馬鋼2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統設計

孫華平，董建民，杭桂生

（1.中冶華天工程技術有限公司，江蘇210019；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽243000）

0 引言

馬鋼2 號2 500 m3高爐第二代爐役于2017 年10 月10 日建成投產，開爐過程順利，6 天即實現達產。2018 年2 月，受原燃料質量（特別是焦炭質量惡化）影響，高爐爐況急劇下滑，爐腹、爐腰部位爐壁結厚，爐缸活躍程度下降，嚴重影響高爐的操作順行及產量，產能由6 300 t/d 下滑至5 500 t/d。

為提高爐缸活性，除進行增加鼓風動能、調整上部布料制度、改善焦炭質量、調整渣系、強化爐前出鐵等操作外[1]，同時還提出了減少本體冷卻壁供水量從而減小爐缸冷卻強度的方案。通過馬鋼專家與中冶華天設計人員的充分討論，認為此方案可行，決定對軟水系統進行改進，增加一路水量調節旁路。

1 高爐冷卻結構設計

本次大修將原工業水系統改為軟水密閉循環加工業水開路循環的聯合水系統，爐殼及其內部設備和材料全部更新，冷卻壁具體配置方案如表1 所示。冷卻結構設計的主要特點有：爐體采用磚壁合一的薄壁內襯結構；重點部位的爐腹、爐腰和爐身下部采用銅冷卻壁；爐身中部采用雙層水管加強冷卻；常規冷卻壁采用4 根DN76mm×6mm 水管上下直通型；鐵口區域采用異型冷卻壁，以滿足配管和維護要求。

2 高爐本體水系統設計

2.1 高爐本體冷卻水系統

該高爐上代爐役全部采用工業凈環水冷卻系統，本次大修設計采用軟水密閉循環與工業水開路循環的聯合水系統方案。對爐底水冷管、高爐本體冷卻壁、直吹管、熱風爐閥門和風口中套采用軟水閉路循環冷卻系統；風口小套和十字測溫槍仍然采用高壓凈循環水系統。這是基于如下考慮：一是保證高爐本體軟水冷卻系統的穩定性，考慮到風口小套和十字測溫槍易于損壞造成漏水，會導致軟水系統頻繁補水，對軟水系統的檢漏帶來干擾；二是可以簡化冷卻系統，作為大型高爐，通常情況下高壓冷卻水系統是必不可少的，如爐頂氣密箱、爐頂攝像、爐頂液壓站以及后期爐缸加強冷卻等，均需提供高壓工業凈環水，在滿足生產要求的情況下，將所有的高壓水納入到一個凈循環系統，可以使得冷卻系統簡單化[2]。同時考慮部分常壓凈循環水，主要為事故備用水，為后期冷卻壁損壞和風口中套損壞漏水切換凈環水時使用，避免漏水對軟水系統的影響和浪費。

表1 冷卻壁結構特征

2.2 高爐本體軟水冷卻系統

馬鋼2 號2 500 m3高爐本體軟水系統由一次循環和二次循環組成：高爐本體冷卻壁、爐底水冷管為一次循環，供水能力為5 200 m3/h；從一次循環回水總管上分流一部分軟水到二次加壓泵房，經加壓后供熱風爐閥門和風口中套形成二次循環，設計水量1 400 m3/h；冷卻熱風爐閥門和風口中套的回水匯合后回到爐頂大平臺上軟水回水總管，與一次剩余循環水合流，再經脫氣罐、膨脹罐進主循環泵房冷卻后循環使用。冷卻壁冷卻軟水通過供水環管直接接入第一段冷卻壁的進水管，一直串接到第17段冷卻壁，然后分別接入四個分區的16 根回水集管，再匯合到回水總環管。該高爐軟水系統的設計流程見圖1。

冷卻單元之間合理的串級組合，不僅可以減少一次供水總量，從而降低能耗，而且還可以節省投資。各單元的組合原則：一是阻損匹配，二是流量匹配。所謂的阻損匹配就是將最大阻損冷卻單元作為獨立供水單元，小阻損的冷卻單元在條件許可的情況下，盡可能的串接，但同時串接后的阻損與最大阻損單元基本相當，讓這種串接作為另一個獨立供水單元；所謂的流量匹配就是串接在后面的獨立或并聯單元用水量應低于前面單元的用水量[3]。

馬鋼2 號2 500 m3高爐軟水系統的6 個冷卻單元的設計參數見表2。爐底水管與冷卻壁背部蛇形管和直吹管串聯，串聯后整個水路的阻損與冷卻壁直通水管從下至上串接的阻損相當，所以這兩路水采用并聯供水。風口中套與熱風爐系統閥門阻損相當，但是其水路阻損高于前述兩條水路，所以風口中套與熱風爐系統閥門冷卻采用經過二次加壓后的中壓軟水，且風口中套和熱風爐系統閥門供水采用并聯方式。

表2 各用水單元設計參數

3 軟水系統水量調節設計

一代爐役一般分為初期、中期和后期，高爐每個時期的冷卻強度是有區別的，而設計的冷卻強度是按照一代爐役最大水量進行的，所以高爐按照所處時期和生產實際情況進行水量調整是非常必要的。馬鋼2 號2 500 m3高爐通過幾個月的生產實踐，也逐步意識到高爐本體冷卻水量過大，而通過調節泵房閥門開度，即使閥門開度調整到1/4，水量只調小了～200 m3/h，不能滿足生產調節要求。為了滿足生產需要，增加高爐爐況調節手段，馬鋼專家與中冶華天設計人員經過充分討論決定對軟水系統進行改進，即增加一路水量調節旁路。

具體方案是：在爐底DN900 mm 供回水主管上帶壓開DN350 mm 大小的孔并引出旁通總管；將旁通總管上引至風口平臺屋面一分為三，形成三路DN150 mm 調節支管；每個支管上裝流量計來計量調節水量大小；為了平衡新增單元與原設計冷卻單元之間的壓力，在調節支管上裝有減壓閥門。設計上考慮每根支管控制0～200 m3/h 水量調節量，整個旁路共計達到600 m3/h 水量調節，在實際生產中可根據爐況實時、方便、快捷、準確的調整高爐冷卻水量，成為高爐生產調節的可靠手段。該高爐軟水系統增加的調水旁通設計流程見圖2。

圖1 2 號2 500 m3 高爐軟水系統流程圖

圖2 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統調水旁通流程圖

4 水量調節效果

2 號2 500 m3高爐軟水分流系統通過安裝調試厚后投入使用，其冷卻壁冷卻水量及水溫變化如圖3 所示。從圖3 中可看出軟水系統運行平穩，水量及進水溫度均保持穩定狀態，為高爐控制合適的冷卻強度創造了條件，尤其是高爐爐況調整期間，為控制合理操作爐型提供了可靠的調控措施，實現了預定的目標。生產實踐證明，通過合理的冷卻強度調整，該高爐爐況明顯得到恢復和改善，產量穩定至6 000 t/d 水平，同時燃料比由510～518 kg/t，逐步下降至505 kg/t 左右，取得了較好的調整效果。該高爐軟水分流系統投用后高爐指標變化情況如圖4 所示。

圖3 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統投用后水量變化圖

圖4 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統投用高爐指標變化情況

5 結語

馬鋼2 號2 500 m3高爐第二代爐役通過增加冷卻壁水量調節旁路，實現了對爐況的輔助調整。從現場操作實踐看，針對軟水系統設計和高爐生產各時期用水量的特點，在設計上考慮冷卻壁水量調節是很有必要的。水量調節設施可使冷卻壁的冷卻水量與實際生產中的爐況相適應，這樣既能保證冷卻壁的使用安全，又能根據高爐整個爐役生產過程中的不同時期對水量的需求和爐況的波動情況來進行實時的水量調節，是一種很好的生產調整手段，對實現高爐的穩定順行和高產降耗有一定的幫助。