寶鋼號高爐冷卻壁水流量測量與熱負荷測量

寶鋼號高爐冷卻壁水流量測量與熱負荷測量

1冷卻壁熱負荷測定3.bf于1994年9月20日建成，是中國最大的高爾庫。在4年多的生產(chǎn)實踐中,生產(chǎn)日趨穩(wěn)定,各項技術經(jīng)濟指標在國內(nèi)居前列。但也暴露了一些問題,如冷卻壁管子燒壞嚴重,到1997年底,燒壞破損已達109根。為了維護好冷卻壁,保證高爐的順行,為了更細致地了解正常條件下各段冷卻壁的熱負荷,對冷卻壁的熱負荷進行測定十分必要。3BF冷卻壁是純水密閉循環(huán)的,常規(guī)的測試方法不適用,而且測試冷卻壁熱負荷難度較大,測試點數(shù)量多,測試環(huán)境惡劣。采用現(xiàn)代超聲技術實現(xiàn)了在正常生產(chǎn)情況下實時測定密閉循環(huán)系統(tǒng)中的水流量;用精度較高的紅外線測溫儀和數(shù)字測溫儀測量冷卻水的溫差,解決了測試上的各種困難,取得了大量可靠的數(shù)據(jù)。寶鋼3BF冷卻壁純水密閉循環(huán)系統(tǒng)熱負荷測定的成功,在國內(nèi)是首例,為寶鋼3BF冷卻壁熱負荷的管理和降低燃料比提供了科學依據(jù)。23管口冷卻段和管口區(qū)域圖1為3BF爐體的冷卻壁體系。其中從爐缸H5以上到S5的直管(Z)水冷部分稱為本體系,圓周方向分四個區(qū),每個區(qū)由A,B,C,D4個管子供排水。由于測點少,冷卻壁串聯(lián)塊數(shù)多(11段),水管頭多(共有4952個),局部地區(qū)熱量變化儀表上反映不靈敏。強化系包括爐底以上四段橫型光面冷卻壁H1,H2,H3,H4及鐵口區(qū)四塊冷卻壁,還有爐腹B1,爐腰B2,B3及爐身S1～S5各個水平角部(J)管和背部蛇形(S)管,B2～B3的凸臺(Γ)管,爐身上面的R1,R2,R3的光面冷卻壁直(Z)管。3超聲耦合劑的應用按熱負荷定義,熱負荷測定需要測定冷卻壁流水量和水溫差。常規(guī)的冷卻壁水流量測定是在排出端用容器和秒表分別測量流量和時間;冷卻水的溫度用水銀溫度計來測量。上述方法對于密閉循環(huán)系統(tǒng)來說是不適用的。因為一旦冷卻壁排水端敞開,開口端壓力驟降,水流量立即增加,測得的流量不能代表工況流量,所測溫度也不能代表水質(zhì)的工況溫度。對于密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水量測定,要求在線無干擾情況下進行。國內(nèi)兄弟廠沒有測過,寶鋼也沒有測過。總之,這方面還沒有經(jīng)驗可借鑒,有一定難度和困難。根據(jù)寶鋼3BF的條件,采用了超聲波流量計,可以測得瞬間流量或累計流量,誤差在±3%以內(nèi)。采用這種儀器測冷卻壁水流量,在國內(nèi)尚未見到報導。為慎重起見,在實驗室里對這套儀器進行了試用、標定,獲得了測試經(jīng)驗,選用了合適的超聲耦合劑,掌握了使用方法,并把誤差降到了較低水平。3BF有18段冷卻壁,由于受時間限制,每段測4個方向的水管流量和水溫差。測定結果見圖2和圖3。由測定結果推算的冷卻壁各段的熱流強度及熱負荷見表1。從圖2,3,表1可以看出:(1)5～15段冷卻壁本體系熱負荷為93.8GJ/h,占這些冷卻壁總熱負荷(133.4GJ/h)的70.32%。說明本體系承擔著大部分熱流,由于冷卻管比較靠近爐料及煤氣流,爐內(nèi)的熱流變化能較靈敏地反映在本體系熱負荷變化上。(2)從爐子4個方向看熱負荷是不均勻的,如測定Ⅱ區(qū)的熱負荷明顯比其它區(qū)高。(3)本體系由A,B,C,D四系列供排水,測得冷卻壁中A,D管熱負荷約占60%,而水流量占51.5%～60.43%。計算S1冷卻壁內(nèi)A,D管長各為2132mm,B,C管長各為1572mm。A,D管占4根管總長的57.56%,若長度與冷卻表面成正比,在處于同樣的熱流強度下,A,D管熱負荷應占總熱負荷的57.56%,這與圖2測的結果基本相符。本體系中A,D管的熱負荷較B,C管高,從生產(chǎn)管理和設計角度看,水流量應高些。(4)S1,S2段熱流強度最高,其次是S3,S4,S5,B3段,再其次是B1,B2及R1,R2,R3段,T段及H5段上有風口及鐵口冷卻,因為其熱流強度較大,另計入。B2補裝微型冷卻器一個,B3段裝18個,S1段裝了10個,每個微型冷卻器承擔熱負荷10.53×107J/h。(5)微型冷卻器在B3段已安裝了18個(截止于1998年4月15日),共計熱負荷為189.6kJ/h,為B3段總熱負荷(1171.86kJ/h)的16.18%。微型冷卻器的安裝使用使B3本體系的熱負荷由53%左右(根據(jù)S1,B2段本體系熱負荷內(nèi)插法推算)下降到32.47%,可能是掛上渣皮所致,而蛇管、角部管熱負荷比例略有升高。銅制微型冷卻器圓斷面直徑僅為110mm,但由于銅導熱系數(shù)為鋼鐵的8.5倍,能經(jīng)受熱負荷的沖擊,有利于渣皮的形成。今后還應注意此類冷卻器的壽命。4爐體冷卻壁材質(zhì)有氣溶膠出現(xiàn),存在設備不穩(wěn)定。據(jù)爐從現(xiàn)有的資料可以看出:(1)隨著爐齡的增加,冷卻壁管子破損量增加。1994年9月投產(chǎn)以來至1995年3月前破損3根,1996年破損23根,1997年破損83根,1998年2月2日前破損7根。(2)爐體熱負荷越高越易破損。這可以從1997年8～12月份的數(shù)據(jù)制作的圖4中看出。因為本體系熱負荷與爐體熱負荷密切相關,所以圖4橫坐標采用了本體系熱負荷。(3)爐子懸料、滑料、崩料愈多,破損愈多。見圖5。1997年管子破損較多,由于破損原因很多,這里的線性關系不甚明顯。此外,曲線隨著爐齡的增加而左移,說明隨爐齡增加,爐子不順管子更易破損。從設計上看存在一些缺陷。如冷卻壁鑲磚采用Si3N4結合的SiC磚,這種磚與爐渣的親和力低,渣皮容易脫落。其次,凸臺對磚襯或渣皮有了支托作用,但凸臺又造成了冷卻壁溫度分布不均而形成了熱應力,尤其是當爐溫波動時,熱應力也隨著變化,致使冷卻壁基體材料疲勞破裂。開裂的鐵基冷卻壁在CO氣氛及水冷卻作用下,激烈滲碳、沉積碳,使裂紋進一步發(fā)展,有的甚至剝落,使得水管暴露燒壞。基于上述認識,寶鋼煉鐵廠加大了對爐體冷卻壁維護的重視程度。如發(fā)現(xiàn)冷卻壁和爐殼間有煤氣通道就進行壓力灌漿堵塞;加大通水量,及時把過熱部分熱帶走。自1996年7月起,強化系和本體系的備用泵投入了使用,水速提高到2m/s左右,提高了冷卻強度;1996年2月起強化系增加了一臺脫氣罐;加強了水質(zhì)管理,及時對冷卻壁水管進行清洗。最根本的是改善煤氣流分布,既要確保爐況穩(wěn)定順行,又要妥善地保護好冷卻壁?，F(xiàn)已采取了一系列措施,如:調(diào)整無料鐘溜槽的檔位與傾角;調(diào)整礦石批重和料線;適當?shù)亟档凸娘L動能等等。以上措施使煤氣流分布更合理,CO利用率由49%提高到52%左右,懸料、崩料現(xiàn)象已基本消除,滑料現(xiàn)象也大為減少(見圖6),形成的渣皮也穩(wěn)定了,熱負荷也有所下降,有效地減緩了冷卻壁破損的發(fā)展。由于本體系冷卻壁對爐內(nèi)熱流反應較靈敏,熱負荷又較大,應增設流量、溫差在線測試儀器,在S5水出口8個方向16個點進行監(jiān)測,如發(fā)現(xiàn)不正常,再分段測溫,用超聲波測水流量,這樣可找出癥結所在,及時處理。熱負荷過高或過低,都不利于高爐冶煉和冷卻壁維護,今后還應更細致地探索出各段冷卻壁合理的熱流強度。日本千葉6#高爐的壽命達到了20年,他們的設計、操作經(jīng)驗值得我們借鑒。5增設微型冷卻器(1)在國內(nèi)首次使用了超聲波流量計及數(shù)字測溫儀成功地測得了3BF純水密閉循環(huán)冷卻的各段冷卻壁熱負荷和熱流強度。所用的儀器比較先進,測得的數(shù)據(jù)準確、可靠,為熱負荷管理和冷卻壁維護提供了科學依據(jù)。(2)微型冷卻器既能承受較高的熱負荷,又有