余翔宇

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鐵廠,山東濟(jì)南 250101)

高爐大計(jì)劃、長周期檢修技術(shù)的研究與運(yùn)用

余翔宇

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鐵廠,山東濟(jì)南 250101)

針對(duì)濟(jì)鋼1750 m3和3200 m3高爐因關(guān)鍵設(shè)備壽命短、設(shè)備質(zhì)量缺陷等原因?qū)е赂郀t休風(fēng)周期短、休風(fēng)率高,從而造成高爐爐況波動(dòng),出鐵量減少。通過對(duì)制約高爐檢修周期的爐頂、沖渣系統(tǒng)等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列的技術(shù)攻關(guān)和改造,最終成功實(shí)現(xiàn)高爐4～6個(gè)月“大計(jì)劃、長周期”的檢修目標(biāo),為高爐高產(chǎn)、高效的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

高爐;檢修技術(shù);耐磨陶瓷;均壓放散閥;沖渣設(shè)備;強(qiáng)化冷卻;柔性傳動(dòng)

1 引言

高爐煉鐵是一項(xiàng)復(fù)雜的工藝過程,連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)是高爐順產(chǎn)、高產(chǎn)的基礎(chǔ),頻繁休風(fēng)容易造成高爐爐況波動(dòng),給高爐產(chǎn)量和降低成本帶來很大的影響。2014年以前濟(jì)鋼1750 m3高爐和3200 m3高爐因關(guān)鍵設(shè)備壽命短、設(shè)備質(zhì)量缺陷等原因?qū)е赂郀t休風(fēng)周期短、休風(fēng)率高,從而造成高爐爐況波動(dòng)、產(chǎn)量減少,同時(shí)也造成了設(shè)備修理費(fèi)用居高不下。因此如何實(shí)現(xiàn)高爐“大計(jì)劃、長周期”的檢修目標(biāo),把高爐設(shè)備故障對(duì)爐況的波動(dòng)降到最低,成為高爐設(shè)備管理技術(shù)人員最棘手的課題。

2 制約高爐檢修周期的因素

2.1 高爐爐頂設(shè)備

高爐爐頂設(shè)備是制約高爐系統(tǒng)檢修周期最重要的因素,高爐原來2～3個(gè)月的檢修模式也是根據(jù)爐頂設(shè)備的性能而制定的,爐頂設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)主要有:

(1)爐頂氣密箱內(nèi)部兩傾動(dòng)軸各有一個(gè)潤滑泵進(jìn)行自動(dòng)潤滑,布料溜槽每打一批料后,程序上會(huì)自動(dòng)向到達(dá)傾動(dòng)打油角度部位進(jìn)行一次自動(dòng)加油,但潤滑油泵的油量設(shè)計(jì)上只能夠堅(jiān)持約100天的潤滑,高爐檢修周期因此也局限于3個(gè)月左右。

(2)濟(jì)鋼1750 m3高爐和3200 m3高爐爐頂絕大多數(shù)設(shè)備均由中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司制作,上、下料罐襯板材質(zhì)為該廠XYM-B和6#合金,使用效果不盡如人意,尤其是爐料沖擊部位磨損十分嚴(yán)重,制約了檢修周期的延長。

(3)均壓放散閥是爐頂?shù)年P(guān)鍵設(shè)備,通過閥門的啟閉給爐頂上、下料罐沖壓、放散,從而達(dá)到高爐正常上料的作用。濟(jì)鋼高爐原使用的均壓放散閥的密封方式主要通過閥板與閥座硬接觸進(jìn)行密封,由于閥板由四個(gè)定位塊進(jìn)行支撐,而氣流沖擊和關(guān)閥時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)容易造成定位塊松動(dòng),經(jīng)常導(dǎo)致均壓放散閥關(guān)不嚴(yán),進(jìn)而造成高爐休風(fēng),影響高爐正常生產(chǎn)。

2.2 高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)備

高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)備也是制約高爐系統(tǒng)檢修周期的主要因素之一。由于焦化廢水的腐蝕和沖刷,沖渣設(shè)備普遍壽命較短,檢修周期短,檢修任務(wù)大,在一定程度上檢修任務(wù)甚至超越了高爐。沖渣設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)主要有:

(1)每座高爐的沖渣系統(tǒng)有4個(gè)循環(huán)泵,正常生產(chǎn)時(shí),開二備二,由于閥門頻繁開關(guān)和水渣磨損、腐蝕,造成管道及閥門容易發(fā)生泄露,平均壽命只有2個(gè)月左右,高爐經(jīng)常需要休風(fēng)配合檢修,大大制約了高爐檢修周期的延長。

(2)濟(jì)鋼高爐沖渣主要通過粒化輪進(jìn)行熔渣?；?受水渣磨損影響,粒化輪磨損嚴(yán)重,基本上3個(gè)月左右就需檢修更換,且對(duì)熔渣沒有較好的效果。

(3)高爐沖渣設(shè)備因?yàn)樗哪p,壽命都在2 ～3個(gè)月,造成沖渣設(shè)備頻繁檢修,而且有時(shí)為了設(shè)備檢修,被迫放火渣和高爐休風(fēng),嚴(yán)重影響高爐檢修周期。

2.3 其他高爐系統(tǒng)設(shè)備

(1)濟(jì)鋼1750 m3高爐爐體軟水總流量在4000 m3/h左右,已達(dá)到泵房的最大能力,但按現(xiàn)在的冶煉強(qiáng)度,爐體水流量應(yīng)達(dá)到4500 m3/h以上,也就是說目前的軟水量已不能滿足如此高冶煉強(qiáng)度條件下爐體長壽的要求。高爐現(xiàn)在面臨爐缸溫度偏高,碳磚侵蝕異常的情況,比較嚴(yán)重的部位已威脅到了高爐的安全生產(chǎn),急需解決。

(2)濟(jì)鋼3200 m3高爐主皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)自開爐以來一直振動(dòng)較大,造成電機(jī)、液力偶合器和減速機(jī)損壞頻繁,嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行和高爐上料。多年來通過找正、更換電機(jī)、減速機(jī)、液力耦合器等檢修手段和對(duì)減速機(jī)、電機(jī)的底座進(jìn)行加固灌漿,但效果均不明顯,急需解決。

3 解決方案

3.1 高爐爐頂設(shè)備檢修技術(shù)攻關(guān)

3.1.1 氣密箱設(shè)備技術(shù)攻關(guān)

高爐爐頂氣密箱位于高爐爐喉處,下部直接和爐內(nèi)連接,因高爐爐內(nèi)高溫高壓和粉塵污染嚴(yán)重,氣密箱內(nèi)設(shè)備部件需24小時(shí)不間斷給油潤滑。原設(shè)計(jì)氣密箱內(nèi)部兩傾動(dòng)軸各有一個(gè)潤滑泵進(jìn)行自動(dòng)潤滑,布料溜槽每打一批料后,程序上會(huì)自動(dòng)向到達(dá)傾動(dòng)打油角度部位進(jìn)行一次自動(dòng)加油,但每次加滿潤滑油后只能夠堅(jiān)持約100天的潤滑,高爐檢修周期因此也局限于3個(gè)月左右。通過對(duì)氣密箱潤滑原理和設(shè)備構(gòu)造分析,在氣密箱內(nèi)部增加一個(gè)潤滑泵和相應(yīng)的油管等設(shè)施,把原來的雙泵潤滑改為三泵潤滑,然后根據(jù)計(jì)算相應(yīng)減少每次給油的時(shí)間,確保每次加油的油量不變,從而實(shí)現(xiàn)了150天以上的潤滑周期,突破了高爐三個(gè)月檢修一次的瓶頸。

3.1.2 上、下料罐襯板長壽化技術(shù)攻關(guān)

(1)濟(jì)鋼爐頂上、下料罐襯板均由中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司制造,其材質(zhì)是XYM-B和6#合金,使用壽命在6個(gè)月至9個(gè)月之間,耐磨效果不好的原因主要有:

①隨著高爐冶煉強(qiáng)度、入爐料量的增加,襯板單位面積所承受的沖刷也隨之增強(qiáng),由于襯板材質(zhì)近幾年沒有得到改進(jìn)加強(qiáng),造成襯板設(shè)計(jì)壽命不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)的需要。

②爐頂上、下料罐的落料點(diǎn)由于受到料流的巨大沖擊,任何耐磨材質(zhì)的襯板在此位置使用,其壽命肯定短于其他部位,見圖1所示的第一環(huán)下部、第二環(huán)、第三環(huán)及第四環(huán)的上部,這幾處磨損程度較之其他部位嚴(yán)重得多,幾乎每次休風(fēng)時(shí)都需要更換,影響高爐的檢修周期。

圖1 爐頂料罐結(jié)構(gòu)示意圖

具體參數(shù)如下:

序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量1 第一環(huán) Z1117-201-3-4 18 2 第二環(huán) Z1117-201-3-3 18 3 第三環(huán) Z1117-201-3-3 18 4 第四環(huán) Z1117-201-3-2 15+3(異形) 5 第五環(huán) Z1117-201-3-1 12

(2)上、下料罐襯板長壽化攻關(guān)具體技術(shù)方案及實(shí)施

①上、下料罐襯板尺寸和材質(zhì)改進(jìn)

濟(jì)鋼高爐料罐襯板共分為五環(huán),其中第一、四、五環(huán)的尺寸偏大,尤其是第一環(huán)襯板原來的高度達(dá)到1050 mm,進(jìn)行更換作業(yè)時(shí),由于重量較重,造成作業(yè)效率低下,高爐檢修時(shí)間偏長。為壓縮檢修時(shí)間,提高襯板壽命,通過和廠家合作,將易磨損部位的襯板高度減小,同時(shí),提高易磨損部位襯板的耐磨性,其他部位襯板材質(zhì)不變,做到有的放矢,達(dá)到最佳的性價(jià)比。

②易磨損襯板表面增加“料磨料”保護(hù)層的技術(shù)研發(fā)

通過提高易磨損襯板的耐磨性,雖然襯板壽命得到了一定提高,但還達(dá)不到延長檢修周期的要求。在不能犧牲成本無限提高襯板本身耐磨性的情況下,經(jīng)過多次嘗試和研究,在襯板表面采用焊接魚鱗式結(jié)構(gòu)的“料磨料”Q345鋼板,利用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式,在兩層鋼板之間存上爐料,代替襯板接受爐料的直接沖擊,耐磨效果非常好。

焊接“料磨料”鋼板需要掌握好長度、寬度及角度。為防止鋼板焊接不牢固而造成脫落,進(jìn)而卡在下方?700的上、下料閘處,導(dǎo)致高爐休風(fēng)的設(shè)備事故,每段鋼板的長度控制在400 mm以內(nèi),寬度限制在100 mm以內(nèi),角度在45°～65°之間,此時(shí)效果最佳。兩段鋼板之間預(yù)留的間隙不能小于90 mm,主要是為了在兩段鋼板之間焊接耐磨陶瓷片,進(jìn)一步增強(qiáng)襯板的耐磨性能(見圖2)。

圖2 襯板結(jié)構(gòu)示意圖

③襯板表面耐磨陶瓷片的應(yīng)用

耐磨陶瓷是以Al2O3為主要原料,以稀有金屬氧化物為熔劑,經(jīng)1700℃高溫?zé)Y(jié)而成的特種剛玉陶瓷,具有以下特點(diǎn):

a.硬度大,其洛氏硬度為85～90 HRC。

b.耐磨性能好,在相同的工況條件下,耐磨陶瓷的耐磨性是錳鋼280倍,是高鉻鑄鐵的180.5倍,一般情況下可達(dá)10年以上的超長使用壽命。

c.使用性廣,有適應(yīng)低溫環(huán)境直接輸料的膠粘型襯板;有適應(yīng)大塊物料打擊的抗沖擊型襯板;有適應(yīng)高溫環(huán)境的風(fēng)力輸送粉末的直粘型襯板。

高爐上、下料罐襯板的磨損大都以爐料的沖擊、摩擦為主,可以說耐磨陶瓷可以很好地解決耐磨的難題,但是以下條件制約其使用:

a.襯板本體上粘有爐料,不易清洗,無法直接使用強(qiáng)力膠將耐磨陶瓷粘貼在襯板表面,更無法使用一體硫化技術(shù)。

b.無法在襯板及料罐本體上開孔固定陶瓷襯板。襯板本身具有高碳耐磨易碎的特點(diǎn),如果在襯板本體上開孔,容易造成襯板開裂、脫落。而料罐特別是下料罐,屬于壓力罐體,罐體上已經(jīng)開了很多孔固定襯板,如果再開孔固定陶瓷襯板,容易出現(xiàn)爆炸或煤氣泄漏等安全隱患。

c.耐磨陶瓷易碎,即便是粘貼在料罐內(nèi)部,也無法長時(shí)間承受料流的直接沖擊,容易出現(xiàn)開裂、脫落的現(xiàn)象。

經(jīng)過研究和試驗(yàn),將耐磨陶瓷制成70 mm×70 mm的規(guī)格,用螺栓固定于4 mm鋼板制成的方盒內(nèi),為防止陶瓷脫落,固定前用強(qiáng)力膠將陶瓷與方盒粘貼在一起,形成一體。使用時(shí)將其整體焊接在襯板表面,這樣既利用了陶瓷的耐磨性能,也解決了難于施工的問題,同時(shí)由于陶瓷焊接在“料磨料”襯板內(nèi),不直接接觸受料點(diǎn),易碎、脫落的問題也隨之解決。圖3為其內(nèi)部構(gòu)造。

圖3 耐磨陶瓷片

耐磨陶瓷片的技術(shù)性能如下:

a.耐磨陶瓷貼片尺寸70 mm×70 mm× 16 mm;

b.Al2O3含量≥95%,體積密度3.65g/cm3;

c.氣孔率≤0.1%;

d.硬度≥88 HRA;

e.陶瓷貼片耐溫300℃;

f.抗壓強(qiáng)度≥560 MPa;

g.彎曲強(qiáng)度≥300 MPa。

3.1.3 高爐爐頂均壓放散閥技術(shù)攻關(guān)

針對(duì)原閥門的設(shè)計(jì)缺陷,做出以下技術(shù)改進(jìn)。

(1)把原閥板與閥座硬接觸密封改為軟密封,即在閥板上增設(shè)一道硅膠密封圈,利用硅膠密封圈與閥座接觸密封,大大提高密封性能。

(2)把閥板關(guān)閉的方向由順著爐內(nèi)氣流方向改為逆著氣流方向,氣流走向由原來自下而上式改為自下而水平出去式,使得該閥開啟時(shí),閥板不受爐內(nèi)氣流沖擊磨損。

(3)把閥板由四個(gè)定位塊支撐固定改為閥板主軸一體式,避免閥板因沖擊和振動(dòng)造成偏移,進(jìn)而影響密封效果。

通過以上技術(shù)攻關(guān),使均壓放散閥的使用壽命大大延長,滿足了高爐大計(jì)劃長周期的檢修目標(biāo)。

3.2 高爐沖渣設(shè)備檢修技術(shù)攻關(guān)

3.2.1 單泵沖渣技術(shù)優(yōu)化改造

濟(jì)鋼每座高爐的沖渣系統(tǒng)有4個(gè)循環(huán)泵,正常生產(chǎn)時(shí),開二備二,由于閥門頻繁開關(guān),管道及閥門容易磨損。通過對(duì)渣溝及噴嘴改造,使沖制點(diǎn)更加合理,爐渣流動(dòng)順暢,減少管道磨損,降低了維護(hù)量,從而實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)循環(huán)泵沖渣,在提高設(shè)備穩(wěn)定性的同時(shí)大大降低了因沖渣泵故障導(dǎo)致高爐休風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 取消粒化輪技術(shù)改造

原高爐沖渣熔渣?；Ｊ綖橥ㄟ^粒化輪進(jìn)行?；?實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)?；喣p頻繁,零部件更換不方便,且對(duì)熔渣沒有很好的效果。通過改造沖渣水的沖制點(diǎn),去掉了?；喲b置,并通過增加槽式?；匮b置等措施優(yōu)化沖渣系統(tǒng)設(shè)備,保證了沖渣粒化效果,降低了因?；喒收蠈?dǎo)致高爐休風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 沖渣系統(tǒng)設(shè)備耐磨技術(shù)攻關(guān)

高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)備因?yàn)樗哪p和腐蝕,粒化通道、閥門、脫水器托輪等設(shè)備壽命僅有2～3個(gè)月。經(jīng)過不斷的攻關(guān)和實(shí)踐,在粒化通道采用耐磨合金或者專用陶瓷金屬復(fù)合材料,沖渣閥門選用滲碳化鎢材質(zhì)閥門,托輪外殼采用耐磨材料,大大提高了設(shè)備使用壽命,篩網(wǎng)壽命實(shí)現(xiàn)8個(gè)月,閥門壽命實(shí)現(xiàn)1年,托輪壽命實(shí)現(xiàn)4個(gè)月。通過這些措施,提高了沖渣設(shè)備的耐磨性能,同時(shí)降低了維修費(fèi)和備件費(fèi)用,實(shí)現(xiàn)了沖渣設(shè)備與高爐設(shè)備同步檢修。

3.3 1750 m3高爐強(qiáng)化冷卻技術(shù)改造

1750 m3高爐軟水由動(dòng)力泵房送至高爐本體后,分成兩路供水,其中約3400 m3/h的軟水通過冷卻壁直冷管用來冷卻爐體,另外600 m3/h的軟水冷卻爐底。為了強(qiáng)化爐體冷卻壁冷卻,通過現(xiàn)場考察和水溫測量,將冷卻爐底的回水經(jīng)過加壓泵二次加壓后用于爐體局部強(qiáng)化冷卻,同時(shí)在爐底系統(tǒng)的回水上增加加壓泵提壓后,也相應(yīng)提高了其系統(tǒng)的流速和循環(huán)冷卻效果(改造增加爐體冷卻水量示意圖見圖4)。

圖4 改造增加爐體冷卻水量示意圖

3.4 3200 m3高爐主皮帶永磁渦流柔性傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)改造

高爐槽下主傳動(dòng)系統(tǒng)是高爐運(yùn)料設(shè)備的心臟 ,其運(yùn)行是否正常將直接影響高爐爐料的正常,3200 m3高爐主皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)自開爐以來一直振動(dòng)較大, 5年多來通過更換電機(jī)、減速機(jī)、液力耦合器等備件和對(duì)減速機(jī)、電機(jī)的底座進(jìn)行灌漿加固均效果不明顯。通過永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù),將主皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)的液力耦合器去除,由永磁渦流傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行替代,這樣既可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞(通過轉(zhuǎn)動(dòng)形成磁場,再通過磁場將動(dòng)力傳遞出去),又可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)、減速機(jī)之間的無振動(dòng)傳輸,將機(jī)組振動(dòng)消除在根源,保證了高爐主皮帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 應(yīng)用效果

通過對(duì)高爐爐頂設(shè)備、沖渣設(shè)備、爐體設(shè)備及3200 m3高爐主皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的技術(shù)攻關(guān)改造,解決了制約高爐檢修周期和正常運(yùn)行的設(shè)備薄弱環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)了高爐計(jì)劃周期由原來的2～3個(gè)月延長至目前的4～5個(gè)月,單座高爐甚至突破了6個(gè)月的檢修周期,1750 m3的綜合休風(fēng)率降至0.60%～0.93%,3200 m3的綜合休風(fēng)率降至1.18%～1.51%,實(shí)現(xiàn)了高爐大計(jì)劃、長周期的檢修目標(biāo)。

Research and Application of Large Scale and Long Period Maintenance Technology for Blast Furnace

YU Xiangyu
(Ji'nan Branch Ironworks,Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Ji'nan 250101,Shandong,China)

The 1750 m3blast furnace and 3200 m3blast furnace of Ji’nan Iron and Steel Company have short damping-down cycle and high rest rate due to the short life of the key equipment and the defects of the equipment quality, which causes the blast furnace condition fluctuation and the blast furnace iron content decrease.Through a series of technical research and transformation on the weak link of furnace top and slagging system,which restrict the maintenance cycle of blast furnace,the project successfully completes the maintenance target of 4-6 months"big plan and long period"of blast furnace,which is a high-efficient and high-Implementation provides a solid guarantee.

blast furnace,maintenance technology,wear-resistant ceramics,pressure relief valve,blanking equipment,enhanced cooling,flexible transmission

TG576

A

1001-5108(2017)03-0052-04

余翔宇,工程師,主要從事高爐設(shè)備管理方面的工作。