大型高爐集成技術及裝備的應用實踐

于欣淼，王 冰，李慶洋

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 271104）

1 高爐大型化概述

高爐大型化有利于實現集約化生產、節能降耗、提高智能化水平和提高環保水平。高爐大型化發展是國內煉鐵技術的發展趨勢，近年來我國在高爐大型化、淘汰落后產能等方面取得了有效進展。

高爐大型化的關鍵技術和裝備是實現高爐提高生產效率、降低能耗和成本、改善環境、提高智能化水平的保證[1]。在高爐工程設計過程中，積極創新設計思路和設計方法，在緊湊型鐵鋼界面、爐頂均壓煤氣回收、高爐長壽、特大型高爐頂燃式熱風爐、全干法布袋除塵、現代化出鐵場、高富氧大噴煤等方面集成創新了多項先進的技術及裝備。

2 主要先進技術和裝備

2.1 鐵鋼界面技術

山東省冶金設計院股份有限公司（全文簡稱“山冶設計”）在山鋼日照精品基地總圖布置方面，優化工序銜接和總圖布置，深挖大型高爐集約化潛力。運用冶金流程工程和系統工程的原理，對鐵鋼界面物質流、能量流、信息流的協同問題進行分析論證，以實現低成本生產，由此開發了新型鐵-鋼界面技術，該技術具體包括煉鐵-煉鋼“零”界面布置技術、鐵水“一罐到底”的超大型汽車運輸技術及汽車運輸鐵水智能化調運系統。

該技術具有占地少、投資省、低能耗、生產組織靈活可靠、物流管理先進等優點[2]。該技術首次在行業內應用，日照精品基地實現噸鋼0.665 m2的超低用地，鐵水最遠運輸路程不超過350 m，鐵水運輸時間短，大大降低了鐵水溫降。

2.2 特大型高爐長壽綜合技術

大型高爐長壽目標：一代爐役單位爐容產鐵量15 000 t/m3。設計過程中，首先將現有長壽先進技術進行集成，實現合理的高爐內型、科學的內襯結構、強化高爐冷卻、完善監測系統的有機結合。在此基礎上創新設計思路和設計方法，重點解決限制性環節的長壽問題。

針對高爐長壽的限制性環節，提出了“隔離”和“引導”的長壽設計理念，并采用以下四項技術措施，有效解決限制高爐長壽的突出問題。

1）建立合理的爐缸傳熱體系：保證爐缸長期穩定形成自保護性渣鐵凝滯層，將渣鐵與耐材“隔離”。

2）“自適應操作型爐缸爐底”結構：采用“引導”的理念，引導爐底爐缸侵蝕向“鍋底狀”發展，引導爐芯溫度保持在合理的范圍。

3）“平滑型”爐缸鐵口區過渡技術：通過合理增加鐵口區域炭磚厚度和采取“平滑型”過渡的措施，引導爐缸鐵水流向，減少鐵水對鐵口區耐材的沖刷侵蝕。

4）安全可靠的爐缸爐腹過渡銜接技術：改進爐缸爐腹銜接部位的冷卻壁結構形式，將爐缸爐腹銜接部位“隔離”在漏斗狀侵蝕線以外，解決爐缸和爐腹冷卻壁銜接部位燒損的問題。

2.3 高爐出鐵場綜合技術

高爐出鐵場設計具有操作平臺平坦化、機械設備自動化、環境綠色美化等特點。

1）高爐出鐵場主溝采用山冶設計自主研發的“智能化長壽主鐵溝”技術，為提高主溝壽命，配合完善的主溝耐材侵蝕監測系統，對主溝安全形成有力保障。自然風冷主溝示意圖如圖1 所示。

圖1 自然風冷主溝

2）采用創新型的落地旋轉式移蓋機，能夠實現平移、提升、旋轉三種動作，大大提升了爐前工人的操作維護空間，該設備為國內首創。

3）渣鐵溝采取全封閉除塵，采用嵌入式迷宮密封鑄鋼蓋板，防止蓋板受熱變形，杜絕粉塵外泄，同時達到美觀、實用、環保的目的。

4）渣鐵自動連續測溫系統、鐵水計量自動化監測系統、主溝溫度實時在線監測系統、渣鐵自動取樣及風動送樣系統的應用，進一步提高了出鐵場的自動化水平。

2.4 爐頂均壓煤氣回收技術

爐頂均壓煤氣回收一直是煉鐵界節能減排的一項重要課題，為積極響應國家節能減排的產業政策[3]，山鋼日照5 100 m3高爐采用爐頂均壓煤氣自然回收技術。在山冶設計總承包的山鋼萊鋼新舊動能轉換項目中，將3 800 m3高爐升級采用爐頂均壓煤氣全回收技術。該技術的核心單元為強制回收器，采用引射器形式，依靠高壓流體流經引射噴嘴而形成的高速射流，引射另一種低壓流體。

該技術實現均壓煤氣零排放，不僅避免了大氣污染，而且回收了能源，是降本增效、節能降耗、環保減排的有效措施。

2.5 高爐頂燃式熱風爐設計

2000 年，山冶設計設計了中國第一座高風溫頂燃式熱風爐——萊鋼3 號750 m3高爐熱風爐。此后，山冶設計一直致力于該技術的研發、推廣。

山鋼日照5 100 m3高爐熱風爐系統采用4 座特大型頂燃式熱風爐，采用兩燒兩送的送風制度。熱風爐燒爐采用純高爐煤氣，設計風溫1 260 ℃（能力1 300 ℃），預熱系統采用前置預熱爐（燒高爐煤氣）+板式換熱器的方式。

針對此次5 100 m3高爐頂燃式熱風爐技術的開發，做了大量的理論研究工作，應用了多項先進技術：熱風爐高效燃燒器、“帶中間隔熱層”的燃燒器技術、爐殼高效防晶間應力腐蝕技術、碟形爐底結構、穩定可靠的熱風管系補償及砌筑結構、熱風管壁在線測溫和自動燒爐控制技術等。

2.6 “潔凈型”轉鼓法渣處理技術

高爐渣處理系統在傳統冷印巴法的基礎上進行了優化和改進，形成了“潔凈型”轉鼓法渣處理技術。

1）采用脫渣水細渣分離技術，對轉鼓下方集水池內轉鼓無法過濾的細渣進行分離，提高沖渣水潔凈度，降低整個渣處理系統的磨損。系統循環水質得到極大改善，水中細渣含量大為降低，實現了渣水系統的清潔生產。

2）對轉鼓裝置的易侵蝕部件的結構和材質進行了優化和提升，以適應濃鹽水工況條件，提高設備壽命。

3）改進傳統印巴法集水池和熱水池集中相鄰布置在轉鼓下方的設計方案，將熱水池從轉鼓下方移出，對水泵房的冷水池和熱水池采用立體布置，方便熱水池的清理和水泵的檢修維護。

2.7 高爐煤氣凈化綜合技術

高爐煤氣凈化采用高效螺旋筒式旋風除塵器和全干法布袋除塵器相結合的煤氣凈化綜合技術[4]。實際運行時的煤氣含塵質量濃度在2 mg/m3左右，大大優于≤5 mg/m3的標準要求。

采用國產高效螺旋筒式旋風除塵器技術，避免了PW 型旋風除塵器結構復雜、磨損嚴重和達涅利型旋風除塵器襯板易脫落的問題，除塵效率可達到75%～80%。具有除塵效率高、占地小、投資省、壽命高、環保效果好等特點。

自2002 年山冶設計將煤氣全干法除塵技術首次在國內（萊鋼3 號750 m3高爐）成功應用以來，此技術在國內得到推廣應用，現已成為現代高爐煉鐵設計首選技術。針對本項目，還采用了高爐凈煤氣氣力輸灰技術、筒體智能恒溫伴熱保溫技術、帶煤氣放散功能的干法除塵技術等創新型技術，并取得了良好效果。

2.8 全自動精準噴煤技術

采用旋轉給料噴煤工藝，避免了傳統壓差式流化床噴煤工藝的缺點。噴吹精度由失重傳感器和旋轉給料器轉速的閉環控制來實現，主管噴吹精度達到±1%。采用噴吹支管等阻損設計，通過三維設計實現噴吹支管等阻損設計，大大提高了分配器后各支管的分配精度，提高了風口噴吹煤粉的均勻性。設置自動清堵裝置，系統會自動識別并啟動清堵程序。

全自動精準噴煤技術實現了全自動均勻、連續、準確噴吹，為富氧大噴煤操作提供了有力保障。盤式給料噴吹裝置示意圖如圖2 所示。

圖2 盤式給料噴吹裝置

2.9 特大型液壓鐵水罐傾翻技術

采用2 臺380 t 特大型液壓傾翻裝置（見圖3），該裝置是目前國內鑄鐵系統應用的最大的液壓傾翻裝置，填補了國內空白。

圖3 液壓傾翻裝置

該裝置經受住了高爐初期大量鑄鐵的生產需要，系統穩定運行。不但提高了鑄鐵機的生產能力，增強了鑄鐵工藝安全性，而且降低了工程直接投資。該裝置不僅具有超強的自動傾翻鑄鐵功能、靈活可調的流量控制功能，還具有緊急情況自鎖、手動調節復位的安全功能。

2.10 大型高爐智能化技術

開發了大型高爐智能化系統，該系統設計有完善的監測系統，結合高爐數字技術，實現了高爐爐況診斷和“黑箱”可視化，可有效指導生產操作。

通過高爐智能化系統的應用，可對高爐爐況進行實時診斷，實現對高爐滑料、塌料、崩懸料等下料狀態，高爐穩定性、透氣性、長期壓損、熱損失等運行狀態，邊緣輕重、管道等氣流狀態，爐缸活躍性、結瘤、爐缸堆積、爐型變化等爐體狀態的實時診斷與預警。同時，結合高爐現場操作經驗，形成操作參數的控制建議，有效減少高爐異常爐況的發生率，提高高爐順行率，優化高爐操作制度，為高爐的穩定、優質、低耗提供全面保障。

3 應用生產實踐

該系列技術應用于山鋼日照5 100 m3高爐，1 號5 100 m3高爐于2017 年12 月投產，2 號5 100 m3高爐于2019 年4 月投產，2 座高爐投產后，均快速達產達效，爐況穩定順行。