山東泰鋼1780m3高爐爐體長壽設計與實踐

何士義等

【摘 要】 本文介紹了山東泰鋼1780m3高爐爐體設計特點，針對影響高爐一代壽命的薄弱環節，在設計上采取了一系列的關鍵技術。高爐投產以來，爐況穩定順行，生產指標良好，爐體冷卻設備無破損，爐底爐缸工作狀態良好。

【關鍵詞】 爐體 設計 長壽 爐型

山東泰山鋼鐵公司在淘汰其南區5座小高爐的基礎上新建2座1780m3高爐，由中冶京誠工程技術有限公司設計，2座高爐設計年總產量303萬噸，分別于2011年12月和2012年3月投產。高爐以“先進、實用、長壽、高效”為設計原則，大量采用國內外高爐先進、成熟技術。目前2座高爐在入爐礦綜合品位57.4%，風溫1210℃的情況下，平均利用系數在2.4t/（m3·d）以上，入爐焦比369kg/t，煤比158kg/t，煤氣利用率49.5%。開爐至今高爐生產指標良好，爐體冷卻設備運行穩定無破損，爐底爐缸工作狀態良好。

1 高爐本體設計特點

為滿足高爐高效、長壽的要求，在設計方面采用了一系列成熟、可靠的技術，同時又充分考慮泰鋼的操作習慣，最終確定爐體的設計方案，其主要特點如下：

（1）采用磚壁合一的薄壁爐襯結構，并在高熱負荷區采用銅冷卻壁解決爐腹、爐腰至爐身下部區域冷卻設備易損壞的難題[1]；（2）采用成熟的、適當矮胖爐型，同時考慮薄爐襯與厚爐襯高爐爐型設計差異，適當加大爐腰直徑，減小爐身和爐腹角，適當加深死鐵層等，其目的是改善料柱透氣性，延長高爐壽命；（3）爐腹銅冷卻壁與風口帶鑄鐵冷卻壁合理銜接技術[1]的運用，極大的提高了冷卻壁掛渣的穩定性，降低了冷卻設備的損壞幾率；（4）采用優質耐火材料和可靠的結構設計來提高爐底爐缸的壽命；（5）軟水密閉循環系統以及合理的冷卻結構是長壽的重要保障；（6）采用了完善、可靠的高爐檢測系統。

2 合理的高爐內型

高爐內型設計不但要確定砌筑內型的合理性，而且要與生產后的操作內型相適應。磚壁合一的薄壁高爐爐型基本上就是操作爐型，在一代爐役內其操作爐型基本維持不變，因此在設計時就應該考慮爐型對高爐順行、穩定、高產和煤氣利用率的影響，為此，在總結同類容積高爐內型尺寸的基礎上，結合泰鋼的操作習慣和原燃料條件，確定了本高爐的爐型尺寸。

從爐型來看，考慮了薄爐襯與厚爐襯高爐爐型設計差異，適當加大爐腰直徑，減小爐身和爐腹角；考慮泰鋼的操作習慣和原燃料條件，對爐型進行了適當矮胖處理，其目的是改善料柱透氣性，有利于實現高產；適當加深了死鐵層深度，本次死鐵層深度是爐缸直徑的21.5%，有利于減輕鐵水環流對爐缸耐火材料的沖刷，減輕爐缸處的“蒜頭狀”侵蝕。

3 爐體冷卻結構

3.1 爐腹、爐腰至爐身下部區域銅冷卻壁的應用

爐腹、爐腰、爐身下部是實現高爐長壽的關鍵部位。此區域處于軟熔帶區，爐料磨損沖刷、渣鐵化學侵蝕、軟融帶根部反復上下移動產生的熱震等破壞同時存在，是高爐工況最惡劣的區域之一。實踐證明采用銅冷卻壁是解決該區域長壽的最有效手段。此高爐在爐腹、爐腰、爐身下部設計4段帶肋銅冷卻壁，壁體厚度115mm，冷鑲150mm厚微孔鋁炭磚。

3.2 爐腹銅冷卻壁與風口鑄鐵冷卻壁的合理銜接

磚壁合一的薄爐襯高爐，銅冷卻壁與鑄鐵冷卻壁的厚度以及砌磚要求的差別較大，因此出現了二者的銜接過渡問題[2]，尤其是爐腹銅冷卻壁與風口冷卻壁之間的銜接。過分追求爐腹銅冷卻壁磚襯的熱面與高爐內型線一致，以及爐腹區銅冷卻壁的安裝角度與設計的爐腹角保持一致容易導致銜接不合理，造成冷卻壁結合部的燒損。

此高爐爐腹區域采用一段反凸臺銅冷卻壁和特殊設計的風口區鑄鐵冷卻壁相銜接，凸臺本身也有冷卻功能，相當于在風口區鑄鐵冷卻壁上面安裝一環冷卻板。該結構能很好地保護與之相接的風口區鑄鐵冷卻壁。為了保持必要的風口帶磚襯厚度，爐腹區域銅冷卻壁的安裝角度（82°）大于設計的爐腹角，此種結構已在多座高爐上成功應用并取得了良好的使用效果。

4 爐底爐缸結構

4.1 爐底爐缸耐材結構

爐底爐缸壽命是高爐長壽的限制性環節之一，此高爐采用了大塊國產優質炭塊+陶瓷杯這種復合爐底爐缸結構，同時設計了與之相適應的爐底爐缸傳熱體系，具體方案為：

爐底設置5層400mm厚的滿鋪炭磚，從下往上依次為：1×400mm石墨磚+1×400mm半石墨炭磚+2×400mm微孔炭磚+1×400mm超微孔炭磚；炭磚上再砌筑2×400mm厚小塊剛玉莫來石陶瓷墊。

爐缸采用國產優質大塊炭磚+小塊微孔剛玉陶瓷杯結構，其中鐵口及鐵口以下區域，由于鐵水環流沖刷侵蝕比較嚴重，容易形成“蒜頭狀”侵蝕，因此采用了超微孔炭磚；鐵口以上采用微孔炭磚。

這種復合爐底爐缸結構設計，充分利用了陶瓷杯保溫性能好，抗鐵水侵蝕能力強的優點，在爐役初期既能起到良好的保溫作用，降低冶煉能耗；又能抵御高爐操作磨合期的異常爐況帶來的熱沖擊。在陶瓷杯損壞后，爐缸轉變為“導熱型”結構，又能充分發揮炭磚導熱性能良好的優勢，同時在爐缸關鍵區域采用了綜合性能更加優良的超微孔炭磚，確保爐缸壽命。

根據以上爐底爐缸結構以及耐材的特性，計算得到爐底爐缸溫度場見圖2。計算表明1150℃和800℃等溫線位于陶瓷杯內，所有炭磚均在800℃以下的溫度區間工作，從傳熱方面來看，爐底爐缸耐材結構是合理的。

4.2 爐底爐缸水冷結構

爐底爐缸冷卻系統的設計必需與耐材的特性相適應才能確保高爐的長壽。考慮到爐底耐材較厚，爐底水冷管設計在爐底封板以下，既滿足了爐底冷卻要求，又有利于爐底煤氣的密封。爐缸采用灰鐵光面冷卻壁，冷卻壁和爐底水冷管管徑均為φ76×6mm，爐底爐缸均采用軟水密閉循環冷卻，冷卻壁為4進4出一串到頂的連接方式，具體冷卻參數如下：

從計算來看，爐底水冷管在爐役前期的水溫升～1.07℃，爐役后期水溫升～4.13℃；爐缸第1～5段冷卻壁在爐役初期和后期的水溫升分別約0.50℃和1.43℃，爐底與爐缸冷卻能力均能滿足整個爐役階段的冷卻要求。endprint

5 軟水密閉循環冷卻技術

泰鋼1780m3高爐爐體采用軟水密閉循環冷卻工藝。從高爐軟水泵站出來的軟水送到爐前，分成兩部分供給高爐爐體：①爐底冷卻用水375m3/h，從爐底出來的軟水與風口大套串級使用。②冷卻壁冷卻水3250m3/h，水速1.8m/s，冷卻水管以豎向方式自下而上串接，一直到喉磚下部的冷卻壁。③風口中套冷卻水520m3/h。這三部分的軟水回水進入冷卻壁回水總管， 經過脫氣罐脫氣和膨脹罐穩壓，最后回到軟水泵房，經過換熱器冷卻再循環使用。設計全爐水溫升在3～6℃左右，換熱器的換熱能力按照水溫升12℃設計。

6 完善的爐體檢測

完善的爐體檢測系統是高爐安全生產和長壽的重要保障。本高爐在爐底爐缸設置爐襯測溫熱電偶、冷卻壁熱電偶，用以檢測爐底爐缸部位的溫度分布、推斷爐底爐缸的侵蝕狀況；爐體冷卻壁設置了測溫熱電偶用于判斷冷卻壁的損壞狀況和掛渣厚度；設置爐身靜壓（壓差）測量裝置，以計算料柱阻損，指導高爐的布料操作；在爐頂采用紅外線攝象儀，配合爐頂布料操作；軟水密閉循環冷卻系統內設有溫度、壓力、流量、液位等檢測系統以保證水系統安全運行。

7 高爐目前運行狀況

目前1#高爐入爐礦綜合品位57.36%，風溫1204℃的情況下，利用系數2.34t/（m3·d），入爐焦比371kg/t，煤比158kg/t，燃料比529 kg/t，煤氣利用率49.6%；高爐本體冷卻壁運行水量3300t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度50℃，爐底封板處溫度103℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為230℃、195℃。2#高爐入爐礦綜合品位57.39%，風溫1220℃的情況下，利用系數2.48t/（m3·d），入爐焦比366kg/t，煤比158kg/t，燃料比524 kg/t，煤氣利用率49.4%；高爐本體冷卻壁運行水量3312t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度49℃，爐底封板處溫度124℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為205℃、144℃。總體來看，兩座高爐開爐至今，爐況穩定，生產指標良好；爐體冷卻設備無破損，爐底爐缸內襯工作狀態良好。

8 結語

泰鋼2座1780m3高爐在設計上采用了多項爐體長壽技術，投產1年多以來，高爐運行正常，各項生產指標達到設計要求，部分指標已進入國內先進行列。從高爐檢測數據顯示，高爐爐襯和冷卻壁溫度都在正常工作范圍內，冷卻壁無破損，爐底爐缸內襯無明顯侵蝕。

高爐長壽是一項系統工程，其壽命能否達到預期主要取決于設計、施工、設備及材料質量、生產操作與維護。雖然目前2座高爐運行狀況良好，但運行時間還不長，需要在生產管理和爐體維護方面繼續努力，使該高爐達到“高效、長壽、節能、環保”的設計目標。

參考文獻

[1]王澤慜，張波，李學金等.國內冷卻設備的進步及對爐體下部結構的探討.2010-2010年全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵年會.

[2]吳啟常，魏麗.薄壁高爐內型設計.煉鐵，2011.4，30（2）.endprint

5 軟水密閉循環冷卻技術

泰鋼1780m3高爐爐體采用軟水密閉循環冷卻工藝。從高爐軟水泵站出來的軟水送到爐前，分成兩部分供給高爐爐體：①爐底冷卻用水375m3/h，從爐底出來的軟水與風口大套串級使用。②冷卻壁冷卻水3250m3/h，水速1.8m/s，冷卻水管以豎向方式自下而上串接，一直到喉磚下部的冷卻壁。③風口中套冷卻水520m3/h。這三部分的軟水回水進入冷卻壁回水總管， 經過脫氣罐脫氣和膨脹罐穩壓，最后回到軟水泵房，經過換熱器冷卻再循環使用。設計全爐水溫升在3～6℃左右，換熱器的換熱能力按照水溫升12℃設計。

6 完善的爐體檢測

完善的爐體檢測系統是高爐安全生產和長壽的重要保障。本高爐在爐底爐缸設置爐襯測溫熱電偶、冷卻壁熱電偶，用以檢測爐底爐缸部位的溫度分布、推斷爐底爐缸的侵蝕狀況；爐體冷卻壁設置了測溫熱電偶用于判斷冷卻壁的損壞狀況和掛渣厚度；設置爐身靜壓（壓差）測量裝置，以計算料柱阻損，指導高爐的布料操作；在爐頂采用紅外線攝象儀，配合爐頂布料操作；軟水密閉循環冷卻系統內設有溫度、壓力、流量、液位等檢測系統以保證水系統安全運行。

7 高爐目前運行狀況

目前1#高爐入爐礦綜合品位57.36%，風溫1204℃的情況下，利用系數2.34t/（m3·d），入爐焦比371kg/t，煤比158kg/t，燃料比529 kg/t，煤氣利用率49.6%；高爐本體冷卻壁運行水量3300t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度50℃，爐底封板處溫度103℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為230℃、195℃。2#高爐入爐礦綜合品位57.39%，風溫1220℃的情況下，利用系數2.48t/（m3·d），入爐焦比366kg/t，煤比158kg/t，燃料比524 kg/t，煤氣利用率49.4%；高爐本體冷卻壁運行水量3312t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度49℃，爐底封板處溫度124℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為205℃、144℃。總體來看，兩座高爐開爐至今，爐況穩定，生產指標良好；爐體冷卻設備無破損，爐底爐缸內襯工作狀態良好。

8 結語

泰鋼2座1780m3高爐在設計上采用了多項爐體長壽技術，投產1年多以來，高爐運行正常，各項生產指標達到設計要求，部分指標已進入國內先進行列。從高爐檢測數據顯示，高爐爐襯和冷卻壁溫度都在正常工作范圍內，冷卻壁無破損，爐底爐缸內襯無明顯侵蝕。

高爐長壽是一項系統工程，其壽命能否達到預期主要取決于設計、施工、設備及材料質量、生產操作與維護。雖然目前2座高爐運行狀況良好，但運行時間還不長，需要在生產管理和爐體維護方面繼續努力，使該高爐達到“高效、長壽、節能、環保”的設計目標。

參考文獻

[1]王澤慜，張波，李學金等.國內冷卻設備的進步及對爐體下部結構的探討.2010-2010年全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵年會.

[2]吳啟常，魏麗.薄壁高爐內型設計.煉鐵，2011.4，30（2）.endprint

5 軟水密閉循環冷卻技術

泰鋼1780m3高爐爐體采用軟水密閉循環冷卻工藝。從高爐軟水泵站出來的軟水送到爐前，分成兩部分供給高爐爐體：①爐底冷卻用水375m3/h，從爐底出來的軟水與風口大套串級使用。②冷卻壁冷卻水3250m3/h，水速1.8m/s，冷卻水管以豎向方式自下而上串接，一直到喉磚下部的冷卻壁。③風口中套冷卻水520m3/h。這三部分的軟水回水進入冷卻壁回水總管， 經過脫氣罐脫氣和膨脹罐穩壓，最后回到軟水泵房，經過換熱器冷卻再循環使用。設計全爐水溫升在3～6℃左右，換熱器的換熱能力按照水溫升12℃設計。

6 完善的爐體檢測

完善的爐體檢測系統是高爐安全生產和長壽的重要保障。本高爐在爐底爐缸設置爐襯測溫熱電偶、冷卻壁熱電偶，用以檢測爐底爐缸部位的溫度分布、推斷爐底爐缸的侵蝕狀況；爐體冷卻壁設置了測溫熱電偶用于判斷冷卻壁的損壞狀況和掛渣厚度；設置爐身靜壓（壓差）測量裝置，以計算料柱阻損，指導高爐的布料操作；在爐頂采用紅外線攝象儀，配合爐頂布料操作；軟水密閉循環冷卻系統內設有溫度、壓力、流量、液位等檢測系統以保證水系統安全運行。

7 高爐目前運行狀況

目前1#高爐入爐礦綜合品位57.36%，風溫1204℃的情況下，利用系數2.34t/（m3·d），入爐焦比371kg/t，煤比158kg/t，燃料比529 kg/t，煤氣利用率49.6%；高爐本體冷卻壁運行水量3300t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度50℃，爐底封板處溫度103℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為230℃、195℃。2#高爐入爐礦綜合品位57.39%，風溫1220℃的情況下，利用系數2.48t/（m3·d），入爐焦比366kg/t，煤比158kg/t，燃料比524 kg/t，煤氣利用率49.4%；高爐本體冷卻壁運行水量3312t/h，總水溫升4.4℃；高爐基礎溫度49℃，爐底封板處溫度124℃，爐缸第2、3段冷卻壁本體平均溫度分別為48、50℃，爐缸一支雙頭測溫電偶最高溫度分別為205℃、144℃。總體來看，兩座高爐開爐至今，爐況穩定，生產指標良好；爐體冷卻設備無破損，爐底爐缸內襯工作狀態良好。

8 結語

泰鋼2座1780m3高爐在設計上采用了多項爐體長壽技術，投產1年多以來，高爐運行正常，各項生產指標達到設計要求，部分指標已進入國內先進行列。從高爐檢測數據顯示，高爐爐襯和冷卻壁溫度都在正常工作范圍內，冷卻壁無破損，爐底爐缸內襯無明顯侵蝕。

高爐長壽是一項系統工程，其壽命能否達到預期主要取決于設計、施工、設備及材料質量、生產操作與維護。雖然目前2座高爐運行狀況良好，但運行時間還不長，需要在生產管理和爐體維護方面繼續努力，使該高爐達到“高效、長壽、節能、環保”的設計目標。

參考文獻

[1]王澤慜，張波，李學金等.國內冷卻設備的進步及對爐體下部結構的探討.2010-2010年全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵年會.

[2]吳啟常，魏麗.薄壁高爐內型設計.煉鐵，2011.4，30（2）.endprint