朱興華， 陳 冬， 侯玉偉
（安徽馬鋼工程技術集團有限公司，安徽馬鞍山２４３０００）
摘 要：濟源鋼廠２號高爐設計采用了一系列的先進設備和技術，如串罐式無料鐘爐頂、薄壁內(nèi)襯、炭磚＋陶瓷杯式爐底爐缸結構、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、關鍵部位采用銅冷卻壁、爐前除塵等。高爐投產(chǎn)運行５年來，爐況穩(wěn)定順行，各項指標均優(yōu)于設計指標，平均利用系數(shù)在３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達到同類型高爐的先進水平。同時爐底陶瓷墊保存較好，杯墊下一層碳磚中心溫度控制在６００℃以內(nèi)；爐底、爐缸侵蝕小，高爐冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定，設計合理，生產(chǎn)實踐取得良好效果。
關鍵詞：高爐；設計；特點；實踐
１ 概述
河南濟源鋼鐵（集團）有限公司（以下簡稱濟源鋼廠）２號高爐設計以高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)保為原則，采用高風溫、高壓、富氧、噴煤等先進煉鐵技術，保證高爐煉鐵工藝技術先進、經(jīng)濟合理、節(jié)約資源、安全實用和保護環(huán)境［１－２］，２０１１ 年建成投產(chǎn)以來，高爐總體運行狀況良好，有效容積利用系數(shù)為３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達到了同類型高爐的先進水平，２０１５年上半年生產(chǎn)技術指標見表１。
在濟源鋼廠２號高爐設計過程中，采用了一系列先進的技術和設備，如串罐式無料鐘爐頂、薄壁內(nèi)襯、水冷薄爐底、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、頂燃式熱風爐、明特法渣處理和爐前除塵等［３］。其主要設計參數(shù)為：有效利用系數(shù)為３．０ｔ／（ｍ３·ｄ），入爐礦石綜合品位為５７％，熱風溫度為１?。玻担?℃，綜合燃料比為５２０ｋｇ／ｔ，爐頂壓力為０．２ＭＰａ，年產(chǎn)生鐵為１１３萬ｔ。
２ 設計特點及分析
２．１ 爐頂系統(tǒng)
高爐爐頂系統(tǒng)主要由爐頂裝料設備、高爐均排壓系統(tǒng)、爐頂探尺系統(tǒng)、高爐爐頂冷卻系統(tǒng)以及爐頂安裝、檢修設施等組成［４］。
無料鐘爐頂設備是目前高爐爐頂較先進的布料技術，布料溜槽可以實現(xiàn)高爐單環(huán)、多環(huán)（螺旋）、扇形和定點布料，具有布料靈活性、均勻性、密封性好等優(yōu)點，廣泛應用于高爐爐頂布料。因此，本設計爐頂裝料系統(tǒng)采用串罐式無料鐘爐頂，爐頂料罐不設稱量裝置，在料罐下口設料位計。其主要技術參數(shù)見表２。
爐頂采用框架式結構，在爐體平臺２２．１ｍ 上設置爐頂液壓站及潤滑站；高爐一次均壓采用ＤＮ４００均壓閥，二次均壓采用ＤＮ２００均壓閥；排壓采用ＤＮ４００放散閥，且在放散出口安裝消音器，以減小噪聲污染；爐頂布料溜槽傳動齒輪箱采用循環(huán)水冷卻，安裝２套機械探尺，同時設置１套雷達探尺。
２．２ 高爐本體系統(tǒng)
高爐本體系統(tǒng)是整個高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟部位，其他所有系統(tǒng)最終都是為爐體服務，高爐煉鐵幾乎所有的化學反應都在爐體完成，爐體系統(tǒng)的好壞直接決定了整個高爐煉鐵系統(tǒng)的成功與否，高爐一代爐役壽命實際上就是爐體系統(tǒng)的一代壽命，所以說爐體系統(tǒng)是整個高爐煉鐵最為重要的系統(tǒng)［５］。
（１）爐體結構。濟源鋼廠高爐本體采用自立式框架結構，設４根框架柱，柱間距為１６ｍ×１６ｍ。根據(jù)生產(chǎn)及檢修需要，爐底設２層平臺，風口平臺標高為１１．８０ｍ，圍管平臺標高為１７．４０ｍ，圍管平臺以上含爐頂大平臺共設３層平臺，平臺間設２路走梯。
（２）高爐內(nèi)型。高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎，爐型的好壞不但關系到高爐是否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，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，在綜合比較國內(nèi)同類型高爐設計和生產(chǎn)操作經(jīng)驗及濟源鋼廠現(xiàn)有原燃料條件的基礎上，同時為了節(jié)能降耗，提高高爐使用壽命，高爐內(nèi)型設計采用了合適的高徑比，具體內(nèi)型設計尺寸見表３。
（３）爐體冷卻結構及冷卻系統(tǒng)。濟源鋼廠２號高爐采用全冷卻壁冷卻結構形式［６］。爐體從爐底到爐身上部共設１２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荷大小，采用不同結構形式和不同材質(zhì)的冷卻壁。第１～３段冷卻壁為光面鑄鐵冷卻壁；第４段（風口帶）為加厚光面冷卻壁；第５～７段（爐腹１段、爐腰１段及爐身１段）為全覆蓋式鑲磚銅冷卻壁；第８～９段為全覆蓋式鑲磚鑄鋼冷卻壁；第１０～１１段為鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁；第１２段為倒扣型球墨鑄鐵冷卻壁。爐喉采用一段式條形鑄鋼鋼磚。
銅冷卻壁因其具有良好的導熱性能，且熱沖擊性較強，能夠在短時間內(nèi)生成穩(wěn)定的高熱阻渣皮，減少熱負荷損失，從而對冷卻壁起到保護作用［７］。因此在高爐關鍵部位采用銅冷卻壁冷卻效果更好。
爐體冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。爐底水冷管尺寸為７６ｍｍ×１０ｍｍ，爐底冷卻出水管匯成環(huán)管，再供給風口中套，風口中套共計２０根進水管。為了使爐體供水分布均勻，將系統(tǒng)分成２０個區(qū)，上部設２個脫氣罐，用于排除軟水中的氣體。軟水回水總管上設１套膨脹系統(tǒng)，膨脹罐用氮氣加壓，并設相應液位及排水裝置。濟源鋼廠２號高爐本體冷卻壁監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)見表４。
從表４中可以看出，冷卻壁各區(qū)供水流量、出水壓力和溫度均較穩(wěn)定，說明高爐爐況穩(wěn)定，運行良好，高爐爐型及冷卻系統(tǒng)設計較合理。
（４）內(nèi)襯結構和材質(zhì)。高爐內(nèi)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，有針對性地選用耐火材料，并在結構上加強各部位磚襯的穩(wěn)定性［８－９］。
高爐爐底、爐缸采用炭磚加陶瓷砌體復合爐襯結合水冷薄爐底結構。在爐底封板以上搗１００ｍｍ厚高導熱系數(shù)的炭質(zhì)搗料，由下而上分別為１層高導熱石墨塊、３層微孔焙燒炭塊、１層超微孔焙燒炭塊和２層陶瓷杯墊。爐缸外側為超微孔炭塊（風口下８層為微孔焙燒炭塊），內(nèi)側（熱面）為陶瓷杯壁，鐵口、風口采用與陶瓷杯同材質(zhì)的組合磚，爐底爐缸砌筑結構如圖１所示。
爐底、爐缸設置侵蝕檢測系統(tǒng)，檢測設置如圖２所示。濟源鋼廠２號高爐爐底、爐缸內(nèi)襯溫度場分布與侵蝕情況如圖３所示。
從圖２和圖３中可以看出，濟源鋼廠２號高爐投產(chǎn)運行５年以來，鐵水對爐底、爐缸侵蝕較小，１?。保担啊骅F水冷凝等溫線控制在陶瓷杯以內(nèi)，爐底炭磚中心溫度不高于６０５℃，且爐底、爐缸周圍溫度分布較均勻。這說明陶瓷杯真正起到了抑制鐵水對爐缸、爐底炭磚的侵蝕，從而保護了爐底，保證了爐缸、爐底的安全。
從生產(chǎn)實踐上看，爐底炭磚中心溫度較低，耐火材料侵蝕較小，高爐穩(wěn)定順行且有效利用系數(shù)高，達到國內(nèi)外高爐生產(chǎn)先進水平。
爐腹、爐腰和爐身采用磚壁合一的薄壁內(nèi)襯結構，在耐火材料的選擇方面，充分考慮高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機理，并結合冷卻壁元件的具體特點，有針對性地選用耐火材料。內(nèi)側采用高爐噴涂料，噴涂層厚度約為１２０～１５０ｍｍ。爐殼與冷卻壁之間用自流澆注料。
２．３ 風口平臺及出鐵場系統(tǒng)
風口平臺及出鐵場由風口平臺和出鐵場及附屬設施組成［１０］。濟源鋼廠２號高爐設計２個出鐵場，每個大小為２６ｍ×３４．６ｍ，２個出鐵場之間通過風口平臺連接。２個出鐵場呈對稱布置，每個出鐵場上所用材料皆通過各自的吊裝孔運進。高爐設２個鐵口，不設渣口。每個出鐵場設有１條主鐵溝、１條殘鐵溝、３條支鐵溝和１條渣溝，鐵水經(jīng)鐵溝流入１２０ｔ鐵水罐車。每個出鐵場設３個罐位。熔渣經(jīng)渣溝進沖渣溜槽沖制，水渣出事故或渣中鐵質(zhì)量分數(shù)較大時，可流入出鐵場一側的干渣坑。
出鐵場采用鋼筋混凝土架空式結構，鋼筋混凝土平臺模板上表面填沙，場面用耐火磚立砌成水平地坪。出鐵罐平臺下方吊掛隔熱板，鐵水罐車停放線兩側的平臺支柱外部設隔熱層。出鐵場廠房采用鋼結構形式，設排氣樓。２個出鐵場場房內(nèi)各設１臺２５／５ｔ雙鉤橋式起重機。
２．４ 環(huán)保除塵
為了滿足環(huán)保要求以及便于爐前設備檢修，高爐系統(tǒng)在鐵口處雙側及頂部設活動擋板，爐前設收塵室，風量按３０萬ｍ３／ｈ設計，同時在每個出鐵罐位設吸塵口，部分支鐵溝設蓋板。從生產(chǎn)實踐上看，目前濟源鋼廠使用效果較好，高爐爐前干凈，降低了工人勞動強度，改善了工作環(huán)境。
３ 結論
（１）濟源鋼廠２號高爐設計采用先進工藝技術及設備，高爐投產(chǎn)后，爐況穩(wěn)定順行，各項指標均優(yōu)于設計指標，平均利用系數(shù)在３．３ｔ／（ｍ３·ｄ）以上，達到同類型高爐的先進水平。
（２）高爐投產(chǎn)運行５年來，爐底、爐缸侵蝕較小，高爐冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定，設計合理，生產(chǎn)實踐取得良好效果。
（３）高爐爐底、爐缸采用炭磚加陶瓷砌體復合爐襯，結合水冷薄爐底結構，對爐底、爐缸被侵蝕起到良好的保護作用。
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