陳 冬， 孫劉恒， 汪延來

（中冶華天工程技術有限公司煉鐵事業部， 江蘇 南京 210000）

摘 要：長鋼 1 號高爐中修優化設計采用了最新的工藝、設備和技術，如厚壁爐型改薄壁內襯爐型、工業循環水改軟水密閉循環冷卻系統、爐底爐缸炭磚 + 小塊陶瓷杯改炭磚 + 大塊陶瓷杯墊結構、出鐵場平坦化改造、除塵系統升級改造、爐頂均壓放散煤氣回收等。高爐開爐投產后，爐況穩定順行，各項指標均優于設計指標，平均利用系數在 3.4 t/（m³·d）以上，達到同類型高爐的先進水平。

關鍵詞：高爐；設計；先進技術；特點

安徽長江鋼鐵股份有限公司（全文簡稱“長鋼”） 1 號高爐中修優化設計以提高環境保護和資源綜合利用水平，在實現降本增效的同時，力求實現經濟、社會和環境協調的可持續發展之路。2019 年 2 月 20日開始停爐中修，歷時 76 d，于 2019 年 5 月 8 日開爐投產以來，高爐總體運行狀況良好，有效容積利用系數為 3.4 t/（m³·d）以上，達到了同類型高爐的先進水平，改造前后生產技術指標如表 1 所示。

長鋼 1 號高爐中修優化設計采用了新工藝、新設備和新技術^[1]，如厚壁爐型改薄壁內襯爐型^[2]、工業循環水改軟水密閉循環冷卻系統、爐底爐缸炭磚+小塊陶瓷杯改為炭磚+大塊陶瓷杯杯結構、出鐵場平坦化改造、除塵系統升級改造、爐頂均壓放散煤氣回收等。其主要設計參數：有效利用系數 3.24 t/（m³· d），日產生鐵 3 500 t/d，熱風溫度 1 150 ℃，綜合燃料比 515 kg/t，爐頂壓力 0.2 MPa，年產生鐵 122.5 萬 t。

1 設計特點及分析

本工程主要改造內容包括高爐本體系統爐型優化、冷卻壁及供排水系統、風口平臺出鐵場平坦化、爐頂均壓放散煤氣回收、出鐵場除塵系統升級及其他相關配套設施等。

1.1 高爐本體系統

1.1.1高爐爐型

高爐爐型是爐體系統的基礎，爐型的好壞不但關系到高爐是否高產穩產，也關系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小，同時，也對高爐壽命的長短起著重要作用。因此，在總結綜合比較國內同類型高爐設計與生產操作經驗的基礎上，結合本工程的具體條件，確定合理的高爐內型^[3-6]。

長鋼 1 號高爐改造后內型與同類型高爐對比如 表 2 所示。

此次高爐本體爐型改造特點：

1）厚壁內襯改薄壁爐型：在充分利用現有設施的前提下，保留利用原有高爐本體框架、爐體平臺，將厚壁爐型優化設計改造為磚壁結合薄內襯爐型^[2]。

2）死鐵層深度適當加深：適當加深死鐵層深度有利于減少鐵水環流對爐缸側壁的沖刷，保護爐底爐缸耐材，延長爐缸壽命。

3）爐腰直徑加大。適當加大爐腰直徑，高爐透氣性得到改善，有利于高爐的強化冶煉。

4）爐缸直徑擴大。適當的擴大爐缸直徑有利于提高高爐的產量及冶煉。

1.1.2爐體冷卻結構及冷卻系統

長鋼 1 號高爐中修采用全冷卻壁冷卻結構形式。爐體從爐底到爐身上部共設 15 段冷卻壁；爐喉采用兩段式水冷鋼磚。按照爐內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。第 1—4 段冷卻壁為單層光面灰鐵冷卻壁；第 5 段（風口帶）為加厚雙層光面球墨鑄鐵冷卻壁；第 6—9 段（爐腹 2 段、爐腰 1 段及爐身下部 1段）為雙層全覆蓋式鑲磚鑄鋼冷卻壁；第 10—15 段為單層全覆蓋式鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁。

爐體冷卻系統由開路工業循環水系統改為軟水密閉循環系統。為強化爐底爐缸爐底冷卻能力，水冷管布置于爐底于爐底封板上方。為了使爐體供水分布均勻，將系統分成 16 個區，上部設 1 個脫氣罐和1 個膨脹罐，用于控制軟水循環系統及排除軟水循環冷卻過程中產生的氣體。

為加強高爐冶煉安全及控制軟水冷卻系統，本次中修設計高爐冷卻壁熱負荷監測系統，用于及時監測爐體冷卻強度、渣鐵皮厚度及冷卻壁破損情況，便于生產操作調控，有效提升了高爐冶煉強度。

1.1.3內襯結構和材質 

高爐內襯是維護高爐工作的空間，耐火材料的選擇，將影響投資和使用壽命。在本次設計中充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機理，有針對性的選用耐火材料，并在結構上加強各部位磚襯的穩定性^[3]。結合長鋼一代爐役使用情況，本次中修設計將原厚壁爐型改為磚壁結合薄內襯爐型。

1.1.3.1爐底、爐缸區域

高爐爐底、爐缸采用炭磚+陶瓷砌體復合爐襯結合水冷薄爐底結構。爐底、爐缸從下往上依次為：2 層半石墨炭磚，2 層超微孔炭磚，1 層超微孔焙燒炭塊，2 層大塊陶瓷墊。爐缸外側為超微孔炭磚+微孔炭磚，為了提高爐缸及風口砌體的穩定性和壽命，保護爐缸及風口設備，爐缸內側及風口區采用大塊陶瓷杯壁結構。

爐底、爐缸設置侵蝕檢測系統。爐底爐缸耐材結構如圖 1 所示。

1.1.3.2爐腹爐腰及爐身中下部區域

由于此區域熱負荷大，機械沖刷、化學侵蝕及熱震均存在極大的破壞作用，應選擇具有高導熱系數、高抗折強度、耐渣堿侵蝕的耐火磚。在充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機理，并結合冷卻壁元件的具體特點，有針對性的選用耐火材料。爐腹、爐腰與爐身下部區域冷卻壁采用冷鑲微孔鋁炭磚，內側采用鋁碳化硅噴涂料。

1.1.3.3爐身中上部區域

爐身中上部溫度較低，主要為爐料和煤氣流沖刷磨損，因此球墨鑄鐵冷卻壁采用致密性高、耐壓強度大、耐磨能力強的磷酸鹽浸漬黏土磚，內側噴涂高鋁噴涂料。

1.2風口平臺及出鐵場系統

長鋼 1 號高爐一代爐役生產過程中，出鐵場陸續暴露出以下不足：出鐵場偏小；出鐵場坡度較大，且表面凹凸不平，不利于爐前設備和渣鐵溝的維護和檢修，不便于檢修設備的運行；除塵效果不理想；渣鐵溝混凝土擋墻上部破損嚴重，溝蓋板變形嚴重，不能有效封閉，大量跑冒煙氣，爐前環境惡劣。

針對以上不足之處，為了滿足環保要求以及便于爐前安全操作維護，在現有出鐵場結構基礎上平臺化，爐前設除塵小屋，將開口機泥炮包覆在小屋內，除塵系統風量提高到 100 萬 m³ /h，煙塵排放質量濃度<10 mg/m³，大大改善了爐前操作環境。

1.3爐頂均排壓煤氣系統

高爐生產中，爐頂裝料設備向爐內裝料時，料罐中的均壓煤氣通常都是直接對空排放的，這部分放散煤氣的主要成分為 CO、CO₂、N₂ 和灰塵。料罐排壓放散時產生的噪音和粉塵污染，不僅對大氣環境直接造成污染，而且也浪費了煤氣能源^[7]。因此，本次中修設計對均壓煤氣進行除塵并回收，均壓放散煤氣回收系統工藝流程如圖 2 所示。

爐頂均排壓系統的工藝流程：

1）料罐排壓。料罐內高壓煤氣寅旋風除塵器除塵寅均壓放散閥寅煤氣回收管網寅布袋除塵器寅逆止閥寅煤氣快速切斷閥寅手動盲板閥寅蝶閥寅凈煤氣管網。

2）料罐均壓。兩步進行，凈煤氣一次均壓，N₂ 二次均壓。

凈煤氣一次均壓：一次均壓凈煤氣→均壓閥1→旋風除塵器寅均壓閥 2→料罐。

該技術應用投產后，運行情況穩定良好，煤氣回收率達 85%以上，取得較好的環保效益和經濟效益。

2 結論

1）長鋼 1 號高爐中修設計采用較先進工藝技術及設備，高爐投產后，爐況穩定順行，各項指標均優于設計指標，平均利用系數在 3.4 t/（m³·d）以上，達到同類型高爐的先進水平。

2）出鐵場平坦化后，爐前設除塵小屋，出鐵場除塵風量加大，有效改善了爐前操作環境。

3）爐頂均排壓煤氣回收系統投產后，運行情況穩定良好，煤氣回收率達 85%以上，生產實踐取得較好效果。

參考文獻

[1] 中國冶金建設協會.高爐煉鐵工藝設計規范[M].北京：中國計劃 出版社，2015.

[2] 朱興華，陳冬，陳金寶，等 一種中小型厚壁高爐爐壁改造方法 及其結構：106755680B[P]，2018-09-18.

[3] 朱興華，陳冬，侯玉偉.濟源鋼廠 2 號高爐設計特點及實踐[J]. 中國冶金，2017，21：41-45.

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[7] 李永軍，羅思紅，呂宇來，等 高爐均壓煤氣回收技術的改進及應用[J].煉鐵，2019，38（1）：10-13.