王 松，朱 俊，曹 兵
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243002）
【摘 要】 馬鋼3# 高爐大修以“實用、可靠、成熟、環(huán)保”為設(shè)計原則，采用國內(nèi)外成熟技術(shù)及設(shè)備，設(shè)備、材料的選擇立足于國內(nèi)，總體工藝裝備水平達(dá)到國內(nèi)同類型高爐的先進(jìn)水平。主要介紹了3#高爐長壽設(shè)計；新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應(yīng)用；出鐵廠局部平坦化，風(fēng)口平臺擴(kuò)建改造以及三電系統(tǒng)的配套改造提升。
【關(guān)鍵詞】 高爐長壽技術(shù)；冷卻壁；下閥箱；方形溜槽
引言
馬鋼 3#1000 m3高爐自 2016 年 3 月份以來冷卻壁破損加劇，冷卻壁通道破損嚴(yán)重，完全斷水的冷卻壁已達(dá)11塊。爐缸炭磚侵蝕已開始顯現(xiàn)，局部殘厚在 650~700 mm 左右，嚴(yán)重制約高爐安全運(yùn)行。
更可怕的是冷卻壁的破損速度仍在急速加劇，因受空間限制和大量的水管拆分，后期的檢修困難加劇，且大面積的開孔安裝炮彈頭，對高爐設(shè)備帶來巨大的隱患，護(hù)爐保產(chǎn)壓力巨大。為了保障 3#高爐安全生產(chǎn)，優(yōu)化爐役后期設(shè)備檢修模型，提高經(jīng)濟(jì)效益，3#高爐決定進(jìn)行大修改造。大修后的 3#高爐采用了一系列的創(chuàng)新技術(shù)[1]：優(yōu)化爐型，采用磚壁結(jié)合薄內(nèi)襯爐型；爐底爐缸采用國產(chǎn)大塊炭磚結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部位采用國產(chǎn)超微孔大塊炭磚；合適的冷卻設(shè)備及耐材選擇；冷卻系統(tǒng)的自動化檢測與控制；新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應(yīng)用；出鐵廠局部平坦化，風(fēng)口平臺擴(kuò)建改造；三電系統(tǒng)配套改造提升[2]。
1 高爐長壽設(shè)計
合理的內(nèi)型、先進(jìn)的內(nèi)襯、高效的冷卻、可靠的檢測是決定高爐能否長壽的先天因素[3]。馬鋼 3#高爐設(shè)計時遵循結(jié)構(gòu)合理、選材適當(dāng)、配置優(yōu)化的原則，并注重高爐整體的長壽優(yōu)化和有效匹配，從而達(dá)到高爐各部位同步長壽的目的。
1.1 優(yōu)化高爐內(nèi)型
新的馬鋼 3#高爐采用磚壁結(jié)合薄內(nèi)襯爐型，薄壁內(nèi)襯就是對高爐內(nèi)襯和冷卻壁進(jìn)行優(yōu)化組合，形成磚壁一體化結(jié)構(gòu)，解決爐腹、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)的短壽問題，使其壽命與高爐爐缸、爐底的壽命同步[4]。
高爐爐型見圖1。
新的 3#高爐通過加深死鐵層深度，適當(dāng)降低高徑比，加大爐腰直徑，增大爐缸直徑，以滿足目前快速高效的生產(chǎn)模式，保證高爐的穩(wěn)定順行。
1.2 爐底和爐缸的長壽設(shè)計
新 3#高爐采用國產(chǎn)大塊炭磚結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部位采用國產(chǎn)超微孔大塊炭磚。爐底滿鋪炭磚采用1層石墨大塊炭磚+2層微孔大塊炭磚+2層超微孔大塊炭磚，上層砌1層高鋁磚，爐底總厚度2400 mm。鐵口及鐵口以下的爐缸“象腳”侵蝕區(qū)域采用超微孔大塊炭磚[5]。鐵口以上至風(fēng)口以下的爐缸區(qū)域采用微孔大塊炭磚。鐵口框區(qū)域采用塑性相結(jié)合剛玉質(zhì)組合磚。風(fēng)口區(qū)采用大塊塑性相結(jié)合剛玉質(zhì)組合磚[6]。爐底爐缸的內(nèi)襯材質(zhì)相較于 3#爐第一代爐齡有了很大提升，具有良好的熱傳導(dǎo)和熱震穩(wěn)定性，有助于提高高爐的壽命，增加高爐操作的穩(wěn)定性和安全性。
1.3 冷卻系統(tǒng)優(yōu)化改造
爐體冷卻設(shè)備對高爐長壽至關(guān)重要,選擇合適的冷卻設(shè)備及合理的配置能保證各部位擁有合適的冷卻強(qiáng)度，穩(wěn)定操作達(dá)到高效高產(chǎn)。通過對 3#高爐上代爐役冷卻壁破損嚴(yán)重情況的分析，本次大修在保留原爐殼及開孔不變的基礎(chǔ)上，更換全部冷卻壁及爐喉鋼磚，各區(qū)域冷卻設(shè)備主要特征見表 1。通過增加冷卻水管的通徑及冷卻水管的優(yōu)化布置，最大限度地增加冷卻強(qiáng)度，保證爐體的安全[7]。
冷卻系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化。將原 5~8 層及 9~12層冷卻壁四層串聯(lián)方式改造為：第 5 層風(fēng)口帶冷卻壁單獨(dú)供排水，保證風(fēng)口帶的冷卻效果；6~8層冷卻水管串聯(lián)；9~10層水管熱面、11~12水量層水管熱面及9~12層冷卻水管冷面串聯(lián)，改造后的冷卻水循環(huán)水量為 4650 m3/h，相較 3#爐第一代爐齡增加水量900 m3/h，更加合理地對高爐本體進(jìn)行冷卻，同時提高了冷卻強(qiáng)度。
1.4 自動化檢測與控制
馬鋼 3# 高爐在爐底、爐缸在爐襯上設(shè)置熱電偶共計182點(diǎn)。爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域，溫度、壓力的檢測為高爐操作者隨時掌握爐況提供了有效的參考。在此區(qū)域共設(shè)置水溫差傳感器 246 支，流量計68臺。通過監(jiān)控各冷卻壁支管的瞬時流量、進(jìn)出水的溫差，計算此區(qū)域的熱流強(qiáng)度值，判斷高爐有無異常情況。爐腹以上冷卻壁設(shè)置熱電偶，用于檢測爐襯侵蝕及冷卻壁損壞狀況。第 6~15 層冷卻壁每層設(shè)置 6 點(diǎn)，沿圓周方向均勻分布，共計 60 點(diǎn)。
爐喉鋼磚設(shè)置熱電偶，用于檢測鋼磚損壞狀況。共設(shè)置 6 點(diǎn)，沿圓周方向均勻分布。此外還設(shè)置了爐喉煤氣十字測溫、爐頂攝像、煤氣在線自動分析等裝置，時刻了解高爐的狀態(tài)，維持高爐的長壽管理。
2 新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應(yīng)用
本次大修將爐頂下閥箱由原先的PW型式更換為更適合中小型高爐的新式下閥箱，新式的下閥箱具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、易于檢修等優(yōu)點(diǎn)。新式下閥箱下料閘采用液壓缸驅(qū)動，通過曲柄、半軸、同步四連桿機(jī)構(gòu)等驅(qū)動兩塊球形閘板正反旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。下密封閥采用液壓缸驅(qū)動，通過曲柄、軸等驅(qū)動閥板旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。
通過控制液壓比例閥的進(jìn)油量，加快 DCS系統(tǒng)的模塊響應(yīng)時間，增加比例閥開閥電流控制函數(shù)區(qū)段數(shù)等手段，精確控制下料閘的精度，在全行程的范圍內(nèi)，動作速度6 s以內(nèi)，開度精度0.8°以內(nèi)。
新的 3#高爐采用方型布料溜槽，落料點(diǎn)部位改用表面堆焊硬質(zhì)合金的網(wǎng)格存料結(jié)構(gòu)，提高落料點(diǎn)的耐沖擊性，而溜槽的出口處鑲嵌碳化鎢顆粒，發(fā)揮其硬度高、耐磨損的特點(diǎn)[8]。
3 出鐵廠局部平坦化，風(fēng)口平臺擴(kuò)建改造
3#高爐原先為雙矩形非平坦化出鐵場。出鐵場平臺坡度較大，面層砌筑耐火磚，高低不平，平臺積灰不易清理，且東西場不連通，不利于爐前及風(fēng)口設(shè)備的檢修更換及耐火材料的運(yùn)輸。兩個出鐵場進(jìn)行平坦化改造，將支鐵鉤區(qū)域及檢修區(qū)域地坪改造與出鐵場同標(biāo)高，配合渣鐵溝蓋板，實現(xiàn)兩個出鐵場的平坦化。增加出鐵廠南場，用于連通東西出鐵場。將整個出鐵場向南延伸4 m。出鐵場平臺面層標(biāo)高統(tǒng)一為 8.600 m，平臺面層采用 50 mm 厚耐熱混凝土保護(hù)并進(jìn)行表面壓光處理[9]。
原風(fēng)口平臺是在混凝土結(jié)構(gòu)表面砌筑一層耐火磚，因此表面高低不平，灰塵清理困難[10]。改造后拆除風(fēng)口平臺表面耐火磚，在原有混凝土結(jié)構(gòu)上澆注加氣混凝土，在加氣混凝土上采用 50 mm 厚耐熱混凝土。由于南出鐵場的延伸，將整個風(fēng)口平臺向南延伸 2 m，北面延伸 1.2 m，最大限度地擴(kuò)大風(fēng)口平臺的面積。
4 三電系統(tǒng)配套改造提升
大修后的3#高爐整體的自動化水平和控制精度都大幅提高，大修中對低配柜、MCC柜、I/O接口柜、機(jī)旁操作箱、檢修電源箱、動力配電箱、低壓封閉母線及電纜進(jìn)行全部更換，外部電纜溝取消，改為電纜通廊。增設(shè) OPC 站，本體新增 DPU 控制站，水處理改 DPU 控制站，槽下 DPU 控制站移位到槽下南場[11]。大修中將 3#爐噴煤計算機(jī)控制從 2#爐 DCS控制系統(tǒng)遷移至 3#爐 DCS 控制系統(tǒng)，新增 DPU 控制站、操作員站。電訊類以中控大屏為中心的監(jiān)控顯示系統(tǒng)更新，并實現(xiàn)畫面共享功能。
5 結(jié)束語
馬鋼 3#高爐大修分別從爐型長壽設(shè)計、爐缸爐底設(shè)計、冷卻壁及爐體各部位耐材的選擇進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同時采用中鼎泰克式下閥箱與方形耐磨溜槽，出鐵廠局部平坦化，風(fēng)口平臺擴(kuò)建改造，配套改造三電系統(tǒng)，除此之外，還進(jìn)行了爐前除塵頂吸改造，沖渣溝密封改造等[12]。3#高爐投產(chǎn)后，各項指標(biāo)不斷提升，具體見表2。
3#高爐大修各項改造，不僅直接反映了馬鋼在高爐設(shè)計方面邁向了一個更高的臺階，而且體現(xiàn)了高爐“安全、長壽、高效、優(yōu)質(zhì)”的發(fā)展方向。
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