朱興華， 陳 冬， 侯玉偉
（安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，安徽馬鞍山２４３０００）
摘 要：濟(jì)源鋼廠２號高爐設(shè)計(jì)采用了一系列的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，如串罐式無料鐘爐頂、薄壁內(nèi)襯、炭磚＋陶瓷杯式爐底爐缸結(jié)構(gòu)、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、關(guān)鍵部位采用銅冷卻壁、爐前除塵等。高爐投產(chǎn)運(yùn)行５年來，爐況穩(wěn)定順行，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，平均利用系數(shù)在３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達(dá)到同類型高爐的先進(jìn)水平。同時(shí)爐底陶瓷墊保存較好，杯墊下一層碳磚中心溫度控制在６００℃以內(nèi)；爐底、爐缸侵蝕小，高爐冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)實(shí)踐取得良好效果。
關(guān)鍵詞：高爐；設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；實(shí)踐
１ 概述
河南濟(jì)源鋼鐵（集團(tuán)）有限公司（以下簡稱濟(jì)源鋼廠）２號高爐設(shè)計(jì)以高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)保為原則，采用高風(fēng)溫、高壓、富氧、噴煤等先進(jìn)煉鐵技術(shù)，保證高爐煉鐵工藝技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約資源、安全實(shí)用和保護(hù)環(huán)境［１－２］，２０１１ 年建成投產(chǎn)以來，高爐總體運(yùn)行狀況良好，有效容積利用系數(shù)為３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達(dá)到了同類型高爐的先進(jìn)水平，２０１５年上半年生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)見表１。
在濟(jì)源鋼廠２號高爐設(shè)計(jì)過程中，采用了一系列先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，如串罐式無料鐘爐頂、薄壁內(nèi)襯、水冷薄爐底、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、頂燃式熱風(fēng)爐、明特法渣處理和爐前除塵等［３］。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：有效利用系數(shù)為３．０ｔ／（ｍ３·ｄ），入爐礦石綜合品位為５７％，熱風(fēng)溫度為１ ２５０ ℃，綜合燃料比為５２０ｋｇ／ｔ，爐頂壓力為０．２ＭＰａ，年產(chǎn)生鐵為１１３萬ｔ。
２ 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及分析
２．１ 爐頂系統(tǒng)
高爐爐頂系統(tǒng)主要由爐頂裝料設(shè)備、高爐均排壓系統(tǒng)、爐頂探尺系統(tǒng)、高爐爐頂冷卻系統(tǒng)以及爐頂安裝、檢修設(shè)施等組成［４］。
無料鐘爐頂設(shè)備是目前高爐爐頂較先進(jìn)的布料技術(shù)，布料溜槽可以實(shí)現(xiàn)高爐單環(huán)、多環(huán)（螺旋）、扇形和定點(diǎn)布料，具有布料靈活性、均勻性、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高爐爐頂布料。因此，本設(shè)計(jì)爐頂裝料系統(tǒng)采用串罐式無料鐘爐頂，爐頂料罐不設(shè)稱量裝置，在料罐下口設(shè)料位計(jì)。其主要技術(shù)參數(shù)見表２。
爐頂采用框架式結(jié)構(gòu)，在爐體平臺２２．１ｍ 上設(shè)置爐頂液壓站及潤滑站；高爐一次均壓采用ＤＮ４００均壓閥，二次均壓采用ＤＮ２００均壓閥；排壓采用ＤＮ４００放散閥，且在放散出口安裝消音器，以減小噪聲污染；爐頂布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱采用循環(huán)水冷卻，安裝２套機(jī)械探尺，同時(shí)設(shè)置１套雷達(dá)探尺。
２．２ 高爐本體系統(tǒng)
高爐本體系統(tǒng)是整個(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟部位，其他所有系統(tǒng)最終都是為爐體服務(wù)，高爐煉鐵幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都在爐體完成，爐體系統(tǒng)的好壞直接決定了整個(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的成功與否，高爐一代爐役壽命實(shí)際上就是爐體系統(tǒng)的一代壽命，所以說爐體系統(tǒng)是整個(gè)高爐煉鐵最為重要的系統(tǒng)［５］。
（１）爐體結(jié)構(gòu)。濟(jì)源鋼廠高爐本體采用自立式框架結(jié)構(gòu)，設(shè)４根框架柱，柱間距為１６ｍ×１６ｍ。根據(jù)生產(chǎn)及檢修需要，爐底設(shè)２層平臺，風(fēng)口平臺標(biāo)高為１１．８０ｍ，圍管平臺標(biāo)高為１７．４０ｍ，圍管平臺以上含爐頂大平臺共設(shè)３層平臺，平臺間設(shè)２路走梯。
（２）高爐內(nèi)型。高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎(chǔ)，爐型的好壞不但關(guān)系到高爐是否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，也關(guān)系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小，同時(shí)，也對高爐壽命的長短起著重要作用。因此，在綜合比較國內(nèi)同類型高爐設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)及濟(jì)源鋼廠現(xiàn)有原燃料條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)為了節(jié)能降耗，提高高爐使用壽命，高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)采用了合適的高徑比，具體內(nèi)型設(shè)計(jì)尺寸見表３。
（３）爐體冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)。濟(jì)源鋼廠２號高爐采用全冷卻壁冷卻結(jié)構(gòu)形式［６］。爐體從爐底到爐身上部共設(shè)１２段冷卻壁。按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁。第１～３段冷卻壁為光面鑄鐵冷卻壁；第４段（風(fēng)口帶）為加厚光面冷卻壁；第５～７段（爐腹１段、爐腰１段及爐身１段）為全覆蓋式鑲磚銅冷卻壁；第８～９段為全覆蓋式鑲磚鑄鋼冷卻壁；第１０～１１段為鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁；第１２段為倒扣型球墨鑄鐵冷卻壁。爐喉采用一段式條形鑄鋼鋼磚。
銅冷卻壁因其具有良好的導(dǎo)熱性能，且熱沖擊性較強(qiáng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)生成穩(wěn)定的高熱阻渣皮，減少熱負(fù)荷損失，從而對冷卻壁起到保護(hù)作用［７］。因此在高爐關(guān)鍵部位采用銅冷卻壁冷卻效果更好。
爐體冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。爐底水冷管尺寸為７６ｍｍ×１０ｍｍ，爐底冷卻出水管匯成環(huán)管，再供給風(fēng)口中套，風(fēng)口中套共計(jì)２０根進(jìn)水管。為了使?fàn)t體供水分布均勻，將系統(tǒng)分成２０個(gè)區(qū)，上部設(shè)２個(gè)脫氣罐，用于排除軟水中的氣體。軟水回水總管上設(shè)１套膨脹系統(tǒng)，膨脹罐用氮?dú)饧訅?，并設(shè)相應(yīng)液位及排水裝置。濟(jì)源鋼廠２號高爐本體冷卻壁監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)見表４。
從表４中可以看出，冷卻壁各區(qū)供水流量、出水壓力和溫度均較穩(wěn)定，說明高爐爐況穩(wěn)定，運(yùn)行良好，高爐爐型及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)較合理。
（４）內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。高爐內(nèi)襯是維護(hù)高爐工作的空間，耐火材料的選擇將影響投資和使用壽命。在本次設(shè)計(jì)中充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機(jī)理，有針對性地選用耐火材料，并在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)各部位磚襯的穩(wěn)定性［８－９］。
高爐爐底、爐缸采用炭磚加陶瓷砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷薄爐底結(jié)構(gòu)。在爐底封板以上搗１００ｍｍ厚高導(dǎo)熱系數(shù)的炭質(zhì)搗料，由下而上分別為１層高導(dǎo)熱石墨塊、３層微孔焙燒炭塊、１層超微孔焙燒炭塊和２層陶瓷杯墊。爐缸外側(cè)為超微孔炭塊（風(fēng)口下８層為微孔焙燒炭塊），內(nèi)側(cè)（熱面）為陶瓷杯壁，鐵口、風(fēng)口采用與陶瓷杯同材質(zhì)的組合磚，爐底爐缸砌筑結(jié)構(gòu)如圖１所示。
爐底、爐缸設(shè)置侵蝕檢測系統(tǒng)，檢測設(shè)置如圖２所示。濟(jì)源鋼廠２號高爐爐底、爐缸內(nèi)襯溫度場分布與侵蝕情況如圖３所示。
從圖２和圖３中可以看出，濟(jì)源鋼廠２號高爐投產(chǎn)運(yùn)行５年以來，鐵水對爐底、爐缸侵蝕較小，１?。保担啊骅F水冷凝等溫線控制在陶瓷杯以內(nèi)，爐底炭磚中心溫度不高于６０５℃，且爐底、爐缸周圍溫度分布較均勻。這說明陶瓷杯真正起到了抑制鐵水對爐缸、爐底炭磚的侵蝕，從而保護(hù)了爐底，保證了爐缸、爐底的安全。
從生產(chǎn)實(shí)踐上看，爐底炭磚中心溫度較低，耐火材料侵蝕較小，高爐穩(wěn)定順行且有效利用系數(shù)高，達(dá)到國內(nèi)外高爐生產(chǎn)先進(jìn)水平。
爐腹、爐腰和爐身采用磚壁合一的薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，在耐火材料的選擇方面，充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機(jī)理，并結(jié)合冷卻壁元件的具體特點(diǎn)，有針對性地選用耐火材料。內(nèi)側(cè)采用高爐噴涂料，噴涂層厚度約為１２０～１５０ｍｍ。爐殼與冷卻壁之間用自流澆注料。
２．３ 風(fēng)口平臺及出鐵場系統(tǒng)
風(fēng)口平臺及出鐵場由風(fēng)口平臺和出鐵場及附屬設(shè)施組成［１０］。濟(jì)源鋼廠２號高爐設(shè)計(jì)２個(gè)出鐵場，每個(gè)大小為２６ｍ×３４．６ｍ，２個(gè)出鐵場之間通過風(fēng)口平臺連接。２個(gè)出鐵場呈對稱布置，每個(gè)出鐵場上所用材料皆通過各自的吊裝孔運(yùn)進(jìn)。高爐設(shè)２個(gè)鐵口，不設(shè)渣口。每個(gè)出鐵場設(shè)有１條主鐵溝、１條殘鐵溝、３條支鐵溝和１條渣溝，鐵水經(jīng)鐵溝流入１２０ｔ鐵水罐車。每個(gè)出鐵場設(shè)３個(gè)罐位。熔渣經(jīng)渣溝進(jìn)沖渣溜槽沖制，水渣出事故或渣中鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時(shí)，可流入出鐵場一側(cè)的干渣坑。
出鐵場采用鋼筋混凝土架空式結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土平臺模板上表面填沙，場面用耐火磚立砌成水平地坪。出鐵罐平臺下方吊掛隔熱板，鐵水罐車停放線兩側(cè)的平臺支柱外部設(shè)隔熱層。出鐵場廠房采用鋼結(jié)構(gòu)形式，設(shè)排氣樓。２個(gè)出鐵場場房內(nèi)各設(shè)１臺２５／５ｔ雙鉤橋式起重機(jī)。
２．４ 環(huán)保除塵
為了滿足環(huán)保要求以及便于爐前設(shè)備檢修，高爐系統(tǒng)在鐵口處雙側(cè)及頂部設(shè)活動(dòng)擋板，爐前設(shè)收塵室，風(fēng)量按３０萬ｍ３／ｈ設(shè)計(jì)，同時(shí)在每個(gè)出鐵罐位設(shè)吸塵口，部分支鐵溝設(shè)蓋板。從生產(chǎn)實(shí)踐上看，目前濟(jì)源鋼廠使用效果較好，高爐爐前干凈，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。
３ 結(jié)論
（１）濟(jì)源鋼廠２號高爐設(shè)計(jì)采用先進(jìn)工藝技術(shù)及設(shè)備，高爐投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，平均利用系數(shù)在３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達(dá)到同類型高爐的先進(jìn)水平。
（２）高爐投產(chǎn)運(yùn)行５年來，爐底、爐缸侵蝕較小，高爐冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)實(shí)踐取得良好效果。
（３）高爐爐底、爐缸采用炭磚加陶瓷砌體復(fù)合爐襯，結(jié)合水冷薄爐底結(jié)構(gòu)，對爐底、爐缸被侵蝕起到良好的保護(hù)作用。
參考文獻(xiàn)：
［１］ 中國冶金建設(shè)協(xié)會(huì)．高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｍ］．北京：中國計(jì)劃出版社，２００８．
［２］ 項(xiàng)鐘庸，歐陽標(biāo)，鄒忠平．高爐設(shè)計(jì)的新體系［Ｊ］．中國冶金，２０１１，２１（１）：１２．
［３］ 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［Ｍ］．北京：冶金工業(yè)出版社，２００２．
［４］ 李東旭，李學(xué)金，于興久，等．北營３?。玻埃埃恚?高爐技術(shù)特點(diǎn)［Ｊ］．煉鐵，２０１２，３１（２）：９．
［５］ 高成云．馬鋼４?。埃埃埃恚?級高爐的主要技術(shù)特點(diǎn)及裝備水平［Ｊ］．煉鐵，２００７，２６（４）：１．
［６］ 薛維炎，閆彩菊，歐陽龍，等．武鋼８號高爐爐體系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)［Ｊ］．中國冶金，２０１１，２１（７）：１３．
［７］ 葛慧超，胡小青．方大特鋼新２號高爐爐體工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)［Ｊ］．煉鐵，２０１３，３２（４）：９．
［８］ 方正芳，費(fèi)書文，朱興華．富倫１號高爐工藝裝備特點(diǎn)［Ｊ］．安徽冶金，２００９（１）：１３．
［９］ 費(fèi)書文，朱興華．馬鋼３號１?。埃埃埃恚?高爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)［Ｊ］．煉鐵，２００５，２４（５）：２０．
［１０］ 楊棟材．張鋼１?。常担埃恚?高爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)［Ｊ］．有色冶金設(shè)計(jì)與研究，２０１１，３２（２）：２５．