攀鋼一高爐大修采用的長壽化技術(shù)分析

摘 要：文章從設(shè)計(jì)的角度從高爐爐型結(jié)構(gòu)、死鐵層厚度、爐體內(nèi)襯、爐體冷卻、增加出鐵口等方面闡述了攀鋼一高爐大修采用的長壽化技術(shù)，使冶煉釩鈦磁鐵礦高爐一代爐齡無中修壽命達(dá)到15 a，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：高爐；釩鈦磁鐵礦；長壽；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TF576 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）20-0114-02

高爐長壽技術(shù)一直是煉鐵工作者研究的重點(diǎn)課題，一代爐齡使用壽命越長，就意味著經(jīng)濟(jì)效益的不斷提高。隨著我國煉鐵技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)高爐逐漸向大型化發(fā)展，出現(xiàn)了沙鋼5 800 m3世界第一大高爐以及首鋼5 500 m3等大容積高爐，高爐的設(shè)計(jì)能力、裝備水平、施工質(zhì)量、管理維護(hù)層次和使用壽命等方面均有顯著提高。但較之國外優(yōu)秀高爐的長壽水平（無中修15～20 a），目前國內(nèi)高爐的一代爐齡一般低于10年，僅少數(shù)高爐可實(shí)現(xiàn)10～15a的長壽目標(biāo)。

攀鋼高爐冶煉釩鈦磁鐵礦，爐容1 000～2 000 m3，其一代爐齡壽命維持在8～10 a左右。由于原料的特殊性，爐容的擴(kuò)大在當(dāng)前攀鋼冶煉技術(shù)及操作水平下已基本達(dá)到瓶頸，為了提高效益必須延長高爐壽命。

1 攀鋼一高爐大修歷史

攀鋼一高爐為國內(nèi)外第一座冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦普通大型高爐。其設(shè)計(jì)有效爐容1 000 m3，1965年開工建設(shè)，1970年7月1日建成投產(chǎn)，采用攀枝花本地釩鈦磁鐵礦冶煉。其第一代爐役采取的主要長壽化措施有：

①普通粘土磚、大塊碳磚相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)爐底。

②爐體冷卻第1～3段（爐底、爐缸部位）為光面冷卻壁，第4～5段（爐腹、爐腰部位）為鑲磚冷卻壁，第6段（爐身下部）為光面冷卻壁套支梁式水箱的復(fù)合結(jié)構(gòu)，第7～11段（爐身中部）為四層支梁式水箱，第11段頂部到爐喉鋼磚以下沒有設(shè)計(jì)冷卻結(jié)構(gòu)，為全高鋁磚砌筑。

1978年進(jìn)行了第一次大修，爐容維持不變，爐底改為全粘土磚結(jié)構(gòu)，爐身下部改為三段鑲磚冷卻壁。

1989年進(jìn)行了第二次大修，爐容擴(kuò)至1 200 m3，爐身下部改為三段帶大頭的鑲磚冷卻壁，爐身中部采用鑄鋼冷卻水箱，爐體磚襯為粘土磚及高鋁磚。

2002年進(jìn)行了第三次大修，爐容擴(kuò)至1 280 m3，爐體冷卻第1～3段（爐底、爐缸部位）采用三段灰鑄鐵光面冷卻壁，第4～5段（爐腹、爐腰部位）由兩段鑲磚冷卻壁改為兩段純銅冷卻壁，第6段（爐身中下部）采用烏克蘭模塊結(jié)構(gòu)，爐身上部采用兩段光面冷卻壁；爐底為改進(jìn)型全粘土磚爐底（3層致密粘土磚加6層超致密粘土磚）。

攀鋼一高爐在第四代爐役中，由于新技術(shù)的應(yīng)用，且在生產(chǎn)操作中加強(qiáng)管理、減少入爐原料粉末、提高礦石品位、加大噴煤量等措施，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。2009～2011年利用系數(shù)達(dá)到了2.6，今年最高月利用系數(shù)達(dá)到了2.7的攀鋼高爐最好水平。鑒于攀鋼一高爐第四代爐役已近11a，且已達(dá)到第三次大修設(shè)計(jì)使用年限，將于2013年進(jìn)行第四次大修。

2 攀鋼一高爐大修采用的長壽化技術(shù)

2.1 優(yōu)化的爐型結(jié)構(gòu)

攀鋼一高爐（1 280 m3）內(nèi)型設(shè)計(jì)在結(jié)合攀鋼二高爐（1200 m3）、三高爐（1 200 m3）、四高爐（1 350 m3）、新三高爐（2 000 m3）爐體內(nèi)型改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，著重考慮冶煉釩鈦磁鐵礦特性、順應(yīng)高富氧大噴煤的發(fā)展趨勢(shì)，兼顧爐體全冷卻壁薄壁爐墻結(jié)構(gòu)的要求，充分利用煤氣化學(xué)能，改善料柱透氣性，對(duì)爐體內(nèi)型進(jìn)行了優(yōu)化。爐缸直徑d=8.47 m，爐腰直徑D=9.45 m，有效高度Hu=24.6 m，爐腹角β=80°43′25″，爐身角α=83°34′17″，高徑比Hu/D=2.603。對(duì)比攀鋼一期高爐高徑比2.70，爐體更趨于矮胖型，以適應(yīng)大風(fēng)量和高壓操作，符合高爐發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 增高死鐵層厚度

死鐵層的厚度直接影響出鐵時(shí)鐵水在爐缸的流動(dòng)速度，直接影響鐵水對(duì)爐底磚的沖刷程度。攀鋼一高爐原設(shè)計(jì)死鐵層厚度為825 mm，為爐缸直徑的9.8%，而新建的優(yōu)秀高爐死鐵層厚度一般為爐缸直徑的20%左右。根據(jù)2011年檢測(cè)數(shù)據(jù)，爐底4點(diǎn)最高溫度達(dá)到1010℃。根據(jù)莫依遜科公式計(jì)算：a=d/K1×1/u×lg（t1/t2），代入數(shù)據(jù)得出爐底剩余厚度233 mm，因?yàn)闄z測(cè)點(diǎn)在第3層磚頂部，3層爐底磚厚度1 200 mm，計(jì)算爐底剩余總厚度1 459 mm。爐底總共9層磚總厚度3 625 mm，減去計(jì)算結(jié)果得出爐底高溫點(diǎn)最大侵蝕深度2 266 mm。由此可知，攀鋼一高爐經(jīng)過10 a的冶煉，其爐底侵蝕嚴(yán)重，爐底溫度高。因此，大修設(shè)計(jì)死鐵層厚度增加至1 600 mm，為爐缸直徑的19%。增加死鐵層厚度有利于爐缸死料柱上浮，減少鐵水環(huán)流對(duì)爐缸側(cè)壁磚襯的不利影響，死鐵層厚度1 600 mm跟攀鋼二高爐（1 200 m3）保持一致。

2.3 改進(jìn)型復(fù)合結(jié)構(gòu)爐底、爐缸

根據(jù)攀鋼采用普通高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的多年攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)，若爐底磚襯、爐缸結(jié)構(gòu)、爐身下部與爐腰結(jié)合部過渡段冷卻壁的壽命達(dá)到15 a，即可實(shí)現(xiàn)一代爐齡15 a的目標(biāo)。

①采用改進(jìn)型復(fù)合結(jié)構(gòu)爐底。爐底磚襯結(jié)構(gòu)在上代爐役基礎(chǔ)上改進(jìn)：減少一層超致密粘土磚，增加一層復(fù)合莫來石磚，磚襯共9層，總厚度3 609 mm。第l～2層采用半石墨大炭塊，第3～4層采用超致密粘土磚，第5～7層采用復(fù)合莫來石磚，第8～9層采用超致密粘土磚。復(fù)合型結(jié)構(gòu)爐底是在研究攀鋼高爐爐底侵蝕特點(diǎn)基礎(chǔ)上，經(jīng)數(shù)次大修改進(jìn)形成的專有長壽技術(shù)措施。

②采用全復(fù)合莫來石結(jié)構(gòu)爐缸。為了延長爐缸壽命，增強(qiáng)抗渣鐵沖刷能力，提高對(duì)高鈦型渣鐵侵蝕抗性，爐缸全部采用復(fù)合莫來石磚砌筑。18個(gè)風(fēng)口采用棕剛玉異形組合磚，1個(gè)渣口、2個(gè)鐵口采用黃剛玉異型組合磚。該種結(jié)構(gòu)在攀鋼高爐應(yīng)用效果良好，實(shí)踐證明完全勝任15年的長壽目標(biāo)。

2.4 全冷卻壁薄壁爐墻結(jié)構(gòu)

攀鋼一高爐（1 280 m3）本次大修采用全冷卻壁薄壁爐墻結(jié)構(gòu)，從爐底至爐喉共設(shè)計(jì)12段冷卻壁。在爐底磚下埋設(shè)水冷管（間距500 mm）的爐底冷卻形式。第1～3段（爐底、爐缸部位）設(shè)計(jì)3段光面冷卻壁：第1段高度h1=2 500 mm，第2段高度h2=2 500 mm，第3段高度h3=2570 mm；光面冷卻壁材質(zhì)為灰鑄鐵（HT150），壁體厚度δ=120 mm，內(nèi)鑄φ44.5×6無縫鋼管；其中2個(gè)鐵口部位采用四小塊異型雙層水冷冷卻壁，渣口、風(fēng)口帶采用雙層冷卻水管。第4-6段（爐腹、爐腰、爐身下部與爐腰結(jié)合部）為高熱負(fù)荷區(qū)，需要高冷卻強(qiáng)度，設(shè)計(jì)3段純銅鑲磚冷卻壁。第4段高度h4=2 100 mm，共36塊；第5段高度h5=2 200 mm，共36塊；第6段高度h6=1 600 mm，共36塊；純銅冷卻壁厚δ=125 mm，冷卻壁熱面開槽鑲磚，槽深30 mm，冷鑲Si3N4-SiC磚（或采用現(xiàn)場搗打碳化硅填料）。純銅冷卻壁有兩種制造方法，一種為純銅（99.5%）連鑄板坯經(jīng)軋制、鉆孔加工、焊接銅密封塞子而成，質(zhì)量較高，也是最早開發(fā)的制造方法；另一種是用鑄造方法，該法可制造橢圓孔道，但制造質(zhì)量難以保證。通過比較，設(shè)計(jì)推薦第4、5、6段采用軋制、水通道采用復(fù)合孔形設(shè)計(jì)，單面鉆孔加工的銅冷卻壁。第7～11段（爐身中部）設(shè)計(jì)5段鑲磚鑄鐵冷卻壁，每段高度h7-11=2 000 mm。鑲磚鑄鐵冷卻壁材質(zhì)為鐵素體球墨鑄鐵（QT400-18），壁體厚度δ=340 mm，熱面鑲Si3N4-SiC磚。第12段（爐身上部）設(shè)計(jì)一段帶有“Г”形結(jié)構(gòu)的過渡冷卻壁，高度h12=2 180 mm，材質(zhì)為鐵素體球墨鑄鐵（QT400-18），壁體厚度δ=290 mm熱面鑲高鋁磚。為了有效防止冷卻元件結(jié)垢、減少檢修次數(shù)、延長使用壽命，在冷卻壁供水管路上設(shè)置管式超聲波水過濾器和超聲波防垢器。

近年來，新建或改造高爐多采用了全冷卻壁薄壁爐墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高爐操作內(nèi)型平滑，爐體冷卻均勻，有利于高爐高產(chǎn)、節(jié)能、長壽。爐身與爐腰結(jié)合部是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的制約高爐長壽的主要環(huán)節(jié)之一。

銅冷卻壁的工作原理是依靠掛渣皮工作，攀鋼高爐冶煉釩鈦磁鐵礦較冶煉普通礦的軟熔帶低(大致在爐腰、爐腹部位)且窄，形成高熱負(fù)荷區(qū)域。攀鋼一高爐在爐腹、爐腰及爐身下部4～6段冷卻壁采用了純銅冷卻壁，旨在加強(qiáng)高熱負(fù)荷區(qū)域冷卻效果，提高關(guān)鍵部位冷卻壁壽命。

2.5 軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)

新建的高爐大多運(yùn)用了軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)（如首鋼5 500 m3高爐），其水量消耗少、動(dòng)力消耗低，冷卻可靠性高、效率高。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)克服了汽化冷卻和工業(yè)水自然循環(huán)冷卻的固有缺點(diǎn)，把他們的優(yōu)勢(shì)集于一身?；芈穳毫Φ脑黾樱岣吡怂姆悬c(diǎn)，同時(shí)降低了局部泡核沸騰的可能性，水可以在欠熱度條件下工作，在高爐應(yīng)用之后獲得了令人滿意的效果。

攀鋼—高爐一直使用工業(yè)水開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)較差，腐蝕、沉積物的存在影響高爐冷卻壁的使用壽命，并且增加了高爐的檢修次數(shù)。冷卻水循環(huán)量大，蒸發(fā)損耗的水量大，動(dòng)力消耗高，成本也高。本次攀鋼一高爐大修新增軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其系統(tǒng)一次性充滿后，只需補(bǔ)水2～5 m3/h，節(jié)約能源，降低能耗。況且，軟水不結(jié)垢，水中無懸浮物，能保證冷卻設(shè)備的冷卻效果，對(duì)高爐長壽有積極的作用。整個(gè)系統(tǒng)是密閉循環(huán)，受外界影響較小，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，冷卻效果穩(wěn)定，對(duì)高爐長壽亦有好處。

2.6 新增一個(gè)鐵口及蓄鐵式出鐵主溝的應(yīng)用

攀鋼一高爐大幅度強(qiáng)化冶煉，利用系數(shù)最高可達(dá)2.7t/m3·d（平均2.5），單鐵口日通鐵量達(dá)到3 200 t/d，渣鐵比580 kg/t。通鐵量的增大導(dǎo)致鐵口清渣鐵工作困難，生產(chǎn)組織壓力大，且單鐵口制約了攀鋼一高爐進(jìn)一步提高冶煉強(qiáng)度，成為高爐提高生產(chǎn)指標(biāo)的瓶頸，所以提出了新增一個(gè)鐵口及出鐵場的方案。

由于全釩鈦磁鐵礦冶煉，每次出完鐵均需清渣鐵溝工作，若2個(gè)鐵口輪流出鐵，可大大減緩清溝工作壓力、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，方便爐前生產(chǎn)組織，延長鐵口使用壽命，也能為一高爐進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉和長壽打下良好基礎(chǔ)。

通鐵量高，使用壽命長是考察高爐鐵溝的主要指標(biāo)。優(yōu)質(zhì)的鐵溝不但使用了高檔次的Al2O3 SiC-C 質(zhì)澆注料，還應(yīng)用了蓄鐵式出鐵主溝。攀鋼高爐冶煉釩鈦磁鐵礦，其渣鐵含鈦高，粘度大，流動(dòng)性差。因此，出鐵主溝設(shè)計(jì)坡度較大，一般為12%，撇渣器出口溝底標(biāo)高等于撇渣器進(jìn)口主鐵溝溝底標(biāo)高。由于入爐原料結(jié)構(gòu)的逐漸改變，攀鋼高爐的冶煉特點(diǎn)日趨接近普通高爐，這就為本次大修設(shè)計(jì)將普通出鐵主溝改為蓄鐵式創(chuàng)造了條件，其改造步驟為：

①抬高撇渣器出口端溝底標(biāo)高，使其高于撇渣器進(jìn)口處主溝底的標(biāo)高。

②主鐵溝從出鐵口向撇渣器方向2 m處開始，改變?cè)露染鶆蛳陆档脑O(shè)計(jì)，使溝底坡度減?。◤?2%降至7.5%），以便在高爐每次出完鐵水后主溝內(nèi)能夠存留足夠的鐵水。這種蓄鐵式出鐵主溝大大改善耐火材料的急冷急熱環(huán)境，耐火材料可以得到更好的燒結(jié)，更利于耐火材料的長壽。改造應(yīng)用蓄鐵式出鐵主溝后，每次新出鐵水從鐵口噴出并拋物線落下時(shí)，鐵水不是直接落在溝底耐火材料上，而是落在了殘存的鐵水表面（含渣液），這將給溝底耐火材料以極好的緩沖，對(duì)延長耐火材料壽命有極大好處。

3 結(jié) 語

攀鋼一高爐（1 280 m3）第四次大修在上代爐役（2002～2013）基礎(chǔ)上對(duì)爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，采取了增高死鐵層厚度，全冷卻壁薄壁爐墻結(jié)構(gòu)，軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，增加一個(gè)鐵口，改造蓄鐵式出鐵主溝等適宜攀鋼高爐冶煉釩鈦磁鐵礦特點(diǎn)的高產(chǎn)、長壽技術(shù)措施。按照目前一高爐第四代爐役使用11 a來看，本次大修設(shè)計(jì)上采用上述長壽化措施加之設(shè)備制造、施工、生產(chǎn)操作及管理維護(hù)水平的提高，一代爐齡15 a的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊佳龍，李懷遠(yuǎn)，李國清.武鋼4號(hào)高爐采用的長壽技術(shù)[J].煉鐵，2000，(1).