王 松，朱 俊，曹 兵
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243002）
【摘 要】 馬鋼3# 高爐大修以“實用、可靠、成熟、環(huán)保”為設計原則，采用國內(nèi)外成熟技術及設備，設備、材料的選擇立足于國內(nèi)，總體工藝裝備水平達到國內(nèi)同類型高爐的先進水平。主要介紹了3#高爐長壽設計；新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應用；出鐵廠局部平坦化，風口平臺擴建改造以及三電系統(tǒng)的配套改造提升。
【關鍵詞】 高爐長壽技術；冷卻壁；下閥箱；方形溜槽
引言
馬鋼 3#1000 m3高爐自 2016 年 3 月份以來冷卻壁破損加劇，冷卻壁通道破損嚴重，完全斷水的冷卻壁已達11塊。爐缸炭磚侵蝕已開始顯現(xiàn)，局部殘厚在 650~700 mm 左右，嚴重制約高爐安全運行。
更可怕的是冷卻壁的破損速度仍在急速加劇，因受空間限制和大量的水管拆分，后期的檢修困難加劇，且大面積的開孔安裝炮彈頭，對高爐設備帶來巨大的隱患，護爐保產(chǎn)壓力巨大。為了保障 3#高爐安全生產(chǎn)，優(yōu)化爐役后期設備檢修模型，提高經(jīng)濟效益，3#高爐決定進行大修改造。大修后的 3#高爐采用了一系列的創(chuàng)新技術[1]：優(yōu)化爐型，采用磚壁結合薄內(nèi)襯爐型；爐底爐缸采用國產(chǎn)大塊炭磚結構，關鍵部位采用國產(chǎn)超微孔大塊炭磚；合適的冷卻設備及耐材選擇；冷卻系統(tǒng)的自動化檢測與控制；新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應用；出鐵廠局部平坦化，風口平臺擴建改造；三電系統(tǒng)配套改造提升[2]。
1 高爐長壽設計
合理的內(nèi)型、先進的內(nèi)襯、高效的冷卻、可靠的檢測是決定高爐能否長壽的先天因素[3]。馬鋼 3#高爐設計時遵循結構合理、選材適當、配置優(yōu)化的原則，并注重高爐整體的長壽優(yōu)化和有效匹配，從而達到高爐各部位同步長壽的目的。
1.1 優(yōu)化高爐內(nèi)型
新的馬鋼 3#高爐采用磚壁結合薄內(nèi)襯爐型，薄壁內(nèi)襯就是對高爐內(nèi)襯和冷卻壁進行優(yōu)化組合，形成磚壁一體化結構，解決爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區(qū)的短壽問題，使其壽命與高爐爐缸、爐底的壽命同步[4]。
高爐爐型見圖1。
新的 3#高爐通過加深死鐵層深度，適當降低高徑比，加大爐腰直徑，增大爐缸直徑，以滿足目前快速高效的生產(chǎn)模式，保證高爐的穩(wěn)定順行。
1.2 爐底和爐缸的長壽設計
新 3#高爐采用國產(chǎn)大塊炭磚結構，關鍵部位采用國產(chǎn)超微孔大塊炭磚。爐底滿鋪炭磚采用1層石墨大塊炭磚+2層微孔大塊炭磚+2層超微孔大塊炭磚，上層砌1層高鋁磚，爐底總厚度2400 mm。鐵口及鐵口以下的爐缸“象腳”侵蝕區(qū)域采用超微孔大塊炭磚[5]。鐵口以上至風口以下的爐缸區(qū)域采用微孔大塊炭磚。鐵口框區(qū)域采用塑性相結合剛玉質(zhì)組合磚。風口區(qū)采用大塊塑性相結合剛玉質(zhì)組合磚[6]。爐底爐缸的內(nèi)襯材質(zhì)相較于 3#爐第一代爐齡有了很大提升，具有良好的熱傳導和熱震穩(wěn)定性，有助于提高高爐的壽命，增加高爐操作的穩(wěn)定性和安全性。
1.3 冷卻系統(tǒng)優(yōu)化改造
爐體冷卻設備對高爐長壽至關重要,選擇合適的冷卻設備及合理的配置能保證各部位擁有合適的冷卻強度，穩(wěn)定操作達到高效高產(chǎn)。通過對 3#高爐上代爐役冷卻壁破損嚴重情況的分析，本次大修在保留原爐殼及開孔不變的基礎上，更換全部冷卻壁及爐喉鋼磚，各區(qū)域冷卻設備主要特征見表 1。通過增加冷卻水管的通徑及冷卻水管的優(yōu)化布置，最大限度地增加冷卻強度，保證爐體的安全[7]。
冷卻系統(tǒng)方案進行優(yōu)化。將原 5~8 層及 9~12層冷卻壁四層串聯(lián)方式改造為：第 5 層風口帶冷卻壁單獨供排水，保證風口帶的冷卻效果；6~8層冷卻水管串聯(lián)；9~10層水管熱面、11~12水量層水管熱面及9~12層冷卻水管冷面串聯(lián)，改造后的冷卻水循環(huán)水量為 4650 m3/h，相較 3#爐第一代爐齡增加水量900 m3/h，更加合理地對高爐本體進行冷卻，同時提高了冷卻強度。
1.4 自動化檢測與控制
馬鋼 3# 高爐在爐底、爐缸在爐襯上設置熱電偶共計182點。爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域，溫度、壓力的檢測為高爐操作者隨時掌握爐況提供了有效的參考。在此區(qū)域共設置水溫差傳感器 246 支，流量計68臺。通過監(jiān)控各冷卻壁支管的瞬時流量、進出水的溫差，計算此區(qū)域的熱流強度值，判斷高爐有無異常情況。爐腹以上冷卻壁設置熱電偶，用于檢測爐襯侵蝕及冷卻壁損壞狀況。第 6~15 層冷卻壁每層設置 6 點，沿圓周方向均勻分布，共計 60 點。
爐喉鋼磚設置熱電偶，用于檢測鋼磚損壞狀況。共設置 6 點，沿圓周方向均勻分布。此外還設置了爐喉煤氣十字測溫、爐頂攝像、煤氣在線自動分析等裝置，時刻了解高爐的狀態(tài)，維持高爐的長壽管理。
2 新式下閥箱與方形耐磨溜槽的應用
本次大修將爐頂下閥箱由原先的PW型式更換為更適合中小型高爐的新式下閥箱，新式的下閥箱具有結構簡單、重量輕、易于檢修等優(yōu)點。新式下閥箱下料閘采用液壓缸驅(qū)動，通過曲柄、半軸、同步四連桿機構等驅(qū)動兩塊球形閘板正反旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟和關閉。下密封閥采用液壓缸驅(qū)動，通過曲柄、軸等驅(qū)動閥板旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟和關閉。
通過控制液壓比例閥的進油量，加快 DCS系統(tǒng)的模塊響應時間，增加比例閥開閥電流控制函數(shù)區(qū)段數(shù)等手段，精確控制下料閘的精度，在全行程的范圍內(nèi)，動作速度6 s以內(nèi)，開度精度0.8°以內(nèi)。
新的 3#高爐采用方型布料溜槽，落料點部位改用表面堆焊硬質(zhì)合金的網(wǎng)格存料結構，提高落料點的耐沖擊性，而溜槽的出口處鑲嵌碳化鎢顆粒，發(fā)揮其硬度高、耐磨損的特點[8]。
3 出鐵廠局部平坦化，風口平臺擴建改造
3#高爐原先為雙矩形非平坦化出鐵場。出鐵場平臺坡度較大，面層砌筑耐火磚，高低不平，平臺積灰不易清理，且東西場不連通，不利于爐前及風口設備的檢修更換及耐火材料的運輸。兩個出鐵場進行平坦化改造，將支鐵鉤區(qū)域及檢修區(qū)域地坪改造與出鐵場同標高，配合渣鐵溝蓋板，實現(xiàn)兩個出鐵場的平坦化。增加出鐵廠南場，用于連通東西出鐵場。將整個出鐵場向南延伸4 m。出鐵場平臺面層標高統(tǒng)一為 8.600 m，平臺面層采用 50 mm 厚耐熱混凝土保護并進行表面壓光處理[9]。
原風口平臺是在混凝土結構表面砌筑一層耐火磚，因此表面高低不平，灰塵清理困難[10]。改造后拆除風口平臺表面耐火磚，在原有混凝土結構上澆注加氣混凝土，在加氣混凝土上采用 50 mm 厚耐熱混凝土。由于南出鐵場的延伸，將整個風口平臺向南延伸 2 m，北面延伸 1.2 m，最大限度地擴大風口平臺的面積。
4 三電系統(tǒng)配套改造提升
大修后的3#高爐整體的自動化水平和控制精度都大幅提高，大修中對低配柜、MCC柜、I/O接口柜、機旁操作箱、檢修電源箱、動力配電箱、低壓封閉母線及電纜進行全部更換，外部電纜溝取消，改為電纜通廊。增設 OPC 站，本體新增 DPU 控制站，水處理改 DPU 控制站，槽下 DPU 控制站移位到槽下南場[11]。大修中將 3#爐噴煤計算機控制從 2#爐 DCS控制系統(tǒng)遷移至 3#爐 DCS 控制系統(tǒng)，新增 DPU 控制站、操作員站。電訊類以中控大屏為中心的監(jiān)控顯示系統(tǒng)更新，并實現(xiàn)畫面共享功能。
5 結束語
馬鋼 3#高爐大修分別從爐型長壽設計、爐缸爐底設計、冷卻壁及爐體各部位耐材的選擇進行優(yōu)化設計，同時采用中鼎泰克式下閥箱與方形耐磨溜槽，出鐵廠局部平坦化，風口平臺擴建改造，配套改造三電系統(tǒng)，除此之外，還進行了爐前除塵頂吸改造，沖渣溝密封改造等[12]。3#高爐投產(chǎn)后，各項指標不斷提升，具體見表2。
3#高爐大修各項改造，不僅直接反映了馬鋼在高爐設計方面邁向了一個更高的臺階，而且體現(xiàn)了高爐“安全、長壽、高效、優(yōu)質(zhì)”的發(fā)展方向。
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