摘 要：對(duì)湘鋼1號(hào)高爐采用的新技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析。湘鋼新1號(hào)高爐采用了皮帶上料、串罐無料鐘爐頂、薄壁爐襯、卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐、環(huán)保型的BA、單錐環(huán)縫洗滌塔等一系列新技術(shù)。是湘鋼裝備水平最先進(jìn)的高爐，也居于國(guó)內(nèi)同級(jí)別高爐先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：大型高爐;無料鐘爐頂;薄壁爐襯;頂燃式熱風(fēng)爐

0 概況

湘鋼新1號(hào)高爐設(shè)計(jì)容積2 500m³，由中冶南方工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)。根據(jù)湘鋼高爐的運(yùn)行情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外煉鐵技術(shù)的最新進(jìn)展，經(jīng)過多次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)，最終確定設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)上采用了皮帶上料、串罐無料鐘爐頂、銅冷卻壁、薄壁爐襯、進(jìn)口炭磚、聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、平坦化矩形出鐵場(chǎng)、卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐、環(huán)保型INBA、單錐環(huán)縫洗滌塔等一系列新技術(shù)，其中大部分技術(shù)在湘鋼都是第一次采用。新l號(hào)高爐于2006年11月20日點(diǎn)火開爐，第5天在大風(fēng)機(jī)未投產(chǎn)，僅使用4號(hào)高爐備用風(fēng)機(jī)的情況下高爐利用系數(shù)達(dá)到了2．12。新1號(hào)高爐的投產(chǎn)提升了湘鋼的技術(shù)裝備水平，為整個(gè)管理水平登上新臺(tái)階創(chuàng)造了條件。

1 高爐各系統(tǒng)采用的新技術(shù)

1．1 供、上料系統(tǒng)

焦、礦槽設(shè)計(jì)為雙槽并列布置，對(duì)稱2個(gè)礦槽裝同種原料，共用1個(gè)稱量罐。設(shè)有燒結(jié)礦槽10個(gè)，雜礦槽2個(gè)，塊礦槽2個(gè)，球團(tuán)礦槽2個(gè)，焦炭槽6個(gè)。所有原、燃料在糟下都實(shí)行分散篩分，分散稱量。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦均采用處理量400t的LHBJ125×350－V型環(huán)保振動(dòng)篩，塊、雜礦和焦炭采用單層雙面棒條振動(dòng)篩，碎焦經(jīng)焦丁回收系統(tǒng)處理后大于15mm的焦丁隨礦石一起入爐。入爐原、燃料通過帶寬1 600mm的皮帶機(jī)輸送到爐頂。為實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)互補(bǔ)，設(shè)計(jì)中還考慮了新老焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭能夠?qū)Ω郀t互供、新系統(tǒng)的塊礦能到4號(hào)高爐、新老系統(tǒng)燒結(jié)皮帶連通等項(xiàng)目。

1．2 爐頂系統(tǒng)

爐頂采用串罐無料鐘爐頂上罐為固定罐，入口設(shè)十字布料器，下罐為稱量罐，容積均為60m³。設(shè)2臺(tái)緊湊型探尺和1個(gè)雷達(dá)料位探測(cè)儀，半凈煤氣一次均壓。

1．3 爐體系統(tǒng)

爐體采用自立式大框架結(jié)構(gòu)，上部間距為17m×17m的正方形框架，下部問距為26m×17m矩形框架，爐底水冷管設(shè)在封板上面。

(1)內(nèi)型。爐型是否合理在一定程度上決定了一代爐齡能否實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗的目標(biāo)。為了使高爐內(nèi)型設(shè)計(jì)更趨于合理，我們?cè)诳疾靽?guó)內(nèi)外同類型高爐內(nèi)型尺寸和冶煉指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我廠的原、燃料情況，按接近操作爐型進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后確定高爐內(nèi)型。

高爐有如下特點(diǎn)：①高爐的H_u／D較小僅為2．246；②適當(dāng)擴(kuò)大下都容積，爐缸、爐腹和爐腰的總?cè)莘e占高爐的有效容積的41％，其中爐缸容積占高爐的有效容積的17．49％，下部高度占高爐有效高度的34．27％；③適當(dāng)擴(kuò)大爐缸直徑，爐腰與爐缸直徑之比僅為1．115，高爐有效容積與爐缸截面積之比為25．72。這些都為在現(xiàn)有原、燃料情況下高爐的強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造了條件。

(2)冷卻系統(tǒng)。高爐本體采用全冷卻結(jié)構(gòu)，1～3段為RTCr耐熱鑄鐵光面冷卻壁，在2段每個(gè)鐵口處設(shè)2塊銅冷卻壁，4段為QT400—20球墨鑄鐵光面冷卻壁，5～8段為銅冷卻壁，9～12段為球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，其中9、10兩段為雙排管結(jié)構(gòu)，13～14段為球墨鑄鐵C形鑲磚冷卻壁。最上面為條形爐喉鋼磚。其固定方式1～4段為螺栓固定，5～14段采用固定點(diǎn)、滑動(dòng)點(diǎn)和浮動(dòng)點(diǎn)相結(jié)合的固定方式，以防止?fàn)t殼和冷卻壁在溫度作用下因膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致剪壞水管。在冷卻壁的配置上主要進(jìn)行三個(gè)方面的改進(jìn)：一是在鐵口區(qū)設(shè)置了銅冷卻壁。根據(jù)我廠高爐爐體運(yùn)行的情況，鐵口區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)鐵口淺等難以維護(hù)的問題，除了炮泥質(zhì)量的因素以外，冷卻強(qiáng)度不夠也是一個(gè)重要因素，因此將原設(shè)計(jì)的鑄鐵冷卻壁改為銅冷卻壁，同時(shí)考慮盡可能節(jié)省投資和鐵口區(qū)實(shí)際侵蝕情況，僅在每個(gè)鐵口的下部設(shè)置了2塊銅冷卻壁，并注意加強(qiáng)了鐵口通道周圍和角部的冷卻。二是增加了爐身下部銅冷卻壁的高度。爐身下部銅冷卻壁的高度取決于高爐的冶煉狀況和軟熔帶根部的位置，我廠4號(hào)高爐爐身下部銅冷卻壁設(shè)計(jì)了1段，高度為2 677．5mm，僅占爐身總高度的17．27％，2004年2月開爐，開爐后不到一年上部的9段冷卻壁勾頭就開始破損，到2005年底銅冷卻壁上部的9、10兩段鑄鐵冷卻壁勾頭水管就燒壞了53個(gè)，因此新高爐在爐身下部設(shè)置了2段銅冷卻壁，總高度為5 420mm，占爐身總高度的32．65％。三是將爐身上部的C形冷卻壁由1段改為2段，并采用鑲磚形式。通常爐身上部的C形冷卻壁設(shè)計(jì)1段，從我廠使用情況來看，開爐不到一年就開始破損，改用高壓水冷卻仍沒有大的好轉(zhuǎn)。其主要原因是C形冷卻壁一般設(shè)計(jì)較長(zhǎng)，在熱應(yīng)力作用下，撓度值較高，易發(fā)生斷裂；C形冷卻壁表面又沒有耐火材料保護(hù)，熱面裸露在爐內(nèi)，在爐況異常情況下，受到高溫氣流甚至管道氣流的沖刷，在超過760℃鑄鐵允許使用的極限溫度時(shí)，強(qiáng)度就會(huì)下降，溫度的反復(fù)波動(dòng)會(huì)造成熱應(yīng)力的腐蝕，因鑄體內(nèi)晶格發(fā)生變化而導(dǎo)致壁體開裂。因此我們將新高爐的C形冷卻壁分為2段，每段長(zhǎng)度縮短到1 650mm，并在熱面鑲了黏土磚，同時(shí)改用1．1MPa的軟水進(jìn)行冷卻。

爐體采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻，將冷卻爐底和冷卻壁的回水經(jīng)過二次加壓再分別冷卻風(fēng)口小套和風(fēng)口中套、直吹管、熱風(fēng)閥。

軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為上置式，膨脹罐設(shè)在爐頂，軟水由蒸發(fā)式空冷器進(jìn)行冷卻。上置式軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)與下置式相比具有以下特點(diǎn)：系統(tǒng)充壓氮?dú)鈮毫Φ�。由于膨脹罐位于系統(tǒng)的最高處，罐內(nèi)壓力只要高于大氣壓力就可滿足要求，不需高壓氮?dú)�；系統(tǒng)運(yùn)行安全。當(dāng)循環(huán)泵因故停泵時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)由軟水的強(qiáng)制循環(huán)轉(zhuǎn)化為汽化冷卻的自然循環(huán)，膨脹罐可變?yōu)闅夤蕖?/SPAN>

(3)耐火材料。新高爐本體耐火材料設(shè)計(jì)為全炭水冷爐底加陶瓷墊，導(dǎo)熱型爐缸，薄壁爐襯和磚壁合一冷卻壁。

爐底設(shè)炭磚5層，陶瓷墊2層，總厚度2 801mm。為節(jié)省投資，爐底下面3層采用國(guó)產(chǎn)半石墨炭塊，上面2層采用德國(guó)西格里微孔炭塊，最上面是微孔剛玉陶瓷墊。爐缸環(huán)壁采用美國(guó)LJCAR熱壓小炭塊，為提高導(dǎo)熱性能，1～8層分別設(shè)計(jì)2環(huán)和1環(huán)。NMD磚，9～36層鐵口區(qū)域分別設(shè)計(jì)2環(huán)和4環(huán)NMD磚，其余部位均為NMA磚。爐缸中、上部?jī)?nèi)襯厚度僅914．4mm。由于其具有較高的導(dǎo)熱性和較薄的內(nèi)襯厚度，有利于降低磚襯熱面溫度，在高爐冶煉過程中能使熱面形成穩(wěn)固的渣、焦凝固層，將800℃等溫線推至炭磚層外，有效緩解堿金屬對(duì)炭磚的化學(xué)侵蝕，防止脆化層的產(chǎn)生，延長(zhǎng)磚襯的使用壽命。熱壓小炭塊還有較強(qiáng)的抗鐵水滲透性和抗?fàn)t渣侵蝕性能。另外，熱壓小炭塊磚型小，磚縫采用特制膠泥，可吸收熱膨脹，減少熱應(yīng)力對(duì)炭塊的影響。由于炭塊緊貼冷卻壁砌筑，不需搗料，減少了熱阻，有利于傳熱。

風(fēng)口采用微孔剛玉離心成型小塊組合磚。爐腹至爐身下部5～8段銅冷卻壁區(qū)域采用150mm厚的噴涂料，9～11段冷卻壁冷鑲225mm厚的Si₃N₄結(jié)合SiC磚，12～14段冷卻壁冷鑲浸磷黏土磚，其中12段冷卻壁鑲磚厚度225mm，13～14段C形冷卻壁鑲磚厚度75mm。

爐頂封板原設(shè)計(jì)為噴涂料考慮噴涂料在冶煉過程中受到夾帶原、燃料顆粒的煤氣流特別是管道氣流的沖刷侵蝕，絕大部分區(qū)域的噴涂料在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)完全剝落，因此改為鑄鋼襯板。

(4)爐體檢測(cè)系統(tǒng)。為了及時(shí)掌握在冶煉過程中爐襯的侵蝕情況，爐體共設(shè)了17層測(cè)溫電偶，分別對(duì)內(nèi)襯和冷卻壁進(jìn)行監(jiān)控，其中爐基1層、爐底3層、爐缸5層各16點(diǎn)，爐身8層共計(jì)238點(diǎn)。還設(shè)有冷卻水溫度、流量、壓力檢測(cè)。

此外爐頂還設(shè)有十字測(cè)溫、料面攝像裝置，以及2個(gè)機(jī)械緊湊型探尺和1個(gè)雷達(dá)料位探測(cè)儀。

1．4 出鐵場(chǎng)系統(tǒng)

高爐設(shè)3個(gè)鐵口，2個(gè)平坦化矩形出鐵場(chǎng)，其中1個(gè)為雙鐵口出鐵場(chǎng)，2鐵口夾角81．81⁰。主溝采用半儲(chǔ)鐵式，每個(gè)出鐵場(chǎng)布置1個(gè)液壓擺動(dòng)流嘴。設(shè)有地面到出鐵場(chǎng)的公路引橋和上風(fēng)口平臺(tái)的叉車通道。

每個(gè)鐵口設(shè)1個(gè)Z1350FL／FR—000型液壓泥炮和1個(gè)Z1240FL／FR—000Y全液壓開口機(jī)。每個(gè)出鐵場(chǎng)配備l臺(tái)32／5t的雙梁橋式起重機(jī)。

2個(gè)出鐵場(chǎng)各設(shè)1套環(huán)保型INBA渣處理系統(tǒng)，渣處理系統(tǒng)管道部分采用了稀土耐磨合金管。雙鐵口出鐵場(chǎng)設(shè)有1個(gè)干渣坑，以做備用。在出鐵場(chǎng)擺動(dòng)流嘴處設(shè)鐵水液面檢測(cè)裝置。

1．5 煤氣凈化系統(tǒng)

煤氣洗滌采用集清洗段、單錐洗滌段和脫水層為一體的單錐環(huán)縫洗滌器。來自除塵器的煤氣進(jìn)入環(huán)縫洗滌器上部的洗滌塔，塔內(nèi)的噴水將煤氣冷卻到飽和溫度并除去煤氣中70％左右的粉塵。經(jīng)過冷卻和部分清洗的煤氣經(jīng)入口導(dǎo)管進(jìn)入單錐洗滌器，來自徑向和切向的噴水完成對(duì)煤氣的最后清洗。內(nèi)置脫水器安裝在戴維錐入口引管和塔體外殼之間的環(huán)逢中，脫水器填料為“層疊迷你環(huán)”，進(jìn)入脫水器的煤氣中水分撞擊填料，聚集成大顆粒的水滴，與低速上升的煤氣流逆向流入下部的集水槽，脫去煤氣中的絕大部分水分，經(jīng)過環(huán)縫洗滌器處理的煤氣含塵量小于5mg／m³。另外，通過調(diào)節(jié)固定錐和移動(dòng)錐之間的間隙可實(shí)現(xiàn)對(duì)爐頂壓力的控制。

煤氣處理系統(tǒng)還設(shè)置了TRT發(fā)電設(shè)備，荒煤氣管道直段部分采用砌磚，彎段部分采用澆注料。原設(shè)計(jì)導(dǎo)出管出口為耐火磚砌筑，后改為鑄鋼襯板，以防止在生產(chǎn)中托圈掉了之后上部管道磚襯脫落。

1．6 熱風(fēng)爐系統(tǒng)

新1號(hào)高爐采用了3座卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐，卡魯金式熱風(fēng)爐與內(nèi)燃式熱風(fēng)爐相比具有以下特點(diǎn)：預(yù)燃燒室布置在拱頂上部，與蓄熱室在同一軸線上，使煙氣進(jìn)入蓄熱室時(shí)在整個(gè)斷面上分布較為均勻，有效提高了蓄熱室的利用率；空氣和煤氣由各自的集氣室經(jīng)噴嘴噴出，噴嘴與中心軸線呈一定夾角，使空氣和煤氣在噴射過程中呈旋流狀態(tài)，避免了脈動(dòng)燃燒現(xiàn)象的發(fā)生；由于沒有隔墻，消除了“短路”現(xiàn)象；因?yàn)轭A(yù)燃燒室內(nèi)溫度較低，最高不超過900℃，送風(fēng)期和燃燒期溫差較小，減小了熱震對(duì)耐火內(nèi)襯的破壞，有利于延長(zhǎng)預(yù)燃燒室的使用壽命；采用了19孔錐形孔道格子磚，單位體積格子磚的蓄熱面積增加到48m²／m³；降低了熱風(fēng)爐高度，減少了耐材和鋼材用量，可節(jié)省投資20%左右。

熱風(fēng)爐系統(tǒng)還采用了無機(jī)傳熱預(yù)熱器對(duì)助燃空氣和煤氣進(jìn)行雙預(yù)熱的工藝和在高爐煤氣中加入一定比例焦?fàn)t煤氣的煤氣富化技術(shù)。

1．7 噴煤系統(tǒng)

此次噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)了2個(gè)系列，制粉系統(tǒng)采用引熱風(fēng)爐預(yù)熱后的低溫?zé)煔鈨度肴紵隣t產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鞲稍飫�，皮帶秤配煤，中速磨制粉，一�?jí)低壓脈沖長(zhǎng)袋收粉。噴吹系統(tǒng)采用3罐并聯(lián)，下出料，噴吹總管加爐前分配器的直接噴吹工藝。

中速磨采用MPS255輥盤式磨煤機(jī)，磨輥采用液壓定加載方式，單機(jī)設(shè)計(jì)出粉能力55t／h。為了噴吹用氣和其他系統(tǒng)用氣的需要，還配置了2臺(tái)排氣壓力0．99MPa、容積流量150Nm³／min的水冷離心式空壓機(jī)和4臺(tái)排氣壓力1．4MPa、容積流量50．2Nm³／min的水冷螺桿式空壓機(jī)。

設(shè)計(jì)中考慮了2個(gè)系列的制粉互為備用，噴吹系統(tǒng)一個(gè)系列為新1號(hào)高爐輸煤，另一個(gè)系列預(yù)備為4號(hào)高爐輸煤。

1．8 除塵系統(tǒng)

新1號(hào)高爐設(shè)計(jì)了出鐵場(chǎng)和礦焦槽2個(gè)布袋除塵器。出鐵場(chǎng)選l臺(tái)風(fēng)量900 000m³／h，全壓5 000Pa的雙吸雙支撐離心風(fēng)機(jī)和1臺(tái)過濾面積14 000m²，過濾風(fēng)速1．07m／min的LLMCl68—2X14型長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器。礦焦槽選用1臺(tái)風(fēng)量720 000m³／h，全壓6 000Pa

的雙吸雙支撐離心風(fēng)機(jī)和1臺(tái)過濾面積14 280m²過濾風(fēng)速0．84m／min的LCM510—2X14型長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器。

鐵口采用頂吸加單側(cè)的除塵方式。鐵口頂吸及擺動(dòng)流嘴均設(shè)有移動(dòng)除塵罩。在礦槽25m平臺(tái)上為滿足移動(dòng)卸料小車卸料時(shí)的除塵要求，采用了移動(dòng)抽風(fēng)槽。原料、噴煤等系統(tǒng)的上料皮帶及設(shè)備都設(shè)計(jì)了除塵點(diǎn)。

1．9 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

高爐自動(dòng)化系統(tǒng)硬件配置采用法國(guó)SCHNEIDER公司生產(chǎn)的MODICONQUANTUM系列PLC，I／O系統(tǒng)為主站一遠(yuǎn)程站雙冗余結(jié)構(gòu)(R1O)；監(jiān)控系統(tǒng)采用INTOUCH9．5監(jiān)控軟件，系統(tǒng)通信采用雙NOE冗余工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇閮?nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)網(wǎng)用于系統(tǒng)編程和故障診斷，外網(wǎng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控。環(huán)形主干網(wǎng)由爐本體、爐頂、熱風(fēng)爐、渣處理及爐前除塵和出鐵場(chǎng)控制系統(tǒng)、槽下及噴吹制粉6個(gè)主節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，槽上和凈循環(huán)水及所有HMI、服務(wù)器通過相應(yīng)的分支點(diǎn)與主干網(wǎng)連接。

開發(fā)了高爐操作專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有高爐操作信息管理、高爐相關(guān)操作模型和爐況異常報(bào)警及調(diào)整提示等功能。高爐操作模型主要有綜合配料模型、爐身爐料模擬模型、物料平衡模型、Rist模型、爐熱計(jì)算模型、爐缸平衡模型、鐵水溫度預(yù)報(bào)模型、鐵水[Si]預(yù)報(bào)模型、爐底侵蝕模型、噴煤量計(jì)算模型和軟熔帶推斷模型。高爐操作專家系統(tǒng)的采用對(duì)避免爐況失常，提高高爐操作水平將起到積極作用。

2 結(jié)語

湘鋼新1號(hào)高爐投產(chǎn)后的實(shí)踐證明：各系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的，采用的新技術(shù)、新工藝是先進(jìn)的、可靠的，對(duì)改善高爐的操作指標(biāo)，提升高爐的操作水平起到積極的作用。