萊鋼3#3 200 m3高爐采用的新技術及生產實踐

賈利軍，孟淑敏，王冰

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

生產技術

萊鋼3#3 200 m3高爐采用的新技術及生產實踐

賈利軍，孟淑敏，王冰

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

介紹了萊鋼3#3 200 m3高爐采用的長壽綜合技術、多流嘴式料流分配器+固定料罐的PW無料鐘爐頂設備、軸流旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統、環保型INBA法渣處理技術、高爐脫濕鼓風技術等設計特點，高爐順利開爐達產，歷經強化冶煉、高煤比、大礦批、限產、無計劃休風等不同操作實踐，爐況順行良好，各工藝系統運行正常，取得了良好的技術經濟指標。

高爐；高爐長壽技術；旋風除塵器

1　前言

萊蕪鋼鐵集團于2008年為實現鐵鋼生產平衡，進一步提高市場競爭力，優化產品結構，在銀山型鋼區域新建1座3 200 m3高爐，產能280萬t/a。為確保3 200 m3高爐工藝技術裝備水平達到國內先進水平，滿足先進、實用、成熟可靠、長壽環保、節能降耗、優質高效的要求，高爐設計過程中采用了一系列新技術、新工藝，主要包括大型高爐長壽綜合技術，多流嘴式料流分配器+固定料罐的PW無料鐘爐頂，軸流旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統，環保型INBA法渣處理技術，高爐脫濕鼓風技術等，取得了較好的生產效果。

2　高爐設計特點

2.1綜合長壽技術

影響高爐壽命的主要設計因素有高爐內型、冷卻元件、冷卻系統、高爐內襯以及檢測系統的設計。結合國內外同級別高爐的設計特點以及萊鋼已有高爐操作實踐，萊鋼3#3 200 m3高爐爐體設計中采用了多項長壽技術，如合理的高爐操作爐型，適應高爐不同工況、不同部位的爐缸爐底結構，爐體不同部位冷卻設備的配置，軟水密閉循環冷卻系統及完善的爐體監控設施等。

2.1.1合理高爐爐型及爐底爐缸結構

合理高爐爐型的確定是建立在操作經驗數據積累基礎上，根據高爐原燃料條件，參照爐容相近、原料條件和操作條件相似、生產指標先進的高爐爐型，采用經驗公式計算綜合確定的。根據高爐平均日產量和爐腹煤氣量指數計算確定高爐爐缸直徑為13 300 mm。較深死鐵層深度有利于死焦堆浮起，增加鐵水下部通道，保證爐缸活躍性，進而降低鐵水環流對爐缸耐材的侵蝕，有助于延長象腳區耐材壽命。高爐死鐵層深度取爐缸直徑的22.6%。因考慮大型高爐采用合理優化的爐料結構，噸鐵渣量減小，即單位入爐料鐵量增加，爐內間接還原反應可以縮小，因此該高爐內型設計降低了爐身高度，同時為增加爐缸存鐵量，減少出鐵次數，保證鐵水優良率，適當增加了爐缸高度［1］。高爐爐腹角的選取考慮了富氧大噴煤時高爐長壽的要求，爐腹角取78.29°，爐腰直徑取15 000 mm。以上爐型的設計符合現代高爐內型的發展趨勢：即矮胖化、爐身角趨于變小、爐缸容積增加、死鐵層加深的設計理念。

高爐壽命除合理的操作內型外，在一定程度上取決于爐底、爐缸的使用壽命。萊鋼3#高爐爐底爐缸結構設計是在總結分析傳統“傳熱法”和“隔熱法”爐缸爐底結構的優缺點的基礎上，采用“熱壓炭塊+陶瓷杯”相結合的復合爐缸爐底結構。其具體結構為：爐底第1層滿鋪高導石墨炭磚；第2、3、4層采用超微孔大塊炭磚。爐缸采用UCAR熱壓小塊炭磚NMA和NMD砌筑。為保證小塊炭磚與冷卻壁接觸不產生間隙，影響熱量傳導，小塊炭磚施工時采用UCAR專用炭素膠泥緊貼爐缸冷卻壁砌筑，爐缸側壁象腳侵蝕區以及鐵口區采用熱壓小炭塊NMD，以提高冷卻效果，鐵口區域采用加厚設計。爐底頂層為防止鐵水侵蝕，采用整體滿鋪剛玉莫來石陶瓷墊，厚度800 mm，陶瓷杯采用大塊結構。

2.1.2冷卻系統設計

在全面總結萊鋼已有高爐冷卻系統的生產運行狀況基礎上，3#高爐的設計繼續使用軟水密閉循環冷卻系統和高、中壓工業水系統。

爐體冷卻設備的選取主要考慮高爐不同部位工作環境的不同，采用不同類型的冷卻設備。具體為：風口及以下部位采用6段冷卻壁，第1段為鑄鐵冷卻壁；第2段所處位置為爐缸“象腳”部位，因此采用冷卻效果較好的銅冷卻壁，強化對該部位的冷卻，確保爐缸安全；第3～6段為鑄鐵冷卻壁；另外，為更好地保護鐵口，在每個鐵口的周圍設置4塊銅冷卻壁；爐底鋪設不銹鋼管作為冷卻設備；爐腹至爐身中下部設置6段銅冷卻壁。

為解決銅冷卻壁與鑄鐵冷卻壁的銜接問題，爐腹第1段銅冷卻壁采用倒凸臺型結構，凸臺長度為210 mm；同時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為82.33°，大于設計爐腹角78.29°。該結構能很好地保護與之銜接的風口區鑄鐵冷卻壁。爐身中、上部設5段鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，銅冷卻壁熱面噴涂BFS噴涂料，鑄鐵冷卻壁熱面鑲砌氮化硅結合碳化硅磚，爐喉設置水冷爐喉鋼磚。

2.1.3完善的爐體監控設施

為使操作人員能及時了解高爐各部位的運行情況，做到提早發現問題并技術調整爐況、維護治理，確保高爐穩定順行，在爐體系統中設置了較完備的檢測設施。包括：爐缸爐底內襯的溫度檢測、冷卻設備的溫度檢測，以檢測高爐爐缸爐底的溫度情況，判斷爐體熱流強度的變化、分布情況，間接推算爐缸爐底的侵蝕狀況；設有爐身靜壓、爐頂十字測溫裝置，用來計算料柱阻損和分析高爐煤氣流分布情況及爐頂溫度變化，用以指導高爐布料操作。高爐水系統設有溫度、壓力、流量、液位等完善的檢測設施，確保高爐水系統的安全運行。

2.2爐頂裝料系統

3#3 200 m3高爐爐頂系統設計采用多流嘴式料流分配器+固定料罐PW無料鐘爐頂設備，該方式可解決上部料罐固定時爐料在料罐內的偏析問題及料罐旋轉機構的維護保養問題。

上部料罐采用固定式結構并支撐在爐頂大框架上的方式，大大簡化了爐頂結構布置，取消制造難度大、加工要求高、安裝不便的爐頂料罐支撐環梁，平臺布置寬敞，為操作維護帶來方便。上部閥箱采用懸掛移出式結構，徹底解決了上料閘的整體檢修問題，爐頂環境大為改善。

2.3煤氣系統

萊鋼3#3 200 m3高爐煤氣系統由煤氣導出管、自由復式波紋管、上升管、五通球、下降管、軸向旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統、全干法布袋除塵器組成。其中“五通球”式的煤氣導出管連接形式與軸向旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統在萊鋼高爐中是初次使用。

2.3.1“五通球”連接形式

高爐爐頂煤氣管連接方式主要有兩種：“三岔管”式和“五通球”式。萊鋼3#高爐爐頂4根煤氣上升管的頂部采用球形節點的“五通球”連接方式。對比傳統的“三岔管”結構，該結構使爐頂總高度降低約11 m，同時降低了車間總圖、爐頂結構和爐頂均壓系統的布置難度。所用“五通球”內徑為6 000 mm，材質Q345B，鋼板厚度50 mm，球內噴涂抗折強度高、耐CO侵蝕性能優良的不定型耐火材料。

2.3.2軸向旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統

萊鋼3#高爐粗煤氣除塵的形式采用軸向旋風除塵器。來自爐頂下降管的高爐煤氣進入軸向旋風除塵器，在軸向旋風除塵器的分離室內通過軸向旋流板產生渦流，產生的離心力將含有粗顆粒的煤氣甩向除塵器的殼體，粗顆粒與殼體碰撞后沿著殼體滑落進入集塵室，而氣流由分離室底部的錐形體部位分流向上，粗除塵后的煤氣通過分離室上部管道離開軸向旋風除塵器進入干法煤氣凈化系統。但是，高流速的高爐煤氣對旋風除塵器的旋流板和殼體有強烈的磨損，因此，在磨損強烈的部位需襯以高耐磨性能的襯板。軸向旋流除塵器可以通過改變旋流板葉片的角度來調節灰塵的顆粒分配，從而可以調節軸向旋流除塵器的分離效率。

旋風除塵器下方的排灰口設有兩個錐形導灰斗，每個導灰斗連接1個儲灰罐，儲灰罐與導灰斗之間有閘板閥和上卸灰閥控制，儲灰罐下部設有卸灰閥控制排放灰塵。此套旋風除塵器共有兩套排灰系統，互為備用。每個儲灰罐都裝有稱量系統，用于控制和監視灰塵高度和儲量。當儲灰罐滿后，上卸灰閥自動關閉，儲灰罐放散打開，氮氣吹掃打開，此時系統自動檢測真空吸排罐車連接到位后，打開下排灰閥即可排放灰塵。

2.4渣處理工藝設計

在渣處理工藝的選擇時，通過總結萊鋼已有高爐渣處理工藝的生產實踐，盡管圖拉法工藝徹底解決了傳統水淬渣易爆炸的安全問題，安全性較高，但是仍然存在：因系統配套不完整，且循環水量有逐步增加的趨勢，粒化輪襯板壽命較短，增加維修成本，水淬渣過程中產生的H2S和SO2隨蒸汽直接排入大氣，會促進酸雨形成，導致污染環境等缺點。而目前INBA法渣處理工藝也能安全地進行爐渣的粒化；同時能徹底解決煙塵、蒸汽對環境的污染，達到污染物零排放的目標。

而INBA法又有熱INBA、冷INBA和環保型INBA之分。3種INBA法爐渣粒化、脫水的方法均相同，都是使用水淬粒化，采用轉鼓脫水器脫水，不同之處主要在水系統。熱INBA只有粒化水系統，粒化水直接循環；冷INBA粒化水系統設有冷卻塔，粒化水冷卻后再循環；環保型INBA水系統分粒化水和冷凝水兩個系統，冷凝水系統主要用來吸收蒸汽、二氧化硫、硫化氫。綜合考慮，萊鋼3#3 200 m3高爐渣處理工藝采用環保型INBA渣處理工藝。

2.5脫濕鼓風

脫濕鼓風技術是通過控制鼓風中水分，使高爐鼓風機入口空氣的濕度降低到操作所要求的最佳數值，并保持穩定。該技術的使用對高爐節焦降耗及穩定爐況有良好的效果。萊鋼3#3 200 m3高爐采用了這項新技術，該技術在萊鋼高爐初次使用。高爐鼓風脫濕方式按原理分為物理脫濕（冷凝式）和化學脫濕（干式氯化鋰和濕式氯化鋰）。萊鋼3#高爐采用的是物理脫濕方式，即在鼓風機前設計冷凝式脫濕裝置，其工藝是：由溴化鋰吸收制冷機冷凍水，通過表冷器將空氣溫度降低，在一定溫度及壓力下，使空氣中的水分達到露點，冷凝析出，從而達到高爐鼓風脫濕的目的。根據AV100-18風機性能參數，結合夏季風機進口溫度、脫水量以及制冷機富裕能力，選擇型號為RAW180LFG溴化鋰吸收式制冷機組，制冷量7 033 kW，蒸汽耗量7.9 t/h，所需蒸汽壓力為0.6 MPa，溫度180℃。

3　生產實踐

萊鋼3#3 200 m3高爐自2010年3月16日點火、順利開爐，第4天產量達到6 160 t/d，實現達產目標。因近年來鋼鐵市場形勢對鋼鐵企業生產成本控制及生產組織的影響，3#高爐先后經歷強化冶煉、高煤比、大礦批、限產、無計劃休風等不同操作實踐，總體爐況順行良好，各工藝系統運行正常，進一步證實了高爐工藝設計、設備選型的合理性，同時所采取的新工藝技術均達到了預期的效果。

自投產以來，在不同操作狀況時，高爐爐體檢測系統包括爐缸爐底耐襯檢測系統、冷卻設備及冷卻水系統運行正常，檢測數值均未出現異常，表明高爐爐體使用正常，未出現異常侵蝕與破損現象。高爐爐頂裝料系統運行良好，不僅完全滿足高爐不同操作條件下的上料要求，而且因沒有了上料罐的驅動裝置，減少了驅動設備及其潤滑部分帶來的生產運行成本。軸向旋流除塵器分離效率可達到85%～90%，出口煤氣含塵量＜3 g/Nm3，大大減少后序高爐煤氣凈化系統的負荷。吸排罐車自動卸灰系統能夠在短時間內完成灰塵的排放收集，同時避免了二次揚塵，降低高爐煤氣泄漏概率，既有利于降低環境污染又提高了操作人員的安全性。環保INBA渣處理工藝的使用既解決了沖制熔渣時產生的大量有害蒸汽對環境的污染，同時沖渣產生的蒸汽冷凝水回收循環使用，節約了大量用水，經濟效益可觀。高爐脫濕鼓風技術的采用，使鼓風機風量增加5%～7%，或者鼓風機風量不變的情況下，軸功率減少5%～7%，平均降低焦比8 kg/t，節焦1.7%，使得高爐增產1.3%，煤比增加約17%［2］。

萊鋼3#高爐近兩年內典型的生產指標見表1。

表1　萊鋼3#高爐近兩年典型的生產指標

4　結語

萊鋼3#3 200 m3高爐的設計充分借鑒了國內外及萊鋼高爐的先進成熟技術，采用了一系列新技術，包括：高爐綜合長壽技術、多流嘴式料流分配器+固定料罐PW型無料鐘爐頂設備、軸流旋風除塵器+吸排罐車自動卸灰系統、環保型INBA法渣處理技術、高爐脫濕鼓風技術等，充分體現了以長壽為依托，提高資源、能源和設備利用率，實現“高效、低耗、優質、長壽、環保”的設計目標。

［1］于國華，王冰，陳誠，等.萊鋼型鋼3號高爐爐體長壽設計［J］.冶金能源，2014（2）：14-17.

［2］譚永慶.萊鋼3#3 200 m3高爐鼓風脫濕裝置［J］.山東冶金，2010，32（4）：76-77.

Abstrraacctt：In the paper，a series of new process and technology adopted in newly built No.3 3 200 m3BF in laiwu steel are introduced，such as comprehensive technology of blast furnace longevity，multi nozzle type and fixed hopper of PW bell-less top，technology of axial cyclone deduster plus automatically discharging ash system，environmental INBA slag granulation technology，the dehumidified blast technology of BF and so on.The blast furnace was started up smoothly and reached the design product，in addition，all kinds of operation experience was happened，for example，intensified smelting，high coal ratio，large ore batch，limited production，wind-off without plan.The results were verified that every system ran normally and had better technical and economic index.

Key worrddss：blast furnace；longevity technology of blast furnace；cyclone deduster

New Technology Adopted and Operation Practice in No.3 3 200 m3BF in Laiwu Steel

JIA Lijun，MENG Shumin，WANG Bing
（Shandong Province Metallurgical Design Institute Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF5

B

1004-4620（2016）03-0020-03

2016-02-03

賈利軍，男，1983年生，2008年畢業于安徽工業大學熱能與動力工程專業，碩士。現為山東省冶金設計院股份有限公司煉鐵室工程師，從事煉鐵工藝設計工作。