某公司2 500 m3 高爐大修改造技術(shù)特點(diǎn)

王建同

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引言

某公司3 座2 500 m3高爐，于2008 年9 月開始陸續(xù)投產(chǎn)，到2018 年，這3 座高爐已處于爐役后期，高爐爐缸耐材受損嚴(yán)重，對安全生產(chǎn)影響較大，所以該公司考慮對高進(jìn)行改造性大修。本次高爐大修改造，在方案設(shè)計上主要考慮了提高冶煉強(qiáng)度、降低能源消耗、強(qiáng)化環(huán)保治理的改造原則和具體改造措施。

本文對原來高爐生產(chǎn)中各個系統(tǒng)影響和限制高爐提高冶煉強(qiáng)度、降低燃料消耗和減少污染排放的因素進(jìn)行了分析和闡述，在此基礎(chǔ)上確定了高爐各系統(tǒng)對應(yīng)的大修改造設(shè)計方案，并對此次高爐大修改造工程實(shí)施情況和高爐投產(chǎn)后生產(chǎn)運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 高爐工藝系統(tǒng)主要改造方案

2 500 m3高爐大修改造后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)設(shè)計指標(biāo)如表1 所示。為滿足表1 所示技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)合高爐舊有的工藝、公輔設(shè)備，擬定了對整個高爐車間的改造方案。

表1 2 500 m3 高爐大修后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)設(shè)計指標(biāo)

1.1 礦槽和上料系統(tǒng)

原上料系統(tǒng)礦、焦槽為雙排布置，主要設(shè)有10個礦槽和5 個焦槽，以及碎焦槽、碎礦槽、焦丁槽各1 個，并設(shè)有小塊焦回收利用裝置。礦槽上設(shè)有2 條運(yùn)礦皮帶機(jī)（1 條1.4 m，運(yùn)量為1 600 t/h；1 條1.2 m，運(yùn)量為1 200 t/h），焦槽上設(shè)1 條運(yùn)焦皮帶機(jī)（1.4 m，運(yùn)量為600 t/h）。

本次大修，按照高爐新的設(shè)計指標(biāo)要求并結(jié)合該公司生產(chǎn)實(shí)際情況，對現(xiàn)有槽上設(shè)備、礦焦槽容量、槽下設(shè)備進(jìn)行了核算，最終確定了改造方案。

（1）槽上設(shè)備改造方案：槽上設(shè)備核算后確認(rèn)可以利舊，根據(jù)新的原料結(jié)構(gòu)重新分配了各種礦焦槽的用途（見表2）。改造后燒結(jié)礦貯存時間稍低（不到9 h），碎礦倉貯存時間較低（不到3 h），實(shí)際生產(chǎn)中需調(diào)整檢修節(jié)奏并加強(qiáng)車輛運(yùn)輸調(diào)度。

表2 礦焦槽重新分配后的數(shù)量

（2）槽下設(shè)備改造方案：槽下TS101 運(yùn)礦皮帶機(jī)帶寬擴(kuò)至1 800 mm；槽下TC101 運(yùn)焦皮帶機(jī)帶寬擴(kuò)至1 600 mm；碎焦皮帶更換，運(yùn)輸量提高至190 t/h；焦丁篩更換，能力提升至220 t/h；上料主皮帶機(jī)帶寬擴(kuò)寬至1 800 mm；主皮帶通廊整體利舊，但局部進(jìn)行了改造。

（3）另外，槽上皮帶的運(yùn)量雖然可以滿足要求，但由于業(yè)主反映在生產(chǎn)中存在撒料現(xiàn)象。所以應(yīng)業(yè)主要求，把運(yùn)送燒結(jié)礦的1.4 m 皮帶和運(yùn)送球團(tuán)塊礦的1.2 m 皮帶分別擴(kuò)寬至1.6 m 和1.4 m，與皮帶配套的卸料車也隨之進(jìn)行了更換。

1.2 爐頂系統(tǒng)

原高爐采用PW 串罐無料鐘爐頂設(shè)備，料罐有效容積55 m3，采用小框架結(jié)構(gòu)支撐在爐頂封罩上；料罐均壓采用凈煤氣一次均壓，氮?dú)舛尉鶋海粻t頂設(shè)置2 臺緊湊型機(jī)械探尺。

根據(jù)大修后的高爐設(shè)計指標(biāo)和爐型，按基本裝料制度為CO、布料圈數(shù)為14 圈、正常礦批為89 t、最大礦批為94.5 t 考慮，核算后均滿足《高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范》 中對于爐頂上料設(shè)備作業(yè)率不超過75%的要求。同時根據(jù)最大礦批計算，55 m3的爐頂料罐可以滿足大修后產(chǎn)量要求，所以爐頂設(shè)備可以利舊。

另外，本次高爐大修改造還優(yōu)化了重量法布料。通過選擇先進(jìn)可靠、稱量準(zhǔn)確、帶壓力補(bǔ)正功能的電子稱，并通過精心安裝電子秤和料罐，保證了料罐重量測量精度。

1.3 爐體系統(tǒng)

1.3.1 高爐內(nèi)型

經(jīng)全面調(diào)研國內(nèi)外2 500 m3高爐的實(shí)際生產(chǎn)情況，并結(jié)合該公司自身的生產(chǎn)實(shí)際條件和操作思路，本次高爐內(nèi)型改造主要是適度擴(kuò)大了爐腰、適當(dāng)提高爐身高度、適當(dāng)做小爐腹角及爐身角、適當(dāng)提高Vu/A。

適當(dāng)擴(kuò)大爐腰，主要基于高爐強(qiáng)化冶煉考慮，以適應(yīng)更大的煤氣量通過，而且同時縮小了爐腹角爐身角，有利于高熱負(fù)荷區(qū)域的冷卻設(shè)備長壽并更適應(yīng)爐料調(diào)整和順行；此外為降低燃料消耗，擴(kuò)大間接還原區(qū)間，適當(dāng)增大了爐身高度；30 個風(fēng)口和3 個鐵口數(shù)不變。

1.3.2 爐體冷卻系統(tǒng)

此次高爐大修爐體冷卻水系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)（6 280 m3/h）+高壓工業(yè)凈環(huán)水系統(tǒng)（1 540 m3/h）。高爐爐體各區(qū)域主要冷卻設(shè)備配置如下：爐底爐缸配置了光面灰鑄鐵冷卻壁；爐腹到爐身下部的高熱負(fù)荷區(qū)域，采用了銅冷卻壁；爐身中上部配置了水冷鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，在爐喉下，配置了2段倒扣球墨鑄鐵冷卻壁；爐喉部位設(shè)2 段式爐喉鋼磚，下段為水冷結(jié)構(gòu)，上段為無水冷結(jié)構(gòu)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在高爐本體熱負(fù)荷區(qū)域，本次大修仍然采用了銅冷卻壁方案。而關(guān)于銅冷卻壁的使用，目前業(yè)內(nèi)有一些爭論，有一些觀點(diǎn)認(rèn)為可以取消，比如寶鋼鑒于在寶鋼本部的銅冷卻壁使用經(jīng)驗，最終確定在湛江基地5 000 m3級別高爐上取消了銅冷卻壁，并配置了鑄鐵冷卻壁。但事實(shí)上從國內(nèi)各大鋼鐵公司實(shí)際使用情況來看，無論是使用中冷卻壁損壞的情況，還是對生產(chǎn)的影響，具有“無過熱結(jié)構(gòu)”特征的銅冷卻壁，仍然是無中修計劃大型高爐的高熱負(fù)荷區(qū)域主流選擇。

該公司3 座2 500 m3高爐的第一代爐役中，銅冷卻壁無一損壞，更沒有中修，是銅冷卻壁應(yīng)用的一個成功案例。拆除后通過現(xiàn)場觀測，僅發(fā)現(xiàn)銅冷卻壁燕尾槽有被磨損和壁體發(fā)生變形的現(xiàn)象。這種成功的案例，當(dāng)然有高爐爐內(nèi)操作上的精心維護(hù)，但肯定也無法否定銅冷卻壁自身的優(yōu)越性。所以，高爐是否配置銅冷卻壁，仍然值得結(jié)合使用者的實(shí)際生產(chǎn)使用情況進(jìn)行仔細(xì)研究，一定不要一刀切，更不能輕易否定銅冷卻壁。

1.3.3 爐體耐材結(jié)構(gòu)

（1）爐底、爐缸耐材結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為大塊炭磚+陶瓷整杯結(jié)構(gòu)。其中爐底為滿鋪1 層國產(chǎn)石墨大塊炭磚+3 層國產(chǎn)微孔大塊炭磚+1 層引進(jìn)超微孔大塊炭磚（總厚度2 m）；鐵口及以下易出現(xiàn)異常侵蝕的爐缸區(qū)域環(huán)砌引進(jìn)超微孔大塊炭磚，鐵口以上至風(fēng)口磚下沿的爐缸區(qū)域環(huán)砌國產(chǎn)微孔大塊炭磚。爐底炭磚上砌筑2 層大塊陶瓷墊，爐缸炭磚內(nèi)側(cè)砌大塊陶瓷杯。

（2）風(fēng)口區(qū)采用大塊剛玉質(zhì)組合磚，鐵口部位外側(cè)采用剛玉質(zhì)澆注料。

（3）爐腹、爐腰與爐身中下部銅冷卻壁冷鑲氮化硅結(jié)合碳化硅磚。

（4）爐身上部球墨鑄鐵冷卻壁冷鑲磷酸鹽浸漬粘土磚。

（5）爐頂封罩采用了抗CO 侵蝕性能優(yōu)異的噴涂料。

1.3.4 爐體檢測系統(tǒng)

爐體除設(shè)置完善的溫度、壓力、流量檢測點(diǎn)外，還配置了高爐爐底、爐缸內(nèi)襯侵蝕模型系統(tǒng)，爐身靜壓、爐頂熱成像等主要檢測項目。

1.4 風(fēng)口平臺和出鐵場系統(tǒng)

原高爐出鐵場設(shè)計方案為：雙矩形出鐵場（出鐵場下共有6 條鐵路線）；設(shè)有三個鐵口，采用固定儲鐵式主溝；出鐵場完全平坦化設(shè)計；采用全液壓泥炮、開鐵口機(jī)（同側(cè)布置）、擺動流嘴等設(shè)備；鐵水采用260 t 鐵水罐車運(yùn)輸；出鐵場設(shè)有高架路和出鐵場至風(fēng)口平臺的通道。

本次高爐大修風(fēng)口平臺和出鐵場系統(tǒng)改造的目的主要是為了適應(yīng)高爐大修，方便爐前操作，改善爐前操作環(huán)境。主要改造內(nèi)容包括：適當(dāng)加大開鐵口機(jī)的開口深度，適當(dāng)加長主溝長度，泥炮操作室移位，出鐵場頂吸罩及側(cè)吸罩改造以滿足環(huán)保要求等。

1.5 熱風(fēng)爐系統(tǒng)

原熱風(fēng)爐系統(tǒng)配置3 座懸切頂燃式熱風(fēng)爐，燒爐燃料主要采用高爐煤氣。熱風(fēng)爐設(shè)有雙預(yù)熱系統(tǒng)來預(yù)熱助燃空氣和煤氣，設(shè)計風(fēng)溫1 200～1 250 ℃。原熱風(fēng)爐系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如表3 所示。本次大修，結(jié)合調(diào)整后的送風(fēng)量和風(fēng)溫要求，業(yè)主最終確定了熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要的改造內(nèi)容。

表3 原熱風(fēng)爐系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

熱風(fēng)爐系統(tǒng)改造方案：更換5 層格子磚，并加高5 層格子磚；燃燒室拱頂、熱風(fēng)出口、燃燒器改造，并改造部分爐殼；熱風(fēng)管道耐材部分更換并改造，熱風(fēng)支管拉緊裝置改造；將雙預(yù)熱系統(tǒng)熱管換熱器更換為板式換熱器。

1.6 水渣處理系統(tǒng)

原水渣處理系統(tǒng)采用了PW 公司熱INBA 爐渣粒化裝置，共設(shè)2 套。INBA 爐渣粒化裝置系統(tǒng)主要參數(shù)如下：

轉(zhuǎn)鼓規(guī)格：轉(zhuǎn)鼓直徑×長度=Φ5 000 mm×6 250 mm

渣流速度：4 t/min（正常），8 t/min（最大）

沖渣水流量：2 000 m3/h

沖渣壓力：0.25 MPa

本次大修，結(jié)合大修后的生產(chǎn)情況和水渣系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)，確認(rèn)水渣系統(tǒng)可以利舊，僅更換部分損壞的設(shè)備零件。

1.7 制粉噴吹系統(tǒng)

該公司煉鐵廠原制粉噴吹系統(tǒng)的配置方案為：設(shè)有4 個制粉系列，具體為2×26 t/h、2×52 t/h，總制粉能力為156 t/h；噴吹系統(tǒng)均采用三罐并聯(lián)、主管加分配器直接噴吹方式，噴吹罐有效容積為50 m3。

本次大修，結(jié)合大修后的生產(chǎn)情況和噴吹系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)，確認(rèn)制粉噴吹系統(tǒng)的改造方案如下：

全廠三座2 500 m3高爐全部大修后，高爐最大需要總噴煤量為167 t/h。故考慮新建1 個制粉噴吹系統(tǒng)直接給2 號高爐噴煤，也可以實(shí)現(xiàn)與原3 座高爐（該公司還有一座1 350 m3高爐）噴煤系統(tǒng)互通。

新建制粉噴吹系統(tǒng)主要的設(shè)備選擇為：52 t/h制粉系列、原煤倉400 m3、煤粉倉450 m3、噴吹罐有效容積60 m3，其中噴吹罐為三罐并聯(lián)，并采用主管加分配器形式直接噴吹。

2 高爐公輔設(shè)施主要改造方案

2.1 高爐煤氣除塵系統(tǒng)

高爐原有除塵系統(tǒng)方案為：重力除塵+布袋除塵系統(tǒng)，其中重力除塵器筒體直徑為Φ13 m，布袋除塵系統(tǒng)為12 個DN5200 mm 筒體（每個筒體配置330 條Φ165 mm×7m 濾袋）。

根據(jù)大修后高爐的生產(chǎn)參數(shù)，經(jīng)校核，并考慮到實(shí)際生產(chǎn)中煤氣負(fù)荷較大，為降低濾袋負(fù)荷、延長濾袋壽命，本次大修重力除塵裝置利舊，但布袋除塵系統(tǒng)增加2 個同樣規(guī)格的除塵箱體及相應(yīng)的配套設(shè)備，最終控制濾袋中的煤氣過濾流速低于0.4 m/min。

2.2 通風(fēng)除塵設(shè)施

原礦槽除塵系統(tǒng)配置了500 000 m3/h 的除塵裝置，出鐵場系統(tǒng)除塵配置了800 000 m3/h 的除塵裝置（含爐頂除塵）。本次大修改造，考慮到主要的工藝設(shè)備均利舊，原有除塵系統(tǒng)工作狀況還不錯，故確定環(huán)境除塵主要的設(shè)備均利舊。

但根據(jù)現(xiàn)場情況考慮了具體除塵點(diǎn)的防野風(fēng)措施，并優(yōu)化了除塵罩的結(jié)構(gòu)和除塵管道的布置，提升了環(huán)保除塵效果。

2.3 風(fēng)機(jī)及TRT 設(shè)施

現(xiàn)有AV80-16 風(fēng)機(jī)返廠，由設(shè)備廠家對設(shè)備進(jìn)行了局部改造；TRT （MPG19-316/160） 系統(tǒng)利舊。

2.4 水泵房系統(tǒng)

本次改造，現(xiàn)有廠區(qū)給排水系統(tǒng)、高爐濁循環(huán)水系統(tǒng)均利舊。而高爐凈循環(huán)水系統(tǒng)，根據(jù)工藝的冷卻要求，進(jìn)行了改造。主要改造方案為：在高爐中心循環(huán)水泵房內(nèi)，更換了原高爐爐體軟水供水泵組（含過濾器、柴油泵）、凈環(huán)噴淋水供水泵組，增加空冷器（共增加了5 臺閉式空冷器）。

另外，對于水道專業(yè)的外線管道，主要是更新了原爐體軟水閉路系統(tǒng)的給、回水管道，并將外線供回水管道從地下管廊處升出地面架空鋪設(shè)。

2.5 其余改造項目

高爐區(qū)域的土建、電氣儀表設(shè)施和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，均配合高爐大修進(jìn)行了改造。另外為高爐新配置了二級系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、報表生產(chǎn)、對部分重要參數(shù)的計算及分析等功能。

高爐大修后，經(jīng)核算原料供應(yīng)系統(tǒng)中的焦炭和塊雜礦供應(yīng)不能滿足生產(chǎn)需求，故考慮在槽前新增了一條輸送線，從原料場向高爐運(yùn)輸焦炭和塊礦、雜礦。其余高爐生產(chǎn)所需的原燃料供應(yīng)系統(tǒng)均可以利舊。

3 高爐大修項目實(shí)施及投產(chǎn)情況

為縮短項目工期，本次大修改造采用了爐殼異地組裝后進(jìn)行整體推移的快速大修方案。經(jīng)過總包方精心的設(shè)計、采購和實(shí)施，以及周密的組織工作，最終成功實(shí)現(xiàn)了把每座2 500 m3高爐大修改造整個工期控制在55 天。相比同級別的高爐大修（一般施工周期約為120 天），本項目為業(yè)主方縮短了停爐時間～65 天，降低高爐停產(chǎn)損失的效果非常顯著。

該公司的3 座2 500 m3高爐，自2018 年5 月開始逐個投產(chǎn)，并在該公司的精心生產(chǎn)組織下，快速達(dá)產(chǎn)。目前高爐生產(chǎn)狀況良好，各處環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)均比大修前有改善。大修后三座高爐的主要生產(chǎn)指標(biāo)如表4 所示。

表4 高爐大修后生產(chǎn)指標(biāo)

4 結(jié)語

該公司此次2 500 m3高爐大修改造，重點(diǎn)是放在“高效、低耗、環(huán)保”這幾個方面，從投產(chǎn)后的生產(chǎn)實(shí)踐來看，大修改造的目的已經(jīng)完實(shí)現(xiàn)，特別是這幾座高爐的生產(chǎn)指標(biāo)，在全國范圍內(nèi)來比較也都可以稱得上優(yōu)秀。

另外從此次高爐大修改造的過程來看，這些2 500 m3高爐的第一代爐役設(shè)計中，部分工藝參數(shù)和部分工藝工輔設(shè)備保留的設(shè)計余量偏大。為降低初始投資和運(yùn)行成本，今后的設(shè)計中應(yīng)該注意在周密調(diào)研國內(nèi)外同級別高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在新建高爐項目中盡量降低對主要生產(chǎn)設(shè)備所保留的能力余量。