曹朝真,孟玉杰,梅叢華,閆方興,章啟夫

　?。ū本┦卒搰H工程技術(shù)有限公司，北京 100043；

　　北京市冶金三維仿真設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，北京 100043）

　　1 前言

　　2005年，HIsmelt工藝首座商業(yè)化示范廠在澳大利亞建成，首次將HIsmelt技術(shù)推向工業(yè)化應(yīng)用，此后合營廠進(jìn)行了連續(xù)化試生產(chǎn)，2008年12月，合營廠受全球金融危機(jī)影響宣布關(guān)停。3年多的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐充分證明了HIsmelt技術(shù)的工藝可行性，但同時(shí)也暴露出爐缸耐材侵蝕較快、流化床故障率高、工廠作業(yè)率較低等工藝和設(shè)備問題，受合營廠關(guān)停的影響，此后一段時(shí)間HIsmelt技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程遇到了較大的阻礙。

　　2016年，由首鋼國際工程公司負(fù)責(zé)核心工廠設(shè)計(jì)的我國首座HIsmelt工業(yè)化工廠建成投產(chǎn)，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建設(shè)過程，充分吸收了澳大利亞示范廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以及近年來HIsmelt技術(shù)的創(chuàng)新成果，是在原有基礎(chǔ)上一次系統(tǒng)優(yōu)化和升級(jí)[1]。工廠投產(chǎn)以來，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)步提升，制約HIsmelt技術(shù)發(fā)展的耐材侵蝕等核心技術(shù)問題得到了較好的解決，目前主要技術(shù)指標(biāo)已全面超越澳大利亞工廠。我國HIsmelt工業(yè)化工廠的成功穩(wěn)定運(yùn)行體現(xiàn)了HIsmelt技術(shù)的最新工業(yè)化成果，必將對熔融還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展起到顯著的促進(jìn)和引領(lǐng)作用。

　　2 HIsmelt工廠生產(chǎn)情況

　　2.1HIsmelt工廠生產(chǎn)指標(biāo)
 

 
　　圖1  HIsmelt工廠俯瞰圖

　　Fig.1 HIsmelt plant in China

　　我國首座HIsmelt工廠于2016年8月建成并開始熱試，至2017年6月共進(jìn)行了多次熱試車，熱試車期間最長連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為70天，生產(chǎn)鐵水約80,000t，單日最大產(chǎn)量為1920t，單月最大產(chǎn)量為5.06萬t，通過近1年時(shí)間的工廠試運(yùn)行，基本掌握了鐵浴法冶煉的操作規(guī)律。從2017年9月開始，工廠運(yùn)行趨于穩(wěn)定，設(shè)備故障率顯著降低，截止目前最長連續(xù)作業(yè)時(shí)間已經(jīng)超過4個(gè)月，期間共生產(chǎn)鐵水近20萬t，近7個(gè)月時(shí)間里，工廠作業(yè)率達(dá)到88%，共產(chǎn)鐵水約29.25萬t，最大日產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的80%。

 　　表1 HIsmelt工廠生產(chǎn)指標(biāo)

　　Table 1 HIsmelt plant production indexes

　　2.2 SRV爐耐材侵蝕情況

　　由于HIsmelt工藝采用較高的二次燃燒率，爐渣中FeO含量較高，熔融還原爐工作襯耐材，尤其是渣線部位的耐材侵蝕問題，一直是制約鐵浴法熔融還原工藝發(fā)展的核心技術(shù)問題，在Kwinana廠生產(chǎn)過程中就多次因爐缸耐材侵蝕而被迫更換爐襯[2]。

　　在國內(nèi)HIsmelt工廠的設(shè)計(jì)過程中對該問題給予了充分的重視，從爐缸砌筑結(jié)構(gòu)、耐材材質(zhì)、耐材冷卻等多個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。一方面在爐缸渣線區(qū)域采用銅冷卻壁替代了耐材，通過冷卻后形成的渣皮實(shí)現(xiàn)對冷卻壁的保護(hù)，從而徹底避免了渣線部位耐材的過快侵蝕問題；此外，在銅冷卻壁下部靠近渣層部位，使用抗渣鐵侵蝕性能優(yōu)異的Al2O3-Cr2O3質(zhì)材料來代替原有的MgO-Cr2O3質(zhì)耐材，使耐材的沖刷和渣侵能力得到了顯著提升。

　　通過近兩年來的多次熱試和連續(xù)生產(chǎn)的檢驗(yàn)，爐缸耐材的侵蝕情況如圖2所示。爐缸耐材整體情況良好，渣區(qū)銅冷卻壁保持完整，生產(chǎn)期間未出現(xiàn)任何問題；渣區(qū)銅冷卻壁下部的工作襯耐材，除超出冷卻壁前端的部分耐材被侵蝕掉以外，整體保持完好，未出現(xiàn)局部過度侵蝕情況，根據(jù)內(nèi)襯實(shí)際侵蝕情況測算，內(nèi)襯的使用壽命有望達(dá)到3-5年。
 

 
　　圖2  SRV爐耐材侵蝕情況

　　Fig.2  Refractory situation of SRV

　　從HIsmelt工廠生產(chǎn)故障分布圖可以看到，在Kwinana工廠生產(chǎn)過程中按照故障頻率統(tǒng)計(jì)，影響工廠作業(yè)率的因素主要包括礦粉預(yù)熱系統(tǒng)、出渣口、公輔系統(tǒng)故障等，而按照故障的影響程度分析則主要為礦粉預(yù)熱、爐缸耐材和公輔系統(tǒng)問題，其中礦粉預(yù)熱系統(tǒng)故障對工廠運(yùn)行影響最大。

　　在國內(nèi)HIsmelt工廠生產(chǎn)過程中，由于采取了一系列的設(shè)計(jì)優(yōu)化，使得原有問題得到了較大的改善，主題工藝設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，試生產(chǎn)期間出現(xiàn)的問題主要以外圍設(shè)備故障為主，造成HIsmelt工廠停產(chǎn)的原因基本全部集中在水冷煙道的漏水問題上，目前通過對水冷煙道進(jìn)行改造以及采取調(diào)整水量等措施，已經(jīng)基本解決了水冷煙道的設(shè)備穩(wěn)定性問題；此外，在生產(chǎn)過程中曾出現(xiàn)一次泡沫渣事故，主要是由于操作經(jīng)驗(yàn)不足和礦煤噴吹系統(tǒng)的計(jì)量誤差引起的，隨著操作水平的提高和引入自動(dòng)控制模型，已經(jīng)較好的解決了該問題；單體設(shè)備中，渣口使用壽命問題給生產(chǎn)操作帶來了一定的影響，后續(xù)需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

　　3 影響HIsmelt工廠達(dá)產(chǎn)的主要因素分析

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