劉春青

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南250101）

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1 前 言

印度某鋼廠450 m3高爐日產鐵水約1 188 t，目前高爐本體利用系數偏低、爐缸侵蝕嚴重、爐體冷卻壁燒毀，同時公輔系統(tǒng)不能滿足企業(yè)對煉鐵產能、環(huán)保的需求。為提高企業(yè)鐵水供應量，更好地與煉鋼工序的產能匹配，改善高爐操作條件，經現(xiàn)場考察和對原設計資料的分析，確定高爐容積由原來的450 m3增大到686 m3（有效容積），相應的對公輔系統(tǒng)進行升級改造。改造后的高爐可實現(xiàn)年產鐵水70萬t，較原高爐生產能力提高約30%。

2 改造內容

2.1 高爐本體改造

利用現(xiàn)有450 m3高爐基礎及框架，確定高爐擴容到686 m3，因此高爐本體全部重新設計。

2.1.1 高爐爐型的確定

新改造高爐爐型設計中，既考慮了企業(yè)采用的原燃料條件，又吸收了同級別高爐設計及生產經驗，其主要特點：1）適當矮胖，Hu/D=2.67，有利于改善高爐的透氣性，減緩高爐對焦炭質量的依賴，避免因項目所在地缺乏優(yōu)質焦炭資源對高爐順行的制約。2）大爐腰直徑1.6 m。爐腰直徑越大，高爐越容易接受風量，透氣性越好。3）較小的爐腹角α=78.89°，利于改善煤氣流分布，穩(wěn)定渣皮，延長爐腹壽命。同時改善料柱透氣性，降低煤氣流速，減少爐料膨脹對內襯和渣皮的摩擦力，同時改善風口冷卻壁的工作環(huán)境。4）死鐵層深度1 450 mm，與爐缸直徑比為21.54%，利于減輕鐵水環(huán)流對爐缸耐材的侵蝕。死鐵層深度過大，會造成鐵水滲透侵蝕加劇、增加爐缸下部和爐底形成穩(wěn)定保護層的難度［1］。

2.1.2 高爐耐材

爐底爐缸是高爐生產和安全最為重要的部位［2］，改造后高爐爐底爐缸結構的設計特點：1）爐底爐缸采用“碳質＋陶瓷杯復合爐缸爐底”結構，通過設置高導熱、低滲透、耐沖刷、抗鐵水侵蝕性能好的優(yōu)質炭磚，并匹配合理可靠的冷卻系統(tǒng)，使炭磚熱面易于形成“自保護渣鐵殼”，從而達到高爐長壽的目的。具體配置：爐底滿鋪4層炭磚，從下往上依次為：第1層中國產石墨磚；第2層中國產半石墨炭磚；第3層德國西格里微孔炭磚；第4層德國西格里超微孔炭磚。同時，為避免炭磚與冷卻壁之間產生“氣隙”熱阻，設計選用了與炭磚配套的優(yōu)質高導熱炭搗料，并規(guī)范了施工工藝和方法。避免開爐初期鐵水對爐底碳磚的侵蝕，爐底設計兩層耐渣鐵侵蝕的小塊剛玉磚作為陶瓷墊。爐缸環(huán)砌大塊炭磚，爐底、爐缸交界處即“象腳狀”異常侵蝕區(qū)，環(huán)炭砌筑6層高導熱、抗鐵水滲透性好的超微孔炭磚。爐缸砌筑及1 150℃等溫線分布如圖1所示。

通過理論模擬計算所得1 150℃等溫線處在爐缸爐底陶瓷杯及陶瓷墊內，遠離了炭磚熱面，在爐役前期有效地保護爐缸爐底炭磚。同時可以推斷得出，在爐役后期，陶瓷杯和陶瓷墊全部侵蝕后，在冷卻系統(tǒng)的作用下，爐缸炭磚熱面將會形成穩(wěn)定的渣鐵保護層，可以進一步保護爐缸爐底耐材，從而達到高爐長壽的目的。

2.1.3 爐體冷卻設備選取

高爐冷卻的目的是導出內襯的熱量，改善砌體的工作條件，延長爐襯的使用壽命，維持合理內型以及保護冷卻設備和爐殼［2］。如何確保高爐爐體各部位無冷卻盲區(qū)，選擇合理冷卻設備和冷卻系統(tǒng)，是實現(xiàn)爐體各部位的同步長壽的關鍵［3］。

圖1 爐底爐缸砌磚圖及1 150℃等溫線分布

新改造高爐爐體冷卻設備借鑒國內高爐長壽經驗，爐體采用全覆蓋冷卻壁結構，實現(xiàn)爐體無冷卻盲區(qū)，同時根據高爐不同部位的工作條件和熱負荷大小不同，采用了不同結構和材質的冷卻設備。具體體現(xiàn)在以下幾點：為強化高爐爐腹、爐腰和爐身下部的冷卻效果，在該區(qū)域采用4段銅冷卻壁，即第5～8段銅冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁炭磚。銅冷卻壁較鑄鐵冷卻壁可很好地滿足高爐強化冶煉的要求：有較好的冷卻強度，在爐腹、爐腰、爐身下部比鑄鐵冷卻壁易形成渣皮以保護爐襯和爐殼，并易于形成工作內型［1］。

2.1.4 爐體冷卻系統(tǒng)

安全高效的爐體冷卻系統(tǒng)是高爐長壽的保障［3］，新改造高爐采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)與工業(yè)水系統(tǒng)相結合的方案［4］。結合原冷卻系統(tǒng)實際配置，在滿足高爐爐體、風口等冷卻設施需求的前提下，考慮改造建設兩套獨立的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)：1）滿足高爐冷卻壁、爐底、熱風閥冷卻的需求，系統(tǒng)總循環(huán)水量2 450 m3/h，冷卻水壓力0.6 MPa，其中冷卻爐底200 m3/h，冷卻壁直冷管1 900 m3/h，熱風閥冷卻用水量300 m3/h。2）滿足風口大、中、小套的冷卻需求，系統(tǒng)總循環(huán)水量1 120 m3/h，其中包括風口小套前端冷卻480 m3/h（冷卻水壓力1.4 MPa）、風口小套后端冷卻320 m3/h（冷卻水壓力0.8 MPa）、風口中套冷卻240 m3/h，風口大套冷卻80 m3/h。

2.1.5 自動化控制

為確保高爐的穩(wěn)定生產操作，降低原燃料消耗，延長高爐壽命，采用了先進的可視化設施，建立了精準、全面、穩(wěn)定、實時的在線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)［1］，主要包含：1）爐底、爐缸侵蝕系統(tǒng)。在爐缸爐底設置磚襯熱電偶，共計10層、229點。用以在線檢測爐缸、爐底耐材的溫度分布情況，推斷爐襯侵蝕狀態(tài)，使操作人員準確掌握爐內侵蝕變化，及時采取相應的措施延長爐缸爐底壽命。2）冷卻壁溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。設置鑄鐵冷卻壁本體熱電偶、銅冷卻壁本體熱電偶，共64點，其中爐缸銅冷卻壁設有32點。溫度檢測用以推斷軟熔帶位置、檢測爐襯侵蝕狀況、判斷冷卻壁的損壞狀況等。3）熱流強度預警系統(tǒng)。在線實時檢測高爐冷卻壁和風口套進出水溫度及相關部位流量，同時記錄溫度、溫差和熱流的數據，以便查詢相應的歷史曲線和熱流分布變化趨勢。改造后686 m3高爐水溫差系統(tǒng)測量精度達到±0.05℃。4）爐體靜壓力監(jiān)測系統(tǒng)、爐喉十字測溫檢測系統(tǒng)等完善的監(jiān)控預警系統(tǒng)；同時配備了爐頂“熱”成像、風口攝像等可視化設備。這些技術的采用，為優(yōu)化高爐操作，保障高爐安全穩(wěn)定順行，提高高爐壽命，減少勞動定員和人員工作強度創(chuàng)造了有利條件。

2.2 其他系統(tǒng)改造

2.2.1 爐頂裝料系統(tǒng)

原450 m3高爐爐頂裝料系統(tǒng)為串罐式無料鐘爐頂，料罐容積為9 m3，因上料主皮帶利舊，皮帶頭輪中心線標高38.5 m不動的限制條件，經校核，料罐容積最大能加大到13 m3。高爐擴容后按最大礦批22 t計算，所需料罐容積為13 m3；按最大焦批6 t計算，所需料罐容積為12 m3，因此料罐容積設計為13 m3可滿足生產需要。

2.2.2 出鐵場改造

為滿足擴容后放渣鐵的需求，出鐵場由原來的單出鐵場改造為雙出鐵場，改造為平坦化、無填沙層出鐵場平臺，增加主溝長度，主鐵溝改造為固定貯鐵式結構。爐前設備采用全液壓泥炮、全液壓開鐵口機。

2.2.3 渣處理系統(tǒng)

由原來的沉淀池法升級改為INBA法爐渣處理工藝，INBA法具有占地小、可靠性高、系統(tǒng)簡單、投資省、作業(yè)環(huán)境好、維護費用低等特點。在項目實施過程中因總圖布局影響脫水轉鼓和泵房的布置，綜合考慮到施工的難度和施工工期的因素，將轉鼓和泵房均布置在現(xiàn)有沉淀池（-3.5 m）處，既滿足了總圖布置要求，也縮短了施工工期。

2.2.4 熱風爐系統(tǒng)改造

將原有450 m3高爐配套為3座內燃式熱風爐，熱風溫度1 100℃。鑒于原熱風爐的使用效果及擴容后不能滿足高爐正常生產的需求，改為卡魯金頂燃式熱風爐，熱風溫度可以達到1 200℃，設空氣、煤氣雙預熱。

2.2.5 煤氣凈化系統(tǒng)的改造

原高爐煤氣除塵工藝采用濕法除塵。為改善操作環(huán)境，同時降低生產成本，將原有濕法除塵所有工藝及水處理設施拆除，重新設計為全干法布袋除塵工藝，新設計干法除塵仍布置在現(xiàn)有濕法除塵區(qū)域。

2.2.6 新增BPRT機組

為與擴容后的高爐系統(tǒng)匹配，同時提高余壓余能的利用，新建煤氣透平與電動機同軸驅動的BPRT裝置，原有鼓風機作為備用。由于項目所在地的氣候條件制約，BPRT機組中鼓風機選定全靜葉可調軸流式鼓風機，該鼓風機效率高，設備緊湊，特性曲線陡直，有利于高爐定風量運行。

3 改造效果

高爐項目屬于擴容式升級改造，高爐的有效容積由原來的450 m3擴容至686 m3。公司負責設計、設備耐材供貨、設備調試、耐材監(jiān)理和開爐達產指導的全過程技術服務。該高爐于2014年3月12日停爐放殘鐵至高爐再次投產，其拆除工期15 d，施工工期112 d，合計工期127 d。

改造后的高爐（容積686 m3）于2014年7月15日點火開爐，7月17日出第一爐鐵水。截至目前，改造后的高爐生產運行穩(wěn)定，各項技術指標均超過了原設計指標。其典型高爐生產指標見表1。

表1 擴容后686 m3高爐典型生產指標

4 結語

印度某鋼廠450 m3高爐改造擴容工程是結合公司多年來高爐新建及大修過程中積累的寶貴經驗，根據客戶自身的原燃料條件，在方案設計中采用了一系列先進適用的技術，尤其在高爐本體綜合長壽技術的使用方面，為高爐的穩(wěn)定、高效、長壽奠定了堅實的基礎。多年來的生產實踐也證明了所采取的先進技術對高爐的穩(wěn)定高效創(chuàng)造了良好的條件。自2014年7月投產以來，高爐運行穩(wěn)定、各項技術指標已超過設計數值。