某公司2 500 m3 高爐大修改造技術特點

王建同

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

0 引言

某公司3 座2 500 m3高爐，于2008 年9 月開始陸續投產，到2018 年，這3 座高爐已處于爐役后期，高爐爐缸耐材受損嚴重，對安全生產影響較大，所以該公司考慮對高進行改造性大修。本次高爐大修改造，在方案設計上主要考慮了提高冶煉強度、降低能源消耗、強化環保治理的改造原則和具體改造措施。

本文對原來高爐生產中各個系統影響和限制高爐提高冶煉強度、降低燃料消耗和減少污染排放的因素進行了分析和闡述，在此基礎上確定了高爐各系統對應的大修改造設計方案，并對此次高爐大修改造工程實施情況和高爐投產后生產運行狀況進行了分析總結。

1 高爐工藝系統主要改造方案

2 500 m3高爐大修改造后的主要技術經濟設計指標如表1 所示。為滿足表1 所示技術經濟指標，結合高爐舊有的工藝、公輔設備，擬定了對整個高爐車間的改造方案。

表1 2 500 m3 高爐大修后的主要技術經濟設計指標

1.1 礦槽和上料系統

原上料系統礦、焦槽為雙排布置，主要設有10個礦槽和5 個焦槽，以及碎焦槽、碎礦槽、焦丁槽各1 個，并設有小塊焦回收利用裝置。礦槽上設有2 條運礦皮帶機（1 條1.4 m，運量為1 600 t/h；1 條1.2 m，運量為1 200 t/h），焦槽上設1 條運焦皮帶機（1.4 m，運量為600 t/h）。

本次大修，按照高爐新的設計指標要求并結合該公司生產實際情況，對現有槽上設備、礦焦槽容量、槽下設備進行了核算，最終確定了改造方案。

（1）槽上設備改造方案：槽上設備核算后確認可以利舊，根據新的原料結構重新分配了各種礦焦槽的用途（見表2）。改造后燒結礦貯存時間稍低（不到9 h），碎礦倉貯存時間較低（不到3 h），實際生產中需調整檢修節奏并加強車輛運輸調度。

表2 礦焦槽重新分配后的數量

（2）槽下設備改造方案：槽下TS101 運礦皮帶機帶寬擴至1 800 mm；槽下TC101 運焦皮帶機帶寬擴至1 600 mm；碎焦皮帶更換，運輸量提高至190 t/h；焦丁篩更換，能力提升至220 t/h；上料主皮帶機帶寬擴寬至1 800 mm；主皮帶通廊整體利舊，但局部進行了改造。

（3）另外，槽上皮帶的運量雖然可以滿足要求，但由于業主反映在生產中存在撒料現象。所以應業主要求，把運送燒結礦的1.4 m 皮帶和運送球團塊礦的1.2 m 皮帶分別擴寬至1.6 m 和1.4 m，與皮帶配套的卸料車也隨之進行了更換。

1.2 爐頂系統

原高爐采用PW 串罐無料鐘爐頂設備，料罐有效容積55 m3，采用小框架結構支撐在爐頂封罩上；料罐均壓采用凈煤氣一次均壓，氮氣二次均壓；爐頂設置2 臺緊湊型機械探尺。

根據大修后的高爐設計指標和爐型，按基本裝料制度為CO、布料圈數為14 圈、正常礦批為89 t、最大礦批為94.5 t 考慮，核算后均滿足《高爐煉鐵工藝設計規范》 中對于爐頂上料設備作業率不超過75%的要求。同時根據最大礦批計算，55 m3的爐頂料罐可以滿足大修后產量要求，所以爐頂設備可以利舊。

另外，本次高爐大修改造還優化了重量法布料。通過選擇先進可靠、稱量準確、帶壓力補正功能的電子稱，并通過精心安裝電子秤和料罐，保證了料罐重量測量精度。

1.3 爐體系統

1.3.1 高爐內型

經全面調研國內外2 500 m3高爐的實際生產情況，并結合該公司自身的生產實際條件和操作思路，本次高爐內型改造主要是適度擴大了爐腰、適當提高爐身高度、適當做小爐腹角及爐身角、適當提高Vu/A。

適當擴大爐腰，主要基于高爐強化冶煉考慮，以適應更大的煤氣量通過，而且同時縮小了爐腹角爐身角，有利于高熱負荷區域的冷卻設備長壽并更適應爐料調整和順行；此外為降低燃料消耗，擴大間接還原區間，適當增大了爐身高度；30 個風口和3 個鐵口數不變。

1.3.2 爐體冷卻系統

此次高爐大修爐體冷卻水系統采用軟水密閉循環系統（6 280 m3/h）+高壓工業凈環水系統（1 540 m3/h）。高爐爐體各區域主要冷卻設備配置如下：爐底爐缸配置了光面灰鑄鐵冷卻壁；爐腹到爐身下部的高熱負荷區域，采用了銅冷卻壁；爐身中上部配置了水冷鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，在爐喉下，配置了2段倒扣球墨鑄鐵冷卻壁；爐喉部位設2 段式爐喉鋼磚，下段為水冷結構，上段為無水冷結構。

需要強調的是，在高爐本體熱負荷區域，本次大修仍然采用了銅冷卻壁方案。而關于銅冷卻壁的使用，目前業內有一些爭論，有一些觀點認為可以取消，比如寶鋼鑒于在寶鋼本部的銅冷卻壁使用經驗，最終確定在湛江基地5 000 m3級別高爐上取消了銅冷卻壁，并配置了鑄鐵冷卻壁。但事實上從國內各大鋼鐵公司實際使用情況來看，無論是使用中冷卻壁損壞的情況，還是對生產的影響，具有“無過熱結構”特征的銅冷卻壁，仍然是無中修計劃大型高爐的高熱負荷區域主流選擇。

該公司3 座2 500 m3高爐的第一代爐役中，銅冷卻壁無一損壞，更沒有中修，是銅冷卻壁應用的一個成功案例。拆除后通過現場觀測，僅發現銅冷卻壁燕尾槽有被磨損和壁體發生變形的現象。這種成功的案例，當然有高爐爐內操作上的精心維護，但肯定也無法否定銅冷卻壁自身的優越性。所以，高爐是否配置銅冷卻壁，仍然值得結合使用者的實際生產使用情況進行仔細研究，一定不要一刀切，更不能輕易否定銅冷卻壁。

1.3.3 爐體耐材結構

（1）爐底、爐缸耐材結構設計方案為大塊炭磚+陶瓷整杯結構。其中爐底為滿鋪1 層國產石墨大塊炭磚+3 層國產微孔大塊炭磚+1 層引進超微孔大塊炭磚（總厚度2 m）；鐵口及以下易出現異常侵蝕的爐缸區域環砌引進超微孔大塊炭磚，鐵口以上至風口磚下沿的爐缸區域環砌國產微孔大塊炭磚。爐底炭磚上砌筑2 層大塊陶瓷墊，爐缸炭磚內側砌大塊陶瓷杯。

（2）風口區采用大塊剛玉質組合磚，鐵口部位外側采用剛玉質澆注料。

（3）爐腹、爐腰與爐身中下部銅冷卻壁冷鑲氮化硅結合碳化硅磚。

（4）爐身上部球墨鑄鐵冷卻壁冷鑲磷酸鹽浸漬粘土磚。

（5）爐頂封罩采用了抗CO 侵蝕性能優異的噴涂料。

1.3.4 爐體檢測系統

爐體除設置完善的溫度、壓力、流量檢測點外，還配置了高爐爐底、爐缸內襯侵蝕模型系統，爐身靜壓、爐頂熱成像等主要檢測項目。

1.4 風口平臺和出鐵場系統

原高爐出鐵場設計方案為：雙矩形出鐵場（出鐵場下共有6 條鐵路線）；設有三個鐵口，采用固定儲鐵式主溝；出鐵場完全平坦化設計；采用全液壓泥炮、開鐵口機（同側布置）、擺動流嘴等設備；鐵水采用260 t 鐵水罐車運輸；出鐵場設有高架路和出鐵場至風口平臺的通道。

本次高爐大修風口平臺和出鐵場系統改造的目的主要是為了適應高爐大修，方便爐前操作，改善爐前操作環境。主要改造內容包括：適當加大開鐵口機的開口深度，適當加長主溝長度，泥炮操作室移位，出鐵場頂吸罩及側吸罩改造以滿足環保要求等。

1.5 熱風爐系統

原熱風爐系統配置3 座懸切頂燃式熱風爐，燒爐燃料主要采用高爐煤氣。熱風爐設有雙預熱系統來預熱助燃空氣和煤氣，設計風溫1 200～1 250 ℃。原熱風爐系統的主要技術參數如表3 所示。本次大修，結合調整后的送風量和風溫要求，業主最終確定了熱風爐系統主要的改造內容。

表3 原熱風爐系統的主要技術參數

熱風爐系統改造方案：更換5 層格子磚，并加高5 層格子磚；燃燒室拱頂、熱風出口、燃燒器改造，并改造部分爐殼；熱風管道耐材部分更換并改造，熱風支管拉緊裝置改造；將雙預熱系統熱管換熱器更換為板式換熱器。

1.6 水渣處理系統

原水渣處理系統采用了PW 公司熱INBA 爐渣粒化裝置，共設2 套。INBA 爐渣粒化裝置系統主要參數如下：

轉鼓規格：轉鼓直徑×長度=Φ5 000 mm×6 250 mm

渣流速度：4 t/min（正常），8 t/min（最大）

沖渣水流量：2 000 m3/h

沖渣壓力：0.25 MPa

本次大修，結合大修后的生產情況和水渣系統設備參數，確認水渣系統可以利舊，僅更換部分損壞的設備零件。

1.7 制粉噴吹系統

該公司煉鐵廠原制粉噴吹系統的配置方案為：設有4 個制粉系列，具體為2×26 t/h、2×52 t/h，總制粉能力為156 t/h；噴吹系統均采用三罐并聯、主管加分配器直接噴吹方式，噴吹罐有效容積為50 m3。

本次大修，結合大修后的生產情況和噴吹系統設備參數，確認制粉噴吹系統的改造方案如下：

全廠三座2 500 m3高爐全部大修后，高爐最大需要總噴煤量為167 t/h。故考慮新建1 個制粉噴吹系統直接給2 號高爐噴煤，也可以實現與原3 座高爐（該公司還有一座1 350 m3高爐）噴煤系統互通。

新建制粉噴吹系統主要的設備選擇為：52 t/h制粉系列、原煤倉400 m3、煤粉倉450 m3、噴吹罐有效容積60 m3，其中噴吹罐為三罐并聯，并采用主管加分配器形式直接噴吹。

2 高爐公輔設施主要改造方案

2.1 高爐煤氣除塵系統

高爐原有除塵系統方案為：重力除塵+布袋除塵系統，其中重力除塵器筒體直徑為Φ13 m，布袋除塵系統為12 個DN5200 mm 筒體（每個筒體配置330 條Φ165 mm×7m 濾袋）。

根據大修后高爐的生產參數，經校核，并考慮到實際生產中煤氣負荷較大，為降低濾袋負荷、延長濾袋壽命，本次大修重力除塵裝置利舊，但布袋除塵系統增加2 個同樣規格的除塵箱體及相應的配套設備，最終控制濾袋中的煤氣過濾流速低于0.4 m/min。

2.2 通風除塵設施

原礦槽除塵系統配置了500 000 m3/h 的除塵裝置，出鐵場系統除塵配置了800 000 m3/h 的除塵裝置（含爐頂除塵）。本次大修改造，考慮到主要的工藝設備均利舊，原有除塵系統工作狀況還不錯，故確定環境除塵主要的設備均利舊。

但根據現場情況考慮了具體除塵點的防野風措施，并優化了除塵罩的結構和除塵管道的布置，提升了環保除塵效果。

2.3 風機及TRT 設施

現有AV80-16 風機返廠，由設備廠家對設備進行了局部改造；TRT （MPG19-316/160） 系統利舊。

2.4 水泵房系統

本次改造，現有廠區給排水系統、高爐濁循環水系統均利舊。而高爐凈循環水系統，根據工藝的冷卻要求，進行了改造。主要改造方案為：在高爐中心循環水泵房內，更換了原高爐爐體軟水供水泵組（含過濾器、柴油泵）、凈環噴淋水供水泵組，增加空冷器（共增加了5 臺閉式空冷器）。

另外，對于水道專業的外線管道，主要是更新了原爐體軟水閉路系統的給、回水管道，并將外線供回水管道從地下管廊處升出地面架空鋪設。

2.5 其余改造項目

高爐區域的土建、電氣儀表設施和基礎自動化系統，均配合高爐大修進行了改造。另外為高爐新配置了二級系統，以實現數據采集、存儲、查詢、報表生產、對部分重要參數的計算及分析等功能。

高爐大修后，經核算原料供應系統中的焦炭和塊雜礦供應不能滿足生產需求，故考慮在槽前新增了一條輸送線，從原料場向高爐運輸焦炭和塊礦、雜礦。其余高爐生產所需的原燃料供應系統均可以利舊。

3 高爐大修項目實施及投產情況

為縮短項目工期，本次大修改造采用了爐殼異地組裝后進行整體推移的快速大修方案。經過總包方精心的設計、采購和實施，以及周密的組織工作，最終成功實現了把每座2 500 m3高爐大修改造整個工期控制在55 天。相比同級別的高爐大修（一般施工周期約為120 天），本項目為業主方縮短了停爐時間～65 天，降低高爐停產損失的效果非常顯著。

該公司的3 座2 500 m3高爐，自2018 年5 月開始逐個投產，并在該公司的精心生產組織下，快速達產。目前高爐生產狀況良好，各處環境監測數據均比大修前有改善。大修后三座高爐的主要生產指標如表4 所示。

表4 高爐大修后生產指標

4 結語

該公司此次2 500 m3高爐大修改造，重點是放在“高效、低耗、環保”這幾個方面，從投產后的生產實踐來看，大修改造的目的已經完實現，特別是這幾座高爐的生產指標，在全國范圍內來比較也都可以稱得上優秀。

另外從此次高爐大修改造的過程來看，這些2 500 m3高爐的第一代爐役設計中，部分工藝參數和部分工藝工輔設備保留的設計余量偏大。為降低初始投資和運行成本，今后的設計中應該注意在周密調研國內外同級別高爐運行數據的基礎上，在新建高爐項目中盡量降低對主要生產設備所保留的能力余量。