摘要：鄂鋼5號高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐出現(xiàn)隔墻倒塌、拱頂?shù)舸u等問題，嚴(yán)重影響風(fēng)溫水平。因內(nèi)燃式熱風(fēng)爐有其固有缺陷，為有效提高風(fēng)溫，強化高爐冶煉、節(jié)能降耗，本工程利用現(xiàn)有空地新建一座頂燃式熱風(fēng)爐^［1］。形成3 座內(nèi)燃式+1座頂燃式熱風(fēng)爐模式，為今后3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐大修提供條件。本工程的難點主要集中在新老熱風(fēng)管對接上，因高爐休風(fēng)時間短，熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，且需切除老熱風(fēng)管的封頭，再實現(xiàn)新老管道對接，所以施工難度很大。本工程為今后熱風(fēng)爐改造提供了一個可行方案，為煉鐵行業(yè)老廠實施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；設(shè)計；對接；經(jīng)驗

0 前言

鄂鋼5 號高爐( 2 600 m³ ) 于2010 年1 月22 日點火投產(chǎn)，配備3 座改進型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，投產(chǎn)后到2013 年底，熱風(fēng)溫度一直可以滿足高爐需求，達1 180 ℃ ～1 200 ℃之間。

2014 年，1#～ 3#熱風(fēng)爐都出現(xiàn)隔墻垮塌，格子磚渣化、下沉，燒爐困難，風(fēng)溫大幅下降，風(fēng)溫水平只有950 ℃左右。為了從根本上解決此問題，在認真分析研究高爐實際生產(chǎn)情況和現(xiàn)場場地后，決定在現(xiàn)有熱風(fēng)爐區(qū)域增加一座頂燃式熱風(fēng)爐。待新建4#熱風(fēng)爐正常生產(chǎn)后，再逐步對1#～3#熱風(fēng)爐進行改造。

1 具體技術(shù)方案

1．1 設(shè)計參數(shù)

結(jié)合鄂鋼5 號高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐設(shè)計基本參數(shù)和目前實際生產(chǎn)情況，經(jīng)過合理計算確定本次新增4#頂燃式熱風(fēng)爐各項參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表1。

1．2 熱風(fēng)爐布置方案

由于4#頂燃式熱風(fēng)爐建設(shè)期間，不能影響高爐、原內(nèi)燃式熱風(fēng)爐正常生產(chǎn)，故現(xiàn)有的換熱器、液壓站、倒流休風(fēng)管都不能移位。經(jīng)現(xiàn)場考察后，決定新增熱風(fēng)爐選址在現(xiàn)有熱風(fēng)爐與高爐引橋之間的一塊空地上，與原來3 座熱風(fēng)爐組呈90 °夾角布置，新建熱風(fēng)爐布置如圖1 所示。

1．3 熱風(fēng)爐本體

新建1 座頂燃式熱風(fēng)爐，包含熱風(fēng)爐基礎(chǔ)、爐殼、本體內(nèi)所有耐火材料、燃燒器、爐箅子及支柱，熱風(fēng)爐的主要參數(shù)見表2。

1．4 三維混合燃燒器

燃燒器混合室為錐柱復(fù)合形結(jié)構(gòu)，煤氣噴口分布于錐段，空氣噴口分布于圓柱段。煤氣噴口為上下兩層不同混合半徑的多孔環(huán)形布置，煤氣立體旋轉(zhuǎn)向下運動。多層不同半徑( 小于空氣流半徑) 的煤氣流與空氣流形成多層同心不同半徑的交叉三維混合，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短。由于空心柱面積小，混合氣流在經(jīng)過喉口整流后形成的負壓區(qū)域面積小，保證煙氣進入格子磚分布均勻，格子磚截面積利用充分，更利于格子磚儲存熱量、放出熱量獲得高風(fēng)溫。

1．5 熱風(fēng)爐管道設(shè)計

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐配套的熱風(fēng)、冷風(fēng)、煤氣、助燃空氣、煙道管道與原熱風(fēng)爐系統(tǒng)管道對接，并對原有各工藝總管進行適應(yīng)性改造。

新增4#頂燃式熱風(fēng)出口標(biāo)高與原內(nèi)燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)主管有8m 高差，所以4#頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管與原熱風(fēng)主管之間設(shè)計了熱風(fēng)豎管來連接。

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐配套的軟水、氮氣、壓縮空氣管道與原熱風(fēng)爐系統(tǒng)對應(yīng)的水管、工業(yè)管道系統(tǒng)對接。

1．6 框架及吊車

新建熱風(fēng)爐獨立設(shè)置框架、支架、平臺、走梯、檢修吊車，并對原有部分管道、平臺、走梯進行適應(yīng)性改造。新建熱風(fēng)爐框架跨距11 m×13 m，設(shè)置1 臺20 t 單梁吊檢修熱風(fēng)閥、煤氣燃燒閥、煤氣切斷閥、空氣切斷閥等。

1．7 熱風(fēng)爐閥門、儀表設(shè)備

新增4#熱風(fēng)爐配套的工藝閥門，液壓、潤滑、電氣、儀表設(shè)備設(shè)施等; 設(shè)備選型與原有的保持一致，便于操作維護方便和減少備品備件。新增的熱風(fēng)閥采用高溫水冷閘閥，煙道閥、冷風(fēng)閥、煤氣切斷閥、煤氣燃燒閥、空氣切斷閥采用液壓蝶閥。

1．8 助燃風(fēng)機

5 號高爐熱風(fēng)爐原配置2 臺助燃風(fēng)機，一用一備，單臺助燃風(fēng)機的主要規(guī)格:風(fēng)量為200 000 Nm³ /h( 標(biāo)態(tài)) ，靜壓為12 kPa，電機功率為1 250 kW。

熱風(fēng)爐改造后，新熱風(fēng)爐組采用“兩燒兩送”工作制度，設(shè)計送風(fēng)溫度為1 250 ℃，送風(fēng)時間約60 min時，需要助燃風(fēng)機的風(fēng)量為140 000 Nm³ /h。經(jīng)核算: 目前助燃風(fēng)機能力能滿足要求，助燃風(fēng)機利舊。

1．9 利舊設(shè)施

本次改造利舊的設(shè)施有熱風(fēng)爐操作室、電氣室、液壓站、換熱器、煙囪、助燃風(fēng)機、各種能源介質(zhì)外部管網(wǎng)等。

2 實施方案

2．1 熱風(fēng)爐爐殼拼裝和吊裝

熱風(fēng)爐爐殼內(nèi)徑Ф10 000 mm /Ф11 510 mm /Ф6 524 mm，爐身最大直徑為Ф11 510 mm; 殼體材質(zhì)為Q345C 正火板，爐殼分為29 帶，爐殼每帶在地面拼裝焊接后，用200 t 坦克吊( 主臂長65 m，吊鉤選65 T 鉤頭) 整帶吊裝并安裝。

2．2 耐材砌筑

熱風(fēng)爐本體砌筑前，必須先檢查爐殼的尺寸和安裝精度。根據(jù)熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)特點，爐體的砌筑采用一段施工，兩班作業(yè)的施工方法。白班砌筑爐墻，夜班碼格子磚。熱風(fēng)爐、熱風(fēng)支管、熱風(fēng)豎管的耐材施工安排，在具備條件后即時穿插進行施工。

熱風(fēng)爐耐材砌筑工程重量約計3 600 t( 含熱風(fēng)管道和熱風(fēng)豎管) ，砌筑工期約70 天。

2．3 介質(zhì)管道對接

冷風(fēng)、高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣、助燃空氣、煙氣、氮氣及軟水的新老管道對接，高爐需要實施第一次休風(fēng)，休風(fēng)對接管道工期36 h。

熱風(fēng)閥冷卻水管對接時，老熱風(fēng)閥的循環(huán)水不能停，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，水管對接時，老熱風(fēng)閥切換到臨時凈循環(huán)水，進行冷卻。

施工步驟: ( 1) 高爐休風(fēng)前，需要將冷風(fēng)、煤氣、助燃空氣、煙氣管道等按設(shè)計要求安裝就位; ( 2) 在已安裝就位的新管道側(cè)方開好臨時施工孔，距離對接處1 m～2 m 即可，此孔洞主要作為施工人員進出通道; ( 3) 高爐休風(fēng)，開倒流休風(fēng)閥，確保熱風(fēng)爐熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，確保高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣有效切斷; 煤氣吹掃，檢查確認煤氣吹掃完畢;( 4) 煤氣、空氣、冷風(fēng)管道只需將對接處三通口進行開孔碰頭，并將對接處新老管道焊縫焊接好，即完成新老管道連接，并封施工孔; ( 5) 煙氣管對接處三通口進行開孔碰頭、焊接完畢后，筑爐專業(yè)需將三通連接處老煙氣管道噴涂破壞的部位及新管道預(yù)留焊接部分進行噴涂，待施工完畢后，封施工孔。

2．4 熱風(fēng)管道熱態(tài)對接

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐最關(guān)鍵、最困難的接口就是熱風(fēng)主管接口，由于高爐休風(fēng)時間短，熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，需切除老熱風(fēng)管的封頭，再實現(xiàn)新老管道對接，并在管內(nèi)實施降溫隔熱措施后、進入管道完成對接口處耐材砌筑，施工難度很大。

熱風(fēng)管道對接，高爐需要實施第二次休風(fēng)，熱風(fēng)管對接用時48 h。

施工步驟: ( 1) 用割槍將原熱風(fēng)主管的封頭割開，耐材拆除人員穿上隔熱防護服在確保安全可靠的前提下進行耐材拆除，使用頂開裝置，將耐材頂松，然后使用風(fēng)鎬敲掉耐材，使其碎裂斷開，用50 t吊車將割除下來的封頭吊至地面。施工平面布置如圖2 所示; ( 2) 封頭拆除完，作業(yè)人員穿好防護隔熱服進入管內(nèi)，將準(zhǔn)備好的纖維氈堆碼( 用小鋼絲繩帶住) 至管內(nèi)指定位置。打開老熱風(fēng)管側(cè)邊人孔( φ800 mm) ，從外向內(nèi)進行破除原耐材( 利用風(fēng)鎬) ，將人孔處的耐材從管道內(nèi)清理出來; ( 3) 在新、老熱風(fēng)主管上焊好吊鼻，管托下面安放有聚四氟乙烯摩擦副，管托下部滑動面摸黃油，采用2 臺5 t 倒鏈同時拖動新熱風(fēng)管道，待拉至指定部位時，再使用10 t 千斤頂慢慢移動新熱風(fēng)管，使之與老熱風(fēng)管順利對接，搭接采取外包帶形式，內(nèi)外口焊接。新老熱風(fēng)管道推移搭接如圖3 所示; ( 4) 耐材砌筑和封堵人孔: 待管道內(nèi)所有焊接結(jié)束后，由爐窯施工人員進入管道進行噴涂和耐材砌筑。待全部砌筑完畢，將管內(nèi)隔熱物和雜物清理干凈后，封堵人孔; ( 5) 最后管托進行加固，安裝拉桿等。

2．5 熱風(fēng)爐烘爐

新老熱風(fēng)管道對接完成后，關(guān)閉4#熱風(fēng)爐熱風(fēng)閥，進行4#熱風(fēng)爐烘爐，采用焦?fàn)t煤氣烘爐，烘爐時間約30 天。4#熱風(fēng)爐烘爐期間，不影響1#～3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燒爐、送風(fēng)，不影響高爐的正常生產(chǎn)。

2．6 施工工期

新增4#頂燃式熱風(fēng)爐總施工工期是180 天，含烘爐打壓30 天。

3 新增頂燃式熱風(fēng)爐運行后使用效果

4#頂燃式熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，4#頂燃式熱風(fēng)爐拱頂溫度最高達到1 320 ℃ ～ 1 350 ℃，4#熱風(fēng)支管上溫度檢測點測得熱風(fēng)溫度可達1 250 ℃，達到理想的設(shè)計效果。

由于目前2#、3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐隔墻垮塌，熱風(fēng)爐燒爐困難，2#拱頂溫度只能到1 200 ℃，3#拱頂溫度只能到1 070 ℃，為保證高爐穩(wěn)定順行，目前4#熱風(fēng)爐拱頂溫度控制在1 250 ℃左右。熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用“兩燒兩送”的工作制度，送風(fēng)溫度維持在1 050 ℃以上，比改造前風(fēng)溫提高100 ℃以上。

4 結(jié)論

( 1) 新增4#頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造實現(xiàn)了既定目標(biāo)，送風(fēng)溫度比改造前提高了100 ℃以上，為后續(xù)1#～3#內(nèi)燃式改造創(chuàng)造了條件。后續(xù)1# ～ 3#內(nèi)燃式改造后，完全可以達到1 250 ℃風(fēng)溫。

( 2) 本工程施工場地窄、施工難度大，特別是熱風(fēng)主管的推移對接，難度很大。但為今后熱風(fēng)爐改造提供了一個可行方案，為煉鐵行業(yè)老廠實施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實踐經(jīng)驗。

5 參考文獻

［1］ 鄭傳和，銀光宇．宣鋼3 號高爐熱風(fēng)爐內(nèi)燃改頂燃實踐［J］．冶金能源，2014，33( 2) : 18．