大型高爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)及高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用

李紅 陳 華 胡正剛 余珊珊 劉棟梁

(1．武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院; 2．湖北省冶金工藝模擬實(shí)驗(yàn)室; 3．武鋼重工集團(tuán))

0 前言

武鋼7 號(hào)高爐有效容積為3200 m3，2006年正式投產(chǎn)，2012年3月20日至4月28日進(jìn)行了改造性檢修。7 號(hào)高爐現(xiàn)有3 座霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐(預(yù)留有第四座位置)，拱頂砌磚形狀為懸鏈線(xiàn)，拱頂采用鋼托圈支撐，拱頂拐角處采用鉸接磚，燃燒室為眼睛型，并配置矩形兩通道式陶瓷燃燒器(見(jiàn)圖1)，隔墻為獨(dú)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在熱風(fēng)出口、熱風(fēng)主管和支管交叉的三岔口、熱風(fēng)主管和圍管三岔口、煙氣出口、主管和圍管轉(zhuǎn)折等易破損部位均采用組合磚砌筑，為防止晶間應(yīng)力腐蝕，在熱風(fēng)爐拱頂爐殼的內(nèi)面噴涂高溫耐酸油漆和耐酸噴涂料，熱風(fēng)爐具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

1 7 號(hào)高爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)

對(duì)于熱風(fēng)爐系統(tǒng)而言，影響高風(fēng)溫的主要因素有3 個(gè):燃料條件、格子磚、送風(fēng)系統(tǒng)。為提高風(fēng)溫使用水平，從設(shè)計(jì)角度對(duì)燃料、格子磚和送風(fēng)系統(tǒng)作了相應(yīng)的改進(jìn)，如富化煤氣配比、選擇合適的陶瓷燃燒器、改進(jìn)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)爐箅子支柱等，保證了高風(fēng)溫的穩(wěn)定提供和輸送。

1．1 熱風(fēng)爐燃料條件

在煤氣熱值確定的情況下，拱頂溫度直接影響送風(fēng)的溫度，而決定拱頂溫度的是富化煤氣的摻燒量。7 號(hào)高爐采用富化煤氣配比，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的配比，在武鋼廠區(qū)高爐煤氣的熱值偏低，僅為2952 kJ/Nm3的情況下，加大轉(zhuǎn)爐煤氣的摻燒比，對(duì)拱頂溫度提高明顯。

表1 武鋼7 號(hào)高爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)

1．2 陶瓷燃燒器特點(diǎn)

圖1 武鋼7 號(hào)高爐熱風(fēng)爐爐體

陶瓷燃燒器是內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的核心設(shè)備。7 號(hào)高爐陶瓷燃燒器的長(zhǎng)度是5 m，最大燃燒能力為168000 m/h，燃燒器長(zhǎng)度較6 號(hào)高爐要小，燃燒能力就設(shè)備能力來(lái)說(shuō)，兩種陶瓷燃燒器均能滿(mǎn)足高爐正常的生產(chǎn)需要。但由于熱風(fēng)爐爐殼的直徑相同，7號(hào)高爐燃燒器變小后，眼睛形燃燒室的面積減小到13．8 m2，蓄熱面積則增大了1 m2，從而使單座熱風(fēng)爐蓄熱面積由81003 m2變?yōu)?2990 m2，增加了2．5%左右，格子磚的重量也由247l t 增加到了2522 t。蓄熱面積和格子磚重的增大，使得7 號(hào)高爐熱風(fēng)爐的熱交換能力得到加強(qiáng)。

1．3 送風(fēng)系統(tǒng)

7 號(hào)高爐首先增加了拱頂1800 mm 人孔法蘭蓋下的陶瓷纖維氈厚度，加厚了隔熱層，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程中質(zhì)量的監(jiān)管，有效地解決了以往送風(fēng)過(guò)程中法蘭蓋溫度偏高的問(wèn)題。7 號(hào)高爐熱風(fēng)支管補(bǔ)償器砌層從內(nèi)到外依次為紅柱石磚HS －152、輕質(zhì)高鋁磚IH－114、黏土磚IE－114，最外層材質(zhì)為CL－130G 的輕質(zhì)噴涂層，厚度加厚至80 mm。7 號(hào)高爐設(shè)計(jì)時(shí)將熱風(fēng)圍管和熱風(fēng)出口的標(biāo)高調(diào)成了一致，同時(shí)為保證熱風(fēng)在兌入冷風(fēng)后能夠有較大的空間充分混合，將熱風(fēng)主管道的管徑加大至3100 mm，經(jīng)此修改，7 號(hào)高爐沒(méi)有設(shè)立混風(fēng)室，同時(shí)在鵝頸管與送風(fēng)支管的接口處，7 號(hào)高爐取消了擋圈。但由于管道系統(tǒng)的配置不合理，逐漸出現(xiàn)熱風(fēng)主管“丁字口”內(nèi)部耐火襯松脫，主管波紋管溫度過(guò)高，波紋補(bǔ)償器工作失效等問(wèn)題，2012年3月20日至4月28日高爐停爐進(jìn)行了改造性檢修，對(duì)熱風(fēng)管系進(jìn)行了翻新改造，具體內(nèi)容如下［2］:1)以熱風(fēng)主管丁字口為固定點(diǎn)，在熱風(fēng)爐與熱風(fēng)支管、熱風(fēng)主管三通處安置拉梁;2)原熱風(fēng)主管間5 組拉桿和5 臺(tái)波紋補(bǔ)償器改造為一組78．3 m 拉桿內(nèi)6 臺(tái)補(bǔ)償器，同時(shí)配備固定及導(dǎo)向支座;3)在熱風(fēng)主管原直角L 型及鈍角L 型區(qū)間3 組拉桿和3 組波紋補(bǔ)償器，同時(shí)配備固定及導(dǎo)向支座;4)對(duì)熱風(fēng)主管、支管和圍管的內(nèi)襯進(jìn)行重新砌筑，增加三岔口區(qū)域重質(zhì)磚厚度為190 mm，管道內(nèi)增加噴涂層，熱風(fēng)爐爐殼漏風(fēng)處進(jìn)行切割、灌漿、焊補(bǔ)。通過(guò)對(duì)熱風(fēng)管道進(jìn)行上述技術(shù)改進(jìn)，使熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)能夠安全地送入高爐，保證了熱風(fēng)輸送的穩(wěn)定性。

1．4 爐箅子支柱

7 號(hào)高爐設(shè)計(jì)時(shí)廢氣的溫度設(shè)定在400 ℃，較高的廢氣溫度對(duì)空氣和煤氣的預(yù)熱有幫助，但不利于熱風(fēng)爐爐身下部的爐箅子支柱。爐箅子支柱承載著熱風(fēng)爐蓄熱室內(nèi)數(shù)千噸的格子磚的重量，熱狀態(tài)下的強(qiáng)度條件非常重要。通過(guò)計(jì)算，7 號(hào)高爐的爐箅子支柱在不改變材質(zhì)(RQTSi4Mo)的情況下將柱子直徑適當(dāng)加大，同時(shí)在每根柱子周邊加了4 條35 mm厚的筋板，極大地提升了支柱的強(qiáng)度和承載能力，保證了格子磚的穩(wěn)定支撐。

2 高爐高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用

2．1 優(yōu)化熱風(fēng)爐燒爐技術(shù)

熱風(fēng)爐正常操作時(shí)采用二燒一送工作制，熱風(fēng)爐檢修時(shí)，改為一燒一送工作制，送風(fēng)周期設(shè)為45 min ～60 min。生產(chǎn)中，送風(fēng)溫度和熱風(fēng)爐拱頂溫度大約存在100 ℃的差值，拱頂和廢氣溫度越高，送風(fēng)溫度水平也越高。要求燒爐最佳效果是，在一個(gè)燃燒周期末期，拱頂溫度與廢氣溫度必須同時(shí)達(dá)到要求的水平，才能滿(mǎn)足高爐對(duì)高風(fēng)溫的要求，由于生產(chǎn)中煤氣量和發(fā)熱值不穩(wěn)定，操作上稍有不慎，拱頂溫度尚未達(dá)標(biāo)，而廢氣溫度達(dá)到警戒值，不得不轉(zhuǎn)入燜爐狀態(tài)進(jìn)行涼爐。7 號(hào)高爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索后找到了最佳燒爐方案，具體操作為，在燒爐初期，采取較低過(guò)剩空氣系數(shù)，快速?gòu)?qiáng)化燃燒，使用低發(fā)熱值高爐煤氣混入一定比例高發(fā)熱值轉(zhuǎn)爐煤氣，保持拱頂溫度1370 ℃(上限值)，在拱頂溫度達(dá)到上限時(shí)，廢氣溫度控制在370 ℃～380 ℃，技術(shù)要領(lǐng)即前急后緩，有效的提高了熱風(fēng)爐的熱效率。

2．2 提高高爐操作水平

在熱風(fēng)爐具備提供高風(fēng)溫的條件下，武鋼7 號(hào)高爐連續(xù)使用高風(fēng)溫冶煉，其中2013年3 ～5月的日均風(fēng)溫變化如圖2 所示。

圖2 武鋼7 號(hào)高爐2013年3 ～5月日均風(fēng)溫變化

從圖2 可以看出，隨著風(fēng)溫的提高，風(fēng)口前理論燃燒溫度明顯提高，過(guò)高的理論燃燒溫度容易造成SiO 的大量揮發(fā)氣化，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)煤氣壓差升高，特別是爐子下部的壓差會(huì)急劇上升，爐料下降條件明顯變壞，大大惡化料柱的透氣性［3］。因此必須適當(dāng)降低風(fēng)口前理論燃燒溫度和改善料柱透氣性。

2．2．1 控制合理的理論燃燒溫度

合理的理論燃燒溫度是高爐順行的基礎(chǔ)，而合適理論燃燒溫度的選擇跟高爐爐容大小相關(guān)聯(lián)，實(shí)踐表明，適合武鋼7 號(hào)高爐的理論燃燒溫度為2150 ℃～2300 ℃，影響理論燃燒溫度的三個(gè)因素主要是富氧率、煤比和風(fēng)溫，當(dāng)風(fēng)溫提高后，7 號(hào)高爐通過(guò)調(diào)整煤比和富氧率，保證了高爐穩(wěn)定順行。

表2 七高爐風(fēng)溫、煤比、富氧率三者之間的關(guān)系

2．2．2 改善料柱的透氣性

2．2．2．1 加大小焦用量

高爐長(zhǎng)期小塊焦混入礦石后入爐，加大小焦用量后，在有效提高礦石透氣性的同時(shí)提高礦石的間接還原度，并可將煤氣引向中心，有利于形成倒V型軟熔帶，改善礦石中心部位的透氣性和流暢性，進(jìn)而保證煤氣流的穩(wěn)定性。

2．2．2．2 控制適量中心焦

武鋼作為國(guó)內(nèi)應(yīng)用中心加焦技術(shù)的典型代表，多年來(lái)逐步形成“盡量抑制邊緣氣流，適當(dāng)開(kāi)放中心氣流”的操作理念，然而隨著原燃料條件變差，中心加焦過(guò)多，易形成中心焦柱，短時(shí)間不易反應(yīng)，原本既定料面形狀受影響，進(jìn)而使軟熔帶形狀發(fā)生改變，浪費(fèi)了寶貴的焦炭資源的同時(shí)，中心氣流也難以控制。為控制中心漏斗的深度和寬度，武鋼7 高爐摸索適合自己的中心焦量為焦批的12% ～18%，取得理想效果。

2．2．2．3 關(guān)注原燃料變化

高爐操作人員及時(shí)了解燒結(jié)對(duì)齒輥運(yùn)轉(zhuǎn)情況，定期檢查原料槽下的過(guò)篩效果，準(zhǔn)確掌握燒結(jié)粒度的變化情況，做到“早知道早動(dòng)手”;對(duì)不同焦?fàn)t的焦炭實(shí)行定槽備料和選槽用料，使不同粒度級(jí)焦炭在爐內(nèi)均衡分布;關(guān)注小焦槽存變化情況，槽存過(guò)低時(shí)，及時(shí)調(diào)整小焦用量和下料閘開(kāi)度，使小焦均勻混入礦石中。通過(guò)以上手段，保證入爐原燃料質(zhì)量的穩(wěn)定，改善了料柱的透氣性，維持了煤氣流的穩(wěn)定性。

2．2．2．4 優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)，改善焦炭質(zhì)量

7 號(hào)高爐用焦主要來(lái)自武鋼焦化3 號(hào)、4 號(hào)焦?fàn)t及7．63 m 干熄焦，為保證焦炭質(zhì)量，高爐技術(shù)部聯(lián)合焦化質(zhì)量控制組采取了以下措施:1)加大對(duì)人廠煤的檢測(cè)力度，降低人廠煤煤質(zhì)(即G 值和Y 值)波動(dòng);2)開(kāi)發(fā)新的低灰低硫優(yōu)質(zhì)煉焦煤，通過(guò)優(yōu)化配煤，改善配合煤灰硫指標(biāo);3)優(yōu)化配煤工藝，提高配煤的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化程度;4)優(yōu)化配煤方案，采用生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)生產(chǎn)使用過(guò)的多種配煤比統(tǒng)計(jì)分析和篩選，綜合各種因素，尋找焦炭質(zhì)量與生產(chǎn)成本的最佳平衡點(diǎn);5)建立武鋼主要煉焦用煤性?xún)r(jià)比評(píng)價(jià)體系，合理采購(gòu)煤種。

2．2．2．5 錯(cuò)角位布料及窄布料寬度

7 高爐根據(jù)自身原燃料條件，于2012年8月確立適宜的操作制度為C876541 333222 087654 23332、布料寬度為9 ° ～12 °，后期通過(guò)觀察煤氣CO2曲線(xiàn)、爐芯溫度、爐身冷卻壁水溫差、頂溫等的變化情況，對(duì)料線(xiàn)、裝料制度及布料角度進(jìn)行微調(diào)。考慮實(shí)際燒結(jié)礦粒度偏小，采用錯(cuò)角位布料，使礦石角度整體大焦炭0．8 ° ～1．2 °，同時(shí)控制焦、礦料線(xiàn)差0．2 m ～0．3 m，保證礦焦在料面落點(diǎn)基本一致。調(diào)整后，高爐透氣性得到改善，風(fēng)量、風(fēng)壓趨于穩(wěn)定，冷卻壁水溫差維持在4 ℃左右，煤氣利用率提高了近2%。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)以上高爐高風(fēng)溫 技術(shù)措施的實(shí)施，7 號(hào)高爐風(fēng)溫水平得到不斷提高，2013年3月全天風(fēng)溫穩(wěn)定到1230 ℃后，與2012年1 －3月相比，燃料比下降14kg/t 左右，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到有效改善(見(jiàn)表3)。

4 存在的問(wèn)題

表3 7 號(hào)高爐2013年1 －9月與改造檢修前(2012年1 －3月)主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

1)7 號(hào)高爐煤氣、助燃空氣預(yù)熱系統(tǒng)采用間接換熱的熱管換熱器，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)換熱管材要求極高，目前由于管道老化，煤氣預(yù)熱溫度由20 ℃上升至145 ℃，而助燃空氣只能由常溫上升至95 ℃，與當(dāng)初設(shè)計(jì)目標(biāo)180 ℃相差甚遠(yuǎn)。

2)熱風(fēng)爐使用的富化煤氣為低發(fā)熱值高爐煤氣和高發(fā)熱值轉(zhuǎn)爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣是由煤氣總管分撥給每座高爐，兩種煤氣的摻燒比例決定了拱頂?shù)臏囟取Ｔ趯?shí)際生產(chǎn)中，常常會(huì)出現(xiàn)總管壓力不夠，從而導(dǎo)致不能提供足夠的轉(zhuǎn)爐煤氣，嚴(yán)重影響了拱頂溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)武鋼7 號(hào)高爐進(jìn)行一系列的技術(shù)改進(jìn)，風(fēng)溫使用水平得到了顯著提高，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅度提高。高爐高風(fēng)溫技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，本項(xiàng)技術(shù)在武鋼7 號(hào)高爐的成功應(yīng)用為國(guó)內(nèi)其他高爐提供了參考。

［1］周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2008:501 －502．

［2］周?chē)?guó)錢(qián)，徐智慧，楊佳龍．武鋼7#高爐提高風(fēng)溫使用實(shí)踐［C］．全國(guó)高爐長(zhǎng)壽與高風(fēng)溫技術(shù)研討會(huì)論文集．北京:中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2012:322 －324．

［3］王莜留．鋼鐵冶金學(xué)(煉鐵部分)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2008:226 －228．