【轉(zhuǎn)載】新日鐵高爐大修新技術

sgmiao

新日鐵目前生產(chǎn)中的高爐有9座，與上世紀70年代中期相比，高爐數(shù)量減少了一半。當時已開始建內(nèi)容積超過5000m3級超大型高爐。在這期間，為降低整個生產(chǎn)成本，因此越來越強調(diào)提高每座高爐的生產(chǎn)靈活性、高爐長壽化、省力化和縮短大修工期等，開發(fā)了相應的技術裝備，并應用于實際。在這一背景下，采用了一些新技術，如利用高爐大修的機會擴大爐容、提高碳磚質(zhì)量延長爐缸壁壽命、采用銅制立式冷卻壁延長爐身壽命、出鐵場作業(yè)的機械化操作和采用大構件施工法縮短大修工期等，由此大幅度地提高了高爐的功能和壽命，并最大限度地減小大修時產(chǎn)量的下降。

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　　日本的高爐技術以上世紀70年代前期建的4000m3級大型高爐為代表，在經(jīng)濟快速發(fā)展時期，隨著對鋼鐵生產(chǎn)需求的擴大而快速發(fā)展。其后，由于石油危機、日元升值、泡沫經(jīng)濟的繁榮和崩潰，尤其是一些國家近年來對鋼鐵需求旺盛等因素，因此在鋼鐵產(chǎn)業(yè)結構瞬息萬變中，對高爐設備的要求變?yōu)橐蕴岣呖刂菩浴⒐?jié)能、省力化、對各種原燃料的適應性、高爐長壽化等進一步降低整個生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量的靈活性為主。為應對這些要求，新日鐵開發(fā)了各種設備技術，在高爐大修時應用了這些新技術。

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　　1．擴大爐容

　　目前，新日鐵生產(chǎn)中的高爐有9座(包括北海制鐵室蘭廠的2號高爐在內(nèi))，與上世紀70年代中期相比，高爐數(shù)量減少了一半。在這種情況下，為應對經(jīng)濟形勢變化而產(chǎn)生的對鋼鐵需求迅速增大的要求，因此在高爐大修時逐漸擴大爐容，大幅度提高了每座高爐的生產(chǎn)靈活性和能力。為降低擴容大修費用，因此在不對設備進行大規(guī)模改造的范圍內(nèi)，主要是進行擴大爐徑的改造，爐的高度基本不變。從新日鐵高爐操作結果來看，在爐內(nèi)容積一定情況下，高度低、爐徑大的高爐在透氣性方面具有優(yōu)勢，有利于提高出鐵量。

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　　新日鐵對目前生產(chǎn)中的高爐在最近大修時擴大爐容的做法是，在高爐基礎和框架等沒有大的變更、進行經(jīng)濟性擴容的情況下，加上爐身減薄帶來的效果，爐容的擴大率達到了10％～25％左右，包括君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)5555m3、大分制鐵所2號高爐(第三代爐役)5775m3(世界最大高爐)等超大型高爐在內(nèi)，新日鐵每座高爐的平均內(nèi)容積都擴大到4490m3以上。

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2．長壽命化技術

　　新日鐵結合高爐大修，對控制高爐壽命的部位———爐缸部和爐身部采取了長壽命化措施，結果，隨著操作技術的提高，延長了高爐的壽命，沒有降低高爐的利用系數(shù)。

　　從新日鐵高爐的實際爐齡和利用系數(shù)來看，上世紀70年代左右停爐的高爐壽命在5～7年，其后逐漸延長至10年、12年，最近停爐的高爐壽命在保持高利用系數(shù)的情況下，壽命延長至15年左右。最近停爐的高爐的累計出鐵量達到了10000～12000t／m3。

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　　作為控制高爐壽命的主要因素，曾經(jīng)一個時期還以爐身損毀的比例居高，但在最近停爐的高爐中，爐缸成為了控制爐壽命的主要因素。最近，新日鐵以爐缸部和爐身部為主，對高爐采取了長壽命化措施。

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　　2．1爐缸部的長壽命化措施

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　　作為爐缸部長壽命化措施，就是強化冷卻和提高碳磚的材質(zhì)。在爐缸側壁部出鐵口下部侵蝕最嚴重的部位采用了冷卻強化型鑄鐵立式冷卻壁和銅制立式冷卻壁，同時降低冷卻時的溫度。

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　　另一方面，對于爐缸部的冷卻，采用2段冷卻和環(huán)形冷卻方式等，由此可調(diào)整冷卻能力，防止因過度冷卻而造成爐缸中心死料柱的鈍化。對于爐缸耐火材料，采用了碳磚＋內(nèi)嵌陶瓷的方式。

　　使用碳磚的目的主要是提高耐火材料的傳熱效率和耐鐵水的侵蝕性，從而延長爐缸壽命。1965年開發(fā)的BC－5耐火材料的壽命僅有5～10年，將耐火磚的氣孔徑細化后的CBD－2的壽命達到了15年，而且采用改進的CBD－2RG，壽命超過了15年。

　　自1994年君津制鐵所2號高爐(第三代爐役)大修以后，在高爐大修時采用了對CBD－2RG進行改進的CBD－3RG。該碳磚的特征是將磚的材質(zhì)由無煙煤替換成人造石墨，使材質(zhì)變得均勻，既保持了氣孔徑的細小和耐鐵水的侵蝕性，又提高了磚的傳熱性。尤其是在最近進行大修的君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)和大分制鐵所2號高爐(第三代爐役)上采用了耐蝕性比CBD－3RG大幅度提高的CBD－GT1(添加TiC的碳磚)。

　　新日鐵在高爐停爐冷卻后對爐缸側壁部碳磚的磚芯進行了取樣，對耐火材料的使用情況進行了評價。廣�侵畦F所4號高爐(第二代爐役)使用了BC－5，在爐內(nèi)工作面能看到大約300mm的脆化層。后來，在室蘭制鐵所2號高爐(第一代爐役)使用了減小磚氣孔徑的CBD－2，在爐內(nèi)工作面只出現(xiàn)大約100mm粉化，脆化層減少了。目前，采用進一步改善碳磚質(zhì)量的高爐正處在生產(chǎn)中，由此可以期待通過減小氣孔徑等來大幅度提高爐缸壽命。
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　　根據(jù)上述強化冷卻和提高碳磚材質(zhì)的效果推測碳磚損毀量的結果可知，如果爐缸側壁耐火磚的殘余厚度達到400mm仍可進行生產(chǎn)，爐缸壽命有望達到25年左右。

（未完待續(xù)）
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[ 本帖最后由 sgmiao 于 2008-2-3 23:29 編輯 ]

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2．2爐身部長壽命化措施

　　新日鐵自1969年從原蘇聯(lián)引進了鑄鐵立式冷卻壁以來，為提高其耐用性進行了各種改善。引進當初頻繁發(fā)生立式冷卻壁管破裂現(xiàn)象，高爐壽命僅有5年左右。通過對立式冷卻壁的芯體進行取樣和解體調(diào)查，推測立式冷卻壁的損毀是因爐內(nèi)熱負荷變化造成鑄鐵母材劣化和脫落所致。因此，將材質(zhì)由FCH更換為FCD。冷卻系統(tǒng)由自然循環(huán)更換為冷純水強制循環(huán)方式。尤其是通過縮短管間距、設置轉(zhuǎn)角管和設置背面蛇管等方式來強化冷卻。

　　第4代立式冷卻壁在冷卻壁中澆鑄了耐火磚，形成了“冷卻壁＋耐火磚”的薄壁一體化結構，無需砌耐火磚，同時可將高爐生產(chǎn)中的爐形狀變化抑制在最小，從而穩(wěn)定操作。最近，又對這一想法進一步提升，為達到爐壁薄和長期穩(wěn)定保持生產(chǎn)高爐形狀的目的，在最近進行高爐大修的君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)和大分制鐵所2號高爐(第三代爐役)上采用了銅制立式冷卻壁。

　　在爐身部采用銅制立式冷卻壁時，根據(jù)熱傳導率的解析結果，進行了在線耐磨損試驗，結果確認在耐磨損方面沒問題。根據(jù)三維正常傳熱解析，假設爐內(nèi)溫度1200℃，冷卻壁工作前端的最高溫度大約200℃，與以往的鑄鐵立式冷卻壁的760℃相比，溫度大幅度下降。結果可以推測銅制立式冷卻壁的母材強度處于冷卻壁可承受的溫度水平。

　　在線磨損試驗的方法為，保護氣氛溫度220℃、載荷由Janssen公式求出、根據(jù)裝入物的下降速度設定試樣的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。根據(jù)此次試驗，推測爐內(nèi)的平均磨損量為0．17mm／a，按照25年進行換算，為每年在5mm以下，由此可以認為銅制立式冷卻壁在耐磨損方面沒問題。

　　根據(jù)爐身部壽命的推測結果可知，采用冷卻強化型第4代鑄鐵立式冷卻壁時，在點火后，20年損毀才到達立式冷卻壁管表面，表明壽命在20年左右。另一方面，采用銅制立式冷卻壁時，由于工作面溫度進一步下降，可保持冷卻壁管的機械強度，使損毀速度變得極小，因此它有望達到25年以上的超長壽命。

　　3．出鐵場作業(yè)的機械化

　　為實現(xiàn)出鐵場作業(yè)的省力化和輕松化，實施了機械化、遙控操作化和自動化操作。表1示出出鐵場設備的主要性能。為能使用高品位炮泥，新日鐵早在15年前就在世界上率先采用了液壓開口機，通過提

高泥炮的功率，大幅度地提高了出鐵出渣作業(yè)的可靠性。另外，通過改進監(jiān)控圖像，還實現(xiàn)了遙控操作，不僅能進行無線電控制，還能從儀表室進行操作。采用的設備既可提高測定和稱量精度，又能對傾動式出鐵槽進行自動切換，節(jié)省了勞動力。

　　 表 1 出鐵場的主要設備

	機械化	遙控操作	自動化
高功率泥炮	○	○
液壓開口機	○	○
風口套更換裝置	○	○
炮泥裝填機	○
開口機鉆桿更換裝置	○
使用氧氣的開口機	○
鐵渣分離槽	○	○
鐵水液面儀和衡量器	○	○	○

　　4．縮短大修工期

　　由于高爐是在高溫下連續(xù)操作，因此必須進行定期大修。另一方面，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)不僅生產(chǎn)成品和半成品，而且應在各作業(yè)線固定生產(chǎn)的前提下做到能源或物流的平衡，沒有浪費。因此，雖說高爐是按照計劃進行大修，也就是10多年大修一次，但作為最上一道工序的維護，即高爐的維護來說，長期休風是一個很大的弊端。因此，新日鐵發(fā)動全公司人員進行設備技術開發(fā)及其應用，以2000年4月點火的名古屋制鐵所3號高爐(第四代爐役)的大修為契機，大幅度地縮短了大修工期。

　　根據(jù)對以往大修施工方法和新日鐵采用的大構件施工方法的比較可知，采用以往的大修施工方法時，需要將長方形狀的爐腰環(huán)梁從高爐框架運出和運入，因此必須在現(xiàn)場進行大量的爐腰環(huán)梁切割和焊接作業(yè)。而大構件施工法采用了中心孔升降起重設備、氣動滾輪和移動臺車等進行工件的運出運入，同時沿水平方向?qū)�爐腰環(huán)梁切割成4件左右，與立式冷卻壁一起按照環(huán)狀卸下，安裝時預先按照環(huán)狀組合后再裝入框架內(nèi)。大構件施工法因為是采用預先施工的離線作業(yè)，因此有助于提高焊接質(zhì)量和安全性。

　　新日鐵首次在名古屋制鐵所3號高爐(第四代爐役)采用了大構件施工法。在君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)采用了擴大大構件尺寸的爐缸耐火磚預先組裝施工法，在大分制鐵所2號高爐(第三代爐役)開發(fā)了增加大構件重量的技術，該技術進一步擴大了預先組裝的范圍，采用了爐缸整體運出的施工法，結果實現(xiàn)了在擴大爐容條件下縮短大修工期的要求。

根據(jù)名古屋制鐵所3號高爐(第四代爐役)采用以往施工法的大修工期(計劃)和采用大構件施工法縮短工期的情況及君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)和大分制鐵所3號高爐(第四代爐役)縮短大修工期的比較可知，名古屋制鐵所3號高爐(第四代爐役)的大修工期比采用以往施工法縮短了35天，這相當于減少了27％的工期。最近采用大修新技術的君津制鐵所4號高爐(第三代爐役)的大修工期縮短到了88天，大分制鐵所2號高爐(第三代爐役)的大修工期則進一步縮短為79天。

　　5．結束語

　　本文就新日鐵在最近高爐大修中主要采用的擴大爐容、高爐長壽命化、出鐵場作業(yè)的機械化和縮短大修工期等新技術進行了介紹。采用這些新技術有助于提高大型高爐的生產(chǎn)率和高爐操作的穩(wěn)定性，同時也有助于延長高爐壽命等。尤其是，今后高爐壽命有望達到25年。今后還應進一步提高操作技術的水平，改進高爐設備。

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