劉寶山

(鞍鋼集團眾元產業發展有限公司鞍山114003)

【摘要】按鋼10號2580m³高爐大修改造采用了先進適用的工藝技術，在高爐長壽、節能降耗、環境保護 等方面采取了多項有效措施，為節省工程投資對技術方案進行了精心細致的優化，最大限度發揮了系統能力。 2013年5月15日投產以來，運行情況良好,各項指標躋身同級高爐先進水平。

【關鍵詞】大型高爐；大修；優化

1  前言

鞍鋼股份煉鐵總廠10號2580 m³高爐大修工程是淘汰落后產能、提升裝備水平、實現規模效應的工程，鞍鋼屬于典型的“廠在城中，城在廠中”的城市鋼廠，因此，高爐大修必須采用綠色建設理念，通過自主創新，采用可靠、成熟、先進的技術，將10號高爐改造成為新一代具有世界先進水平的現代化高爐。

高爐將在原地大修，該區域原有建構筑物密集且不規則，鐵路、公路運輸條件較差，舊有管線錯綜復雜，而且需在保證11號高爐正常生產的前提下進行10號高爐大修。在項目實施過程中，采用拆除與建設同步,新建與利舊結合的立體交叉配合作業程序，保證了工程的工期和質量。10號高爐改造性大修投產以后,運行情況良好,各項指標躋身同級高爐先進水平。文章重點對10號高爐的大修改造進行闡述。

2  主要設計參數

10號高爐大修工程的主要設計參數見表1。

3  技術方案優化

3.1爐體采用長壽設計

(1) 爐缸采用石墨墻結構，緊貼爐缸冷卻壁砌筑一層高導熱碳磚,然后再砌筑大塊超微孔碳磚，高導熱碳磚與超微孔碳磚間設置高導熱碳搗層，這樣便將常規爐缸結構中的大碳磚與冷卻壁之間的碳素搗料層向爐內推移了 200mm，生產中炭素搗料層的工作溫度可提高到150℃以上，將碳素搗打料的實際導熱系數顯著提高，避免其成為常規爐缸結構“冷卻壁-搗打料-碳磚”這個冷卻體系的主要熱阻，可以保證爐缸整體結構的導熱性^[1]。

(2) 采用全冷卻壁薄內襯結構,根據高爐縱向各區域不同的工作條件和熱負荷大小，采用不同結構形式和不同材質的冷卻壁。爐缸冷卻壁選用?80 mm規格的水管，縱向布置，有效冷卻比表面積超過1.0，保證爐缸具有足夠的冷卻強度。在保證爐缸冷卻強度的前提下，降低冷卻水流速，從而降低冷卻系統的工藝阻損，提高冷卻系統的工作效率。冷卻壁采用固定點、滑動點和浮動點相結合的無剪切固定型式，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漏水的情況。

(3)冷卻系統采用聯合軟水密閉循環系統，系統總循環水量4800-5700m³/h該系統具有冷卻效率高、能源消耗少、安全性高、布置簡單、檢修維護方便、水質穩定、管道腐蝕率低等優點^[2]。

3.2爐前設計更人性化

出鐵場維持現環形結構。渣鐵溝更新。考慮與其他高爐設備備件的通用性,爐前泥炮和開口機更換。吊車等其他設備設施檢修利舊。工程重點改善爐前工作環境，降低勞動強度。①對出鐵場屋面進行改造，改為帶有排氣樓的形式，改善自然通風條件。②完善爐前除塵設計，降低崗位煙塵濃度。③鐵口前方設置攝像頭，在高爐主控室和泥炮操作室分別設鐵口操作監視器。泥炮和開口機采用無線遙控操作,使操作人員遠離鐵口前的危險區域，保證生產安全并改善操作環境。

風口平臺進行重新設計,適當的抬高和加寬，風口平臺改造后可實現叉車環行行進更換風口操作，降低勞動強度。平臺改造充分考慮生產操作方便、安全、實用，充分考慮設備檢修及改善爐前環保條件。

3.3通過改造熱風爐實現高風溫

熱風爐系統原設計采用四座AWП型外燃式。外燃式熱風爐具有結構穩定、氣流分布均勻、熱交換效率高、壽命長等優點，本次改造的重點和難點是在現有熱風爐基礎和爐殼不動的前提下，通過技術優化實現高爐的高風溫要求。改造后熱風爐的主要技術參數見表2。

改造后熱風爐蓄熱室采用?30m m新型19孔高效格子磚，該類型格子磚的上下表面均有定位用凸臺、凹坑，砌筑時上下層互相交錯、咬合，使格磚形成一個整體。熱風爐拱頂溫度最高按1450℃設計，所以要求在高溫部位采取防止爐殼晶間應力腐蝕的措施^[3]。

采用高爐煤氣作為熱風爐燃料，采用自身預熱方式預熱助燃空氣及高效板式換熱器預熱煤氣。將助燃空氣預熱至500~600℃、高爐煤氣預熱至200℃，以兩燒一送一預熱為基本的工作制度，實現燃燒、送風溫度和換爐過程的計算機自動控制，高爐鼓風實現“無擾動”換爐。

3.4煤氣除塵系統更節能

(1) 此次改造拆除原來的塔文除塵系統，采用干法濾袋除塵工藝,配套高爐煤氣干式余壓回收發電裝置。與濕法除塵相比，干法除塵技術具有如下特點:①多回收和利用煤氣壓力勢能和顯熱，使TRT發電量可增加30%~35%。②顯著減少煤氣中的含水量，提高煤氣的熱值,在同等條件下，可以提高熱值200kJ/m³。濮行費用低。④資少。⑤除塵效率高。⑥采用濃相氣力輸灰方式更環保。

(2) 同時對粗煤氣系統進行改造，爐頂粗煤氣管道采用“五通球”結構，有效降低了爐頂的高度。在原有重力除塵器的基礎上增加新型旋流板結構，提高了除塵效率。

3.5環境除塵設施更注重環保

本次高爐大修除塵設施是改造重點，出鐵場除塵異地新建,爐頂除塵搬遷至原煤粉噴吹站，礦焦槽除塵原地改造。

本次改造將出鐵場一次除塵與二次除塵合并為一個除塵系統,以確保出鐵場除塵效果,總設計抽風量為950 000 m³/h，采用液力偶合器對風機進行調速。當出鐵時，風機高速運行;非出鐵時，風機低速運行,以節電降耗。礦焦槽除塵系統總抽風量為750 000 m³/h。根據各產塵點不同時工作的特點，在除塵系統各分支管上均設置電動蝶閥與工藝設備聯動。并采用液力偶合器對風機進行調速,適應工藝生產變化，盡最大限度的節能。礦焦槽上除塵采用移動式吸塵罩，與移動卸料小車協同動作,最終匯入總除塵系統。

爐頂除塵系統主要處理爐頂主皮帶落料點、無料鐘下料處等產塵點產生的煙塵，其特點是粉塵磨琢性較強、含有CO氣體、粉塵的粒度較大，外逸速度高。考慮到爐頂處粉塵的特點，設計抽風量為95 000m³/h，并設置泄爆裝置。

3.6 供料系統增設節能設施

礦焦槽系統利用現有礦槽和焦槽，本次大修主要增設小粒礦回收設施。

小粒度礦回收利用，是指回收高爐槽下篩分出的3~5 mm小粒度燒結礦進入高爐回收利用，作為單獨料批布入高爐內。其余更小粒度的燒結礦則返回燒結廠作為燒結原料使用。而不采用小粒度燒結礦工藝則是將全部篩下＜5 mm的燒結礦全部返回燒結廠使用。

小粒度燒結礦回收后，相當于提高了燒結礦的有效利用率,不僅有利于降低系統能耗,而且降低了燒結礦從燒結至高爐槽下系統的輸送能耗，減少了燒結返礦的運輸能耗代

4系統挖潛節約投資

10號高爐大修按照控制投資和不降低質量水平的要求，在高爐核心部位采用銅冷卻壁和引進德國SGL碳磚，在保證建設質量的前提下，盡量利用現有結構和設備,最大限度發揮系統能力節約投資。

(1) 出鐵場、高爐框架、熱風爐框架、礦焦槽、鼓風機站等站房主體結構維持不變，為適應新的高爐結構型式及安全、生產需要只做局部改造。

(2) 高爐送風系統更換是利用庫存電動鼓風機,以盤活資產。

(3) 高爐冷卻水處理系統全部設置在原有的10號高爐軟水泵站內，站內加藥裝置、泵房吊車、補水泵組、主泵組電動機及備用泵組均利用原有設備，泵房主體結構利舊并進行適當改造。

(4) 串罐無料鐘消除了并罐無料鐘所固有的蛇形偏析現象，有效地控制了裝料過程中物料粒度偏析，料罐稱量準確，料閘可控性更佳,設備重量更輕，設備故障率小,具有較大的優越性。10號高爐原采用引進的PW串罐無料鐘爐頂，運行較可靠,為了節約投資，故本次大修利舊。

10號高爐的建設全部由鞍鋼自有隊伍承擔，通過充分的系統挖潛，有效的節約了投資，實際投資比初步設計概算降低28%，充分體現了“高起點、少投入、快產出、高效益”的大修改造方針，克服了漫長冬季的不利施工條件，僅用一年時間高爐大修工程如期完工，在鞍鋼高爐大修史上開創了先河。

5采用節能增效技術

10號高爐大修改造在先進技術及節能設備的選用各方面做了大量工作,保證大修后高爐的能耗降到最低。

(1) 高爐煤氣除塵采用干式布袋除塵工藝與濕法工藝相比，可提高風溫約22℃，提高TRT發電量約 3000 kW/h。

(2) 設計國內先進的高風溫外燃式熱風爐，自身預熱助燃空氣及高效板式換熱器預熱煤氣。

(3) 針對格子磚蓄熱及輻射傳熱能力低、熱風爐換熱效率低的問題，開發了熱風爐高效黑體節能涂料技術,有效減少了散熱損失，10號高爐應用該技術年節能率為7.07%,熱風溫度平均提高16.7℃。

(4) 回收熱風爐煙氣余熱量24MW/h。用于預熱煤氣，提高熱風爐的熱效率，使送風溫度達到1200~1250℃。

(5) 高爐冷卻系統采用“聯合軟水密閉循環系統”，該系統配置合理、優化、冷卻強度高、補充水量少、投資省、運行成本低，相比原系統年運行費用可節省50% 。

(6) 提高水的循環率，循環率可達96.4%。

(7) 利用沖渣水余熱,供冬季取暖。

(8) 采用富氧噴煤技術，富氧率達5%~8%,設計噴煤量200-250 kg/t，有效降低焦比。

(9) 采用小塊焦回收技術，每年回收量可達3.18 萬t。

(10) 采用小粒度燒結礦回收技術，每年回收量可達13.4萬t。

(11) 將高爐、熱風爐、渣處理、TRT等工序集中設置在主控室操作，取消區域操作室，減少操作人員。

(12) 本次高爐大修電氣、儀表、計算機等三電系統全部更新換代。為了節能降耗，各用電設施電壓改為10kV,對一些速度調節范圍大的設備改為變頻調速或液力偶合器調速。

(13) 采用三電一體化自動控制技術,使高爐冶煉最佳化。

(14) 所用電動機均采用節能型。

6改造效果

10號高爐改造性大修開爐后快速達產，各項技術經濟指標穩步提升，躋身全國同級別高爐先進水平，達到了預期的改造效果。2018年在焦炭質量大幅下滑的情況下，高爐仍然保持了較好的技術經濟指標(見表3)。

參考文獻

[1]  方明新.現代高爐爐底爐缸設計探討［J］.煉鐵,2012,31(4):16-21.

[2]  潘釗斌.高爐軟水冷卻系統設計若干問題的探討［J］.煉鐵,2018,37(4):31-34.

[3]  邰力，甘菲芳，姜華，等.寶鋼熱風爐拱頂鋼板防腐蝕的探討［J］.煉鐵,2005,24(2):15-17.

[4]  王小偉，范小剛.小粒度礦、焦回收利用能效和經濟效益分析［J]南方金屬,2015(4):13-16.