【转载】新日铁高炉大修新技术

sgmiao · 发表于 2008-2-3 23:23:34

新日铁目前生产中的高炉有9座，与上世纪70年代中期相比，高炉数量减少了一半。当时已开始建内容积超过5000m3级超大型高炉。在这期间，为降低整个生产成本，因此越来越强调提高每座高炉的生产灵活性、高炉长寿化、省力化和缩短大修工期等，开发了相应的技术装备，并应用于实际。在这一背景下，采用了一些新技术，如利用高炉大修的机会扩大炉容、提高碳砖质量延长炉缸壁寿命、采用铜制立式冷却壁延长炉身寿命、出铁场作业的机械化操作和采用大构件施工法缩短大修工期等，由此大幅度地提高了高炉的功能和寿命，并最大限度地减小大修时产量的下降。

　　日本的高炉技术以上世纪70年代前期建的4000m3级大型高炉为代表，在经济快速发展时期，随着对钢铁生产需求的扩大而快速发展。其后，由于石油危机、日元升值、泡沫经济的繁荣和崩溃，尤其是一些国家近年来对钢铁需求旺盛等因素，因此在钢铁产业结构瞬息万变中，对高炉设备的要求变为以提高控制性、节能、省力化、对各种原燃料的适应性、高炉长寿化等进一步降低整个生产成本和提高产量的灵活性为主。为应对这些要求，新日铁开发了各种设备技术，在高炉大修时应用了这些新技术。

　　1．扩大炉容

　　目前，新日铁生产中的高炉有9座(包括北海制铁室兰厂的2号高炉在内)，与上世纪70年代中期相比，高炉数量减少了一半。在这种情况下，为应对经济形势变化而产生的对钢铁需求迅速增大的要求，因此在高炉大修时逐渐扩大炉容，大幅度提高了每座高炉的生产灵活性和能力。为降低扩容大修费用，因此在不对设备进行大规模改造的范围内，主要是进行扩大炉径的改造，炉的高度基本不变。从新日铁高炉操作结果来看，在炉内容积一定情况下，高度低、炉径大的高炉在透气性方面具有优势，有利于提高出铁量。

　　新日铁对目前生产中的高炉在最近大修时扩大炉容的做法是，在高炉基础和框架等没有大的变更、进行经济性扩容的情况下，加上炉身减薄带来的效果，炉容的扩大率达到了10％～25％左右，包括君津制铁所4号高炉(第三代炉役)5555m3、大分制铁所2号高炉(第三代炉役)5775m3(世界最大高炉)等超大型高炉在内，新日铁每座高炉的平均内容积都扩大到4490m3以上。

2．长寿命化技术

　　新日铁结合高炉大修，对控制高炉寿命的部位———炉缸部和炉身部采取了长寿命化措施，结果，随着操作技术的提高，延长了高炉的寿命，没有降低高炉的利用系数。

　　从新日铁高炉的实际炉龄和利用系数来看，上世纪70年代左右停炉的高炉寿命在5～7年，其后逐渐延长至10年、12年，最近停炉的高炉寿命在保持高利用系数的情况下，寿命延长至15年左右。最近停炉的高炉的累计出铁量达到了10000～12000t／m3。

　　作为控制高炉寿命的主要因素，曾经一个时期还以炉身损毁的比例居高，但在最近停炉的高炉中，炉缸成为了控制炉寿命的主要因素。最近，新日铁以炉缸部和炉身部为主，对高炉采取了长寿命化措施。

　　2．1炉缸部的长寿命化措施

　　作为炉缸部长寿命化措施，就是强化冷却和提高碳砖的材质。在炉缸侧壁部出铁口下部侵蚀最严重的部位采用了冷却强化型铸铁立式冷却壁和铜制立式冷却壁，同时降低冷却时的温度。

　　另一方面，对于炉缸部的冷却，采用2段冷却和环形冷却方式等，由此可调整冷却能力，防止因过度冷却而造成炉缸中心死料柱的钝化。对于炉缸耐火材料，采用了碳砖＋内嵌陶瓷的方式。

　　使用碳砖的目的主要是提高耐火材料的传热效率和耐铁水的侵蚀性，从而延长炉缸寿命。1965年开发的BC－5耐火材料的寿命仅有5～10年，将耐火砖的气孔径细化后的CBD－2的寿命达到了15年，而且采用改进的CBD－2RG，寿命超过了15年。

　　自1994年君津制铁所2号高炉(第三代炉役)大修以后，在高炉大修时采用了对CBD－2RG进行改进的CBD－3RG。该碳砖的特征是将砖的材质由无烟煤替换成人造石墨，使材质变得均匀，既保持了气孔径的细小和耐铁水的侵蚀性，又提高了砖的传热性。尤其是在最近进行大修的君津制铁所4号高炉(第三代炉役)和大分制铁所2号高炉(第三代炉役)上采用了耐蚀性比CBD－3RG大幅度提高的CBD－GT1(添加TiC的碳砖)。

　　新日铁在高炉停炉冷却后对炉缸侧壁部碳砖的砖芯进行了取样，对耐火材料的使用情况进行了评价。广制铁所4号高炉(第二代炉役)使用了BC－5，在炉内工作面能看到大约300mm的脆化层。后来，在室兰制铁所2号高炉(第一代炉役)使用了减小砖气孔径的CBD－2，在炉内工作面只出现大约100mm粉化，脆化层减少了。目前，采用进一步改善碳砖质量的高炉正处在生产中，由此可以期待通过减小气孔径等来大幅度提高炉缸寿命。

　　根据上述强化冷却和提高碳砖材质的效果推测碳砖损毁量的结果可知，如果炉缸侧壁耐火砖的残余厚度达到400mm仍可进行生产，炉缸寿命有望达到25年左右。

（未完待续）

[ 本帖最后由 sgmiao 于 2008-2-3 23:29 编辑 ]

sgmiao · 发表于 2008-2-4 20:09:47

2．2炉身部长寿命化措施

　　新日铁自1969年从原苏联引进了铸铁立式冷却壁以来，为提高其耐用性进行了各种改善。引进当初频繁发生立式冷却壁管破裂现象，高炉寿命仅有5年左右。通过对立式冷却壁的芯体进行取样和解体调查，推测立式冷却壁的损毁是因炉内热负荷变化造成铸铁母材劣化和脱落所致。因此，将材质由FCH更换为FCD。冷却系统由自然循环更换为冷纯水强制循环方式。尤其是通过缩短管间距、设置转角管和设置背面蛇管等方式来强化冷却。

　　第4代立式冷却壁在冷却壁中浇铸了耐火砖，形成了“冷却壁＋耐火砖”的薄壁一体化结构，无需砌耐火砖，同时可将高炉生产中的炉形状变化抑制在最小，从而稳定操作。最近，又对这一想法进一步提升，为达到炉壁薄和长期稳定保持生产高炉形状的目的，在最近进行高炉大修的君津制铁所4号高炉(第三代炉役)和大分制铁所2号高炉(第三代炉役)上采用了铜制立式冷却壁。

　　在炉身部采用铜制立式冷却壁时，根据热传导率的解析结果，进行了在线耐磨损试验，结果确认在耐磨损方面没问题。根据三维正常传热解析，假设炉内温度1200℃，冷却壁工作前端的最高温度大约200℃，与以往的铸铁立式冷却壁的760℃相比，温度大幅度下降。结果可以推测铜制立式冷却壁的母材强度处于冷却壁可承受的温度水平。

　　在线磨损试验的方法为，保护气氛温度220℃、载荷由Janssen公式求出、根据装入物的下降速度设定试样的旋转次数。根据此次试验，推测炉内的平均磨损量为0．17mm／a，按照25年进行换算，为每年在5mm以下，由此可以认为铜制立式冷却壁在耐磨损方面没问题。

　　根据炉身部寿命的推测结果可知，采用冷却强化型第4代铸铁立式冷却壁时，在点火后，20年损毁才到达立式冷却壁管表面，表明寿命在20年左右。另一方面，采用铜制立式冷却壁时，由于工作面温度进一步下降，可保持冷却壁管的机械强度，使损毁速度变得极小，因此它有望达到25年以上的超长寿命。

　　3．出铁场作业的机械化

　　为实现出铁场作业的省力化和轻松化，实施了机械化、遥控操作化和自动化操作。表1示出出铁场设备的主要性能。为能使用高品位炮泥，新日铁早在15年前就在世界上率先采用了液压开口机，通过提

高泥炮的功率，大幅度地提高了出铁出渣作业的可靠性。另外，通过改进监控图像，还实现了遥控操作，不仅能进行无线电控制，还能从仪表室进行操作。采用的设备既可提高测定和称量精度，又能对倾动式出铁槽进行自动切换，节省了劳动力。

　　表 1 出铁场的主要设备

	机械化	遥控操作	自动化
高功率泥炮	○	○
液压开口机	○	○
风口套更换装置	○	○
炮泥装填机	○
开口机钻杆更换装置	○
使用氧气的开口机	○
铁渣分离槽	○	○
铁水液面仪和衡量器	○	○	○

　　4．缩短大修工期

　　由于高炉是在高温下连续操作，因此必须进行定期大修。另一方面，钢铁联合企业不仅生产成品和半成品，而且应在各作业线固定生产的前提下做到能源或物流的平衡，没有浪费。因此，虽说高炉是按照计划进行大修，也就是10多年大修一次，但作为最上一道工序的维护，即高炉的维护来说，长期休风是一个很大的弊端。因此，新日铁发动全公司人员进行设备技术开发及其应用，以2000年4月点火的名古屋制铁所3号高炉(第四代炉役)的大修为契机，大幅度地缩短了大修工期。

　　根据对以往大修施工方法和新日铁采用的大构件施工方法的比较可知，采用以往的大修施工方法时，需要将长方形状的炉腰环梁从高炉框架运出和运入，因此必须在现场进行大量的炉腰环梁切割和焊接作业。而大构件施工法采用了中心孔升降起重设备、气动滚轮和移动台车等进行工件的运出运入，同时沿水平方向将炉腰环梁切割成4件左右，与立式冷却壁一起按照环状卸下，安装时预先按照环状组合后再装入框架内。大构件施工法因为是采用预先施工的离线作业，因此有助于提高焊接质量和安全性。

　　新日铁首次在名古屋制铁所3号高炉(第四代炉役)采用了大构件施工法。在君津制铁所4号高炉(第三代炉役)采用了扩大大构件尺寸的炉缸耐火砖预先组装施工法，在大分制铁所2号高炉(第三代炉役)开发了增加大构件重量的技术，该技术进一步扩大了预先组装的范围，采用了炉缸整体运出的施工法，结果实现了在扩大炉容条件下缩短大修工期的要求。

根据名古屋制铁所3号高炉(第四代炉役)采用以往施工法的大修工期(计划)和采用大构件施工法缩短工期的情况及君津制铁所4号高炉(第三代炉役)和大分制铁所3号高炉(第四代炉役)缩短大修工期的比较可知，名古屋制铁所3号高炉(第四代炉役)的大修工期比采用以往施工法缩短了35天，这相当于减少了27％的工期。最近采用大修新技术的君津制铁所4号高炉(第三代炉役)的大修工期缩短到了88天，大分制铁所2号高炉(第三代炉役)的大修工期则进一步缩短为79天。

　　5．结束语

　　本文就新日铁在最近高炉大修中主要采用的扩大炉容、高炉长寿命化、出铁场作业的机械化和缩短大修工期等新技术进行了介绍。采用这些新技术有助于提高大型高炉的生产率和高炉操作的稳定性，同时也有助于延长高炉寿命等。尤其是，今后高炉寿命有望达到25年。今后还应进一步提高操作技术的水平，改进高炉设备。

sunyusss · 发表于 2010-3-12 11:18:56

楼主资料好，受教了

spinachzwx · 发表于 2022-11-10 10:14:57

感谢楼主分享

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