閻 峰

(廣西鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，廣西 柳州 545000)

廣鋼1#高爐設(shè)計有效容積為3800 m3，采用了高爐長壽技術(shù)，以及軟水密閉結(jié)合凈環(huán)水冷卻技術(shù)、高風(fēng)溫、高頂壓、大富氧噴煤、均壓放散煤氣回收、環(huán)保WHBJ渣處理、低耗及清潔生產(chǎn)等先進(jìn)的大型高爐技術(shù)[1-5]。通過充分分析國內(nèi)外同級別爐容產(chǎn)鐵量較高的高爐，綜合考慮冷卻設(shè)備、冷卻介質(zhì)、砌體結(jié)構(gòu)、耐火材料和檢測監(jiān)控設(shè)施的配置，并結(jié)合自身原燃料條件，確定了此項(xiàng)高爐系統(tǒng)設(shè)計。

1 設(shè)計理念與主要技術(shù)指標(biāo)

廣鋼高爐煉鐵系統(tǒng)工程設(shè)計是以“先進(jìn)、實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)?！睘樵瓌t，以資源高效利用為核心[6-7]，建成以低消耗、低排放、高效率為基本特征[8-9]的現(xiàn)代化大型高爐系統(tǒng)。

高爐系統(tǒng)的設(shè)計必須保證獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)高爐的長周期穩(wěn)定順行及高爐長壽。高爐設(shè)計內(nèi)型尺寸見表1。

廣鋼1#高爐煉鐵工藝主要設(shè)計指標(biāo)見表2。

2 高爐高效長壽技術(shù)

設(shè)計中綜合運(yùn)用現(xiàn)代高爐長壽技術(shù)，確定合理的高爐爐型，采用無過熱冷卻器和純水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)，優(yōu)化爐體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，設(shè)置完善的高爐自動化檢測與控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行、長壽高效。

2.1 優(yōu)化高爐爐型

高爐本體設(shè)置了38個風(fēng)口和4個鐵口，減小了爐身角及爐腹角，高徑比Hu/D=1.932，使?fàn)t體更趨于矮胖型，加深了死鐵層的厚度，并使用引導(dǎo)性侵蝕“鍋底”爐缸、爐缸增設(shè)石墨安全墻、本體預(yù)掛渣皮技術(shù)等，為高爐長周期穩(wěn)定順行提供了技術(shù)保障。

表1 廣鋼1#高爐內(nèi)型尺寸

表2 廣鋼1#高爐煉鐵工藝主要設(shè)計指標(biāo)

2.2 采用薄內(nèi)襯冷卻壁設(shè)備

高爐本體系統(tǒng)還使用了薄內(nèi)襯冷卻壁設(shè)備、進(jìn)口爐底爐缸炭磚和不定型耐材炭磚+陶瓷杯水冷長壽爐底爐缸結(jié)構(gòu)。此外，還設(shè)置了完善的高爐內(nèi)襯、冷卻壁、軟水、凈環(huán)水的檢測、監(jiān)測、控制系統(tǒng)。

2.3 采用智能系統(tǒng)監(jiān)測高爐

高爐配備了爐頂紅外成像監(jiān)測、風(fēng)口成像監(jiān)測、爐底爐缸侵蝕模型、高爐專家系統(tǒng)等人工智能裝備，爐體冷卻的軟水系統(tǒng)具備自動排汽、自動補(bǔ)水、自動檢漏、自動穩(wěn)壓等功能，確保高爐能夠“安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保、長壽”運(yùn)行。

3 高爐精料技術(shù)

采用合理爐料結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦率為70%～80%，球團(tuán)礦率為15%～30%，塊礦率為5%～15%，綜合入爐礦品位為58.5%±0.5%。

高爐爐頂采用了PW型串罐無料鐘裝料設(shè)備和相應(yīng)的布料模型，設(shè)計壓力0.32 MPa，料罐有效容積85 m3，布料溜槽有效長度4200 mm，中心喉管DN800 mm等。

槽下供料系統(tǒng)采用了物料單線供料、集中全自動化智能控制、輔助攝像監(jiān)控、礦焦分散稱量、焦丁回收等工藝，礦槽與焦槽并列平行布置。設(shè)置了7個燒結(jié)礦槽、3個球團(tuán)礦槽、2個塊礦槽和2個雜礦槽，以及6個焦槽和1個小塊焦槽。燒結(jié)礦倉和焦炭倉的有效貯存時間均為16 h，球團(tuán)礦倉和塊礦倉的有效貯存時間均大于26 h。

4 平坦化出鐵場和爐渣處理工藝

為了滿足特大型高爐連續(xù)出鐵、及時處理大量渣鐵的生產(chǎn)要求，出鐵場為雙矩形，設(shè)4個出鐵口。每個出鐵場下設(shè)8條鐵路線，鐵水的運(yùn)輸采用240 t開口罐運(yùn)輸。出鐵場采用平坦化設(shè)計，面積約為8220 m2，并設(shè)置有一條上出鐵場的高架通道，允許單輛載重30 t的車輛通行。

高爐的兩個出鐵場各對稱布置有一套WHBJ法渣處理系統(tǒng)，每套沖渣水系統(tǒng)的提升泵房和冷卻泵房自成區(qū)域，既布置緊湊，節(jié)約占地，同時還減少了外部管道和電纜的費(fèi)用。

5 高溫長壽頂燃式熱風(fēng)爐

高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐煉鐵的重要技術(shù)特征。廣鋼1#高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)配置4座高溫長壽型頂燃式格子磚熱風(fēng)爐，高溫區(qū)拱頂及格子磚采用硅質(zhì)耐火材料。燃料為全高爐煤氣，采用高溫預(yù)熱助燃空氣的工藝技術(shù)方案，預(yù)熱系統(tǒng)配置2座前置預(yù)熱爐和空煤氣板式換熱器，設(shè)計風(fēng)溫1250 ℃，最高風(fēng)溫能達(dá)到1300 ℃。多火孔陶瓷燃燒器位于燃燒室正上方，每座熱風(fēng)爐布置50個煤氣燒嘴、50個空氣燒嘴。燃燒室為球面接錐面中空結(jié)構(gòu)，工作層采用優(yōu)質(zhì)硅磚，滿足1400 ℃拱頂高溫的要求。蓄熱室下部為無梁爐箅子、支柱，最高耐溫600 ℃。四座頂燃式熱風(fēng)爐一列布置，設(shè)計使用壽命≥30年，并配套設(shè)置一套富氧裝置。

6 低速濃相噴吹技術(shù)

煤粉噴吹設(shè)施的設(shè)計能力能夠滿足兩座高爐噴煤使用。制粉、噴吹設(shè)施集中布置，配置3臺制粉能力≥70 t/h的中速磨煤機(jī)，噴吹系統(tǒng)采用4罐并列單總管加分配器直接噴吹工藝，共兩個噴吹系統(tǒng)，兩套噴吹系統(tǒng)滿足煤粉互送；采用低速濃相噴吹技術(shù)，節(jié)約氮?dú)?，降低能耗；噴吹罐的有效容積為90 m3，按照同類型高爐的平均煤比計算，可連續(xù)噴吹約45分鐘。主要設(shè)備包括：中速磨煤機(jī)、防爆式收粉器、密封計量帶式給煤機(jī)、噴吹罐、氮?dú)鈨Υ婀?、倉頂泄壓除塵器、以及各類閥門和噴煤管道等；考慮到安全運(yùn)行和使用壽命等問題，關(guān)鍵部位的檢測元件均采用國外進(jìn)口元件。

7 干法布袋除塵與TRT技術(shù)

干法與TRT系統(tǒng)主要包括高爐煤氣干法除塵工藝、爐頂均壓煤氣回收工藝系統(tǒng)、TRT發(fā)電系統(tǒng)、高爐煤氣減壓閥組、高爐煤氣洗凈塔等。干法除塵器筒體內(nèi)直徑為6000 mm，數(shù)量為16個，雙排布置，設(shè)計壓力0.4 MPa。高爐半凈煤氣經(jīng)干法除塵器過濾后的凈煤氣含塵濃度≤3 mg/Nm3；布袋使用壽命≥2年，正常使用溫度100～260 ℃。清灰方式采用凈煤氣反吹方式，卸灰采用機(jī)械式帶壓全密閉卸灰方式。TRT發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計入口煤氣量為595000～665000 Nm3/h，輸出功率23000～30000 kW。TRT裝置主要由透平主機(jī)系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、大型閥門系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、高低壓發(fā)配電系統(tǒng)構(gòu)成。

8 配置鑄鐵機(jī)與修罐系統(tǒng)

鑄鐵系統(tǒng)配置雙鏈帶滾輪固定式鑄鐵機(jī)，鑄鐵機(jī)的鏈帶中心距離為75.6 m，注入鐵水溫度1250～1400 ℃，卸料時鐵塊溫度550 ℃左右。鑄鐵機(jī)根據(jù)高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及鐵水鑄鐵工藝，調(diào)節(jié)高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)，在開爐初期、平時鐵水過剩、事故狀態(tài)下進(jìn)行鑄鐵作業(yè)，單臺鑄鐵機(jī)鑄鐵能力要求≥300 t/h，日鑄鐵能力≥3000 t。鐵水罐維修系統(tǒng)主要配備了拆罐區(qū)、澆注區(qū)、砌罐區(qū)、烘烤區(qū)、備用和待處理區(qū)六個功能區(qū)。拆罐區(qū)設(shè)3個罐側(cè)臥放置鋼架座，砌罐區(qū)設(shè)4個罐位，烘烤區(qū)設(shè)8個罐位，其中3個備用罐位，5個烘罐位各配一套240 t鐵水罐立式烘烤裝置，烘罐氣源采用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣雙路供氣。配備穩(wěn)定可靠的氣體流量及烘烤溫度檢測裝置，廠房內(nèi)安裝煤氣檢測和報警系統(tǒng)。另外還配置了吹管修理設(shè)施。

9 結(jié)語

廣西鋼鐵煉鐵工藝堅持“技術(shù)先進(jìn)、安全長壽、智能高效、綠色環(huán)保”的原則，工藝設(shè)備具有大型化、高效化、自動化特點(diǎn)及更高的可靠性，能夠滿足大型高爐的生產(chǎn)需求。同時，技術(shù)、成套設(shè)備國有化裝備比例超過國內(nèi)同類型高爐，裝備水平高于目前國內(nèi)高爐的現(xiàn)有水平，采用的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料提高了智慧制造水平[10]。

(1)廣鋼1#高爐本體設(shè)計采用有利于高爐穩(wěn)定順行的矮胖爐型(設(shè)計高徑比Hu/D=1.932)；內(nèi)襯采用有利于邊緣氣流穩(wěn)定的“預(yù)掛渣皮技術(shù)”；爐底爐缸采用有利于延長使用壽命的“引導(dǎo)性鍋底”預(yù)防侵蝕結(jié)構(gòu)，冷卻壁和爐殼采用有利于避免氣阻的澆筑硅凝膠自流自密實(shí)澆注料技術(shù)；以及檢測、監(jiān)測、控制和預(yù)警系統(tǒng)采用更加完善新工藝和新技術(shù)。上述高爐長壽綜合技術(shù)，為廣鋼1#高爐長壽化奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

(2)廣鋼1#高爐的軟水密閉循環(huán)結(jié)合凈環(huán)水冷卻系統(tǒng)，采用風(fēng)口中小套、直吹管、冷卻壁、以及熱風(fēng)爐、熱風(fēng)閥重要冷卻設(shè)備的監(jiān)測與管理等綜合冷卻模式，有助于對發(fā)生漏水的冷卻設(shè)備進(jìn)行快速判斷、定位和處理，縮短處理事故的時間，減少損失，提高配管工的工作效率。

(3)廣鋼1#高爐在高爐爐頂中心料罐內(nèi)煤氣放散泄壓時，通過新增的閥門操作，使均壓放散粗煤氣進(jìn)入干法除塵器箱體，利用除塵箱體布袋對含塵煤氣進(jìn)行過濾，過濾后的煤氣進(jìn)入低壓高爐煤氣總管，實(shí)現(xiàn)高爐爐頂均壓放散煤氣的回收。