廣鋼高爐煉鐵系統工程設計及采用的新技術

閻 峰

(廣西鋼鐵集團有限公司煉鐵廠，廣西 柳州 545000)

廣鋼1#高爐設計有效容積為3800 m3，采用了高爐長壽技術，以及軟水密閉結合凈環水冷卻技術、高風溫、高頂壓、大富氧噴煤、均壓放散煤氣回收、環保WHBJ渣處理、低耗及清潔生產等先進的大型高爐技術[1-5]。通過充分分析國內外同級別爐容產鐵量較高的高爐，綜合考慮冷卻設備、冷卻介質、砌體結構、耐火材料和檢測監控設施的配置，并結合自身原燃料條件，確定了此項高爐系統設計。

1 設計理念與主要技術指標

廣鋼高爐煉鐵系統工程設計是以“先進、實用、可靠、經濟、安全、環保”為原則，以資源高效利用為核心[6-7]，建成以低消耗、低排放、高效率為基本特征[8-9]的現代化大型高爐系統。

高爐系統的設計必須保證獲得良好的技術經濟指標，以實現高爐的長周期穩定順行及高爐長壽。高爐設計內型尺寸見表1。

廣鋼1#高爐煉鐵工藝主要設計指標見表2。

2 高爐高效長壽技術

設計中綜合運用現代高爐長壽技術，確定合理的高爐爐型，采用無過熱冷卻器和純水密閉循環冷卻技術，優化爐體內襯結構，設置完善的高爐自動化檢測與控制系統，以實現高爐生產的穩定順行、長壽高效。

2.1 優化高爐爐型

高爐本體設置了38個風口和4個鐵口，減小了爐身角及爐腹角，高徑比Hu/D=1.932，使爐體更趨于矮胖型，加深了死鐵層的厚度，并使用引導性侵蝕“鍋底”爐缸、爐缸增設石墨安全墻、本體預掛渣皮技術等，為高爐長周期穩定順行提供了技術保障。

表1 廣鋼1#高爐內型尺寸

表2 廣鋼1#高爐煉鐵工藝主要設計指標

2.2 采用薄內襯冷卻壁設備

高爐本體系統還使用了薄內襯冷卻壁設備、進口爐底爐缸炭磚和不定型耐材炭磚+陶瓷杯水冷長壽爐底爐缸結構。此外，還設置了完善的高爐內襯、冷卻壁、軟水、凈環水的檢測、監測、控制系統。

2.3 采用智能系統監測高爐

高爐配備了爐頂紅外成像監測、風口成像監測、爐底爐缸侵蝕模型、高爐專家系統等人工智能裝備，爐體冷卻的軟水系統具備自動排汽、自動補水、自動檢漏、自動穩壓等功能，確保高爐能夠“安全、高效、優質、低耗、環保、長壽”運行。

3 高爐精料技術

采用合理爐料結構，燒結礦率為70%～80%，球團礦率為15%～30%，塊礦率為5%～15%，綜合入爐礦品位為58.5%±0.5%。

高爐爐頂采用了PW型串罐無料鐘裝料設備和相應的布料模型，設計壓力0.32 MPa，料罐有效容積85 m3，布料溜槽有效長度4200 mm，中心喉管DN800 mm等。

槽下供料系統采用了物料單線供料、集中全自動化智能控制、輔助攝像監控、礦焦分散稱量、焦丁回收等工藝，礦槽與焦槽并列平行布置。設置了7個燒結礦槽、3個球團礦槽、2個塊礦槽和2個雜礦槽，以及6個焦槽和1個小塊焦槽。燒結礦倉和焦炭倉的有效貯存時間均為16 h，球團礦倉和塊礦倉的有效貯存時間均大于26 h。

4 平坦化出鐵場和爐渣處理工藝

為了滿足特大型高爐連續出鐵、及時處理大量渣鐵的生產要求，出鐵場為雙矩形，設4個出鐵口。每個出鐵場下設8條鐵路線，鐵水的運輸采用240 t開口罐運輸。出鐵場采用平坦化設計，面積約為8220 m2，并設置有一條上出鐵場的高架通道，允許單輛載重30 t的車輛通行。

高爐的兩個出鐵場各對稱布置有一套WHBJ法渣處理系統，每套沖渣水系統的提升泵房和冷卻泵房自成區域，既布置緊湊，節約占地，同時還減少了外部管道和電纜的費用。

5 高溫長壽頂燃式熱風爐

高風溫是現代高爐煉鐵的重要技術特征。廣鋼1#高爐熱風爐系統配置4座高溫長壽型頂燃式格子磚熱風爐，高溫區拱頂及格子磚采用硅質耐火材料。燃料為全高爐煤氣，采用高溫預熱助燃空氣的工藝技術方案，預熱系統配置2座前置預熱爐和空煤氣板式換熱器，設計風溫1250 ℃，最高風溫能達到1300 ℃。多火孔陶瓷燃燒器位于燃燒室正上方，每座熱風爐布置50個煤氣燒嘴、50個空氣燒嘴。燃燒室為球面接錐面中空結構，工作層采用優質硅磚，滿足1400 ℃拱頂高溫的要求。蓄熱室下部為無梁爐箅子、支柱，最高耐溫600 ℃。四座頂燃式熱風爐一列布置，設計使用壽命≥30年，并配套設置一套富氧裝置。

6 低速濃相噴吹技術

煤粉噴吹設施的設計能力能夠滿足兩座高爐噴煤使用。制粉、噴吹設施集中布置，配置3臺制粉能力≥70 t/h的中速磨煤機，噴吹系統采用4罐并列單總管加分配器直接噴吹工藝，共兩個噴吹系統，兩套噴吹系統滿足煤粉互送；采用低速濃相噴吹技術，節約氮氣，降低能耗；噴吹罐的有效容積為90 m3，按照同類型高爐的平均煤比計算，可連續噴吹約45分鐘。主要設備包括：中速磨煤機、防爆式收粉器、密封計量帶式給煤機、噴吹罐、氮氣儲存罐、倉頂泄壓除塵器、以及各類閥門和噴煤管道等；考慮到安全運行和使用壽命等問題，關鍵部位的檢測元件均采用國外進口元件。

7 干法布袋除塵與TRT技術

干法與TRT系統主要包括高爐煤氣干法除塵工藝、爐頂均壓煤氣回收工藝系統、TRT發電系統、高爐煤氣減壓閥組、高爐煤氣洗凈塔等。干法除塵器筒體內直徑為6000 mm，數量為16個，雙排布置，設計壓力0.4 MPa。高爐半凈煤氣經干法除塵器過濾后的凈煤氣含塵濃度≤3 mg/Nm3；布袋使用壽命≥2年，正常使用溫度100～260 ℃。清灰方式采用凈煤氣反吹方式，卸灰采用機械式帶壓全密閉卸灰方式。TRT發電系統的設計入口煤氣量為595000～665000 Nm3/h，輸出功率23000～30000 kW。TRT裝置主要由透平主機系統、潤滑油系統、液壓伺服控制系統、大型閥門系統、氮氣密封系統、冷卻水系統、自動控制系統、高低壓發配電系統構成。

8 配置鑄鐵機與修罐系統

鑄鐵系統配置雙鏈帶滾輪固定式鑄鐵機，鑄鐵機的鏈帶中心距離為75.6 m，注入鐵水溫度1250～1400 ℃，卸料時鐵塊溫度550 ℃左右。鑄鐵機根據高爐生產技術指標及鐵水鑄鐵工藝，調節高爐煉鐵、轉爐煉鋼生產，在開爐初期、平時鐵水過剩、事故狀態下進行鑄鐵作業，單臺鑄鐵機鑄鐵能力要求≥300 t/h，日鑄鐵能力≥3000 t。鐵水罐維修系統主要配備了拆罐區、澆注區、砌罐區、烘烤區、備用和待處理區六個功能區。拆罐區設3個罐側臥放置鋼架座，砌罐區設4個罐位，烘烤區設8個罐位，其中3個備用罐位，5個烘罐位各配一套240 t鐵水罐立式烘烤裝置，烘罐氣源采用高爐煤氣、焦爐煤氣雙路供氣。配備穩定可靠的氣體流量及烘烤溫度檢測裝置，廠房內安裝煤氣檢測和報警系統。另外還配置了吹管修理設施。

9 結語

廣西鋼鐵煉鐵工藝堅持“技術先進、安全長壽、智能高效、綠色環保”的原則，工藝設備具有大型化、高效化、自動化特點及更高的可靠性，能夠滿足大型高爐的生產需求。同時，技術、成套設備國有化裝備比例超過國內同類型高爐，裝備水平高于目前國內高爐的現有水平，采用的新工藝、新技術、新設備、新材料提高了智慧制造水平[10]。

(1)廣鋼1#高爐本體設計采用有利于高爐穩定順行的矮胖爐型(設計高徑比Hu/D=1.932)；內襯采用有利于邊緣氣流穩定的“預掛渣皮技術”；爐底爐缸采用有利于延長使用壽命的“引導性鍋底”預防侵蝕結構，冷卻壁和爐殼采用有利于避免氣阻的澆筑硅凝膠自流自密實澆注料技術；以及檢測、監測、控制和預警系統采用更加完善新工藝和新技術。上述高爐長壽綜合技術，為廣鋼1#高爐長壽化奠定了堅實的技術基礎。

(2)廣鋼1#高爐的軟水密閉循環結合凈環水冷卻系統，采用風口中小套、直吹管、冷卻壁、以及熱風爐、熱風閥重要冷卻設備的監測與管理等綜合冷卻模式，有助于對發生漏水的冷卻設備進行快速判斷、定位和處理，縮短處理事故的時間，減少損失，提高配管工的工作效率。

(3)廣鋼1#高爐在高爐爐頂中心料罐內煤氣放散泄壓時，通過新增的閥門操作，使均壓放散粗煤氣進入干法除塵器箱體，利用除塵箱體布袋對含塵煤氣進行過濾，過濾后的煤氣進入低壓高爐煤氣總管，實現高爐爐頂均壓放散煤氣的回收。