焦?fàn)t綠色耐材新技術(shù)
工況條件及存在的問(wèn)題。寶鋼最初是從日本引進(jìn)的當(dāng)時(shí)最新的耐材配置,此后就一直沿用其耐材技術(shù)方案。盡管焦?fàn)t服役壽命可以超過(guò)25年,但在運(yùn)行中對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越糟糕。散熱、漏煤氣、冒黃煙、耐材內(nèi)襯結(jié)石墨等各種問(wèn)題凸現(xiàn),能源消耗高,NOx和COx排放高,廢耐材排放多,嚴(yán)重影響了焦?fàn)t的綠色環(huán)保和安全生產(chǎn),必須通過(guò)耐材新技術(shù)開(kāi)發(fā)來(lái)積極加以解決或改善。
爐門(mén)、裝煤口、上升管新技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件及各種耐火原料的特性,爐門(mén)、裝煤口、上升管預(yù)制件確定為莫來(lái)石—堇青石材質(zhì)體系。莫來(lái)石—堇青石質(zhì)預(yù)制件材料在強(qiáng)度、抗熱震性、保溫性等關(guān)鍵性能上都要優(yōu)于傳統(tǒng)黏土磚,可以保證在應(yīng)用中有更長(zhǎng)的壽命和更好的使用效果。
以上耐材在應(yīng)用中內(nèi)襯表面不可避免要結(jié)石墨,導(dǎo)致耐材破損,這些部位易冒煙漏氣。寶鋼通過(guò)研究,在耐材內(nèi)襯表面進(jìn)行陶瓷優(yōu)化處理,經(jīng)處理后耐材表面氣孔率由29%下降至3%,對(duì)外來(lái)焦油和雜質(zhì)具有不滲透性。試驗(yàn)證明,經(jīng)過(guò)釉化處理的坩堝可以大大減少滲碳現(xiàn)象,而且可以提高預(yù)制磚對(duì)爐內(nèi)雜質(zhì)的抗侵蝕性能,因此,釉層與各預(yù)制塊材料復(fù)合的使用是安全可靠的。
表面陶瓷釉化處理的預(yù)制件組合爐門(mén)2006年在寶鋼正式應(yīng)用,不用改變現(xiàn)有爐門(mén)框金屬件,不需要鑄鐵磚槽,達(dá)到了整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、密封性更好的目標(biāo),而且減輕了爐門(mén)整體重量,有利于開(kāi)閉位移。新型爐門(mén)對(duì)結(jié)石墨、焦油等黏結(jié)物易清理,減輕了工作強(qiáng)度,改善了環(huán)境。使用壽命可達(dá)4年以上,減少了維修,加快了爐門(mén)的周轉(zhuǎn)。同時(shí),材料保溫性能好,在比原有爐門(mén)減薄70mm的情況下,比傳統(tǒng)爐門(mén)外溫度降低50℃~70℃,這樣還可減少煤氣消耗,增加炭化室的有效容積,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
2008年開(kāi)始,寶鋼應(yīng)用內(nèi)表面釉化預(yù)制件新型裝煤口,減少了裝煤口漏氣率,拉條腐蝕大大減少;更換周期延長(zhǎng)了10倍,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;爐圈不結(jié)石墨,裝煤口沒(méi)有抬高現(xiàn)象,爐面平整,而同期砌筑安裝的鑄鐵件裝煤口已有20mm~40mm的抬高,爐頂環(huán)境大大改善。
他們開(kāi)發(fā)的新型上升管自2012年開(kāi)始在寶鋼6m焦?fàn)t使用,目前為止未發(fā)生過(guò)因上升管內(nèi)表面瀝青和石墨沉積而減少焦?fàn)t煤氣排出的現(xiàn)象,也無(wú)耐材開(kāi)裂、脫落問(wèn)題,效果十分理想。正是基于上升管耐材抗結(jié)焦、耐高溫、耐腐蝕、密封好、模塊化、長(zhǎng)壽化的多種優(yōu)異性能,這種陶瓷復(fù)合釉化預(yù)制件與結(jié)構(gòu)技術(shù)還有力地促進(jìn)了上升管荒煤氣顯熱回收技術(shù)的實(shí)施。
以上耐材新技術(shù)已在湛江工程建設(shè),寶鋼四期、新一期焦?fàn)t建設(shè)和三期焦?fàn)t的改造維修中得到了大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用,每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益7000萬(wàn)元以上。目前,國(guó)內(nèi)外很多焦?fàn)t都借鑒了寶鋼經(jīng)驗(yàn),對(duì)焦?fàn)t清潔生產(chǎn)產(chǎn)生了重要影響。
碳化室爐墻防結(jié)石墨新技術(shù)。寶鋼研究開(kāi)發(fā)了一種陶瓷涂層材料噴涂在碳化室爐墻表面,可以封閉爐墻表面氣孔,還具有焊補(bǔ)爐墻表面細(xì)縫和細(xì)小凹坑的功能,這樣爐墻就不易結(jié)石墨并修復(fù)爐墻表面缺陷。經(jīng)測(cè)試,涂層達(dá)到莫氏硬度9級(jí),而硅磚硬度為7級(jí),所以涂層還非常耐磨,可以保護(hù)碳化室墻面。2009年在焦?fàn)t碳化室進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn),噴涂時(shí)漿料附著性非常好。使用后觀(guān)察,噴涂后的墻面不僅形成了良好的釉面,涂料還填充了硅磚的空隙和磚縫。從應(yīng)用了12個(gè)月的噴涂面觀(guān)察,爐墻的表面光滑致密,爐墻及磚縫幾乎沒(méi)有結(jié)石墨,最大推焦電流比原來(lái)下降了50A,說(shuō)明效果很好。新材料可以很好地改善老期焦?fàn)t推焦困難的問(wèn)題,并延長(zhǎng)碳化室使用壽命。
碳化室超高導(dǎo)硅磚新技術(shù)。寶鋼2011年起開(kāi)發(fā)了碳化室高導(dǎo)致密硅磚技術(shù),導(dǎo)熱率從普通硅磚的1.90w/(m·k)提高到2.30w/(m·k),意圖提高燃燒室與碳化室之間的傳熱,達(dá)到結(jié)焦快、減少煤氣用量的效果。至2013年底,經(jīng)過(guò)持續(xù)研發(fā),寶鋼與中鋼耐火公司一起突破了超高導(dǎo)硅磚微晶?;⒖讖轿⒒?、性能均衡化等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn),將導(dǎo)熱率進(jìn)一步提高到2.45w/(m·k)。與傳統(tǒng)硅磚相比,高導(dǎo)熱硅磚在微觀(guān)結(jié)構(gòu)、晶相組成、理化指標(biāo)方面有了更合理的改進(jìn)提高,非常有利于焦?fàn)t的長(zhǎng)壽。
目前,寶鋼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)試驗(yàn)量,在新一期200孔焦?fàn)t上全面應(yīng)用,預(yù)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益超億元,減少?gòu)U氣(CO2、NOx、CO2)排放總量約10萬(wàn)噸/年以上。高導(dǎo)熱硅磚的使用,減少了焦?fàn)t的燃料消耗,降低了NOx等污染物的排放,具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,是未來(lái)焦?fàn)t耐材使用新的技術(shù)方向。對(duì)于中國(guó)年產(chǎn)5億噸焦炭的焦?fàn)t總量來(lái)說(shuō),這將對(duì)行業(yè)產(chǎn)生重大影響。
RH無(wú)鉻化耐材新技術(shù)
寶鋼股份從2006年開(kāi)始RH爐用無(wú)鉻磚研究,先后試驗(yàn)了多種無(wú)鉻磚材質(zhì),其中效果好的有鎂尖晶石磚和鋁尖晶石預(yù)制塊,性?xún)r(jià)比好的是不燒鎂尖晶石磚。從2010年無(wú)鉻磚開(kāi)始批量使用,到2013年,寶鋼股份直屬煉鋼廠(chǎng)全部6座RH爐全部采用無(wú)鉻磚,目前已進(jìn)入穩(wěn)定應(yīng)用階段,并且進(jìn)一步適應(yīng)了RH脫硫精煉工藝的要求,為國(guó)內(nèi)外RH無(wú)鉻化技術(shù)起到了良好的示范作用。
寶鋼耐材LCA評(píng)價(jià)技術(shù)
寶鋼采用生命周期評(píng)價(jià)方法,分別對(duì)煉鋼鋼包常用的鎂碳磚、剛玉尖晶石預(yù)制塊、剛玉尖晶石澆注料和剛玉尖晶石透氣磚4種耐火材料產(chǎn)品不同階段的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行了評(píng)估,對(duì)耐材產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中的能源構(gòu)成和生命周期二氧化碳排放進(jìn)行了分析和總結(jié),提出了耐材產(chǎn)品節(jié)能減排的改進(jìn)建議。寶鋼建立了4種耐材的生命周期清單數(shù)據(jù)庫(kù),為寶鋼未來(lái)計(jì)劃實(shí)施的綠色采購(gòu)建立初始數(shù)據(jù)庫(kù),以便對(duì)不同供應(yīng)商生產(chǎn)的同種耐材產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境績(jī)效比對(duì),引導(dǎo)耐材供應(yīng)商實(shí)施綠色耐材的生產(chǎn)。該研究還對(duì)耐材使用階段所消耗的能源和CO2排放有了定量的分析,可以很好地知道鋼廠(chǎng)對(duì)這類(lèi)耐火材料應(yīng)用所產(chǎn)生的環(huán)保后果。
例如,根據(jù)研究結(jié)果,1個(gè)鋼包在生命周期中消耗鎂碳磚187.4噸、預(yù)制塊73.2噸、澆注料68噸、透氣磚12.8噸,則1個(gè)功能單位的4類(lèi)耐材產(chǎn)品的初級(jí)能源需求分別為鎂碳磚2606GJ、預(yù)制塊2127GJ、澆注料2902GJ和透氣磚608GJ;CO2排放分別為是213噸、121噸、147噸和40噸。寶鋼還計(jì)算出,二煉鋼年消耗的5800噸鋼包澆注料如果都改用預(yù)制塊,綜合考慮采購(gòu)和使用總成本,使用預(yù)制塊比澆注料可節(jié)約313萬(wàn)元,降低總成本約6%。因此,LCA對(duì)鋼廠(chǎng)選擇和應(yīng)用耐火材料也有很好的指導(dǎo)作用。
綜上所述,在環(huán)境經(jīng)營(yíng)理念指導(dǎo)下,綠色耐材的技術(shù)進(jìn)步與實(shí)施,已經(jīng)成為寶鋼經(jīng)營(yíng)管理者和技術(shù)人員的自覺(jué)行動(dòng)。目前,寶鋼只是在最影響環(huán)境的耐材應(yīng)用薄弱環(huán)節(jié)如焦?fàn)t、RH爐、LCA上進(jìn)行了部分針對(duì)性的研究與改進(jìn),通過(guò)努力及風(fēng)險(xiǎn)分析,謹(jǐn)慎地實(shí)施了實(shí)際應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益,引領(lǐng)了綠色耐火材料制造和應(yīng)用的先進(jìn)方向。但是,鋼鐵冶煉全流程綠色耐材的優(yōu)化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有完成,由于環(huán)境經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)與城市鋼廠(chǎng)的定位,寶鋼綠色耐材新技術(shù)任重道遠(yuǎn)。(鄭貽裕 石洪志 甘菲芳 金從進(jìn))
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