摘要：鄂鋼5號高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐出現(xiàn)隔墻倒塌、拱頂?shù)舸u等問題，嚴(yán)重影響風(fēng)溫水平。因內(nèi)燃式熱風(fēng)爐有其固有缺陷，為有效提高風(fēng)溫，強(qiáng)化高爐冶煉、節(jié)能降耗，本工程利用現(xiàn)有空地新建一座頂燃式熱風(fēng)爐^［1］。形成3 座內(nèi)燃式+1座頂燃式熱風(fēng)爐模式，為今后3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐大修提供條件。本工程的難點(diǎn)主要集中在新老熱風(fēng)管對接上，因高爐休風(fēng)時(shí)間短，熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，且需切除老熱風(fēng)管的封頭，再實(shí)現(xiàn)新老管道對接，所以施工難度很大。本工程為今后熱風(fēng)爐改造提供了一個(gè)可行方案，為煉鐵行業(yè)老廠實(shí)施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；設(shè)計(jì)；對接；經(jīng)驗(yàn)

0 前言

鄂鋼5 號高爐( 2 600 m³ ) 于2010 年1 月22 日點(diǎn)火投產(chǎn)，配備3 座改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，投產(chǎn)后到2013 年底，熱風(fēng)溫度一直可以滿足高爐需求，達(dá)1 180 ℃ ～1 200 ℃之間。

2014 年，1#～ 3#熱風(fēng)爐都出現(xiàn)隔墻垮塌，格子磚渣化、下沉，燒爐困難，風(fēng)溫大幅下降，風(fēng)溫水平只有950 ℃左右。為了從根本上解決此問題，在認(rèn)真分析研究高爐實(shí)際生產(chǎn)情況和現(xiàn)場場地后，決定在現(xiàn)有熱風(fēng)爐區(qū)域增加一座頂燃式熱風(fēng)爐。待新建4#熱風(fēng)爐正常生產(chǎn)后，再逐步對1#～3#熱風(fēng)爐進(jìn)行改造。

1 具體技術(shù)方案

1．1 設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)合鄂鋼5 號高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)基本參數(shù)和目前實(shí)際生產(chǎn)情況，經(jīng)過合理計(jì)算確定本次新增4#頂燃式熱風(fēng)爐各項(xiàng)參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表1。

1．2 熱風(fēng)爐布置方案

由于4#頂燃式熱風(fēng)爐建設(shè)期間，不能影響高爐、原內(nèi)燃式熱風(fēng)爐正常生產(chǎn)，故現(xiàn)有的換熱器、液壓站、倒流休風(fēng)管都不能移位。經(jīng)現(xiàn)場考察后，決定新增熱風(fēng)爐選址在現(xiàn)有熱風(fēng)爐與高爐引橋之間的一塊空地上，與原來3 座熱風(fēng)爐組呈90 °夾角布置，新建熱風(fēng)爐布置如圖1 所示。

1．3 熱風(fēng)爐本體

新建1 座頂燃式熱風(fēng)爐，包含熱風(fēng)爐基礎(chǔ)、爐殼、本體內(nèi)所有耐火材料、燃燒器、爐箅子及支柱，熱風(fēng)爐的主要參數(shù)見表2。

1．4 三維混合燃燒器

燃燒器混合室為錐柱復(fù)合形結(jié)構(gòu)，煤氣噴口分布于錐段，空氣噴口分布于圓柱段。煤氣噴口為上下兩層不同混合半徑的多孔環(huán)形布置，煤氣立體旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動。多層不同半徑( 小于空氣流半徑) 的煤氣流與空氣流形成多層同心不同半徑的交叉三維混合，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短。由于空心柱面積小，混合氣流在經(jīng)過喉口整流后形成的負(fù)壓區(qū)域面積小，保證煙氣進(jìn)入格子磚分布均勻，格子磚截面積利用充分，更利于格子磚儲存熱量、放出熱量獲得高風(fēng)溫。

1．5 熱風(fēng)爐管道設(shè)計(jì)

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐配套的熱風(fēng)、冷風(fēng)、煤氣、助燃空氣、煙道管道與原熱風(fēng)爐系統(tǒng)管道對接，并對原有各工藝總管進(jìn)行適應(yīng)性改造。

新增4#頂燃式熱風(fēng)出口標(biāo)高與原內(nèi)燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)主管有8m 高差，所以4#頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管與原熱風(fēng)主管之間設(shè)計(jì)了熱風(fēng)豎管來連接。

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐配套的軟水、氮?dú)狻嚎s空氣管道與原熱風(fēng)爐系統(tǒng)對應(yīng)的水管、工業(yè)管道系統(tǒng)對接。

1．6 框架及吊車

新建熱風(fēng)爐獨(dú)立設(shè)置框架、支架、平臺、走梯、檢修吊車，并對原有部分管道、平臺、走梯進(jìn)行適應(yīng)性改造。新建熱風(fēng)爐框架跨距11 m×13 m，設(shè)置1 臺20 t 單梁吊檢修熱風(fēng)閥、煤氣燃燒閥、煤氣切斷閥、空氣切斷閥等。

1．7 熱風(fēng)爐閥門、儀表設(shè)備

新增4#熱風(fēng)爐配套的工藝閥門，液壓、潤滑、電氣、儀表設(shè)備設(shè)施等; 設(shè)備選型與原有的保持一致，便于操作維護(hù)方便和減少備品備件。新增的熱風(fēng)閥采用高溫水冷閘閥，煙道閥、冷風(fēng)閥、煤氣切斷閥、煤氣燃燒閥、空氣切斷閥采用液壓蝶閥。

1．8 助燃風(fēng)機(jī)

5 號高爐熱風(fēng)爐原配置2 臺助燃風(fēng)機(jī)，一用一備，單臺助燃風(fēng)機(jī)的主要規(guī)格:風(fēng)量為200 000 Nm³ /h( 標(biāo)態(tài)) ，靜壓為12 kPa，電機(jī)功率為1 250 kW。

熱風(fēng)爐改造后，新熱風(fēng)爐組采用“兩燒兩送”工作制度，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度為1 250 ℃，送風(fēng)時(shí)間約60 min時(shí)，需要助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為140 000 Nm³ /h。經(jīng)核算: 目前助燃風(fēng)機(jī)能力能滿足要求，助燃風(fēng)機(jī)利舊。

1．9 利舊設(shè)施

本次改造利舊的設(shè)施有熱風(fēng)爐操作室、電氣室、液壓站、換熱器、煙囪、助燃風(fēng)機(jī)、各種能源介質(zhì)外部管網(wǎng)等。

2 實(shí)施方案

2．1 熱風(fēng)爐爐殼拼裝和吊裝

熱風(fēng)爐爐殼內(nèi)徑Ф10 000 mm /Ф11 510 mm /Ф6 524 mm，爐身最大直徑為Ф11 510 mm; 殼體材質(zhì)為Q345C 正火板，爐殼分為29 帶，爐殼每帶在地面拼裝焊接后，用200 t 坦克吊( 主臂長65 m，吊鉤選65 T 鉤頭) 整帶吊裝并安裝。

2．2 耐材砌筑

熱風(fēng)爐本體砌筑前，必須先檢查爐殼的尺寸和安裝精度。根據(jù)熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，爐體的砌筑采用一段施工，兩班作業(yè)的施工方法。白班砌筑爐墻，夜班碼格子磚。熱風(fēng)爐、熱風(fēng)支管、熱風(fēng)豎管的耐材施工安排，在具備條件后即時(shí)穿插進(jìn)行施工。

熱風(fēng)爐耐材砌筑工程重量約計(jì)3 600 t( 含熱風(fēng)管道和熱風(fēng)豎管) ，砌筑工期約70 天。

2．3 介質(zhì)管道對接

冷風(fēng)、高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣、助燃空氣、煙氣、氮?dú)饧败浰男吕瞎艿缹樱郀t需要實(shí)施第一次休風(fēng)，休風(fēng)對接管道工期36 h。

熱風(fēng)閥冷卻水管對接時(shí)，老熱風(fēng)閥的循環(huán)水不能停，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，水管對接時(shí)，老熱風(fēng)閥切換到臨時(shí)凈循環(huán)水，進(jìn)行冷卻。

施工步驟: ( 1) 高爐休風(fēng)前，需要將冷風(fēng)、煤氣、助燃空氣、煙氣管道等按設(shè)計(jì)要求安裝就位; ( 2) 在已安裝就位的新管道側(cè)方開好臨時(shí)施工孔，距離對接處1 m～2 m 即可，此孔洞主要作為施工人員進(jìn)出通道; ( 3) 高爐休風(fēng)，開倒流休風(fēng)閥，確保熱風(fēng)爐熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，確保高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣有效切斷; 煤氣吹掃，檢查確認(rèn)煤氣吹掃完畢;( 4) 煤氣、空氣、冷風(fēng)管道只需將對接處三通口進(jìn)行開孔碰頭，并將對接處新老管道焊縫焊接好，即完成新老管道連接，并封施工孔; ( 5) 煙氣管對接處三通口進(jìn)行開孔碰頭、焊接完畢后，筑爐專業(yè)需將三通連接處老煙氣管道噴涂破壞的部位及新管道預(yù)留焊接部分進(jìn)行噴涂，待施工完畢后，封施工孔。

2．4 熱風(fēng)管道熱態(tài)對接

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐最關(guān)鍵、最困難的接口就是熱風(fēng)主管接口，由于高爐休風(fēng)時(shí)間短，熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，需切除老熱風(fēng)管的封頭，再實(shí)現(xiàn)新老管道對接，并在管內(nèi)實(shí)施降溫隔熱措施后、進(jìn)入管道完成對接口處耐材砌筑，施工難度很大。

熱風(fēng)管道對接，高爐需要實(shí)施第二次休風(fēng)，熱風(fēng)管對接用時(shí)48 h。

施工步驟: ( 1) 用割槍將原熱風(fēng)主管的封頭割開，耐材拆除人員穿上隔熱防護(hù)服在確保安全可靠的前提下進(jìn)行耐材拆除，使用頂開裝置，將耐材頂松，然后使用風(fēng)鎬敲掉耐材，使其碎裂斷開，用50 t吊車將割除下來的封頭吊至地面。施工平面布置如圖2 所示; ( 2) 封頭拆除完，作業(yè)人員穿好防護(hù)隔熱服進(jìn)入管內(nèi)，將準(zhǔn)備好的纖維氈堆碼( 用小鋼絲繩帶住) 至管內(nèi)指定位置。打開老熱風(fēng)管側(cè)邊人孔( φ800 mm) ，從外向內(nèi)進(jìn)行破除原耐材( 利用風(fēng)鎬) ，將人孔處的耐材從管道內(nèi)清理出來; ( 3) 在新、老熱風(fēng)主管上焊好吊鼻，管托下面安放有聚四氟乙烯摩擦副，管托下部滑動面摸黃油，采用2 臺5 t 倒鏈同時(shí)拖動新熱風(fēng)管道，待拉至指定部位時(shí)，再使用10 t 千斤頂慢慢移動新熱風(fēng)管，使之與老熱風(fēng)管順利對接，搭接采取外包帶形式，內(nèi)外口焊接。新老熱風(fēng)管道推移搭接如圖3 所示; ( 4) 耐材砌筑和封堵人孔: 待管道內(nèi)所有焊接結(jié)束后，由爐窯施工人員進(jìn)入管道進(jìn)行噴涂和耐材砌筑。待全部砌筑完畢，將管內(nèi)隔熱物和雜物清理干凈后，封堵人孔; ( 5) 最后管托進(jìn)行加固，安裝拉桿等。

2．5 熱風(fēng)爐烘爐

新老熱風(fēng)管道對接完成后，關(guān)閉4#熱風(fēng)爐熱風(fēng)閥，進(jìn)行4#熱風(fēng)爐烘爐，采用焦?fàn)t煤氣烘爐，烘爐時(shí)間約30 天。4#熱風(fēng)爐烘爐期間，不影響1#～3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燒爐、送風(fēng)，不影響高爐的正常生產(chǎn)。

2．6 施工工期

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐總施工工期是180 天，含烘爐打壓30 天。

3 新增頂燃式熱風(fēng)爐運(yùn)行后使用效果

4#頂燃式熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，4#頂燃式熱風(fēng)爐拱頂溫度最高達(dá)到1 320 ℃ ～ 1 350 ℃，4#熱風(fēng)支管上溫度檢測點(diǎn)測得熱風(fēng)溫度可達(dá)1 250 ℃，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。

由于目前2#、3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐隔墻垮塌，熱風(fēng)爐燒爐困難，2#拱頂溫度只能到1 200 ℃，3#拱頂溫度只能到1 070 ℃，為保證高爐穩(wěn)定順行，目前4#熱風(fēng)爐拱頂溫度控制在1 250 ℃左右。熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用“兩燒兩送”的工作制度，送風(fēng)溫度維持在1 050 ℃以上，比改造前風(fēng)溫提高100 ℃以上。

4 結(jié)論

( 1) 新增4#頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)，送風(fēng)溫度比改造前提高了100 ℃以上，為后續(xù)1#～3#內(nèi)燃式改造創(chuàng)造了條件。后續(xù)1# ～ 3#內(nèi)燃式改造后，完全可以達(dá)到1 250 ℃風(fēng)溫。

( 2) 本工程施工場地窄、施工難度大，特別是熱風(fēng)主管的推移對接，難度很大。但為今后熱風(fēng)爐改造提供了一個(gè)可行方案，為煉鐵行業(yè)老廠實(shí)施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5 參考文獻(xiàn)

［1］ 鄭傳和，銀光宇．宣鋼3 號高爐熱風(fēng)爐內(nèi)燃改頂燃實(shí)踐［J］．冶金能源，2014，33( 2) : 18．