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）

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。

表1 長鋼1 號高爐改造前后生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)對比表

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。

表2 同級別高爐內(nèi)型尺寸對比表

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。

圖1 長鋼1 號高爐改造前后爐底爐缸結(jié)構(gòu)示意圖

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?。怀鲨F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 爐頂均排壓煤氣回收系統(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。

圖2 均壓放散煤氣回收系統(tǒng)工藝流程示意圖

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→旋風(fēng)除塵器除塵→均壓放散閥→煤氣回收管網(wǎng)→布袋除塵器→逆止閥→煤氣快速切斷閥→手動盲板閥→蝶閥→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→均壓閥2→料罐。

該技術(shù)應(yīng)用投產(chǎn)后，運行情況穩(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。