張發(fā)輝，楊智強(qiáng)，楊 琳

(中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430080)

摘 要：紅鋼 3# 高爐配置 3 座頂燃式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐運(yùn)行 11 年后出現(xiàn)格子磚堵塞及風(fēng)溫偏低等現(xiàn)象。為了改善現(xiàn)有風(fēng)溫條件，采用在線改造的方式在原熱風(fēng)爐旁增加了一座熱風(fēng)爐，并對熱風(fēng)平臺、管道、電氣、儀表、自動化等系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改造。改造完成后，4# 熱風(fēng)爐單爐送風(fēng)溫度達(dá)到 1220℃；4 座熱風(fēng)爐采用“交錯并聯(lián)”送風(fēng)時，平均送風(fēng)溫度達(dá)到 1170℃，較改造前平均風(fēng)溫提高了 170℃。熱風(fēng)爐平均風(fēng)溫提高后，高爐焦比由改造前435kg/t·Fe 降至改造后 410kg/t·Fe，節(jié)約焦炭效果明顯。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；頂燃式；在線改造

紅鋼 3# 高爐目前配置 3 座熱風(fēng)爐，其熱風(fēng)爐本體、燃燒器及熱風(fēng)管道全部引進(jìn)俄羅斯卡盧金熱風(fēng)爐技術(shù)，熱風(fēng)爐設(shè)計風(fēng)溫 1200℃，熱風(fēng)爐于 2008 年 7 月投入運(yùn)行。

1 存在問題

（1）隨著高爐的產(chǎn)能提升，冶煉強(qiáng)度不斷提高，熱風(fēng)爐的加熱風(fēng)量增大，3 座熱風(fēng)爐超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，原熱風(fēng)爐加熱能力無法適應(yīng)高風(fēng)溫要求，平均風(fēng)溫僅1000℃。

（2）自 2018 年以來，1# 熱風(fēng)爐燒爐時拱頂溫度燒不上去，送風(fēng)時拱頂下降快，2019 年 4 月出現(xiàn)送風(fēng)壓差增大的現(xiàn)象，初步判斷熱風(fēng)爐內(nèi)部砌體有破損和格子磚堵塞現(xiàn)象。

2 改造內(nèi)容

風(fēng)溫在高爐生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，它影響著高爐的多項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，如理論燃燒溫度、焦比、煤比、產(chǎn)量等^［1-3］ 。為了改善現(xiàn)有風(fēng)溫條件，降低焦比及生產(chǎn)成本，在原熱風(fēng)爐旁增加了 4# 熱風(fēng)爐。新建 4# 熱風(fēng)爐位于 3# 熱風(fēng)爐以南的現(xiàn)有道路上，與原熱風(fēng)爐呈一列式布置。主要改造內(nèi)容有：

（1）在原熱風(fēng)爐南側(cè)道路上新建 4# 熱風(fēng)爐，道路下有一根水管占用熱風(fēng)爐基礎(chǔ)，需要移位。

（2）根據(jù)地勘報告設(shè)計新建 4# 熱風(fēng)爐基礎(chǔ)與框架基礎(chǔ)。

（3）新建 4# 熱風(fēng)爐爐殼鋼結(jié)構(gòu)及框架平臺，新建爐殼與現(xiàn)有熱風(fēng)爐保持一致，框架平臺與現(xiàn)框架對應(yīng)平臺通過走道相連，便于檢查維護(hù)。

（4）熱風(fēng)爐本體內(nèi)襯及燃燒器采用國產(chǎn)自有專利技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計熱風(fēng)出口、燃燒器組合磚，對原熱風(fēng)爐內(nèi)襯設(shè)計缺陷進(jìn)行有效改進(jìn)。

（5）為延長熱風(fēng)閥的使用壽命，熱風(fēng)爐閥門冷卻水由工業(yè)水開路冷卻改為軟水密閉循環(huán)冷卻，新建冷卻水泵房，與高爐水系統(tǒng)隔開，減少對高爐水系統(tǒng)影響。

（6）新建 4# 熱風(fēng)爐、新建獨(dú)立的熱風(fēng)爐閥門軟水冷卻泵站、新增熱風(fēng)爐配套的管道、熱風(fēng)爐閥門液壓傳動與潤滑、閥門及水泵的供電、照明、熱風(fēng)爐檢測與控制等配套項(xiàng)目。

3 改造技術(shù)特點(diǎn)

隨著高爐冶煉強(qiáng)度提高，熱風(fēng)爐加熱風(fēng)量需從3200Nm³ /min 增加至 3450Nm³ /min。增加一座熱風(fēng)爐后，熱風(fēng)爐增加“兩燒兩送”送風(fēng)制度，在每座加熱爐加熱面積、熱風(fēng)爐爐殼內(nèi)徑、熱風(fēng)爐全高、蓄熱室斷面積、格子磚總高度等相同條件下，單爐格子磚重由 796t 增加到 821t，對應(yīng)的單位爐容加熱面積 86.97m² /m³ 增加到115.96m² /m³ ，單位鼓風(fēng)加熱面積由 36.69m²/（Nm³ /min）增加到 45.37m² /（Nm³ /min）。

3.1 新建 4# 熱風(fēng)爐的技術(shù)特點(diǎn)

（1）穩(wěn)定的熱風(fēng)出口結(jié)構(gòu)。采用熱風(fēng)出口與拱頂分離的方式，熱風(fēng)出口組合磚獨(dú)立在直段大墻上，減小應(yīng)力變化對熱風(fēng)出口穩(wěn)定性的影響，且熱風(fēng)出口采用雙環(huán)母磚加花瓣磚設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

（2）穩(wěn)定的三岔口結(jié)構(gòu)。熱風(fēng)管道三岔口采用組合磚砌筑，熱風(fēng)支管采用帶有鎖扣的磚型咬砌，可起到很好的環(huán)向密封氣流的作用，環(huán)環(huán)相扣、相互支撐，避免管道掉磚。

（3）高效陶瓷燃燒器。采用分層燃燒原理，可調(diào)節(jié)分層燃燒的強(qiáng)度，能更好地調(diào)節(jié)燃燒器出口處的混勻程度，減少了拱頂上、下部溫差，可延長燃燒器及拱頂壽命。

（4）增強(qiáng)蓄熱能力。由于原熱風(fēng)爐格子磚磚重偏低，蓄熱能力不足，將硅質(zhì)格子磚底部部分硅磚改為低蠕變高鋁磚，大墻磚也作相應(yīng)調(diào)整。

（5）熱風(fēng)爐爐殼底部由直角鍋底改為圓弧形鍋底，減少熱應(yīng)力，防止?fàn)t殼開裂。

（6）拱頂熱電偶及紅外測溫孔優(yōu)化設(shè)計，減少爐殼發(fā)紅。

（7）增加煙氣支管 O₂ 檢測，便于自動燒爐。

（8）1~3# 熱風(fēng)爐啟動燃燒器與熱風(fēng)出口角度為30°，距離太小，4# 熱風(fēng)爐設(shè)計將其優(yōu)化為 45°，方便現(xiàn)場烘爐設(shè)備安裝。

3.2 耐火材料

根據(jù)熱風(fēng)爐系統(tǒng)各部位的工作溫度、受力狀況和化學(xué)侵蝕的特點(diǎn)分別選用不同性能的耐火材料。

（1）陶瓷燃燒器部位由于在燃燒期和送風(fēng)期有頻 繁的溫度波動，設(shè)計整體選用抗熱震性能好的堇青石 -莫來石耐火磚^［4］，可以確保熱風(fēng)爐燃燒器長壽命優(yōu)勢。

（2）熱風(fēng)爐拱頂及熱風(fēng)出口段爐殼內(nèi)壁噴涂耐酸噴涂料，拱頂由里向外依次砌筑硅磚^［5］、輕質(zhì)高鋁磚和輕質(zhì)粘土磚。預(yù)燃室的環(huán)形收集器、燒嘴、球頂內(nèi)層均采用高抗熱震耐火磚砌筑。

（3）蓄熱室上部大墻由硅磚、輕質(zhì)高鋁磚、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)噴涂料組成；蓄熱室中部大墻由低蠕變粘土磚、輕質(zhì)高鋁磚、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)噴涂料組成；蓄熱室下部大墻由粘土磚、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)噴涂料組成。

（4）蓄熱室使用 37 孔 φ20mm 格子磚，蓄熱室的上部格子磚材質(zhì)為硅磚，中部材質(zhì)為低蠕變粘土磚，蓄熱室下部格子磚材質(zhì)為粘土磚，熱風(fēng)爐格子磚下部為無托梁爐箅子。

3.3 工藝設(shè)備

（1）助燃風(fēng)機(jī)。熱風(fēng)爐配備 2 臺助燃風(fēng)機(jī)，一用一備，單臺助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量 126800Nm³/h，出口風(fēng)壓 10~11kPa。熱風(fēng)爐改造后，新熱風(fēng)爐組采用“兩燒兩送”工作模式， 需要助燃風(fēng)量 95000Nm³ /h，現(xiàn)有助燃風(fēng)機(jī)能滿足 4 座熱風(fēng)爐交錯并聯(lián)送風(fēng)的要求，因此助燃風(fēng)機(jī)按利舊考慮。

（2）主要閥門。新增 4# 熱風(fēng)爐的閥門規(guī)格型式基本與現(xiàn)有熱風(fēng)爐相同，主要閥門除煤氣切斷閥采用液動蝶閥，空、煤氣調(diào)節(jié)閥采用電動蝶閥外，其余閥門均采用液壓閘閥。主要工藝設(shè)備的安裝定位及規(guī)格型號與原有三座熱風(fēng)爐保持一致，4# 熱風(fēng)爐的閥門與原有三座熱風(fēng)爐的閥門互換，以便于備品備件的管理。

（3）爐箅子支柱。原熱風(fēng)爐爐箅子支柱結(jié)構(gòu)為支柱+ 圓孔爐箅子 + 導(dǎo)流板，爐箅子支柱及導(dǎo)流板材質(zhì)均為HTRCr2。新增熱風(fēng)爐爐箅子支柱材質(zhì)改為 QTRSi4Mo，導(dǎo)流板材質(zhì)仍 HTRCr2，爐箅子支柱的耐高溫性能更佳。

（4）熱風(fēng)爐液壓、潤滑系統(tǒng)。熱風(fēng)爐液壓系統(tǒng)中，增加一套液壓控制閥臺用于控制新增的 4# 熱風(fēng)爐閥門操作；增加一套蓄能器用于補(bǔ)充閥門動作的油量，并作為應(yīng)急油源，提供停電狀況下閥門動作的油量。

（5）熱風(fēng)爐閥門冷卻水。新建獨(dú)立的熱風(fēng)爐閥門軟水冷卻水站，利用外網(wǎng)水作為熱風(fēng)爐保安水源。在兩股水源的切換閥前，設(shè)排污水管，下方設(shè)有水包，以便定期排污。

（6）熱風(fēng)爐工藝管道連接。4# 熱風(fēng)爐位于原熱風(fēng)爐與鼓風(fēng)機(jī)站之間的公路上，與公路邊的高爐煤氣管（DN1600）不相干涉，與鼓風(fēng)機(jī)站送入熱風(fēng)爐的冷風(fēng)總管也不干涉。各工藝管道連接如圖 1 及圖 2 所示。

為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止管道開裂，熱風(fēng)主管、支管及煙氣管、煤氣及空氣管道均設(shè)置波紋補(bǔ)償器；煤氣、助燃空氣管道布置均考慮流體的檢測要求。

（7）檢修設(shè)施。在熱風(fēng)爐副跨框架內(nèi)設(shè)置一臺 16t電動葫蘆，用于檢修煙道閥、冷風(fēng)閥、充壓閥和廢氣閥等；在熱風(fēng)爐熱風(fēng)平臺上，加裝一臺 3t 電動葫蘆，用于檢修時吊運(yùn)日常維護(hù)所需的小型備件及材料。

（8）烘爐燃燒器。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，4# 熱風(fēng)爐配置烘爐燃燒器，用于熱風(fēng)爐烘爐或保溫時使用，當(dāng)高爐停爐無高爐煤氣啟動生產(chǎn)時，烘爐燃燒器可滿足工藝要求。烘爐燃燒器配套設(shè)置烘爐熱風(fēng)閥。

3.4 管道對接

4# 熱風(fēng)爐工藝管道與原 1~3# 熱風(fēng)爐管道對接是熱風(fēng)爐改造項(xiàng)目的關(guān)鍵和難點(diǎn)，具體如下：

3.4.1 介質(zhì)管道對接

風(fēng)、煙氣、助燃空氣、煤氣、氮?dú)饧败浰艿琅c舊管道對接，施工時間 36h。冷卻水管對接時，原熱風(fēng)閥的冷卻水不能停，切換到臨時凈環(huán)水。其余介質(zhì)管道對接至相應(yīng)主管即可。

3.4.2 熱風(fēng)管道對接

熱風(fēng)管道對接是熱風(fēng)爐改造施工中最關(guān)鍵、最困難的工作，熱風(fēng)管道對接施工時間 60h。高爐休風(fēng)時間短、熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，管道對接時需要完成切除舊熱風(fēng)管道封頭、熱風(fēng)管道端頭強(qiáng)制降溫、新舊管道焊接、管道內(nèi)噴涂及耐材砌筑等工序。

4 改造效果

（1）4# 熱風(fēng)爐建成投產(chǎn)后，在冷風(fēng)風(fēng)量 3450Nm³ /min、空氣預(yù)熱溫度 175℃、煤氣預(yù)熱溫度 160℃條件下：4#熱風(fēng)爐拱頂最高溫度 1350℃，送風(fēng)溫度達(dá)到 1220℃；4 座熱風(fēng)爐采用“交錯并聯(lián)”送風(fēng)時，平均送風(fēng)溫度達(dá)到1170℃，較改造前平均風(fēng)溫提高了 170℃。熱風(fēng)爐平均風(fēng)溫提高后，高爐焦比由改造前 435kg/t·Fe 降至改造后410kg/t·Fe，節(jié)約焦炭效果明顯。

（2）熱風(fēng)爐本體及熱風(fēng)管道耐火材料選材設(shè)計合理，熱風(fēng)爐投產(chǎn)以來，風(fēng)溫達(dá)到設(shè)計要求，熱風(fēng)爐本體爐殼溫度＜120℃，熱風(fēng)出口部位管殼溫度＜130℃，熱風(fēng)管道溫度＜120℃，熱風(fēng)管道三岔口溫度＜130℃，爐殼及熱風(fēng)管道沒有一處高溫點(diǎn)。

（3）熱風(fēng)爐框架結(jié)構(gòu)外觀簡潔大方，平臺管道及走道設(shè)置合理，檢修平臺簡潔實(shí)用。

5 結(jié) 語

高爐熱風(fēng)爐不停產(chǎn)，采用在線改造的方式新增一座熱風(fēng)爐，60h 內(nèi)完成管道對接并復(fù)風(fēng)復(fù)產(chǎn)，對高爐生產(chǎn)影響較小，為煉鐵廠實(shí)施節(jié)能降耗改造提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

在線改造增加一座熱風(fēng)爐對風(fēng)溫提高作用較大，并為其他 3 座熱風(fēng)爐依次在線改造提供了基礎(chǔ)和條件。4# 熱風(fēng)爐投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有 1~3# 熱風(fēng)爐依次進(jìn)行在線檢修，即一座熱風(fēng)爐進(jìn)行檢修，其余三座熱風(fēng)爐運(yùn)行，不影響高爐的正常生產(chǎn)。熱風(fēng)爐檢修后可消除安全隱患，確保安全生產(chǎn)。

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