朱興益
(凌源鋼鐵股份有限公司，遼寧凌源122500)
摘要：針對凌鋼豎爐球團(tuán)礦轉(zhuǎn)鼓、抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的波動，從生產(chǎn)工藝、爐型結(jié)構(gòu)、設(shè)備運(yùn)行等方面進(jìn)行了分析，找到丁質(zhì)量波動的原因，有針對性地采取了措施，使球團(tuán)礦的質(zhì)量回歸正常。
關(guān)鍵詞：豎爐；強(qiáng)度；質(zhì)量；波動；措施
l 概述
凌鋼現(xiàn)有3座豎爐，兩座8 m。豎爐和1座10 m 豎爐。3座豎爐共用配料、混料系統(tǒng)，造球系統(tǒng)各自獨(dú)立，均采用矩型燃燒室，燃料為高焦混合煤氣，2×8 m 豎爐采用料車排礦，10 m 豎爐采用帶冷機(jī)排礦，3座豎爐均采用液壓齒輥排料，球團(tuán)礦日產(chǎn)量約4200 t。
一直以來，3座豎爐生產(chǎn)指標(biāo)正常穩(wěn)定，但從2014印年底起，球團(tuán)礦質(zhì)量下降，特別是抗壓強(qiáng)度和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)下降明顯， 抗壓最低不到1000 N／球，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最低到83 ，多數(shù)球團(tuán)礦的表面出現(xiàn)裂紋。通過對豎爐球團(tuán)礦質(zhì)量產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，找到了質(zhì)量波動的原因。并月．有針對性地采取了相應(yīng)的措施，到2015年3月底，球團(tuán)礦各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)回歸正常。
2 球團(tuán)礦質(zhì)量波動原因
2．1 生產(chǎn)不連續(xù)
從2014年12月初起，10 m。豎爐電除塵器檢修一個(gè)川后，受高爐爐況波動用料需求不足及煤氣平衡的影響，3座豎爐經(jīng)常交替停產(chǎn)。這種間斷生產(chǎn)造成豎爐整體溫度低，熱量不足，導(dǎo)致球團(tuán)礦的焙燒溫度不夠，從而強(qiáng)度下降。各月作業(yè)率如表I。
2．2 焙燒制度不合理
根據(jù)操作規(guī)程要求，豎爐燃燒室、焙燒帶溫度控制在950～1100℃ 間。2007年曾發(fā)生結(jié)塊停產(chǎn)事故， 由于擔(dān)心豎爐結(jié)塊，燃燒室溫度一直控制在下限，一般在950~1000℃。通過對成品球質(zhì)量的分析，成品球的表面暗紅，斷面分層， 內(nèi)核有原礦存在，但球團(tuán)礦的FeO一直不超過2 。分析認(rèn)為，在冷風(fēng)量足夠的情況下，950～ 1000 oC能夠保證礦粉得到充分氧化， 但在這個(gè)溫度下，赤鐵礦晶粒雖然得到充分氧化，但晶粒發(fā)育不完善，礦粉顆粒間的固相黏結(jié)發(fā)展不充分，顆粒間不致密，孔隙度仍然比較大，球團(tuán)體積沒有收縮，球團(tuán)不致密，球團(tuán)礦強(qiáng)度低。
熱廢氣和冷卻風(fēng)匹配不合理，也是造成球團(tuán)礦下降的重要因素。2×8 m 的煤氣和助燃風(fēng)總量約為20000 m。／h，冷卻風(fēng)30000 m。／h，10m 的煤氣和助燃風(fēng)總量35000m。／h，冷卻風(fēng)42000 m ／h，3座豎爐的煙罩溫度高達(dá)200C以上，爐口紅球多。這種焙燒制度，冷風(fēng)量過大，爐內(nèi)高溫段靠上，高溫區(qū)間變窄，爐內(nèi)溫度總體下降，大量的熱量通過高溫?zé)煔鈳ё撸?同時(shí)因爐口溫度過高，生球爆裂嚴(yán)重，產(chǎn)生裂紋，球團(tuán)礦強(qiáng)度下降。
2．3 設(shè)備功能不完善
礦粉中含有草簾、編織袋等雜物，配混系統(tǒng)沒有設(shè)置雜物篩，雜物經(jīng)常造成強(qiáng)混排料門頻繁卡停，被迫將強(qiáng)混的排料門的開度調(diào)整到100 ，強(qiáng)混內(nèi)不能存料， 沒有起到混勻的作用，礦粉和膨潤土的混合不均勻，造成生球質(zhì)量波動的大、膨潤土消耗升高。
烘干機(jī)傳動系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)故障，造成烘干機(jī)頻繁開停，造球料水分、料溫波動大。
豎爐的扒輥、大水梁漏水，水在爐內(nèi)產(chǎn)生蒸汽， 消耗大量的熱量，同時(shí)水蒸汽與爐內(nèi)的粉末結(jié)合造成爐墻粘結(jié)，引起爐內(nèi)氣流、溫度分布發(fā)生變化。通過對扒輥和大水梁漏水進(jìn)行分析，漏水的原因：1)頻繁開停，扒輥和大水梁為碳鋼結(jié)構(gòu)，在300℃ 產(chǎn)生藍(lán)脆， 扒輥和大水梁的強(qiáng)度下降，在多次停開爐后，溫度在常溫到工作溫度熱震次數(shù)多，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生了裂紋；2)大水梁的安裝工藝不合理，沒有預(yù)留出大水梁的受熱膨脹間隙，在大水梁熱脹冷縮的過程中，膨脹和收縮產(chǎn)生的應(yīng)力沒有得到釋放，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使大水梁損壞。
2. 4 導(dǎo)風(fēng)墻出現(xiàn)孔洞
從2014年7月份起，3座豎爐先后出現(xiàn)局部下料快的現(xiàn)象，經(jīng)停爐檢查， 確認(rèn)為導(dǎo)風(fēng)墻下部出現(xiàn)了孔洞所致。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)孔洞均出現(xiàn)在離導(dǎo)風(fēng)墻端部第二個(gè)或第三個(gè)磚縫處，而且磚縫的寬度最大達(dá)到30 mm。
砌筑圖要導(dǎo)風(fēng)墻磚縫控制在2 inrn以下的，端部與爐墻采用40 men巖棉氈填實(shí)。在實(shí)際施工過程中，人為擴(kuò)大了爐膛面積，以期增產(chǎn)，爐墻長度較圖紙長了約400 ITIITI，但并沒有對導(dǎo)風(fēng)墻磚的尺寸進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)風(fēng)墻無法進(jìn)入爐墻的槽內(nèi)，導(dǎo)風(fēng)墻砌筑完后，端部與爐墻留有約200 ITIiTI的縫， 由于這條縫過寬，用巖棉塞好后，在生產(chǎn)過程中被逐漸吹掉。正常生產(chǎn)時(shí)，導(dǎo)風(fēng)墻磚受熱自由膨脹，但當(dāng)豎爐檢修需要排料時(shí)，爐內(nèi)高溫球團(tuán)排空，導(dǎo)風(fēng)墻溫度下降，砌體回縮，在多次這樣自由膨脹、回縮的過程中，端部的磚縫被拉大，出現(xiàn)風(fēng)的通道，含塵氣體通過該通道，使通道不斷被磨損，使孔洞加大，引起該部位下料不均勻，影響焙燒。
導(dǎo)風(fēng)墻出現(xiàn)孔洞后，爐內(nèi)氣流不可控， 出現(xiàn)孔洞的位置下料加快，大量生球入爐，惡化了爐內(nèi)透氣性，焙燒制度被破壞，造成質(zhì)量波動。
2. 5 燃燒室漏火
受系統(tǒng)煤氣、礦平衡的影響，豎爐頻繁停產(chǎn)，耐火材料受到頻繁的熱震，造成耐材損壞，導(dǎo)致燃燒室損壞漏火。為保證安全，被迫降低燃燒室廢氣量，廢氣對球?qū)拥拇┩改芰ο陆?，焙燒的不均勻性更加明顯，使球團(tuán)礦質(zhì)量下降。
2．6 生球質(zhì)量下降
從2014年12份起，豎爐用礦粉發(fā)生了變化， 由最初5O 自產(chǎn)精粉和5O 外購礦粉改為7O 的自產(chǎn)精粉，甚至一段時(shí)間自產(chǎn)精粉達(dá)到了100 。自產(chǎn)精粉品位69．5 ，si0z含量2．65 ，一0．074 mm粒級占85 。外購精粉品位66 ，Si02含量4．5 ，一0．074 mm 粒級占65 。
在自產(chǎn)精粉和外購精粉的比例為1：1時(shí)，輥篩后生球的落下在4次左右，抗壓能達(dá)到i0 N／球以上，基本滿足焙燒要求。但隨著自產(chǎn)精粉的提高，這種粒級粗細(xì)搭配的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，細(xì)粒級增多，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)易于造球，球團(tuán)質(zhì)量應(yīng)該升高。但實(shí)際上，在對膨潤土進(jìn)行多次調(diào)整后，生球質(zhì)量仍沒有達(dá)到更換配比前的要求。對自產(chǎn)精粉和外購精粉的比表面積進(jìn)行測試，外購礦粉比表面積約800 cm2／g，自產(chǎn)精粉的比表面積接近1 100 cm2／g，兩種礦粉比表面積相差很大。分析認(rèn)為，隨著自產(chǎn)精粉比例提高，礦粉的粒度整體變細(xì)，但更加趨于均勻，生球內(nèi)部的粒度嵌布不緊密，生球強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致了成品球強(qiáng)度下降。
2．7 職工操作不規(guī)范
職工在操作過程中，缺乏統(tǒng)一指導(dǎo)，造成球團(tuán)礦質(zhì)量波動。配料變料次數(shù)多，烘干機(jī)尾部溫度調(diào)整隨意、造球水分不統(tǒng)一，皂土配比變化大。由于經(jīng)常停產(chǎn)、開爐，職工的心里產(chǎn)生了懈怠情緒，對生產(chǎn)操作有所放松，管理上又沒有跟上，這也是導(dǎo)致職工操作不規(guī)范的重要原因。
3 應(yīng)對措施
— — 優(yōu)化工藝參數(shù)。提高焙燒溫度。按“九百五氧化，一千二長大，一千一不下，一千三不跨” 的原則控制焙燒帶的溫度，考慮儀表參數(shù)的偏差，將燃燒室和焙燒帶的溫度下限提高到1 050℃ ， 中限控制在1 i00℃ ，上限提高到1 I50℃ ，保證溫度足夠。
優(yōu)化冷卻風(fēng)和廢氣的匹配。對冷卻風(fēng)、助燃風(fēng)進(jìn)行了重新匹配。要保證焦?fàn)t煤氣的配比達(dá)到7 以上，使煤氣熱值達(dá)到4 000 KJ／m 以上。限定燃燒室壓力上限值，2×8 m 和10 m 豎爐的壓力上限分別不超過18 KPa和2OKPa。按廢氣量優(yōu)先于冷卻風(fēng)的原則進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，對3座豎爐分別確定了助燃風(fēng)量下限，2×8 m 和10 m 豎爐的助燃風(fēng)量下限分別為11 000 m。／h和19 000 m。／h， 當(dāng)助燃風(fēng)量達(dá)到下限時(shí)， 必須減冷風(fēng)以保證助燃風(fēng)量。通過調(diào)整，燃燒室、焙燒帶溫度上升5O～ 100。C，爐口溫度從200℃ 以上下降到約130 C，降低生球進(jìn)入爐口時(shí)溫度升高過快引起的爆裂。
— — 完善設(shè)備安裝工藝。對精礦粉來料進(jìn)行處理。在礦粉人強(qiáng)混前，增設(shè)了輥式雜物篩，將雜物篩出，使強(qiáng)混的作業(yè)率得到提高，保證強(qiáng)混的功能。
改進(jìn)齒輥的結(jié)構(gòu)。通過借鑒燒結(jié)機(jī)用單齒輥的結(jié)構(gòu)形式，對整體式齒輥進(jìn)行改進(jìn)，新設(shè)計(jì)的齒輥體套在六方軸上，六方軸帶動齒輥?zhàn)?60度旋轉(zhuǎn)，齒輥體不冷卻，六方軸冷卻，這樣就降低水冷六方軸的溫度，也降低了溫度引起的熱震。這項(xiàng)工作已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，在采購備件時(shí)實(shí)施。優(yōu)化大水梁安裝工藝。大水梁在施工時(shí)，一端與爐墻固定，另一端不固定，采用填料將水梁與爐墻之間填實(shí)。在3月初更換大水梁投入使用后，我們觀察到自由端在停開爐時(shí)確實(shí)有一定的位移，說明預(yù)留自由端能夠吸取大水梁在冷熱交替過程中產(chǎn)生的收縮與膨脹，應(yīng)力得到有效釋放。
改變導(dǎo)風(fēng)墻砌筑工藝。為了兼顧導(dǎo)風(fēng)墻與爐墻的過大間隙與限制導(dǎo)風(fēng)墻膨脹自由的矛盾，通過計(jì)算，在導(dǎo)風(fēng)墻兩端與爐墻之間預(yù)留24 ITln3．的膨脹間隙，其余間隙用低收縮澆注料澆注，將導(dǎo)風(fēng)墻端部的自由膨脹固定在24 tnITl范圍之內(nèi)。處理燃燒室漏火。針對燃燒室漏火問題進(jìn)行分析討論，確定處理方案為先將燃燒室鋼殼、保溫磚拆后，找到漏火的孔隙，用高溫膠泥對每條縫進(jìn)行多次人工灌縫，直到灌滿為止，然后用莫萊石澆注料澆注、搗實(shí)，鋪 石棉氈，焊好鋼甲。確立了兩個(gè)處理過程中的關(guān)鍵點(diǎn)， 一是高溫膠泥灌縫和澆注，二是鋼甲的氣密性，安排專人跟蹤檢查。
— — 強(qiáng)化管理，統(tǒng)一操作。規(guī)定了每班變料次數(shù)不超兩次、緩料次數(shù)不超一次，對烘1二機(jī)的操作重新嚴(yán)肅了工藝紀(jì)律，統(tǒng)一溫度和水分，皂土配比設(shè)定一定的權(quán)限，杜絕隨意調(diào)整。加強(qiáng)管理，強(qiáng)化考核，提高職工的責(zé)任心。
— — 妥善安排生產(chǎn)。合理安排人造富礦的生產(chǎn)組織，減少豎爐的停開次數(shù)，保證豎爐能在較長時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行?；謴?fù)生產(chǎn)前，做好前期的烘爐準(zhǔn)備，保證燃燒室蓄熱充分，認(rèn)真進(jìn)行烘爐、循環(huán)爐料， 在燃燒室、焙燒帶溫度達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)后上生產(chǎn)，在恢復(fù)生產(chǎn)后的前兩天，嚴(yán)格控制生產(chǎn)節(jié)奏，保證燃燒室砌體在充分膨脹且穩(wěn)定后再滿負(fù)荷生產(chǎn)。
4 取得的效果
4 .1 球團(tuán)礦質(zhì)量改善情況對比
從表2可看出，在措施全部采取后，豎爐球團(tuán)礦的指標(biāo)全部合格，球團(tuán)礦表面裂紋基本消失，達(dá)到了高爐對球衣團(tuán)礦的質(zhì)量要求。
4. 2 爐體及附屬設(shè)施
— — 水梁在停開爐過程中， 自由端能夠自由伸縮，前發(fā)現(xiàn)，水梁工作狀態(tài)良好。
— — 4月底停產(chǎn)期間，通過人工下到爐內(nèi)檢查導(dǎo)風(fēng)墻，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)墻的底部兩端仍有15mm 的裂縫。
一一5月初恢復(fù)生產(chǎn)后，燃燒室沒有發(fā)生漏火現(xiàn)象。
5 存在問題及改進(jìn)措施
— — 導(dǎo)風(fēng)墻受熱脹冷縮后受力后仍然產(chǎn)生了裂縫，和預(yù)期設(shè)想存在一定的偏差，還需要對導(dǎo)風(fēng)墻磚和砌筑方法加以改進(jìn)。
— — 在恢復(fù)生產(chǎn)過程中，熟球循環(huán)爐料的過程中， 山于熟球存在一定的粉末，進(jìn)入爐內(nèi)后對下料造成一定的影響，擬在熟球上料系統(tǒng)安裝振動篩一臺，將粉末篩除。
— — 工人的操作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。