羅源閩光新1號高爐設(shè)計特點(diǎn)及應(yīng)用實踐

陳 冬，范川澤，邱道欽，趙奇強(qiáng)

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司煉鐵事業(yè)部，江蘇 南京 210000；2.福建羅源閩光鋼鐵有限公司，福建 羅源 350600）

1 羅源閩光新1號高爐概述

福建羅源閩光鋼鐵有限公司（以下簡稱“羅源閩光”）新1號高爐設(shè)計有效容積為1 250 m3，設(shè)計采用了最新的工藝、設(shè)備及技術(shù)[1]，如抗?jié)q和防漏型爐底爐缸爐體結(jié)構(gòu)、新型軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、爐頂均排壓煤氣回收系統(tǒng)等[2]。1號高爐于2021年1月15日點(diǎn)火投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，平均利用系數(shù)在3.4 t/（m3·d）以上，處于同類型高爐中較先進(jìn)水平。主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 羅源閩光新1號高爐投產(chǎn)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)表

2 設(shè)計特點(diǎn)及分析

2.1 高爐本體系統(tǒng)

2.1.1 高爐爐型

高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎(chǔ)，高爐內(nèi)型對高爐生產(chǎn)起著重要的作用，一個好的高爐內(nèi)型也是對高爐操作制度的重要支撐。在總結(jié)國內(nèi)外同類型高爐設(shè)計與生產(chǎn)操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體條件，確定了合理的高爐內(nèi)型。羅源閩光新1號高爐爐型與國內(nèi)同類型高爐對比情況如表2所示。

表2 國內(nèi)同級別高爐內(nèi)型尺寸對比表

高爐本體爐型設(shè)計特點(diǎn)：高爐設(shè)24個風(fēng)口，有利于高爐操作，實現(xiàn)高產(chǎn)和順行；內(nèi)型結(jié)構(gòu)適當(dāng)矮胖，減小爐身角和爐腹角，有利于爐腹長壽及煤氣的分布；加大死鐵層深度和爐缸直徑，以減少鐵水環(huán)流侵蝕爐襯，有利于爐缸活躍，提高爐缸爐底壽命；爐底采用雙層封板結(jié)構(gòu)，具有抗?jié)q、防漏功能。這種新型爐底結(jié)構(gòu)對入爐有害元素負(fù)荷比較高的高爐，具有良好的抗?jié)q作用。

2.1.2 爐體冷卻結(jié)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)

羅源閩光新1號高爐設(shè)計采用全鑄鐵冷卻壁冷卻結(jié)構(gòu)形式。爐體從爐底到爐身上部共設(shè)15段冷卻壁；爐喉采用兩段式水冷鋼磚。按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域工作條件的不同和熱負(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—4段冷卻壁為單層光面灰鐵冷卻壁；第5段（風(fēng)口帶）為加厚雙層光面球墨鑄鐵冷卻壁；第6—13段為單層全覆蓋式鑲磚密排球墨鑄鐵冷卻壁；第14—15段為單層全覆蓋式鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁。

冷卻壁每塊鑲磚皆為不規(guī)則楔形磚，鑲滿冷卻壁后使冷卻壁熱面成為不平滑的鋸齒狀（見圖1），有利于初期噴涂料的附著和生產(chǎn)過程中形成穩(wěn)定的渣皮，進(jìn)而延長冷卻壁的壽命。

圖1 密排冷卻壁鑲磚示意圖

為加強(qiáng)高爐冶煉安全及合理控制軟水冷卻系統(tǒng)，本次設(shè)計了高爐冷卻壁熱負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，用于及時監(jiān)測爐體冷卻強(qiáng)度、渣鐵皮厚度及冷卻壁破損情況，以便在生產(chǎn)時進(jìn)行操作調(diào)控，有效提升了高爐冶煉強(qiáng)度。

2.1.3 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和材質(zhì)

高爐內(nèi)襯是高爐正常工作的第一道防線，其使用效果會對高爐的使用壽命產(chǎn)生重大影響。內(nèi)襯的選擇不僅要考慮耐材本身性能與所在部位相匹配，還要考慮內(nèi)襯結(jié)構(gòu)與冷卻結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境的統(tǒng)一結(jié)合。因此，在本次設(shè)計中，充分考慮了高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機(jī)理，針對性地選用耐火材料，并在內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計上加強(qiáng)了與冷卻系統(tǒng)的結(jié)合[3]。

2.1.3.1 爐底、爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

高爐爐底、爐缸采用炭磚+陶瓷砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷薄爐底結(jié)構(gòu)。爐底、爐缸從下往上依次為：1層國產(chǎn)半石墨質(zhì)炭磚、2層國產(chǎn)微孔炭磚、1層國產(chǎn)超微孔焙燒炭塊、2層大塊陶瓷墊。爐缸外側(cè)為超微孔炭磚+微孔炭磚，為了提高爐缸及風(fēng)口砌體的穩(wěn)定性和壽命，保護(hù)爐缸及風(fēng)口設(shè)備，爐缸內(nèi)側(cè)及風(fēng)口區(qū)采用大塊陶瓷杯壁結(jié)構(gòu)。為了防止高爐上漲、爐底爐缸鉛金屬沉積，本工程利用專有技術(shù)設(shè)計了抗?jié)q和防漏型爐底爐缸爐體結(jié)構(gòu)和爐缸排鉛槽。爐底爐缸耐材結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 爐底爐缸結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.3.2 爐腹、爐腰、爐身內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

爐腹、爐腰和爐身部位采用磚壁合一的薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，在耐材的選擇方面，充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機(jī)理，并結(jié)合冷卻壁元件的具體特點(diǎn)，針對性選用耐火材料。

在爐腹至爐身中部采用單層密排水管球墨鑄鐵冷卻壁。由于該區(qū)域熱負(fù)荷大，機(jī)械沖刷、化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，冷卻壁選擇導(dǎo)熱高、抗化學(xué)侵蝕性能好、耐磨性能高的氮化硅結(jié)合碳化硅磚，鑲磚厚150 mm，燕尾槽深75 mm。爐身上部冷卻壁內(nèi)襯破損主要由機(jī)械沖刷和堿金屬侵蝕所致，黏土磚通過真空浸漬磷酸后，具有較強(qiáng)的抗堿金屬侵蝕能力，同時抗沖刷能力也得到一定的提高，因此，爐身中上部冷卻壁鑲磚采用磷酸浸漬黏土磚，鑲磚厚150mm，燕尾槽深75mm。冷卻壁鑲磚內(nèi)側(cè)噴涂100 mm的FN-140涂料，以起開爐保護(hù)作用。

2.1.3.3 爐頂煤氣封罩上的噴涂層材質(zhì)

爐頂煤氣封罩上的噴涂層，其錨固件采用龜甲網(wǎng)形式。噴涂料采用耐CO侵蝕和熱態(tài)抗折強(qiáng)度較高的FN-140噴涂料。

2.2 新型軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)

高爐冷卻水系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到各個冷卻元件的使用壽命，從而關(guān)系到整個高爐的壽命。本次設(shè)計的循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)。高爐軟水冷卻系統(tǒng)包括本體、風(fēng)口中套、熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門的冷卻。所謂雙循環(huán)系統(tǒng)，即經(jīng)爐體（內(nèi)容包括：爐底水冷管、冷卻壁水管）冷卻后的軟水（稱一次循環(huán)），會分流一部分出來，經(jīng)過加壓后供風(fēng)口中套、熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門使用（稱二次循環(huán)），二次循環(huán)后的水與一次循環(huán)后未加壓的軟水匯合后，進(jìn)入冷卻器進(jìn)行自身冷卻，然后進(jìn)入下一次循環(huán)，如圖3所示。

圖3 新型軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)

高爐軟水密閉循環(huán)水系統(tǒng)通過正常生產(chǎn)時的系統(tǒng)壓力控制、液位控制和事故狀態(tài)下的安全控制，實現(xiàn)了高爐安全生產(chǎn)用水以及高爐本體冷卻壁管道的在線監(jiān)測檢漏和控制。

2.3 爐頂均排壓煤氣回收系統(tǒng)

高爐生產(chǎn)中，爐頂裝料設(shè)備向爐內(nèi)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(chǎn)生的噪音和粉塵污染，不僅直接對大氣環(huán)境造成污染，而且也造成了煤氣能源的浪費(fèi)[4]。因此，本次中修對均壓煤氣進(jìn)行了除塵并回收，均壓放散煤氣回收系統(tǒng)工藝流程如圖4所示。

圖4 均壓放散煤氣回收系統(tǒng)工藝流程示意圖

爐頂均排壓煤氣回收系統(tǒng)的工藝流程為：罐內(nèi)的高壓荒煤氣通過旋風(fēng)除塵器、均壓煤氣回收閥，沿下降管到煤氣回收布袋除塵器，再進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)；待與凈煤氣壓力接近時，關(guān)閉均壓煤氣回收閥，打開均壓放散閥；待料罐壓力與大氣接近時，關(guān)閉均壓煤氣放散閥；最后打開上密封閥、上料閘，等待加料。

將該技術(shù)進(jìn)行投產(chǎn)應(yīng)用后，高爐運(yùn)行情況穩(wěn)定且良好，煤氣回收率達(dá)80%以上，取得較好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1）羅源閩光1號高爐設(shè)計采用較先進(jìn)的工藝技術(shù)及設(shè)備，高爐投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)，平均利用系數(shù)在3.6 t/（m3·d）以上，處于同類型高爐中較先進(jìn)水平。

2）設(shè)計采用新型軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可實現(xiàn)高爐冷卻壁的在線監(jiān)測檢漏功能。

3）爐頂采用均排壓煤氣回收系統(tǒng)，煤氣回收率可達(dá)80%以上，有利于高爐生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保。