肖為站，江海峰，陳杰亮，王建新
( 金鼎重工有限公司，河北 邯鄲 056300)
摘 要: 對金鼎煉鐵廠配套的 10m2 豎爐，在不改變原豎爐外殼和配套設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過增大烘干床面積、擴(kuò)大焙燒面積、增加噴火口、擴(kuò)大水梁通風(fēng)面積、改造冷風(fēng)口等措施對其進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造后其產(chǎn)量由日產(chǎn)1 650t 左右提高到日產(chǎn)2 050 t 左右，滿足了高爐球團(tuán)礦的供應(yīng)需求，可為同行提供一定的借鑒與參考。
關(guān)鍵詞: 豎爐；擴(kuò)容；改造；烘干床；混氣室；噴火口；大水梁；冷風(fēng)口
1 前 言
球團(tuán)礦作為良好的高爐爐料，不僅具有品位高、強(qiáng)度好、易還原、粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，而且酸性球團(tuán)礦與具有良好高溫冶金性能的高堿度燒結(jié)礦搭配，可以構(gòu)成高爐合理的爐料結(jié)構(gòu)［1－2］。增加球團(tuán)礦在高爐爐料結(jié)構(gòu)的配比是提高入爐爐料品質(zhì)，實現(xiàn)高爐煉鐵增產(chǎn)的重要途徑［3］。
隨著公司產(chǎn)能提高，對球團(tuán)礦的需求越來越大，原有的產(chǎn)能已經(jīng)無法滿足需求，而采購的球團(tuán)精礦粉種類多，粒度粗細(xì)、親水性差別較大，為優(yōu)化入爐料原料結(jié)構(gòu)，提高熟料比，確保高爐高產(chǎn)、順產(chǎn)。公司決定將現(xiàn)有的豎爐進(jìn)行擴(kuò)容改造，以提高球團(tuán)礦的產(chǎn)量。由于受豎爐爐型結(jié)構(gòu)及工藝裝備的限制，按照常規(guī)的改造方法，不僅投資大，且工期長，影響公司生產(chǎn)。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前比較主流的方法是在原設(shè)備不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造 ［4－5］，萊鋼 1號豎爐大修采用的就是該方法，其通過增大爐腔橫向面積和擴(kuò)大烘干床面積使其球團(tuán)產(chǎn)量達(dá)到預(yù)期要求［6］。
因此經(jīng)反復(fù)研究，金鼎煉鐵廠在 2016 年10月份，在不改變原豎爐外殼和配套設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過增大烘干床面積、擴(kuò)大焙燒面積、增加噴火口、擴(kuò)大水梁通風(fēng)面積、改造冷風(fēng)口、改造除塵風(fēng)機(jī)葉輪等措施對其進(jìn)行了擴(kuò)容改造。改造后，經(jīng)過 10 個月的生產(chǎn)實踐，解決了豎爐存在的耐火襯磨損較大、竄風(fēng)透火嚴(yán)重、鋼結(jié)構(gòu)有燒紅現(xiàn)象、爐內(nèi)氣流分布不均勻、爐內(nèi)壓力高等問題，達(dá)到了豎爐擴(kuò)容改造、提高產(chǎn)量的要求。
2 生產(chǎn)概況
金鼎煉鐵廠配套的 10 m2 豎爐于 2011 年 6月份投產(chǎn)，年產(chǎn) 50 萬 t 球團(tuán)礦，其主要的配套設(shè)備見表 1。
豎爐經(jīng)過 6 年生產(chǎn)，產(chǎn)量達(dá) 60 萬 t/a，但由于生產(chǎn)時間較長，豎爐耐火襯磨損較大，竄風(fēng)透火嚴(yán)重，鋼結(jié)構(gòu)有燒紅現(xiàn)象，爐內(nèi)氣流分布不均勻，爐內(nèi)壓力高等原因，嚴(yán)重影響了球團(tuán)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。金鼎煉鐵廠在 2016 年 10月份大修時對豎爐進(jìn)行擴(kuò)容升級改造。
3 改造措施
經(jīng)現(xiàn)場分析，結(jié)合生產(chǎn)，針對存在的問題，主要對豎爐及除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，其中豎爐改造的部位主要有混氣室、噴火口、大水梁、冷風(fēng)口、烘干床等。豎爐改造前后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
3.1 豎爐改造
3.1.1 混氣室砌筑改造
目前混氣室存在的主要問題有: 爐內(nèi)壓力高，氣流不暢; 助燃風(fēng)機(jī)阻力大; 混氣室頂部漏風(fēng)，水箱內(nèi)循環(huán)水溫度高。
針對存在的問題，混氣室作出的改造有: 混氣室風(fēng)道由 Z 型改為 S 型; 風(fēng)道內(nèi)加兩道支撐墻，墻厚減少116 mm; 噴火口由18 對增為 20 對; 混氣室頂部去除水箱，用澆注料澆筑。
混氣室改造后焙燒風(fēng)經(jīng)過混氣室，走向由原來的 Z 型改變?yōu)?S 型，起到導(dǎo)流減阻效果; 保證自噴火口噴出的焙燒風(fēng)對爐內(nèi)球團(tuán)有足夠的穿透風(fēng)壓，并可彌補(bǔ)因爐身上部擴(kuò)容，球團(tuán)容積增大需增大的風(fēng)壓動力相應(yīng)增大; 風(fēng)壓阻力減小，同時減少助燃風(fēng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的缺陷; 改造后混氣室面積增加4%。
此外，在混氣室內(nèi)設(shè)置兩道支撐以解決由于混氣室大墻為一道獨(dú)立墻，下料時球團(tuán)擠壓該墻，使墻體出現(xiàn)不同程度的向內(nèi)傾斜，造成混氣室憋壓，燃燒室壓力升高的問題。
在混氣室內(nèi)設(shè)置兩道支撐可使燃燒室內(nèi)氣流能夠順利排出。保持混氣室寬度不變，混氣室砌墻厚減少 116 mm，火道口隨著 向 兩 側(cè) 縮 小116 mm，焙 燒 帶 寬 度 由 2 680 mm 增 加 到2 912 mm。改造后焙燒帶橫截面達(dá)到11.7 m2 。
混氣室頂部，在使用過程中因種種原因極易透火。使用澆注料澆筑可起到頂部封閉的效果。沿爐皮焊一圈不銹鋼帶鋼，使其插入澆注料中，減少澆注料收縮與爐殼間隙，可起到抑制氣流穿皮上行的效果。
3. 1. 2 噴火口砌筑改造
此部位為火口異型 3 磚，其損壞原因是循環(huán)料的球團(tuán)沖擊產(chǎn)生磨損，使用壽命很短，采用工作和永久兩層設(shè)計，工作層需選用優(yōu)質(zhì)磚，但不能隨時對工作層的損壞部位進(jìn)行更換。由于頻繁停爐，噴火口磚及其支撐磚在急冷急熱數(shù)次之后就會出現(xiàn)斷裂掉頭，使球團(tuán)灌入噴火口而影響爐況及產(chǎn)量。
改造后噴火口磚采用分體結(jié)構(gòu)，將噴火口磚分割出的小斜坡部分及其支撐磚作成莫來石，其熱震穩(wěn)定性是耐火磚的數(shù)十倍，從而阻止了斷裂掉頭現(xiàn)象的產(chǎn)生。對工作層的長時間生產(chǎn)損壞部位，采用分體結(jié)構(gòu)后，可以在檢修停爐時在線更換，延長爐墻壽命。改造后噴火口數(shù)量由原來的 18 對改成 20 對，噴火口面積增加 10%。
3. 1. 3 大水梁砌筑改造
生產(chǎn)過程中，大水梁、導(dǎo)風(fēng)墻及爐墻兩側(cè)粘料，檢修、處理爐事故時，排除粘料十分困難且危險性較大。
為了解決以上問題，大水梁砌筑改造時，將通風(fēng)孔中心距由 642 mm 增大至 685 mm，兩端通風(fēng)孔中心距由 534. 5 mm 增大至 542 mm。改造后，導(dǎo)風(fēng)墻通風(fēng)孔面積增加 11%，可減小風(fēng)壓，增加冷卻風(fēng)流量，爐內(nèi)的懸浮顆粒擾流現(xiàn)象也將大幅減少; 冷卻風(fēng)加大，烘干床下和爐身上部壓力也不會過大，爐況好，有利于焙燒風(fēng)運(yùn)行。此外，在大水梁兩側(cè)各增設(shè)一個人孔，有利于處理檢修、結(jié)塊等爐內(nèi)事故，也有助于修補(bǔ)水梁時使用，可在生產(chǎn)過程中發(fā)揮極好的效果。
3. 1. 4 冷風(fēng)口砌筑改造
生產(chǎn)過程中，冷風(fēng)口出現(xiàn)管道內(nèi)堆積球團(tuán)，影響冷風(fēng)流量。且冷風(fēng)口下冷卻帶墻體磨損嚴(yán)重。
為了解決存在的問題，冷風(fēng)口砌筑改造:
①把冷風(fēng)口上部襯磚墻體設(shè)計成凸出帽沿型狀，其凸出的帽沿部位可使球團(tuán)與冷風(fēng)口隔開距離，冷風(fēng)口部位空間增大，使球團(tuán)呈隙疏狀，有利于冷卻風(fēng)穿透，并且在凸出冷風(fēng)口外氣流受阻后，可偏移方向穿行帽沿下自然形成一冷風(fēng)遷回通道，不會形成窩風(fēng)或反射氣流。冷風(fēng)管道向下傾斜 5° ～ 10°，減少球團(tuán)向冷風(fēng)管道內(nèi)倒灌，爐身下部形成良好的冷卻效果和充足的置換風(fēng)上行壓力; ②工作層耐材的材質(zhì)使用碳化硅材料，可延長使用壽命，并實現(xiàn)爐襯局部損壞部位進(jìn)行小面積修復(fù)。解決了因其局部損壞就將爐窯整體拆除、修復(fù)的問題; ③下部冷卻帶墻砌筑，齒輥冷卻壁框架不變，向上逐層減少中間輕休磚至混氣室底部，爐內(nèi)上部寬度由2 994 mm 增大到 3 226 mm，砌筑尺寸改變后不影響爐體砌筑強(qiáng)度和生產(chǎn)，增大了爐內(nèi)面積。
3. 1. 5 烘干床改造
目前，豎爐烘干床主要存在的問題是烘干床面積和烘干效率達(dá)不到提產(chǎn)后匹配的要求。為了提產(chǎn)增效，增大烘干床面積，提高烘干效率，主要采取對其水梁與爐篦條進(jìn)行改造。
(1) 水梁安裝改造。圖 2 為水梁安裝改造前后示意圖?？梢?，改造后，爐口寬度向兩側(cè)各擴(kuò) 125 mm; 最下方小 水梁的安裝寬度由2 450 mm增加到2 700 mm，增加 250 mm; 烘床由高度917 mm 增加到1 017 mm，提高100 mm;保持坡度為 37°。
(2) 爐篦條安裝改造。圖 3 為爐篦條安裝改造前后示意圖。可見，小水梁安裝尺寸加寬，篦條隨著加長，保持原篦條寬度不變，篦條長 度 由 501 mm 增 加 到 560 mm，增 加 了59 mm; 通風(fēng)孔斜寬由 20 mm 增加到 22 mm，增大了烘床的有效通風(fēng)面積。經(jīng)計算，烘干床有效 通 風(fēng) 面 積 由 原 來 的 4. 72 m2 增 加 到192 m2 ，有效烘干面積增加 0. 472 m2 。
3. 2 除塵風(fēng)機(jī)改造
由于擴(kuò)大烘干床面積，除塵風(fēng)機(jī)后加裝脫硫與濕電除塵，風(fēng)壓明顯不足，對除塵風(fēng)葉進(jìn)行改造。風(fēng)量不變前提下提高風(fēng)壓，原風(fēng)機(jī)不變［7］。
4 改造后出現(xiàn)的問題、處理方案及效果
4. 1 豎爐
4. 1. 1 出現(xiàn)的問題
豎爐自 2016 年 10 月擴(kuò)容改造去除混氣室頂部水箱，后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)一個月左右，混氣室頂部溫度偏高達(dá)到 150 ℃ 以上，南北兩側(cè)預(yù)熱帶的爐殼出現(xiàn)燒紅現(xiàn)象，兩個月后溫度逐漸升高，由原來的 200 ℃ 升到 450 ℃，爐殼變形燒穿破壞了現(xiàn)場的工程環(huán)境，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，嚴(yán)重影響了豎爐生產(chǎn)及各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
4. 1. 2 處理方案及效果
利用環(huán)保限產(chǎn)的機(jī)會，對混氣室頂部和預(yù)熱帶外爐殼鋼板燒穿問題進(jìn)行了處理。為了縮短檢修周期，降低制造成本，使用特種耐火材料對混氣室頂部和預(yù)熱帶進(jìn)行了修補(bǔ)。快干防爆澆注料具有耐火強(qiáng)度高、使用壽命長、凝固時間短的特點(diǎn)，從而可縮短處理周期，能有效避免和延緩混氣室和預(yù)熱帶跑風(fēng)現(xiàn)象，又能達(dá)到長期免維修的目的，使用這種耐火材料將混氣室頂 部 和 預(yù) 熱 帶 整 體 進(jìn) 行 澆 注，厚 度 為200 mm，并一次澆注成型。具體操作如下:
( 1) 將混氣室頂周邊的鋼板和預(yù)熱帶周邊的外爐殼鋼板整體割掉，并清理干凈混氣室頂部和預(yù)熱帶磚面的纖維氈和爐塵等雜物，使?jié)沧⒛突鸩牧吓c原砌體耐火磚充分結(jié)合，以確保澆注的嚴(yán)密性;
( 2) 在混氣室頂和預(yù)熱帶四周加高焊接200 mm 高的鋼板，作為澆注模板;
( 3) 將玻璃水提前均勻的澆注在耐火磚上進(jìn)行充分的濕潤，再將攪拌均勻的澆注料在混氣室頂和預(yù)熱帶四周已焊接的模板上進(jìn)行整體澆注，并用振動棒快速振動成型 0. 5 h 后完全凝固，凝固后不用烘烤即可點(diǎn)火升溫，大大縮短了檢修時間，使兩個部位的嚴(yán)密性得到了充分保證。
采用該方案進(jìn)行處理后，混氣室頂和預(yù)熱帶鋼板從未出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象，也未出現(xiàn)燒紅變形及跑風(fēng)現(xiàn)象，極大地提高了豎爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性。此外，因混氣室室頂和預(yù)熱帶的嚴(yán)密性增強(qiáng)，杜絕了跑風(fēng)現(xiàn)象，從而有效地提高了焙燒溫度，降低了能源消耗。
4. 2 冷風(fēng)管道
4. 2. 1 出現(xiàn)的問題
豎爐自 2016 年 10 月擴(kuò)容改造時，為提高烘干床透氣性，縮短冷卻帶高度，降低冷卻風(fēng)上行阻力，提高冷卻風(fēng)量和穿過導(dǎo)風(fēng)墻風(fēng)比例，冷卻風(fēng)管中心距提高 500 mm，改造后運(yùn)行 4 月出現(xiàn)水梁磨穿漏水，下部排料管溫度較高。2017 年 6 月更換水梁。
2017 年12 月水梁又出現(xiàn)漏水。實踐證明提高冷卻風(fēng)管道，造成穿過導(dǎo)風(fēng)墻風(fēng)比例加大，造成大水梁磨損加快，對生產(chǎn)影響較大。提高冷卻風(fēng)管道，縮短冷卻帶高度造成冷風(fēng)蓄熱性減少，烘干效率降低，反對生產(chǎn)不利。造成大水梁運(yùn)行周期短，下部排料管溫度較高，后續(xù)設(shè)備運(yùn)行困難。
4. 2. 2 處理方案及效果
2017 年12 月利用更換水梁機(jī)會將冷卻風(fēng)管中心距降低 500 mm，冷風(fēng)口重新恢服原位。改造后，運(yùn)行 4 個月產(chǎn)量明顯提高，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境明現(xiàn)改善。
5 改造后的整體實施效果
10 m2 豎爐擴(kuò)容后，爐體面積增加 1. 17 m2 ，比原來增大 11. 7%; 噴火口數(shù)量由原來的 18 對改成20 對，噴火口面積增加10%; 混氣室面積增加 4%; 導(dǎo)風(fēng)墻通風(fēng)孔面積增加 11%。改造前后豎爐產(chǎn)量對比結(jié)果見表 3。
由表 3 可見，改造前 2016 年 1 ～ 9 月份平均月產(chǎn)量 45 813. 24 t，平均日產(chǎn)量 1 643. 19 t;改造后 2016 年 10 月 ～2017 年 8 月份平均月產(chǎn)量 50 385. 70 t，平均日產(chǎn)量 1 950 t; 二次改造后，2018 年 1 ～6 月份平均月產(chǎn)量 55 130. 44 t，平均日產(chǎn)量 2 048. 19 t。從以上數(shù)字可以看出，混氣室、噴火口、導(dǎo)風(fēng)墻通風(fēng)孔、烘干床等關(guān)鍵部位擴(kuò)容后，對其幾個部位的優(yōu)化和爐內(nèi)五帶分布的適當(dāng)調(diào)整，可在原材料、原操作、原設(shè)備不變的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)量 20% 左右，達(dá)到了豎爐擴(kuò)容增產(chǎn)的目的。
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