馬海林，戰奇

（鞍鋼集團工程技術有限公司，遼寧鞍山114021）

摘要： 介紹了鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠對2580m³ 高爐原有系統進行大修改造升級的情況，主要包括爐體冷卻設備、冷卻水系統、爐體內襯、爐體監測及爐體附屬設備等,并采用了多項先進技術,如:全冷卻壁結構、軟水密閉循環冷卻系統、進口超微孔碳磚等，實現了高產、低耗、節能、環保的效果。

關鍵詞： 煉鐵;高爐；大修；全冷卻壁；軟水

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠11 號高爐自20 世紀90 年代初期擴容至2580 m³ 投產至今，在經歷了2001 年的大修改造后，又成功生產了近13 年。由于到了爐役末期，各項主要生產技術指標有所下降、能耗升高、爐體破損嚴重，因此，鞍鋼集團公司決定于2014 年9 月2 日對煉鐵總廠11 號高爐停爐大修。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠在不到4 個月的時間內完成了對高爐本體系統、爐頂系統、爐渣處理系統、干法除塵以及軟水泵站等的大修改造，并于2014 年12 月21 日投產運行。

1 高爐本體設計特點

本次大修主要針對高爐本體系統進行改造，通過對爐底爐缸內襯、爐內冷卻壁的更新換代以及冷卻水系統的改造升級， 在總結國內外高爐長壽經驗的基礎上，采用了國內外行之有效的措施，以便使鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠11 號高爐修后壽命（不中修）達到15 年以上。

1.1 高爐內型

鞍鋼集團工程技術有限公司結合鞍鋼的原燃料條件和高爐富氧大噴煤后的內型發展趨勢，為改善高爐透氣性和充分利用煤氣化學能， 適當加大了高爐下部容積和降低爐身高度， 采用矮胖爐型；同時適當加大死鐵層深度，有利于避免環流對爐缸、爐底內襯的侵蝕。高爐內型尺寸見表1。

1.2 高爐爐體結構

本次大修是在爐殼利舊的前提下， 爐體框架保留為18 m×16 m 的矩形結構。各層平臺利舊局部修補，風口平臺局部加寬，以滿足生產操作、設備檢修、安裝、維護的需要。

1.3 高爐冷卻設備

冷卻設備包括爐體冷卻設備、爐底冷卻設備、風口冷卻設備。設計根據各部位的工況采用不同形式冷卻設備。冷卻設備壽命是決定高爐壽命最關鍵的因素之一，特別是對于高熱負荷狀態下的冷卻設備形式及冷卻強度是否恰當、結構是否合理、外部水系統的配置是否順暢，是高爐能否長壽的關鍵。為此在高熱負荷區域采用了銅冷卻壁以加強該區域的冷卻強度。結合高爐各部位爐內的工況條件，在爐身中、上部采用了鑄鐵冷卻壁，爐身下部至爐腹采用銅冷卻壁。具體的冷卻設備配置如下。

1.3.1 高爐爐底及爐缸

高爐爐底冷卻采用在爐底板下埋設不銹鋼水冷管，從而提高水冷管的使用壽命及冷卻強度。爐缸、風口帶采用光面冷卻壁冷卻方式，風口帶及以下共設5 段冷卻壁， 其中1、3、4 段冷卻壁壁厚為160 mm，材質為RTCr 鑄鐵；第2 段及第3 段鐵口周圍采用了銅冷卻壁冷卻； 風口區為1 段異形冷卻壁，壁厚為250 mm，材質為QT400-20 鑄鐵。

1.3.2 爐腹至爐身中下部

由于爐腹、爐腰及爐身中下部溫度波動較大，化學侵蝕嚴重，熱應力破損作用較大，工作條件最差，所以對高爐壽命影響很大。為實現高爐長壽目標，本次大修將對2005 年中修時更換的第6～9 段銅冷卻壁重新訂貨。

1.3.3 爐身中上部

由于高爐噴吹大量煤粉，因此，導致爐身中、上部的熱負荷增加。為了加強爐身冷卻，爐身中上部采用全冷卻壁冷卻。共設置7 段鑲磚冷卻壁，即第10～12 段保持2001 年大修時的3 段雙排管形式不變，重新加工制造，壁厚為360 mm；第13～15段將原來雙排管改為單排管，壁厚為260 mm；新增第16 段單排管冷卻壁， 壁厚為260 mm， 材質為QT400-20 鑄鐵。

冷卻壁的固定方式： 第1～9 段冷卻壁采用螺栓固定； 第10～16 段冷卻壁采用固定點與滑動點相結合的固定形式。

水管連接方式采用冷卻壁水管與爐殼間加波紋膨脹器、金屬軟管與三通球閥相連接，從根本上解決了因爐殼與冷卻壁間的溫差不同導致水管剪斷而出現的破漏現象。

1.4 爐體冷卻水系統

按冷卻元件的重要性和冷卻水系統的設計要求， 爐體冷卻系統分成高壓工業水冷卻系統和軟水密閉循環冷卻系統。本次大修重點對冷卻水系統進行改造升級。高爐冷卻水系統工藝參數見表2所示。

1.4.1 高壓工業水冷卻系統

高壓工業水冷卻系統包括爐頂灑水裝置及鐵口區冷卻壁備用等。高壓工業水的供水量為300 m³/h，爐臺下供水接點壓力為1.6 MPa。

1.4.2 軟水密閉循環冷卻系統

本次大修高爐本體改動較大的就是冷卻水系統， 將原第1～5 冷卻壁工業水開路冷卻改造為軟水密閉循環冷卻系統， 并將軟水密閉循環冷卻分為2 個系統。系統Ⅰ為爐缸單獨供水，即第1～5 段冷卻壁冷卻水系統，循環水量4 600 m³/h；系統Ⅱ采用聯合供水，即將第6～16 段冷卻壁、爐底水冷管、風口小套、二套通過串聯和并聯的方式組合在一個系統中，系統總循環水量4 500 m³/h，具體方案是：從原軟水泵站出來的軟水在爐前一分為二，其中爐底水冷管、風口二套、背部蛇行管串聯為一路，水量為700 m³/h；另一路為第6～16 段冷卻壁直冷管， 水量為3 800 m³/h， 二者回水進入爐頂Φ920 mm 回水主管（利舊），從冷卻壁回水總管出來的軟水又一分為二， 一部分經高壓增壓泵增壓（水量900 m³/h）供風口小套使用，風口小套回水與剩余部分（水量3 600 m³/h）一起回到回水總管，經過脫氣罐脫氣，最后回到原軟水泵房，經過二次冷卻，再循環使用。系統Ⅱ聯合供水具體設置見圖1 所示。

1.5 高爐內襯

針對高爐各部位工作條件、侵蝕機理和不同型式的冷卻設備而選擇了與之相適應的內襯結構和材質。

1.5.1 爐底、爐缸內襯

由于高爐內的高壓和鐵水壓力， 使鐵水滲入爐底，溫度的波動使鐵水凝固膨脹，砌體的膨脹使砌體內部產生應力而開裂， 熱應力環裂在大塊炭磚中更為廣泛。同時由于堿金屬的作用，使內襯耐材產生脆化、剝落上浮。此外，由于冷卻設備漏水而造成氧化等諸因素的影響導致砌體的損壞。爐缸、爐底耐材的損壞即標志著一代爐齡的結束，因此， 國內外在進行該區域耐材配置設計時都十分重視。

高爐爐底、爐缸的耐火材料配置如下：

爐底共3 層炭磚， 從下到上第1 層采用平砌400 mm 高導熱石墨炭磚， 第2 層采用平砌400 mm抗鐵水融蝕性好的國產超微孔炭磚， 第3 層采用立砌1 000 mm 進口超微孔炭磚。爐缸外側自下而上采用進口超微孔大塊炭磚7 層、國產微孔大塊炭磚2 層和5 層小塊微孔剛玉磚， 其中鐵口處采用進口超微孔炭磚，以保證鐵口的壽命。爐缸內側接觸鐵水的部位環砌下部厚330 mm、上部厚230 mm 微孔剛玉石磚，鐵口區不加厚，使得爐缸內徑規則，有利于爐缸內渣鐵均勻流動，降低爐缸渣鐵局部環流加快或折向對內襯的沖刷侵蝕，該環磚與爐底炭磚上部采用的兩層微孔剛玉磚共同形成“自由陶瓷杯”。陶瓷杯杯底在施工完需砌一層粘土磚以保護杯底不被上部脫落等物品損壞，風口區采用剛玉質組合磚。

1.5.2 爐腹、爐腰及爐身中下部內襯

由于爐腹區域正處在燃燒帶的上方， 為避免銅冷卻壁直接受到高溫煤氣的沖刷， 結合爐腰及爐身下部區域采用的銅冷卻壁具有較高的冷卻強度， 設計時考慮在銅冷卻壁熱面噴一層厚度為150 mm 的特殊噴涂料，有利于形成有效的渣皮保護層。

1.5.3 爐身中部及上部內襯

該部位工作條件沒有爐腹、爐腰及爐身下部那么嚴酷，但由于采用富氧大噴煤后，其工作條件有惡化的趨勢， 這一區域的冷卻壁鑲磚材質采用耐磨性優越的氮化硅結合碳化硅磚及燒成微孔鋁碳磚交替鑲嵌，再噴一層厚度約為50 mm 特殊噴涂料作為保護層。

1.6 爐體監測

為確保高爐生產穩定、安全、長壽，設置了必要的、可靠的監測裝置，包括爐體溫度監測、冷卻水系統監測、爐身壓力監測等。

2 投產后運行指標

鞍鋼煉鐵總廠11 號高爐大修后于2014 年12 月21 日投產，其月平均生產技術指標見表3。

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠11 號高爐自投產運行10 個月以來狀況良好， 平均日產量提高645 t、利用系數提高0.25 t/（m³·d）、入爐焦比降低20 kg/t、煤比提高17 kg/t、風溫提高32 ℃，高爐各項生產技術經濟指標均得到改善。

3 結語

（1） 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠11 號高爐是淘汰落后裝備、全面提高各項技術經濟指標的背景下完成的一項老廠改造自主創新的工程；

（2） 高爐本體系統設計采用當今國內薄壁、高爐缸、深死鐵層、矮胖的爐型；

（3） 設計中還采用了銅冷卻壁技術、軟水密閉循環及分段冷卻技術、內襯關鍵部位采用進口超微孔碳磚等長壽高效綜合技術， 應用后取得了良好效果。