和中心加焦。首钢并罐式无料钟设备的优点是成熟应用的可靠技术,操作维护经验丰富。针对具有国际先进水平的5500m特大型高炉国内首创自主研制的无料钟炉顶装备,满足了高效、精准、可靠、长寿、降低维护量的生产要求,完全具有自主知识产权,实现重大关键装备技术国产自主化,大幅度降低设备投资。表2是无料钟炉顶设备主要性能,图1是首钢并罐式无料钟炉顶设备的三维仿真设计图。

3

,结合首钢

京唐钢铁厂自主创新的总体要求,自主设计、自主研制、集成优化了一系列具有国际先进水平的工艺技术和装备[8]。

优化高炉炼铁工艺流程,总图布置紧凑合理,工艺流程短捷顺畅,充分考虑各个单元工序的系统性和整体性,使生产运行达到协调统一。采用完善的自动化检测和控制系统,实现高炉生产的全自动化控制。

1.2 主要技术指标

设计中综合分析了当今世界先进的大型高炉生产技术指标,并结合高炉的原燃料条件和技术装备水平,确定了5500m3特大型高炉先进的设计指标,高炉设计主要技术经济指标见表1。

表1 高炉主要技术经济指标

Table1 Maintechno economicparametersofblastfurnace

项目高炉有效容积/m3利用系数/(t

m-3

-1

设计指标55002.3290

20090#613.513000.2825025

d-1)

焦比/(kg t)

煤比/(kg t-1)熟料率/%入炉矿品位/%富氧率/%送风温度/ 炉顶压力/MPa渣量/(kg t-1)一代炉龄/a

2 高炉精料和炉料分布控制技术

2.1 高炉精料技术

采用合理炉料结构,烧结矿率为70%,球团矿率为20%,块矿率为10%。综合入炉矿品位为61%,熟料率为90%。烧结矿品位大于等于58 7%,碱度(CaO/SiO2)大于等于1.8,转鼓强度(TI+6.35mm)大于等于78%;球团矿品位为66%,抗压强度大于等于2500N/球;焦炭抗碎强度(M40)大于等于89%,耐磨强度(M10)小于等于6.0%,焦炭反应后强度(CSR)大于等于68%,热反应性(CRI)小于等于23%。

3 高炉高效长寿综合技术

延长高炉寿命是现代高炉技术的发展趋势。高

炉设计寿命为25年,一代炉龄产铁量达到20kt/m3以上。设计中运用现代高炉长寿技术理论,采用国际先进的高炉高效长寿综合技术,确定合理的高炉炉型,采用无过热冷却器和纯水密闭循环冷却技术,优化炉体内衬结构,设置完善的高炉自动化检测与

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表2 无料钟炉顶设备主要性能Table2 Maintechnicalspecificationsof

bell lesstopchargingequipment

项目料罐有效容积/m3料罐设计压力/MPa上密封阀直径/mm下密封阀直径/mm料流调节阀直径/mm料流调节阀排料能力/(m3 s-1)

中心喉管直径/mm料流调节阀开闭精度/(%)布料溜槽长度/mm布料溜槽转数/(r min)布料溜槽倾动范围/(%)布料溜槽倾动精度/(%)

-1

钢 铁第46卷

25年以上,在炉缸 象脚状!侵蚀区和铁口区采用铜冷却壁。高炉炉体采用全冷却壁结构,炉腹、炉腰、炉身下部采用4段高效铜冷却壁,炉身中上部采用7段镶砖铸铁冷却壁,炉喉钢砖下部设1段C型水冷壁。炉腹至炉身为冷却壁与砖衬一体化薄壁结构,冷却壁镶砖热面直接喷涂耐火材料。高炉本体炉底、冷却壁、风口全部采用纯水密闭循环冷却系统,图2是高炉本体结构。

数值2 800.301100110010000.7730

控制精度&0.3;计量精度0.1

45008

2~53

控制精度&0.3;计量精度0.

1

图1 无料钟炉顶设备三维仿真设计

Fig.1 3 Dsimulationdesignofbell lesstopequipment

图2 高炉炉体结构Fig.2 Structureofblastfurnace

3.1 优化高炉炉型

研究特大型长寿高炉内型的发展趋势,根据高炉冶炼进程的传热、传质、动量传输和化学反应原理,结合高炉的原燃料条件,以提高炉料透气性、改善煤气能量利用、促进高炉稳定顺行为目的进行设计优化,高炉有效容积5500m,炉缸直径15.5m,炉腰直径17.0m,死铁层深度3.2m,炉缸高度5 4m,有效高度32.8m,炉腹角79%22 49(,炉身角81%2 36(,高径比1.93,设4个铁口,42个风口。3.2 采用 无过热、低应力!炉体长寿结构

炉缸炉底内衬采用炭砖-陶瓷垫组合结构,炉底采用高导热石墨砖、微孔炭砖、超微孔炭砖和陶瓷垫组合结构,炉缸壁和炉缸、炉底交界处采用热压炭

砖3

3.3 采用完善的高炉自动化检测与控制系统炉缸、炉底设置12层548个热电偶监测炉底部

位的温度分布,推断炉缸、炉底的侵蚀状况,指导炉缸、炉底维护操作。在风口区以上设置16层460个热电偶,用以监测冷却壁壁体工作温度,监测炉衬和冷却壁的侵蚀状况,计算炉体热负荷,推断操作炉型。设4层炉体静压力检测装置,用以推断软熔带位置,指导高炉布料操作。设置炉喉煤气十字测温装置用以在线监测炉身上部的煤气分布,为优化高炉布料提供可靠的信息。高炉冷却水系统设置进出口压力、流量、温度检测和记录,进行区域热负荷计算,同时加强对冷却环路的监控,推断风口及冷却设备的破损状况及泄漏监测。设置炉顶布料红外摄像、

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等自动化监测装置。

高炉操作采用布料计算模型、炉缸仿真模型、炉缸侵蚀模型、炉身仿真模型、出铁控制模型等数学模型和首钢自行开发的高炉冶炼专家系统,为优化高炉操作、促进高炉稳定顺行、延长高炉寿命创造了有利条件。

套二次烟尘布袋除尘系统,处理风量为1Mm/h,出

铁场烟尘经除尘净化后,排放浓度小于20mg/m3。4.4 环保型螺旋法渣处理工艺

采用环保型螺旋法炉渣处理技术,回收冲渣蒸汽,冲渣水循环使用,减少SO2、H2S排放量和水量消耗。炉渣全部水淬粒化,干渣坑仅作为渣处理设备故障时备用,粒化后的水渣经过超细磨生产水泥掺合料。

高炉熔渣经过渣沟进入冲渣喷嘴,从冲渣喷嘴喷出的高速水流使熔渣水淬冷却,形成颗粒状水渣,渣水混合物经水渣沟通过冷凝塔输送到水渣池,渣水混合物在水渣池中经过螺旋机分离出水渣,水渣经胶带机输送到堆渣场。细颗粒渣则采用滚筒过滤器进行分离,冲渣水在水渣池中经过过滤器过滤后循环使用。

冲渣过程中产生的大量蒸汽和水渣池中产生的蒸汽排入冷凝塔内,冷凝塔中设2层喷淋装置,喷淋水和蒸汽冷凝水返回集水槽循环使用。

4 平坦化出铁场和炉渣处理工艺

特大型高炉的出铁场要满足高炉连续出铁、及时处理大量渣铁的生产要求,同时要便于出铁操作和设备维护,提高设备操作、检修的机械化水平,改善出铁场环境,实现清洁化生产。4.1 出铁场结构和主要设备

设置2个对称布置的平坦化矩形出铁场,每个出铁场设2个铁口,每个铁口设有各自独立的泥炮、开口机、移盖机和摆动流槽等设备,泥炮和开口机均布置在风口平台之下,位于铁口同侧,铁口另一侧设置移盖机。出铁场一侧与公路引桥相连,汽车可直接通往出铁场。出铁场设2层平台,渣沟、铁沟设置在下层平台上,渣沟、铁沟的活动盖板与上层平台连为一体,实现了出铁场工作平台平坦化,检修设备在工作平台上作业。风口平台为架空式钢结构形式,可以实现设备维护和检修机械化。

风口平台设置装卸风口机械,可实现机械化更换风口设备;出铁场设有可远程操作的液压开口机、液压泥炮、移盖机、摆动流槽和吊车等。4.2 铁水运输方式

为了优化高炉-转炉之间的界面技术,实现铁水运输的短流程,降低铁水热量损失和铁水倒罐的环境污染,设计开发了铁水直接运输 一罐到底!工艺技术。每个出铁场下方设有4条铁路线,采用炼钢铁水罐直接将铁水运送到炼钢厂。铁水运输采用300t铁水罐车取代了传统的鱼雷罐,优化了铁水运输流程,取消铁水倒罐作业,降低了铁水温降,减少了环境污染,加快了生产节奏。4.3 出铁场环境保护

铁口一侧设置除尘吸风口,铁口顶部设一个顶部除尘罩,防止开、堵铁口时的二次烟尘污染环境;在渣铁分离器及渣沟、铁沟上方设置活动式平板沟盖,在出铁场双层平台之间设置除尘管道,捕集在出铁过程中产生的烟尘;每个出铁场内的2个铁水摆动流槽的两侧和铁水罐上方设置吸风口。出铁场除尘设置3个系统,每个出铁场设1个布袋除尘系统,31

5 高风温顶燃式热风炉

高风温是现代高炉炼铁的重要技术特征,提高风温可以有效地降低燃料消耗,提高高炉能源利用效率。设计中对改造型内燃式、外燃式、顶燃式3种结构形式的热风炉技术进行了研究分析,在首钢顶燃式热风炉技术和卡鲁金式顶燃式热风炉技术的基础上,综合2种技术的优势,设计开发了BSK(Bei jingShougangKalugin)型顶燃式热风炉技术,将顶燃式热风炉技术首次应用在5000m级特大型高炉上。

BSK顶燃式热风炉主要技术特征是:1)高风温顶燃式热风炉的陶瓷燃烧器设置在热风炉拱顶部位,具有较广泛的工况适应性,可以满足煤气和助燃空气多工况条件的运行,而且燃烧功率大、燃烧效率高、使用寿命较长。陶瓷燃烧器采用了特殊的旋流燃烧技术,保证了空气和煤气的充分混合和燃烧,提高了理论燃烧温度和拱顶温度;2)利用拱顶空间作为燃烧室,取消了独立的燃烧室结构,加强了炉体结构的热稳定性,燃烧器设在拱顶,高温烟气在旋流状态下分布均匀,有效地提高了高温烟气在蓄热室格子砖表面的均匀性和传热效率;3)蓄热室采用高效格子砖,适当缩小格子砖孔径,提高格子砖的加热面积,改善了热风炉传热过程。

高炉配置4座BSK型顶燃式高风温长寿热风 ,3

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高温区采用硅砖,设计寿命25年以上。热风炉燃料为单一高炉煤气,采用烟气余热回收装置预热煤气和助燃空气,配置2座小型顶燃式热风炉单独预热助燃空气,使助燃空气温度达到520 以上,热风炉高温阀门采用纯水密闭循环冷却,热风炉系统燃烧、送风、换炉实现自动控制。BSK顶燃式热风炉主要技术性能见表3。

表3 BSK顶燃式热风炉主要技术性能Table3 MaintechnicalspecificationsofBSK

domecombustionhotblaststove

项目热风炉座数/座热风炉高度/m热风炉直径/m一座热风炉加热面积/单位体积格子砖加热面积/

(m2 m-3)格子砖孔直径/mm格子砖高度/m蓄热室截面积/m2

热风温度/ 拱顶温度/ 烟气温度/

助燃空气预热温度/ 煤气预热温度/ 冷风风量/(m3 min-1)

冷风压力/MPa单位鼓风蓄热面积/(m2 m-3 min-1)单位高炉容积蓄热面积/

(m2 m-3)

m2

数值450.1012.509588548.03021.4893.211300

1420(格子砖顶部最高温度为1450)

最大450,正常平均368

520~600

约21593000.5441.2469.73

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409条,滤袋规格 160mm 7000mm,单箱过滤面积1439m2,总过滤面积21585m。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4是高炉煤气布袋除尘工艺的主要技术参数。

表4 高炉煤气干法布袋除尘工艺技术参数Table4 MaintechnicalspecificationsofBF

gasdrybagfilterdedustingprocess

项目

高炉煤气流量/(km3 h-1)

炉顶压力/MPa操作温度/ 除尘器数量/个箱体直径/m滤袋规格/mm单箱过滤面积/m2总过滤面积/

33

2

数值760(最大870)0.28(最大0.30)

100~200

156.2 160 7000

143921585

h h

-3

-1-1

m2

-2-2

标况过滤负荷/(m m工况过滤负荷/(m m

))

35.2(最大40.3)14.0(最大16.0)

)5

净煤气含尘量/(mg m)

7 高炉喷煤技术

高炉设计煤比为200kg/t(最大设计能力为250kg/t),正常喷煤量为116t/h,喷吹煤种为烟煤或混煤。2座高炉的喷煤和制粉设施集中合建在一起,

6 高炉煤气干法布袋除尘技术

高炉煤气干法布袋除尘技术是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。

采用首钢自主设计开发的高炉煤气全干法低压脉冲布袋除尘技术,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、煤气含尘量在线监测、除尘灰浓相气力输送、管道系统防腐、数字化控制等核心技术,使中国在大型高炉煤气全干法布袋除尘技术达到国际先进水平。

高炉煤气全干法脉冲布袋除尘系统采用15个直径为6.2m的除尘箱体,箱体为双列布置方式,2列箱体中间设置荒煤气和净煤气管道,煤气管道按,,

[9]

采用中速磨制粉、袋式煤粉收集器、直接喷吹工艺。中速磨能力为2 75t/h,高炉喷煤系统采用3罐并列式、总管分配器的浓相直接喷吹技术。

每座高炉采用3个喷煤罐交替喷煤,设2根喷煤总管和2个煤粉分配器。采用浓相输送技术,固气比大于40kg/kg,喷煤管道内煤粉流速为2~4m/s。在每根总管上设置煤粉流量计和调节阀,调节和计量精度小于4%。

煤粉仓有效容积1200m3,煤粉仓下设置3个喷煤罐;喷煤罐有效容积90m,正常喷吹周期为30min。喷煤罐下部设流化罐,采用流态化喷煤技术,每个流化罐设2根喷煤支管,6根喷煤支管汇总为2根喷煤总管,煤粉经喷煤总管将煤粉输送到高炉的2个煤粉分配器中,再经42根喷煤支管喷入风3

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爆吹扫全部采用氮气。每根喷煤支管设有喷吹状态监测装置,喷煤支管堵塞后自动切断吹扫。项生产技术指标不断提升,高炉最高日产量达到14290t/d,月平均利用系数达到2.37t/(m3 d),燃料比480kg/t,焦比269kg/t,煤比175kg/t,风温1300 ,达到了国际5000m级高炉生产的先进水平。表5是首钢京唐1号高炉投产后的主要生产技术指标。

3

8 高炉投产后的生产实践

首钢京唐1号高炉于2009年5月21日送风投产,经过10个月的生产实践,高炉生产稳定顺行,各

表5 首钢京唐1号高炉主要生产技术指标

Table5 MainoperatingparametersofNo.1blastfurnaceatShougangJingtang

时间(年 月)2009 052009 062009 072009 082009 092009 102009 112009 122010 012010 022010 03

平均日产量/(t d-1)4840742585251100011660122101250012694126571284713035

利用系数/(t m-3 d-1)

0.88

1.351.552.012.122.222.272.312.302.342.37

焦比/(kg t-1)

551

503483372354340299288307287269

煤比/(kg t-1)

83

624994101117145149137161175

燃料比/(kg t-1)

634

565532481483488484479482482480

风温/ 914998106311661212126212761281125912771300

工序能耗/(kg t-1)

799

538461409419414406393388375373

9 结语

1)首钢京唐5500m3高炉设计是按照循环经济理念和动态精准设计体系设计的新一代特大型高炉,设计中集成采用了当今国际炼铁技术领域的60多项先进技术,其中高炉精料和炉料分布控制技术、高炉综合长寿技术、顶燃式热风炉高风温长寿技术、出铁场平坦化和环境清洁化技术、环保型螺旋法渣处理工艺、高炉煤气全干法除尘技术、数字化自动检测与控制等方面具有创新性,在高炉生产中发挥了重要的支撑作用,使高炉整体技术装备达到国际领先水平。

2)合理的炉料结构、炉料分级入炉技术和炉料分布控制技术为高炉稳定顺行提供了保障,自主设计制造的无料钟炉顶设备和自主开发的炉料分布控制技术首次应用于5000m3级特大型高炉。3)合理炉型、纯水密闭循环冷却、铜冷却壁、薄壁内衬结构等高炉长寿综合技术的采用,为高炉达到25年寿命奠定了基础。

4)采用助燃空气高温预热技术和高风温顶燃式热风炉技术,在使用单一高炉煤气燃烧的条件下,高炉月平均风温达到了1300 以上。

5)高炉煤气干法除尘、环保型渣处理、环境保护技术和完善的自动化控制系统,使高炉操作实现参考文献:

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