劉華平

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司 山東 濟南 250101）

0 引言

河北邢臺鋼鐵有限責(zé)任公司（簡稱邢鋼）根據(jù)發(fā)展需要，擬新建3座1050m3高爐，一期投產(chǎn)一座，并預(yù)留二期、三期兩座高爐及相關(guān)配套設(shè)施。為實現(xiàn)低消耗，低排放，高效率及長壽、環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)，1050m3高爐主要設(shè)計指標(biāo)：利用系數(shù)2.7t/m3.d，入爐礦綜合品位 58.3%，焦比 350kg/t，煤比 180kg/t，風(fēng)溫1200℃，爐頂壓力0.22MPa，富氧率2.5%，噸鐵渣量不大于350kg，年產(chǎn)生鐵100萬t，高爐一代爐齡不低于12年。

1 高爐本體

高爐采用自立式框架結(jié)構(gòu)，爐體下部采用間距16×16m的方形框架，上部采用間距14×14m的方形框架。高爐內(nèi)型設(shè)計采用有利于強化冶煉的矮胖型，并采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁內(nèi)襯、銅冷卻壁、碳磚+剛玉莫來石磚爐底、塑性相結(jié)合剛玉復(fù)合磚“陶瓷杯”+碳磚爐缸、軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)以及完善的檢測儀表，以加強對高爐本體各系統(tǒng)的監(jiān)測，為高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、順行、高效、長壽奠定基礎(chǔ)。

1.1 高爐內(nèi)型

合理的高爐內(nèi)型是實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗、長壽的基本條件之一。在總結(jié)國內(nèi)外同類型容積高爐內(nèi)型尺寸的基礎(chǔ)上，結(jié)合邢鋼原燃料條件，設(shè)計采用適宜強化冶煉的矮胖爐型，高爐爐型參數(shù)見表1。其特點如下：

1）采用矮胖型爐型,減小爐腹角、爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后的爐料下降，較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對爐腹生成渣皮的沖刷，保護(hù)爐腹冷卻壁，延長其壽命。

2）加深死鐵層深度。加深死鐵層會增加爐缸侵蝕面積，但環(huán)流的減弱，將延緩爐墻厚度方向的侵蝕速度，無疑對高爐是有利的。同時較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量儲備,穩(wěn)定鐵水溫度和成分。

3）加大了爐缸高度?？杀ＷC風(fēng)口前有足夠的風(fēng)口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心焦的透氣 （液）性，有利于改善氣體動力學(xué)條件。

4）高爐設(shè)有20個風(fēng)口，2個鐵口（夾角170℃）。

表1 高爐內(nèi)型主要參數(shù)

1.2 冷卻設(shè)備

爐體采用全冷卻方式。從爐底到爐喉鋼磚下沿共設(shè)15段冷卻壁。按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁。第1～5段即爐缸和爐底采用耐熱鑄鐵光面冷卻壁；在第6～9段爐腹、爐腰和爐身下部使用四段銅冷卻壁，銅冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁碳磚；第10～13段即爐身中、上部采用全覆蓋鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，第10段冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁炭磚，11～13段冷卻壁鑲砌磷酸浸漬粘土磚，提高此部位抗堿金屬侵蝕能力，同時抗煤氣沖刷能力也得到一定的提高；爐身上部第14、15段為倒“C”型球墨鑄鐵光面冷卻壁；爐喉鋼磚材質(zhì)球墨鑄鐵，采用水冷結(jié)構(gòu)。

1.3 高爐內(nèi)襯

為了延長爐底和爐缸的壽命，采用優(yōu)質(zhì)耐火材料并提供良好的冷卻。爐底采用半石墨質(zhì)焙燒碳磚+微孔炭磚（超微孔炭磚）+剛玉莫來石磚結(jié)構(gòu)：爐底第1、2層采用半石墨質(zhì)炭磚；第3層采用微孔炭磚，第4層采用超微孔炭磚；最上5、6兩層采用剛玉莫來石磚。

爐缸外側(cè)鐵口以下環(huán)砌超微孔炭磚，鐵口以上環(huán)砌熱壓小塊炭磚，內(nèi)砌塑性相結(jié)合復(fù)合剛玉磚。爐缸內(nèi)保護(hù)磚為高爐粘土磚。

風(fēng)口區(qū)域采用塑性相結(jié)合復(fù)合剛玉磚。

鐵口區(qū)域：爐缸部位采用超微孔炭磚，爐殼外及爐缸以內(nèi)采用塑性相結(jié)合復(fù)合剛玉磚。

在高爐成渣帶第6～9段銅冷卻壁，第10段冷卻壁外鑲砌燒成微孔鋁炭磚。

在第11～13段球墨鑄鐵冷卻壁外即爐身中、上部鑲砌磷酸浸漬粘土磚。

爐底炭磚以下與封板之間及側(cè)壁采用高導(dǎo)熱炭素填料，爐缸上部區(qū)域采用緩沖泥漿，吸收爐底耐材受熱產(chǎn)生的膨脹。冷卻壁與爐殼之間采用非水系壓入泥漿，冷卻壁之間采用碳化硅搗打料。

爐頂煤氣封罩上的噴涂層,其錨固件采用“C”型和“Y”型相結(jié)合的型式，“C”型錨固件與鋼絲網(wǎng)緊靠爐殼設(shè)置，以提高噴涂料與爐殼的粘結(jié)性，“Y”型錨固件則起支撐噴涂料的作用。煤氣封罩噴120mm厚的不定型耐火噴涂材料。

1.4 冷卻水系統(tǒng)

1）軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)

軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、節(jié)水及冷卻效果好的特點。高爐軟水系統(tǒng)與熱風(fēng)爐軟水系統(tǒng)并聯(lián)，高爐軟水系統(tǒng)循環(huán)水量3100t/h，供水壓力0.6MPa。冷卻壁軟水循環(huán)水量為2400t/h。爐底及風(fēng)口大套串聯(lián)，水量為300t/h。風(fēng)口中套水量400t/h。系統(tǒng)設(shè)置脫氣罐2個、膨脹罐1個。

2）高壓凈環(huán)水系統(tǒng)

風(fēng)口小套、爐頂打水、十字測溫裝置等采用高壓凈環(huán)水冷卻，水量830t/h，水壓1.5MPa。

3）常壓凈環(huán)水系統(tǒng)

爐喉鋼磚、爐前用水點等采用常壓凈環(huán)水系統(tǒng)，水量520t/h，水壓 0.6MPa。

2 無鐘爐頂

2.1 爐頂裝料設(shè)備

采用PW串罐式緊湊型無料鐘爐頂，α角傾動、β角旋轉(zhuǎn)均采用電機驅(qū)動、編碼器控制，其它設(shè)備均采用液壓傳動。料罐有效容積24m3。爐頂工作壓力0.2MPa。

2.2 均壓、排壓系統(tǒng)

均壓、排壓系統(tǒng)采用二次均壓形式，一次均壓為凈煤氣，二次均壓為氮氣。共設(shè)置2臺液壓驅(qū)動均壓閥。爐頂排壓系統(tǒng)設(shè)2臺液壓驅(qū)動均壓放散閥，閥后設(shè)消音器。

2.3 其它設(shè)備的主要性能

高爐設(shè)有緊湊式垂直探尺2臺，探尺為交流變頻傳動。同時配有雷達(dá)探尺1臺。爐頂設(shè)置一臺25t檢修吊車，供吊裝大型爐頂設(shè)備。設(shè)置1臺10t電動葫蘆及4臺10t手動葫蘆等。

3 熱風(fēng)爐

本工程采用三座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，設(shè)計熱風(fēng)溫度1200℃。頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)對稱，穩(wěn)定性好。蓄熱室內(nèi)氣流分布均勻，效率高，更加適應(yīng)高爐大型化的要求[1]。系統(tǒng)內(nèi)配置空氣煤氣整體式熱管預(yù)熱器，回收廢氣預(yù)熱并將助燃空氣煤氣加熱至約190℃；頂燃式熱風(fēng)爐從根本上消除了內(nèi)燃式熱風(fēng)爐墻體存在裂縫和磚縫、燃燒室和蓄熱室之間煤氣泄露引起的短路、香焦形彎曲等6大缺點，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，壽命達(dá)20～30年，煤氣燃燒充分，氣流分布均勻，熱風(fēng)爐高度降低5%～10%，投資降低5%～10%，風(fēng)溫高出100～150℃，節(jié)約焦碳10kg/tFe，增產(chǎn) 5～10%。

改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐在吸收以往頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，降低了預(yù)燃室耐火材料對熱震性的要求，并采取了合理的熱風(fēng)管道補償技術(shù)，優(yōu)勢明顯，適合中國大多數(shù)煉鐵企業(yè)采用。高爐配置的3座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，主要參數(shù)為：熱風(fēng)溫度1200℃；拱頂溫度最大1400℃；熱風(fēng)爐全高38.1m；蓄熱室面積48m2；設(shè)計一代壽命30年。

4 風(fēng)口平臺和出鐵場

高爐共設(shè)兩個鐵口，鐵口間夾角170°，采用雙矩形出鐵場，平坦化結(jié)構(gòu)設(shè)計。出鐵場為混凝土結(jié)構(gòu)平臺，每個出鐵場面積42m×33m。出鐵場面層為150mm厚耐熱混凝土。為改善出鐵場環(huán)境，在主溝、支鐵溝及渣溝主要溝段設(shè)有溝蓋。溝蓋外殼采用鋼板焊接件，內(nèi)側(cè)為耐火澆注料。主溝采用固定貯鐵式，爐前主要設(shè)備有KD300型液壓泥炮、KDIA型全液壓開鐵口機、32/5t雙鉤橋式起重機、擺動流嘴等。渣處理采用底濾法，系統(tǒng)設(shè)干渣坑備用。

5 供料系統(tǒng)

供料系統(tǒng)由貯礦槽、貯焦槽、給料、篩分、稱量設(shè)備和膠帶運輸機等組成。采用以下技術(shù)：

5.1 小塊焦回收利用。焦丁回收及返焦系統(tǒng)：焦炭篩篩下的≤25mm的小塊焦經(jīng)碎焦大傾角膠帶機提升到碎焦篩分樓頂部，通過焦丁篩進(jìn)行篩分。焦丁篩分級粒度為10mm，篩上物為焦丁，由篩上溜槽進(jìn)入碎焦3#皮帶機運送到焦丁倉貯存?zhèn)溆茫?0mm以上的小焦經(jīng)槽下供料系統(tǒng)混裝后進(jìn)入2#槽下礦石膠帶機上進(jìn)入高爐。篩下物為粉焦，通過溜槽進(jìn)入粉焦倉貯存。

5.2 爐頂采用雙料車上料，料車容積8m3，斜橋傾角為54°18＇。高爐配置1臺卷揚機。卷揚機采用變頻單電機驅(qū)動，碟片制動裝置。設(shè)置鋼繩松弛開關(guān)。卷筒直徑為Φ2000，繩槽加耐磨塑襯。

6 干法除塵系統(tǒng)

1050m3高爐煤氣布袋除塵器處理最大煤氣量為240000Nm3/h，適應(yīng)的正常煤氣溫度為100℃～250℃。濾袋材質(zhì)為超細(xì)氟美斯9806，對于150℃左右的高爐煤氣，經(jīng)過布袋除塵器的煤氣含塵量降到5mg/Nm3以下。

設(shè)計采用低壓脈沖噴吹布袋除塵器，布袋除塵器采用雙排布置，箱體數(shù)量為15個，箱體直徑3.5m，單個箱體過濾面積為548m2。為防止布袋被氣流從外壓扁，袋內(nèi)裝有支撐袋籠。箱體上部設(shè)有氮氣脈沖噴吹裝置，用氮氣對濾袋進(jìn)行噴吹。經(jīng)氮氣噴吹后灰塵降落至箱體底部集灰斗，待集灰斗的灰位集到一定的設(shè)定高度時，開啟卸灰球閥、星形葉輪給料機由刮板機、斗提送至灰倉，灰倉上部設(shè)倉頂除塵器；當(dāng)灰倉的灰位集到設(shè)定高度時，開啟卸灰球閥，由加濕機加濕后外運。系統(tǒng)另設(shè)凈煤氣放散裝置一套。

7 BPRT系統(tǒng)

BPRT系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的TRT裝置和高爐鼓風(fēng)機組。在傳統(tǒng)TRT裝置和高爐鼓風(fēng)機組的基礎(chǔ)上，專門合并集成了高精度頂壓智能穩(wěn)定裝置。高爐鼓風(fēng)機的調(diào)節(jié)控制，功能不減，安全裕度不減。該系統(tǒng)主要由十大子系統(tǒng)組成：1）高爐鼓風(fēng)主機系統(tǒng)。2）能量回收透平主機系統(tǒng)。3）高精度頂壓智能穩(wěn)定系統(tǒng)。4）管網(wǎng)輸配與大型閥門系統(tǒng)。5）自動化儀表控制系統(tǒng)。6）高低壓電氣系統(tǒng)。7）液壓伺服控制系統(tǒng)。8）潤滑油控制系統(tǒng)。9）氮氣密封系統(tǒng)。10）冷卻水系統(tǒng)。

高爐鼓風(fēng)機選用AV63－14型全靜葉可調(diào)軸流式電動鼓風(fēng)機組1臺，最大風(fēng)量為3578m3/min，出口風(fēng)壓為0.48MPa，配套電機額定功率為18500kW。高爐煤氣透平機選用MPG8.1-290/150型，入口壓力 0.17～0.19MPa，出口壓力 12～15kPa，輸出功率 5020～6810kW。

8 結(jié)語

邢鋼1050m3高爐遵循現(xiàn)代高爐最新的設(shè)計思想，采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁爐襯、銅冷卻壁、碳磚-陶瓷杯復(fù)合爐底、全軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、PW串罐無料鐘爐頂、改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐、干法除塵、BPRT等一系列先進(jìn)實用技術(shù)，為實現(xiàn)低消耗，低排放，高效率及長壽、環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該高爐于2010年底投產(chǎn)，目前運行良好。

［1］赫素菊，蔣武鋒，方覺.高爐煉鐵設(shè)計原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：111-113.