陳 冬， 孫劉恒， 汪延來

（中冶華天工程技術(shù)有限公司煉鐵事業(yè)部， 江蘇 南京 210000）

摘 要：長鋼 1 號高爐中修優(yōu)化設(shè)計采用了最新的工藝、設(shè)備和技術(shù)，如厚壁爐型改薄壁內(nèi)襯爐型、工業(yè)循環(huán)水改軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、爐底爐缸炭磚 + 小塊陶瓷杯改炭磚 + 大塊陶瓷杯墊結(jié)構(gòu)、出鐵場平坦化改造、除塵系統(tǒng)升級改造、爐頂均壓放散煤氣回收等。高爐開爐投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，平均利用系數(shù)在 3.4 t/（m³·d）以上，達(dá)到同類型高爐的先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：高爐；設(shè)計；先進(jìn)技術(shù)；特點

安徽長江鋼鐵股份有限公司（全文簡稱“長鋼”） 1 號高爐中修優(yōu)化設(shè)計以提高環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用水平，在實現(xiàn)降本增效的同時，力求實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展之路。2019 年 2 月 20日開始停爐中修，歷時 76 d，于 2019 年 5 月 8 日開爐投產(chǎn)以來，高爐總體運(yùn)行狀況良好，有效容積利用系數(shù)為 3.4 t/（m³·d）以上，達(dá)到了同類型高爐的先進(jìn)水平，改造前后生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如表 1 所示。

長鋼 1 號高爐中修優(yōu)化設(shè)計采用了新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)^[1]，如厚壁爐型改薄壁內(nèi)襯爐型^[2]、工業(yè)循環(huán)水改軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、爐底爐缸炭磚+小塊陶瓷杯改為炭磚+大塊陶瓷杯杯結(jié)構(gòu)、出鐵場平坦化改造、除塵系統(tǒng)升級改造、爐頂均壓放散煤氣回收等。其主要設(shè)計參數(shù)：有效利用系數(shù) 3.24 t/（m³· d），日產(chǎn)生鐵 3 500 t/d，熱風(fēng)溫度 1 150 ℃，綜合燃料比 515 kg/t，爐頂壓力 0.2 MPa，年產(chǎn)生鐵 122.5 萬 t。

1 設(shè)計特點及分析

本工程主要改造內(nèi)容包括高爐本體系統(tǒng)爐型優(yōu)化、冷卻壁及供排水系統(tǒng)、風(fēng)口平臺出鐵場平坦化、爐頂均壓放散煤氣回收、出鐵場除塵系統(tǒng)升級及其他相關(guān)配套設(shè)施等。

1.1 高爐本體系統(tǒng)

1.1.1高爐爐型

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，也對高爐壽命的長短起著重要作用。因此，在總結(jié)綜合比較國內(nèi)同類型高爐設(shè)計與生產(chǎn)操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體條件，確定合理的高爐內(nèi)型^[3-6]。

長鋼 1 號高爐改造后內(nèi)型與同類型高爐對比如 表 2 所示。

此次高爐本體爐型改造特點：

1）厚壁內(nèi)襯改薄壁爐型：在充分利用現(xiàn)有設(shè)施的前提下，保留利用原有高爐本體框架、爐體平臺，將厚壁爐型優(yōu)化設(shè)計改造為磚壁結(jié)合薄內(nèi)襯爐型^[2]。

2）死鐵層深度適當(dāng)加深：適當(dāng)加深死鐵層深度有利于減少鐵水環(huán)流對爐缸側(cè)壁的沖刷，保護(hù)爐底爐缸耐材，延長爐缸壽命。

3）爐腰直徑加大。適當(dāng)加大爐腰直徑，高爐透氣性得到改善，有利于高爐的強(qiáng)化冶煉。

4）爐缸直徑擴(kuò)大。適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大爐缸直徑有利于提高高爐的產(chǎn)量及冶煉。

1.1.2爐體冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)

長鋼 1 號高爐中修采用全冷卻壁冷卻結(jié)構(gòu)形式。爐體從爐底到爐身上部共設(shè) 15 段冷卻壁；爐喉采用兩段式水冷鋼磚。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—4 段冷卻壁為單層光面灰鐵冷卻壁；第 5 段（風(fēng)口帶）為加厚雙層光面球墨鑄鐵冷卻壁；第 6—9 段（爐腹 2 段、爐腰 1 段及爐身下部 1段）為雙層全覆蓋式鑲磚鑄鋼冷卻壁；第 10—15 段為單層全覆蓋式鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁。

爐體冷卻系統(tǒng)由開路工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)改為軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。為強(qiáng)化爐底爐缸爐底冷卻能力，水冷管布置于爐底于爐底封板上方。為了使?fàn)t體供水分布均勻，將系統(tǒng)分成 16 個區(qū)，上部設(shè) 1 個脫氣罐和1 個膨脹罐，用于控制軟水循環(huán)系統(tǒng)及排除軟水循環(huán)冷卻過程中產(chǎn)生的氣體。

為加強(qiáng)高爐冶煉安全及控制軟水冷卻系統(tǒng)，本次中修設(shè)計高爐冷卻壁熱負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，用于及時監(jiān)測爐體冷卻強(qiáng)度、渣鐵皮厚度及冷卻壁破損情況，便于生產(chǎn)操作調(diào)控，有效提升了高爐冶煉強(qiáng)度。

1.1.3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，有針對性的選用耐火材料，并在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)各部位磚襯的穩(wěn)定性^[3]。結(jié)合長鋼一代爐役使用情況，本次中修設(shè)計將原厚壁爐型改為磚壁結(jié)合薄內(nèi)襯爐型。

1.1.3.1爐底、爐缸區(qū)域

高爐爐底、爐缸采用炭磚+陶瓷砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷薄爐底結(jié)構(gòu)。爐底、爐缸從下往上依次為：2 層半石墨炭磚，2 層超微孔炭磚，1 層超微孔焙燒炭塊，2 層大塊陶瓷墊。爐缸外側(cè)為超微孔炭磚+微孔炭磚，為了提高爐缸及風(fēng)口砌體的穩(wěn)定性和壽命，保護(hù)爐缸及風(fēng)口設(shè)備，爐缸內(nèi)側(cè)及風(fēng)口區(qū)采用大塊陶瓷杯壁結(jié)構(gòu)。

爐底、爐缸設(shè)置侵蝕檢測系統(tǒng)。爐底爐缸耐材結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

1.1.3.2爐腹?fàn)t腰及爐身中下部區(qū)域

由于此區(qū)域熱負(fù)荷大，機(jī)械沖刷、化學(xué)侵蝕及熱震均存在極大的破壞作用，應(yīng)選擇具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高抗折強(qiáng)度、耐渣堿侵蝕的耐火磚。在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，有針對性的選用耐火材料。爐腹、爐腰與爐身下部區(qū)域冷卻壁采用冷鑲微孔鋁炭磚，內(nèi)側(cè)采用鋁碳化硅噴涂料。

1.1.3.3爐身中上部區(qū)域

爐身中上部溫度較低，主要為爐料和煤氣流沖刷磨損，因此球墨鑄鐵冷卻壁采用致密性高、耐壓強(qiáng)度大、耐磨能力強(qiáng)的磷酸鹽浸漬黏土磚，內(nèi)側(cè)噴涂高鋁噴涂料。

1.2風(fēng)口平臺及出鐵場系統(tǒng)

長鋼 1 號高爐一代爐役生產(chǎn)過程中，出鐵場陸續(xù)暴露出以下不足：出鐵場偏小；出鐵場坡度較大，且表面凹凸不平，不利于爐前設(shè)備和渣鐵溝的維護(hù)和檢修，不便于檢修設(shè)備的運(yùn)行；除塵效果不理想；渣鐵溝混凝土擋墻上部破損嚴(yán)重，溝蓋板變形嚴(yán)重，不能有效封閉，大量跑冒煙氣，爐前環(huán)境惡劣。

針對以上不足之處，為了滿足環(huán)保要求以及便于爐前安全操作維護(hù)，在現(xiàn)有出鐵場結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上平臺化，爐前設(shè)除塵小屋，將開口機(jī)泥炮包覆在小屋內(nèi)，除塵系統(tǒng)風(fēng)量提高到 100 萬 m³ /h，煙塵排放質(zhì)量濃度<10 mg/m³，大大改善了爐前操作環(huán)境。

1.3爐頂均排壓煤氣系統(tǒng)

高爐生產(chǎn)中，爐頂裝料設(shè)備向爐內(nèi)裝料時，料罐中的均壓煤氣通常都是直接對空排放的，這部分放散煤氣的主要成分為 CO、CO₂、N₂ 和灰塵。料罐排壓放散時產(chǎn)生的噪音和粉塵污染，不僅對大氣環(huán)境直接造成污染，而且也浪費(fèi)了煤氣能源^[7]。因此，本次中修設(shè)計對均壓煤氣進(jìn)行除塵并回收，均壓放散煤氣回收系統(tǒng)工藝流程如圖 2 所示。

爐頂均排壓系統(tǒng)的工藝流程：

1）料罐排壓。料罐內(nèi)高壓煤氣寅旋風(fēng)除塵器除塵寅均壓放散閥寅煤氣回收管網(wǎng)寅布袋除塵器寅逆止閥寅煤氣快速切斷閥寅手動盲板閥寅蝶閥寅凈煤氣管網(wǎng)。

2）料罐均壓。兩步進(jìn)行，凈煤氣一次均壓，N₂ 二次均壓。

凈煤氣一次均壓：一次均壓凈煤氣→均壓閥1→旋風(fēng)除塵器寅均壓閥 2→料罐。

該技術(shù)應(yīng)用投產(chǎn)后，運(yùn)行情況穩(wěn)定良好，煤氣回收率達(dá) 85%以上，取得較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 結(jié)論

1）長鋼 1 號高爐中修設(shè)計采用較先進(jìn)工藝技術(shù)及設(shè)備，高爐投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，平均利用系數(shù)在 3.4 t/（m³·d）以上，達(dá)到同類型高爐的先進(jìn)水平。

2）出鐵場平坦化后，爐前設(shè)除塵小屋，出鐵場除塵風(fēng)量加大，有效改善了爐前操作環(huán)境。

3）爐頂均排壓煤氣回收系統(tǒng)投產(chǎn)后，運(yùn)行情況穩(wěn)定良好，煤氣回收率達(dá) 85%以上，生產(chǎn)實踐取得較好效果。

參考文獻(xiàn)

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