COREX炉炉体冬季保温措施

田果

（宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

COREX炉炉体冬季保温措施

田果

（宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

联系人：田果，男，大学本科，乌鲁木齐（830022）宝钢集团八钢公司炼铁分公司第一高炉分厂

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针对八钢熔融还原炼铁COREX炉工程建设中，炉体主要耐火材料面临冬季严寒的环境，采取了适用于抵抗严寒，防止冻害的采暖保温技术，使炉体安全度过了严冬。

严寒；保温；工程建设

1 前言

八钢熔融炼铁技术COREX炉从上海迁建至新疆乌鲁木齐是一项艰巨的工程建设。新疆从十一月起至次年四月初都处在长达半年的漫长冬季，期间历史记录极限温度夜间达到-40℃，白天温度达到-30℃。漫长的严寒是对工程建设最大的考验。

熔融还原炼铁技术的迁建工程包含庞大的地下、地上建筑构筑物、五万余吨钢结构设备、一万余吨耐火材料、数千公里的电缆敷设。工程于2012年3月开始破土动工，进行土建项目施工建设，2012年11月至2013年2月经历四个月的严寒考验主体基础施工完毕，地下电缆隧道完成六成。

土建冬季施工防冻保温工作相对比较容易，基本都是地下建设项目，采用搭设保温棚，棚内进行煤炭炉采暖提高环境温度的方式使保温棚内温度达到5℃以上，24小时人员值守确保夜间暖棚温度。一万余方的混凝土基础浇筑的困难点在于防止外部严寒冻害，内部水化热的散发，另一部分是施工过程的连续稳定浇筑。在-15～-18℃的温度条件下为保证施工正常进行，对商混车采取保温，搅拌混凝土采用热水增加早凝剂的方式，有效保证了混凝土基础的施工和2013年3月结构的如期顺利安装。

2 塔体建设保温措施分析

随着2013年3月16日第一带炉壳的吊装熔融还原技术迁建工程的安装结构施工进入关键时刻，经过各建设单位为期5个月的施工努力2013年9月中旬具备耐材施工条件，9月16日进行炉底耐材施工阶段。2013年10月底炉缸砌筑施工结束，帕米尔高原吹来的寒流已经使建设工地感觉到了新疆冬季的温度。表1是乌鲁木齐11月至来年3月的天气情况，新疆在有五个月的时间处于严寒季节，这种环境给工程中耐火材料炉体的保护带来了巨大挑战。

在八钢2500m3C高炉冬季施工中采用搭设暖棚包覆炉体形成一定空间，蒸汽钢排管保温的形式，保温效果明显。太钢4500m3高炉建设越冬采用热风幕电加热的形式投入近1000万元。新疆冬季施工保温采用小炉子燃烧煤炭提高温度的方式，但存在污染环境，高空保温效果差，抵抗大风能力差，安全可控性低等问题，而且耗费人工采暖、投资高。

2.1 保温范围及措施

熔融还原炼铁主塔架高118m，需要进行耐材保温包括熔融气化炉和还原竖炉两个主要炉体，四套发生煤气管道、还原及过剩煤气管道、八套还原铁下降管道以及粉尘处理热旋风系统。2013年11月底已经完成耐材施工的熔融气化炉和还原竖炉主要炉体及四套发生煤气管道及热旋风粉尘系统是此次要防止冻害需保温的主体。

图1 熔融还原炉主系统图

图1所示，塔基0m至还原炉顶71m支撑两个炉体的主塔架四柱间构成19m×19m矩形，各层高度均不相同，八钢地区风载设计核算80kg/m2，主导风向冬季西北风。保温措施面临是空间大、垂直距离高、风载大、维护安全管理困难等诸多问题。

制定保温措施要综合考虑以下各因素：

（1）结合工程建设及钢结构载荷，查阅设计资料结构强度按抗防地震8度计算，结合熔融还原炉建设区域的风力、雪载对采用暖棚防护的撕扯及破坏作用；

（2）考虑施工管控、火灾防控、能源介质使用、人员教育管控等安全因素；

（3）参考新疆土建施工冬季保温施工的成熟经验以及八钢高炉建设越冬耐材防冻害的措施。

通过与相关单位进行充分论证，最后确定采用双层阻燃篷布结合双层脚手架从塔基0m至竖炉顶部66m，依间距19m的主塔柱搭设脚手架固定阻燃篷布的暖棚设施。66m至71m还原竖炉顶部采用φ100mm厚玻璃棉保温材料包袱，外部包袱防火篷布严密捆扎成为保温层进行保护。

暖棚内取暖介质采用蒸汽及焦炉煤气，以焦炉煤气为主要取暖介质。

蒸汽系统厂区供给的是0.6MPa的低压蒸汽，考虑管道阻力损失到现场实际压力为0.3～0.4MPa。故蒸汽钢排管换热器只能适用于0～49m。

焦炉煤气系统采用简易燃烧炉进行煤气燃烧，并作为主要散热及热源提供方式进行采暖。厂区供应焦炉煤气压力在8000～15000Pa，采用φ200mm管道作为煤气管道架设沿塔架垂直高度架设至66m高度每层采用胶皮管引致简易燃烧炉位置连接燃烧头进行燃烧取暖。

2.2 相关理论计算

暖棚保温需要计算的是最基本的消耗热总量。传热学理论包含了辐射传热、传导传热、对流传热，计算出传热总量的和值可以对耗热、保温防冻害工作进行指导[2]。

室外供暖计算温度：按-20℃、-30℃、-40℃三种情况，室内空气温度取5℃。总传热理论计算公式结论中各参数取值见表2，空气传热系数K为0.02～0.04W/m2.k，传热面积F为 6000m2[2]。

公式（2）附加项目耗热计算是对气流风向等环境因素影响耗热量的初步计算，是耗热总量中必不可少的一项内容。

外部临时性的围护不能做到安全密封，周围环境冷空气对流造成对耗热量总值有极大的影响，所以必须对冷风通过缝隙渗透入围护内部的影响进行理论计算。公式（3）、公式（4）采用多层平壁传热的方式计算还原竖炉66m～71m，δ100mm的玻璃保温棉的保温效果。通过理论计算确定了围护结构设计的基本形式。

通过围护的基本耗热计算[1]：

附加项目耗热计算[1]：

通过隙缝的冷风渗透耗热量计算[1]：

计算保温层厚度对结构防冻保护的效果[2]：

表2 各参数取值范围

通过理论计算得出使暖棚内环境温度保持在5～10℃需要的总热量。焦炉煤气作为主要热源。蒸汽系统作为稳定热源与热交换保护系统不作热量计算考虑，近似的焦炉煤气小时耗用量1500m3/h。

露天试验表明，单个焦炉煤气燃烧炉的最小能力能使3m×3m×10m的空间体积温度保持在3～8℃。保温空间的体积量近似24000m3，空间层最高8m、最低3m共12层。根据层高围护严密程度等因素每层设置4个煤气燃烧炉，其提供的热量足够每层温度保持在5℃以上。计算认为供给的热量富余的，可以保持稳定连续可控。

从蓄热的角度考虑保温棚体积内钢结构体及炉体耐材等近20000m3蓄热量，当整个蓄热体积相对环境温度较高，传热理论能量传输的基本概念为蓄热体与环境温度趋于一致。保温棚空间内钢结构体及炉体耐材其拥有的热储蓄量在持续稳定供给保证温度在5～10℃的情况下，暖棚整体需要消耗的热量仅仅是进行抵抗渗透冷风温降以及环境降温的热量消耗。

暖棚供热建议：（1）保温初期供热量要大，实时监控保温棚内钢结构体、耐材炉体温度。当温度在5～10℃以上时调节供热主体系统，使之趋于稳定状态。（2）调整热量的供给，防止因为热量太大造成暖棚内过于干燥，因湿度不够发生火灾事故以及造成篷布材质热脆性降低。（3）结合天气变化，适当调整煤气燃烧炉保温系统的热量供给，依靠蒸汽系统进行保温。

3 暖棚保温具体措施

3.1 暖棚围护搭设

从0m至66m各层平台以主塔架四角支撑主立柱为基本框架，附着其上架设单排脚手架。脚手架完成后挂设双层阻燃篷布，要求篷布有专门的穿绳连接孔。篷布不允许有外漏的破孔，必须用绳子挂设捆扎固定，不得采用铁丝固定。篷布挂设捆扎固定后在外侧架设另一层脚手架使篷布在两层脚手架中间并在此捆扎固定，见图2、图3。

图2 本体冬季棚搭设平面示意图

图3 脚手架搭设实况

图4 安全通道及防护门帘

在每层合适位置预留2m×1m的安全通道制作2m×1.6m的专用防护门帘（见图4）安全通道及防护门帘。66～71m还原竖炉采用包覆δ100mm玻璃棉进行保温，保温层须进入66m高暖棚内以防止热量从顶部流失。

3.2 塔架暖棚内保温实况

暖棚内蒸汽系统钢排管为4根φ100×6m的钢管制作成散热器，布置在每层迎风面（西北面迎风）。每组钢排管设置排气阀，使之正常溢出蒸汽，但不允许滴水，以确保塔架围护内空气湿度。

焦炉煤气采用橡胶软管连接至暖棚内四周布置的焦炉煤气燃烧炉位置，连接具有倒接丝头的自制烧嘴。自制烧嘴要求具有分散火焰并能够充分燃烧的能力，燃烧嘴采用DN50钢管制作头部200mm位置满布φ7mm的圆孔，端口封闭。燃烧炉是采用废旧铁桶制作，内部砌筑井子行或花格形式耐火砖，在耐火材料烧红后可作为良好的蓄热体及点火引燃体防止煤气压力波动熄火。燃烧炉布置在各层平台空旷处距离围护篷布2.5～3m。

暖棚的架设煤气炉管道施工、蒸汽系统施工总的费用控制在140万元，能源介质的使用和投入经过核算达到130万元。

4 安全管控防护管理

冬季保温最重要的是防止火灾及煤气事故的发生，为此，专门成立了暖棚保温管理小组，24小时四班三运转的形式现场巡检现场情况。

4.1 安全管控及巡护措施

（1）每层塔架设置专人值守，每两人一组配备煤气报警仪、氧气报警仪各一部，每两小时巡检一次并进行记录。暖棚内设置鸽子笼养鸽子3只进行煤气监测及环境安全确认。

（2）现场设置便携式灭火器，每层6瓶放置在暖棚入口处。暖棚内部四周设置消防水槽及小水桶各一个，确保塔上有水源。每层安全通道门口挂牌显示层高、煤气炉燃烧数、巡检控制管理人员电话等信息。

（3）在安全确认制上执行三级安全确认制度，监理单位、施工单位、工程建设指挥部三位一体确认人员安全交底情况；蒸汽通入前重点宣讲教育蒸汽烫伤的危害及后果。在煤气输送前对所有施工单位人员进行专业的煤气安全知识教育，煤气安全事故的宣讲教育，对每一个在区域内进行施工作业的人员都进行安全教育。

（4）制定专项管理办法及专项管理预案，定期检查现场逃生通道，每日检查标识牌更新，每3天检查现场灭火设施情况等。除设置专门组织机构及值守人员外，四班人员每班巡检按时四次测量暖棚内温度，巡检煤气燃烧炉及煤气管线、蒸汽系统等，确保系统正常暖棚内环境温度在6℃以上。

（5）暖棚内动火作业管理：凡是暖棚内动火的一律在工程指挥部办理动火手续，专人监护动火防护情况，对动火区域设置消防器材及水桶，在动火位置下部铺设防火石棉毯，并由专人监护。

4.2 燃烧废气控制及防护

焦炉煤气的特点：（1）焦炉煤气发热值高16720～18810kJ/m3，可燃成分较高（约 90%）；（2）焦炉煤气是无色有臭味的气体；（3）焦炉煤气因含有CO和少量的H2S而有毒；（4）焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短；（5）焦炉煤气如果净化不好，将含有较多的焦油和萘，就会堵塞管道和管件，给调火工作带来困难；（6）着火温度为600～650℃。焦炉煤气成分见表3。

表3 焦炉煤气成分

焦炉煤气含有的CO占不到1成，燃烧时产生大量水汽及少量二氧化碳。

为确保安全施工，在暖棚内严格按照生产煤气区域作业要求规定执行。煤气区域禁止休息停留，专人携带报警仪各层巡视检查煤气及废气含量，进行预警。

暖棚内作业严格按照有限空间执行检查标准，在值班室配备罐式空气呼气器4套。

使用鸽子对煤气的敏感及采用仪器对环境中废气、氧含量、煤气含量随时检查确保塔内环境安全。实际结果整个冬季期间所有20只鸽子全部存活。

暖棚内58m层高暖棚搭设时预留2×3（m）可开闭废气排放通道，使塔架保温棚内形成循环流动的空气流，确保塔架内废气含量最低，并能够快速排出。

5 保温效果检验

2013年11月初暖棚搭设完成，采用篷布封闭了垂直71m、截面积400m2、总体积28400m3的空间，煤气火炉取暖系统、蒸汽排管系统正式投入运行。至2014年3月15日塔架暖棚系统经历了5级大风、零下33℃的极端考验。八钢熔融还原炼铁工程主塔体结构、耐火材料砌筑两大炉体、四根发生煤气管道、还原铁下降管道的越冬措施经受了考验。

图5保温棚内外温度对比

图6塔架保温棚高度垂直方向温度变化

24 小时测温12次，每2小时测温一次。测温点选择在距离取暖燃烧炉及蒸汽钢排管远端，最低点位置在5℃，取3～5点平均温度作为测量确认值，经过140天的测温记录见图5、图6。

保温棚内外温度对比是暖棚内温度与环境温度的对比曲线见图5。温度的变化保证与垂直高差及环境温度变化有极大关系。垂直方向温度变化的主塔体垂直高度方向火炉数量与温度变化对比见图6。

270 万元的投入确保了7900余万元还原炉汽化炉体耐材安全越冬，保温措施费用占投资费用的3.4%，并且确保了工期按时按照节点开工。

6 结束语

通过COREX炉体耐材冬季保温措施及实践，笔者认为在具体实施中要注意以下事项：

（1）高空临时保温措施要注意高度风载的影响，在考虑临时围护的强度及安全性质同时要考虑风损的维护修复施工。

（2）火炉方式点火取暖须控制燃料的使用，确保废气的及时排放，对产生的有害介质要密切监测。

（3）在耗热计算中针对大体积、大空间保温平衡期与初期提供热量的控制要计算到蓄热体所蕴含的能量。根据区域历史极限温度的趋势及主导风向的影响，进行环境温度调整操作。

（4）严格执行安全措施，确保安全检查、巡检、值班制度有效。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社.

[2]J.P.霍尔曼著，马庆芳，马重芳，王兴国译.传热学.北京：人民教育出版社，1980.

Measures of COREX Furnace Body Heat Preservation in W inter

TIANGuo
（Ironmaking Branch,Bayi Iron&SteelCo.,BaosteelGroup)

Duringmolten iron technology construction,themain refractory of COREX furnace body facewinter cold environment.So somemeasures of suitable for resistance to cold and preventing cold heating insulation technology were adopted.COREX furnacebody hasweathered through the cold winter.

severe cold;heatpreservation;engineering construction

TF557

B

1672—4224（2014）01—0047—05