羅源閩光新1號高爐設計特點及應用實踐

陳 冬，范川澤，邱道欽，趙奇強

（1.中冶華天工程技術有限公司煉鐵事業部，江蘇 南京 210000；2.福建羅源閩光鋼鐵有限公司，福建 羅源 350600）

1 羅源閩光新1號高爐概述

福建羅源閩光鋼鐵有限公司（以下簡稱“羅源閩光”）新1號高爐設計有效容積為1 250 m3，設計采用了最新的工藝、設備及技術[1]，如抗漲和防漏型爐底爐缸爐體結構、新型軟水密閉循環冷卻系統、爐頂均排壓煤氣回收系統等[2]。1號高爐于2021年1月15日點火投產后，爐況穩定順行，各項指標均優于設計指標，平均利用系數在3.4 t/（m3·d）以上，處于同類型高爐中較先進水平。主要生產技術指標如表1所示。

表1 羅源閩光新1號高爐投產生產技術指標表

2 設計特點及分析

2.1 高爐本體系統

2.1.1 高爐爐型

高爐爐型是爐體系統的基礎，高爐內型對高爐生產起著重要的作用，一個好的高爐內型也是對高爐操作制度的重要支撐。在總結國內外同類型高爐設計與生產操作經驗的基礎上，結合本工程的具體條件，確定了合理的高爐內型。羅源閩光新1號高爐爐型與國內同類型高爐對比情況如表2所示。

表2 國內同級別高爐內型尺寸對比表

高爐本體爐型設計特點：高爐設24個風口，有利于高爐操作，實現高產和順行；內型結構適當矮胖，減小爐身角和爐腹角，有利于爐腹長壽及煤氣的分布；加大死鐵層深度和爐缸直徑，以減少鐵水環流侵蝕爐襯，有利于爐缸活躍，提高爐缸爐底壽命；爐底采用雙層封板結構，具有抗漲、防漏功能。這種新型爐底結構對入爐有害元素負荷比較高的高爐，具有良好的抗漲作用。

2.1.2 爐體冷卻結構及冷卻系統

羅源閩光新1號高爐設計采用全鑄鐵冷卻壁冷卻結構形式。爐體從爐底到爐身上部共設15段冷卻壁；爐喉采用兩段式水冷鋼磚。按照爐內縱向各區域工作條件的不同和熱負荷大小，采用不同結構形式和不同材質的冷卻壁。第1—4段冷卻壁為單層光面灰鐵冷卻壁；第5段（風口帶）為加厚雙層光面球墨鑄鐵冷卻壁；第6—13段為單層全覆蓋式鑲磚密排球墨鑄鐵冷卻壁；第14—15段為單層全覆蓋式鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁。

冷卻壁每塊鑲磚皆為不規則楔形磚，鑲滿冷卻壁后使冷卻壁熱面成為不平滑的鋸齒狀（見圖1），有利于初期噴涂料的附著和生產過程中形成穩定的渣皮，進而延長冷卻壁的壽命。

圖1 密排冷卻壁鑲磚示意圖

為加強高爐冶煉安全及合理控制軟水冷卻系統，本次設計了高爐冷卻壁熱負荷監測系統，用于及時監測爐體冷卻強度、渣鐵皮厚度及冷卻壁破損情況，以便在生產時進行操作調控，有效提升了高爐冶煉強度。

2.1.3 內襯結構和材質

高爐內襯是高爐正常工作的第一道防線，其使用效果會對高爐的使用壽命產生重大影響。內襯的選擇不僅要考慮耐材本身性能與所在部位相匹配，還要考慮內襯結構與冷卻結構、工作環境的統一結合。因此，在本次設計中，充分考慮了高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機理，針對性地選用耐火材料，并在內襯結構設計上加強了與冷卻系統的結合[3]。

2.1.3.1 爐底、爐缸內襯結構

高爐爐底、爐缸采用炭磚+陶瓷砌體復合爐襯結合水冷薄爐底結構。爐底、爐缸從下往上依次為：1層國產半石墨質炭磚、2層國產微孔炭磚、1層國產超微孔焙燒炭塊、2層大塊陶瓷墊。爐缸外側為超微孔炭磚+微孔炭磚，為了提高爐缸及風口砌體的穩定性和壽命，保護爐缸及風口設備，爐缸內側及風口區采用大塊陶瓷杯壁結構。為了防止高爐上漲、爐底爐缸鉛金屬沉積，本工程利用專有技術設計了抗漲和防漏型爐底爐缸爐體結構和爐缸排鉛槽。爐底爐缸耐材結構如圖2所示。

圖2 爐底爐缸結構示意圖

2.1.3.2 爐腹、爐腰、爐身內襯結構

爐腹、爐腰和爐身部位采用磚壁合一的薄壁內襯結構，在耐材的選擇方面，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，針對性選用耐火材料。

在爐腹至爐身中部采用單層密排水管球墨鑄鐵冷卻壁。由于該區域熱負荷大，機械沖刷、化學侵蝕嚴重，冷卻壁選擇導熱高、抗化學侵蝕性能好、耐磨性能高的氮化硅結合碳化硅磚，鑲磚厚150 mm，燕尾槽深75 mm。爐身上部冷卻壁內襯破損主要由機械沖刷和堿金屬侵蝕所致，黏土磚通過真空浸漬磷酸后，具有較強的抗堿金屬侵蝕能力，同時抗沖刷能力也得到一定的提高，因此，爐身中上部冷卻壁鑲磚采用磷酸浸漬黏土磚，鑲磚厚150mm，燕尾槽深75mm。冷卻壁鑲磚內側噴涂100 mm的FN-140涂料，以起開爐保護作用。

2.1.3.3 爐頂煤氣封罩上的噴涂層材質

爐頂煤氣封罩上的噴涂層，其錨固件采用龜甲網形式。噴涂料采用耐CO侵蝕和熱態抗折強度較高的FN-140噴涂料。

2.2 新型軟水密閉循環冷卻系統

高爐冷卻水系統的好壞直接關系到各個冷卻元件的使用壽命，從而關系到整個高爐的壽命。本次設計的循環冷卻系統采用軟水閉路循環系統。高爐軟水冷卻系統包括本體、風口中套、熱風爐系統閥門的冷卻。所謂雙循環系統，即經爐體（內容包括：爐底水冷管、冷卻壁水管）冷卻后的軟水（稱一次循環），會分流一部分出來，經過加壓后供風口中套、熱風爐系統閥門使用（稱二次循環），二次循環后的水與一次循環后未加壓的軟水匯合后，進入冷卻器進行自身冷卻，然后進入下一次循環，如圖3所示。

圖3 新型軟水密閉循環冷卻系統

高爐軟水密閉循環水系統通過正常生產時的系統壓力控制、液位控制和事故狀態下的安全控制，實現了高爐安全生產用水以及高爐本體冷卻壁管道的在線監測檢漏和控制。

2.3 爐頂均排壓煤氣回收系統

高爐生產中，爐頂裝料設備向爐內裝料時，料罐中的均壓煤氣通常都是直接對空排放的，這部分放散煤氣的主要成分為CO、CO2、N2和灰塵。料罐排壓放散時產生的噪音和粉塵污染，不僅直接對大氣環境造成污染，而且也造成了煤氣能源的浪費[4]。因此，本次中修對均壓煤氣進行了除塵并回收，均壓放散煤氣回收系統工藝流程如圖4所示。

圖4 均壓放散煤氣回收系統工藝流程示意圖

爐頂均排壓煤氣回收系統的工藝流程為：罐內的高壓荒煤氣通過旋風除塵器、均壓煤氣回收閥，沿下降管到煤氣回收布袋除塵器，再進入凈煤氣管網；待與凈煤氣壓力接近時，關閉均壓煤氣回收閥，打開均壓放散閥；待料罐壓力與大氣接近時，關閉均壓煤氣放散閥；最后打開上密封閥、上料閘，等待加料。

將該技術進行投產應用后，高爐運行情況穩定且良好，煤氣回收率達80%以上，取得較好的環保效益和經濟效益。

3 結論

1）羅源閩光1號高爐設計采用較先進的工藝技術及設備，高爐投產后，爐況穩定順行，各項指標均優于設計指標，平均利用系數在3.6 t/（m3·d）以上，處于同類型高爐中較先進水平。

2）設計采用新型軟水密閉循環冷卻系統，可實現高爐冷卻壁的在線監測檢漏功能。

3）爐頂采用均排壓煤氣回收系統，煤氣回收率可達80%以上，有利于高爐生產的節能環保。