邢鋼1050m3高爐設計特點

劉華平

（山東省冶金設計院股份有限公司 山東 濟南 250101）

0 引言

河北邢臺鋼鐵有限責任公司（簡稱邢鋼）根據發展需要，擬新建3座1050m3高爐，一期投產一座，并預留二期、三期兩座高爐及相關配套設施。為實現低消耗，低排放，高效率及長壽、環保的生產目標，1050m3高爐主要設計指標：利用系數2.7t/m3.d，入爐礦綜合品位 58.3%，焦比 350kg/t，煤比 180kg/t，風溫1200℃，爐頂壓力0.22MPa，富氧率2.5%，噸鐵渣量不大于350kg，年產生鐵100萬t，高爐一代爐齡不低于12年。

1 高爐本體

高爐采用自立式框架結構，爐體下部采用間距16×16m的方形框架，上部采用間距14×14m的方形框架。高爐內型設計采用有利于強化冶煉的矮胖型，并采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁內襯、銅冷卻壁、碳磚+剛玉莫來石磚爐底、塑性相結合剛玉復合磚“陶瓷杯”+碳磚爐缸、軟水密閉循環系統等先進技術以及完善的檢測儀表，以加強對高爐本體各系統的監測，為高爐生產穩定、順行、高效、長壽奠定基礎。

1.1 高爐內型

合理的高爐內型是實現高產、穩產、低耗、長壽的基本條件之一。在總結國內外同類型容積高爐內型尺寸的基礎上，結合邢鋼原燃料條件，設計采用適宜強化冶煉的矮胖爐型，高爐爐型參數見表1。其特點如下：

1）采用矮胖型爐型,減小爐腹角、爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后的爐料下降，較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對爐腹生成渣皮的沖刷，保護爐腹冷卻壁，延長其壽命。

2）加深死鐵層深度。加深死鐵層會增加爐缸侵蝕面積，但環流的減弱，將延緩爐墻厚度方向的侵蝕速度，無疑對高爐是有利的。同時較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量儲備,穩定鐵水溫度和成分。

3）加大了爐缸高度。可保證風口前有足夠的風口回旋區，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心焦的透氣 （液）性，有利于改善氣體動力學條件。

4）高爐設有20個風口，2個鐵口（夾角170℃）。

表1 高爐內型主要參數

1.2 冷卻設備

爐體采用全冷卻方式。從爐底到爐喉鋼磚下沿共設15段冷卻壁。按照爐內縱向各區域不同的工作條件和熱負荷大小，采用不同結構形式和不同材質的冷卻壁。第1～5段即爐缸和爐底采用耐熱鑄鐵光面冷卻壁；在第6～9段爐腹、爐腰和爐身下部使用四段銅冷卻壁，銅冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁碳磚；第10～13段即爐身中、上部采用全覆蓋鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，第10段冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁炭磚，11～13段冷卻壁鑲砌磷酸浸漬粘土磚，提高此部位抗堿金屬侵蝕能力，同時抗煤氣沖刷能力也得到一定的提高；爐身上部第14、15段為倒“C”型球墨鑄鐵光面冷卻壁；爐喉鋼磚材質球墨鑄鐵，采用水冷結構。

1.3 高爐內襯

為了延長爐底和爐缸的壽命，采用優質耐火材料并提供良好的冷卻。爐底采用半石墨質焙燒碳磚+微孔炭磚（超微孔炭磚）+剛玉莫來石磚結構：爐底第1、2層采用半石墨質炭磚；第3層采用微孔炭磚，第4層采用超微孔炭磚；最上5、6兩層采用剛玉莫來石磚。

爐缸外側鐵口以下環砌超微孔炭磚，鐵口以上環砌熱壓小塊炭磚，內砌塑性相結合復合剛玉磚。爐缸內保護磚為高爐粘土磚。

風口區域采用塑性相結合復合剛玉磚。

鐵口區域：爐缸部位采用超微孔炭磚，爐殼外及爐缸以內采用塑性相結合復合剛玉磚。

在高爐成渣帶第6～9段銅冷卻壁，第10段冷卻壁外鑲砌燒成微孔鋁炭磚。

在第11～13段球墨鑄鐵冷卻壁外即爐身中、上部鑲砌磷酸浸漬粘土磚。

爐底炭磚以下與封板之間及側壁采用高導熱炭素填料，爐缸上部區域采用緩沖泥漿，吸收爐底耐材受熱產生的膨脹。冷卻壁與爐殼之間采用非水系壓入泥漿，冷卻壁之間采用碳化硅搗打料。

爐頂煤氣封罩上的噴涂層,其錨固件采用“C”型和“Y”型相結合的型式，“C”型錨固件與鋼絲網緊靠爐殼設置，以提高噴涂料與爐殼的粘結性，“Y”型錨固件則起支撐噴涂料的作用。煤氣封罩噴120mm厚的不定型耐火噴涂材料。

1.4 冷卻水系統

1）軟水密閉循環系統

軟水密閉循環系統具有高效、節能、節水及冷卻效果好的特點。高爐軟水系統與熱風爐軟水系統并聯，高爐軟水系統循環水量3100t/h，供水壓力0.6MPa。冷卻壁軟水循環水量為2400t/h。爐底及風口大套串聯，水量為300t/h。風口中套水量400t/h。系統設置脫氣罐2個、膨脹罐1個。

2）高壓凈環水系統

風口小套、爐頂打水、十字測溫裝置等采用高壓凈環水冷卻，水量830t/h，水壓1.5MPa。

3）常壓凈環水系統

爐喉鋼磚、爐前用水點等采用常壓凈環水系統，水量520t/h，水壓 0.6MPa。

2 無鐘爐頂

2.1 爐頂裝料設備

采用PW串罐式緊湊型無料鐘爐頂，α角傾動、β角旋轉均采用電機驅動、編碼器控制，其它設備均采用液壓傳動。料罐有效容積24m3。爐頂工作壓力0.2MPa。

2.2 均壓、排壓系統

均壓、排壓系統采用二次均壓形式，一次均壓為凈煤氣，二次均壓為氮氣。共設置2臺液壓驅動均壓閥。爐頂排壓系統設2臺液壓驅動均壓放散閥，閥后設消音器。

2.3 其它設備的主要性能

高爐設有緊湊式垂直探尺2臺，探尺為交流變頻傳動。同時配有雷達探尺1臺。爐頂設置一臺25t檢修吊車，供吊裝大型爐頂設備。設置1臺10t電動葫蘆及4臺10t手動葫蘆等。

3 熱風爐

本工程采用三座改進型頂燃式熱風爐，設計熱風溫度1200℃。頂燃式熱風爐結構對稱，穩定性好。蓄熱室內氣流分布均勻，效率高，更加適應高爐大型化的要求[1]。系統內配置空氣煤氣整體式熱管預熱器，回收廢氣預熱并將助燃空氣煤氣加熱至約190℃；頂燃式熱風爐從根本上消除了內燃式熱風爐墻體存在裂縫和磚縫、燃燒室和蓄熱室之間煤氣泄露引起的短路、香焦形彎曲等6大缺點，結構穩定，壽命達20～30年，煤氣燃燒充分，氣流分布均勻，熱風爐高度降低5%～10%，投資降低5%～10%，風溫高出100～150℃，節約焦碳10kg/tFe，增產 5～10%。

改進型頂燃式熱風爐在吸收以往頂燃式熱風爐技術優勢的基礎上，降低了預燃室耐火材料對熱震性的要求，并采取了合理的熱風管道補償技術，優勢明顯，適合中國大多數煉鐵企業采用。高爐配置的3座改進型頂燃式熱風爐，主要參數為：熱風溫度1200℃；拱頂溫度最大1400℃；熱風爐全高38.1m；蓄熱室面積48m2；設計一代壽命30年。

4 風口平臺和出鐵場

高爐共設兩個鐵口，鐵口間夾角170°，采用雙矩形出鐵場，平坦化結構設計。出鐵場為混凝土結構平臺，每個出鐵場面積42m×33m。出鐵場面層為150mm厚耐熱混凝土。為改善出鐵場環境，在主溝、支鐵溝及渣溝主要溝段設有溝蓋。溝蓋外殼采用鋼板焊接件，內側為耐火澆注料。主溝采用固定貯鐵式，爐前主要設備有KD300型液壓泥炮、KDIA型全液壓開鐵口機、32/5t雙鉤橋式起重機、擺動流嘴等。渣處理采用底濾法，系統設干渣坑備用。

5 供料系統

供料系統由貯礦槽、貯焦槽、給料、篩分、稱量設備和膠帶運輸機等組成。采用以下技術：

5.1 小塊焦回收利用。焦丁回收及返焦系統：焦炭篩篩下的≤25mm的小塊焦經碎焦大傾角膠帶機提升到碎焦篩分樓頂部，通過焦丁篩進行篩分。焦丁篩分級粒度為10mm，篩上物為焦丁，由篩上溜槽進入碎焦3#皮帶機運送到焦丁倉貯存備用，10mm以上的小焦經槽下供料系統混裝后進入2#槽下礦石膠帶機上進入高爐。篩下物為粉焦，通過溜槽進入粉焦倉貯存。

5.2 爐頂采用雙料車上料，料車容積8m3，斜橋傾角為54°18＇。高爐配置1臺卷揚機。卷揚機采用變頻單電機驅動，碟片制動裝置。設置鋼繩松弛開關。卷筒直徑為Φ2000，繩槽加耐磨塑襯。

6 干法除塵系統

1050m3高爐煤氣布袋除塵器處理最大煤氣量為240000Nm3/h，適應的正常煤氣溫度為100℃～250℃。濾袋材質為超細氟美斯9806，對于150℃左右的高爐煤氣，經過布袋除塵器的煤氣含塵量降到5mg/Nm3以下。

設計采用低壓脈沖噴吹布袋除塵器，布袋除塵器采用雙排布置，箱體數量為15個，箱體直徑3.5m，單個箱體過濾面積為548m2。為防止布袋被氣流從外壓扁，袋內裝有支撐袋籠。箱體上部設有氮氣脈沖噴吹裝置，用氮氣對濾袋進行噴吹。經氮氣噴吹后灰塵降落至箱體底部集灰斗，待集灰斗的灰位集到一定的設定高度時，開啟卸灰球閥、星形葉輪給料機由刮板機、斗提送至灰倉，灰倉上部設倉頂除塵器；當灰倉的灰位集到設定高度時，開啟卸灰球閥，由加濕機加濕后外運。系統另設凈煤氣放散裝置一套。

7 BPRT系統

BPRT系統區別于傳統的TRT裝置和高爐鼓風機組。在傳統TRT裝置和高爐鼓風機組的基礎上，專門合并集成了高精度頂壓智能穩定裝置。高爐鼓風機的調節控制，功能不減，安全裕度不減。該系統主要由十大子系統組成：1）高爐鼓風主機系統。2）能量回收透平主機系統。3）高精度頂壓智能穩定系統。4）管網輸配與大型閥門系統。5）自動化儀表控制系統。6）高低壓電氣系統。7）液壓伺服控制系統。8）潤滑油控制系統。9）氮氣密封系統。10）冷卻水系統。

高爐鼓風機選用AV63－14型全靜葉可調軸流式電動鼓風機組1臺，最大風量為3578m3/min，出口風壓為0.48MPa，配套電機額定功率為18500kW。高爐煤氣透平機選用MPG8.1-290/150型，入口壓力 0.17～0.19MPa，出口壓力 12～15kPa，輸出功率 5020～6810kW。

8 結語

邢鋼1050m3高爐遵循現代高爐最新的設計思想，采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁爐襯、銅冷卻壁、碳磚-陶瓷杯復合爐底、全軟水密閉循環冷卻系統、PW串罐無料鐘爐頂、改進型頂燃式熱風爐、干法除塵、BPRT等一系列先進實用技術，為實現低消耗，低排放，高效率及長壽、環保的生產目標奠定了技術基礎。該高爐于2010年底投產，目前運行良好。

［1］赫素菊，蔣武鋒，方覺.高爐煉鐵設計原理[M].北京：冶金工業出版社，2003：111-113.