李杨王德军赵晗高哲龙宋小龙
（首钢通钢炼铁事业部）
摘要通钢m3高炉设计采用全冷却壁、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、炭砖-陶瓷杯复合炉底、全软水密闭循环冷却系统、并罐无料钟炉顶、顶燃式热风炉等一系列先进实用技术，为实现高产、优质、低耗、长寿、环保的生产目标奠定了技术基础。
关键词高炉设计薄壁炉衬铜冷却壁无料钟炉顶顶燃式热风炉
1前言
首钢通钢集团公司根据发展需要，决定新建一座m3高炉及其配套设施。为实现高风温、高煤比、高顶压、高煤气利用、高利用系数、低能耗及长寿、环保的生产目标，新2号高炉主要设计指标：利用系数2.35t/（m3·d），入炉矿综合品位59%，焦比kg/t，煤比kg/t，风温℃，炉顶压力0.25MPa，富氧率3%，吨铁渣量≯kg，年产生铁万t，高炉一代炉龄15年。新2号高炉已于年7月12日点火开炉，7月13日顺利出铁。2高炉本体
本次高炉本体设计目标是在强化冶炼的条件下，实现高炉一代炉役寿命达到15年。炉体框架设计采用自立式大框架结构，上部采用间距17×17m的正方形框架，下部采用间距26×17m矩形框架。平台宽敞，炉壳负荷轻，以利于扩大两个铁口间的夹角。高炉内型设计采用有利于强化冶炼的矮胖型，并采用全冷却壁、砖壁合一薄壁内衬、铜冷却壁、水冷炭砖薄炉底炉缸结构、软水密闭循环系统等先进技术以及完善的检测仪表，为高炉生产稳定、顺行、高效、长寿奠定基础。2.1高炉内型
合理的高炉内型是实现高产、稳产、低耗、长寿的基本条件之一。在总结国内外同类容积高炉内型尺寸的基础上，结合通钢具体的原燃料条件，高炉设计采用适宜强化冶炼的矮胖操作炉型，炉型参数见表1。其特点如下：（1）适当矮胖，减小炉身角及炉腹角。较小的炉身角有利于受热膨胀后的炉料下降；较小的炉腹角有利于煤气流的均匀分布，减小对炉腹生成渣皮的冲刷，保护炉腹冷却壁，延长其寿命[1]。（2）加深死铁层厚度。死铁层加深会增加炉缸侵蚀面积，但铁水环流减弱，将延缓炉墙厚度方向的侵蚀速度，对提高炉缸炉底寿命有利。同时较深的死铁层可贮存更多铁水，保证炉缸有充足的热量储备,稳定铁水温度和成分[1]。（3）加大炉缸高度。炉缸高度增加可保证风口前有足够的回旋区，利于煤粉的充分燃烧及改善高炉下部中心焦的透气（液）性，还可提高炉缸内热量和铁水温度。（4）高炉设30个风口，3个铁口，取消了渣口。2.2冷却设备
根据高炉长寿生产的需要，炉体采用砖壁合一全冷却壁方案，炉底采用水冷，水冷管设在炉底封板以上。炉底至炉喉共设置15段冷却壁，取消凸台，按照炉内纵向各区域不同的工作条件和热负荷大小，采用不同结构形式和材质的冷却壁，见表2。
为确保高炉长寿，冷却设备采用如下技术措施：（1）在炉腹、炉腰和炉身下部工作环境最为恶劣的地方采用3段铜冷却壁。铜冷却壁有足够的冷却强度，易于形成稳定的渣皮以保护炉衬和炉壳。（2）适当增加冷却壁水冷管直径和每段冷却壁块数，提高水冷管比表面积（炉腰为0.96）。（3）双层水冷管冷却壁安装部位延伸至炉身中部。（4）每块铸铁冷却壁的水冷管采取4进4出竖直排列，铁口侧冷却壁水管采取7进7出的排列方式，风口带的冷却壁水管采取5进5出或6进6出的排列方式。2.3高炉内衬
高炉在设计时充分考虑各部位不同的工作条件和侵蚀机理选用耐火材料，并在结构上加强砖衬的稳定性：（1）炉底、炉缸采用炭砖-陶瓷砌体复合炉衬结合水冷薄炉底结构。炉底第一层卧砌石墨化炭砖(0.4m)，第二层卧砌高导热炭砖(0.4m)，第三层卧砌微孔炭砖(0.6m)，第四层卧砌超微孔炭砖(0.6m)，最上部立砌两层刚玉莫来石砖(共0.8m)。炉缸内侧环砌高铝砖，外侧环砌超微孔炭砖。（2）铁口通道采用大块和小块相结合的陶瓷刚玉组合砖砌筑，风口区采用大块陶瓷刚玉组合砖砌筑，在结构上加强了砖衬的稳定性。（3）炉腹及其以上区域采用砖壁合一、薄內衬（mm）结构形式，在3段铜冷却壁区直接喷涂一层喷涂料。（4）在炉身中下部的球墨铸铁冷却壁区，热负荷及化学侵蚀较炉腹至炉身下部相对减小，采用Si3N4-SiC砖砌筑。（5）在炉身上部，内衬破损的原因主要是机械冲刷和碱金属侵蚀。粘土砖通过真空浸磷酸后，具有较强的抗碱金属侵蚀能力，同时抗冲刷能力也得到一定的提高。因此，在此区域采用浸磷酸粘土砖。2.4水冷系统
高炉本体、风口和热风炉热风阀(含倒流休风阀)采用联合软水密闭循环冷却系统，具有高效、节能、节水及冷却效果好的特点，全系统循环水总量m3/h。（1）一级冷却回路系统冷却水经水泵站主循环泵升压后，通过DN供水主管输入高炉本体，由供水总环管分别将水引至冷却壁直冷管和炉底水冷管。一级冷却回路冷却壁直冷管水量m3/h，管内水速2m/s，分4个扇形区域供水，以利于检漏和水量分配；炉底及冷却壁蛇形管串联回路水量m3/h，此水量由蛇形管耗水量所决定，蛇形管内水速1.76m/s。炉底水冷管共48根，3根一串计16组，管内水速2.03m/s。（2）二级冷却回路系统一级冷却回路回水经脱气后，大部分水经一条DN水管引至二级冷却回路系统的增压泵。二级冷却回路冷却元件包括风口中套和热风阀，由增压泵房内的增压泵组向风口中套、热风阀供水，风口中套水量m3/h，热风阀水量m3/h。其回水与前述多余的水汇合，经脱气罐、膨胀罐组后进入回水总管输送回主循环泵。脱气罐、膨胀罐均20m3。（3）风口小套供水系统本次设计，风口小套采用单独的高压工业水净环系统。风口小套供水压力为1.6MPa，水量0m3/h。由DN供水主管进入供水环管，分配至30个风口小套冷却，冷却回水经环管回综合泵站。（4）炉体冷却安全措施①软水密闭循环系统及工业净循环水系统除备用电动泵组外，还分别设置有柴油机泵组。当停电及电动泵事故时，柴油机泵组能在10s内自动启动，维持水系统运行。②当因其它事故引起柴油机泵不能正常运行时，整个软水系统可转化成汽化冷却状态，可维持时间30min。当柴油泵或电动泵启动运行后，软水系统转换成正常密闭循环冷却状态。2.5炉体附属设备及检测系统
炉体附属设备包括煤气取样器、炉喉十字测温装置、炉喉钢砖、炉喉洒水装置和送风装置、炉顶摄像仪等。检测系统设计采用了较为完善的检测仪表，以加强对高炉各系统的监测，并为今后上人工智能系统提供必要的参数。3无钟炉顶
本次设计采用并罐式无料钟炉顶设备，主要参数见表3。主要包括：换向溜槽、料罐、阀箱、布料装置,料罐有效容积2×55m3。炉顶配套设施主要有：探尺、液压站、干油润滑站、稀油润滑站、均排压设施、水冷设施、喷水降温设施。炉顶设备采用液压驱动，在炉顶主平台设置炉顶液压站和自动润滑站。炉顶均压采用半净煤气进行一次均压，排压时煤气通过旋风除尘器、消音器放散；二次均压采用氮气。溜槽传动齿轮箱采用循环水冷却，并设少量氮气密封以维持齿轮箱正压，避免炉尘进入齿轮箱内。炉顶通风除尘风量约m3/h，单独设一套除尘系统。设置一台65t检修吊车，供吊装大型设备使用，其主副钩均可直达地面作业。设置一台16t专用吊车，供更换溜槽使用。平台组合梁下配4台10t手动葫芦，供吊装、移动齿轮箱用。4热风炉
高炉配置三座顶燃式热风炉，采用一列式布置，设计风温℃，燃料采用低热值的干法高炉煤气，主要参数见表4。热风炉由蓄热室、拱顶、预燃室组成，高效旋流扩散式陶瓷燃烧器位于热风炉拱顶之上。热风炉拱顶和预燃室采用分别支撑于炉壳上的独立支撑结构，这种形式的热风炉，结构稳定。拱顶全部采用硅砖，能承受更高的拱顶温度。蓄热室采用新型19孔蜂窝格子砖，在使用纯高炉煤气烧炉的情况下可以获得℃的热风温度，为了获得℃高风温可以兑入少量焦炉煤气。系统配置助燃空气和高炉煤气热管换热器，以回收热风炉废烟气余热。热风炉组的一侧为钢结构框架，框架内布置烟道、煤气管道、助燃空气管道、热风管道、冷风管道及有关阀门。热风管道设计的合理性，将直接影响到热风炉系统工作的稳定性。为了将高温高压的气体安全输送给高炉，避免因管道设置不合理而无法充分发挥热风炉的性能，本次设计中对热风管道采取了如下措施：（1）选择低蠕变红柱石砖、轻质高铝砖、轻质粘土砖等优质耐火材料砌筑，满足管道保温要求。同时设置合理的膨胀缝，以吸收耐火材料的体积变化。（2）管道三岔口均采用组合砖结构，管道上部°范围内的砌砖均设置锁砖结构。适当增加砖层厚度，使砖型楔度增大，有利砌筑结构稳定。（3）热风总管设置大拉杆，防止气体盲板力造成破坏。热风支管也设置大拉杆，与炉壳连接，保证管道和炉壳的安全。（4）热风总管端头设置合适的波纹补偿器，吸收热风炉和管道钢结构的热膨胀，以维持热风总管体积稳定不会推移热风围管，保证热风围管与高炉同心。在波纹补偿器膨胀缝处，耐火砖采取特殊的导流砖结构以保护陶瓷纤维毡。5风口平台及出铁场风口平台的设计主要考虑生产操作方便、安全，有利于设备安装和检修。风口平台支承在出铁场平台上，平台柱、梁采用钢结构，平台板采用钢筋混凝土结构，标高为12.8m，有走梯与出铁场平台和上部平台连接。为便于更换风口，在热风围管下设有环形单轨吊车梁，配有4个3t电动葫芦。大型高炉的特点是多铁口、连续出铁。新2号高炉设3个铁口，不设渣口，1、2号两个铁口间夹角为81.43°，1、3号两个铁口间夹角为.91°。每个铁口都设有固定式主沟、渣铁沟、摆动流嘴、液压泥炮、开铁口机，泥炮和开铁口机布置在一侧。设2个出铁场，设计采用双矩形，布置趋于平坦化。出铁场是高炉主要烟尘产生区，为有效除去这些烟尘，设有较为完善的通风除尘设施，在铁口、主铁沟、撇渣器、摆动流嘴等处均设强力抽风除尘点。出铁场为封闭式，屋顶设有自然排风，每个出铁口设有移动式通风机一台，供出铁场操作和渣铁沟维修时使用。出铁场下共设4条鱼雷罐车停放铁路线，采用t鱼雷罐车作为铁水运输工具，共配置10台套，每次出铁配2个鱼雷罐车。6槽下供料系统
槽下供料系统由贮矿槽、贮焦槽、给料、筛分、称量设备和胶带运输机等组成。上料主皮带运输机带宽1.6m、带速2m/s，烧结矿运输能力2t/h，焦炭运输能力t/h。采用焦丁回收入炉技术。焦炭筛筛下≤25mm的小块焦，经碎焦大倾角胶带机提升到碎焦仓顶的碎焦受料斗，通过焦丁筛进行筛分。焦丁筛分粒级为10mm，筛上物为焦丁，由胶带机运到焦丁仓。焦丁与烧结矿按供料程序混装入炉，碎焦仓内粉焦用汽车外运。根据国内一些经验数据，高炉槽下碎焦量约为8%，焦丁量（10mm，25mm）约占碎焦量的40%，则每年可回收焦丁2.34万吨，吨铁回收焦丁11kg。当焦丁仓已满或不需要筛出焦丁时，可人工打开缓冲仓的旁通闸门，把碎焦直接卸入碎焦仓。7其他系统
高炉水渣处理系统采用明特+底滤的冲渣方式，炉前设干渣坑。高炉水渣经胶带机输送到渣场，再由火车、汽车外运。冬季冲渣余热水采用底滤池过滤后供采暖使用。高炉煤气净化采用全干法低压脉冲布袋除尘，经过布袋除尘器的煤气含尘量降到5mg/Nm3以下。高炉煤气全干法除尘后，进调压阀组或TRT。8结语
通钢新2号m3高炉遵循现代高炉最新的设计思想，采用全冷却壁、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、炭砖-陶瓷杯复合炉底、全软水密闭循环冷却系统、并罐无料钟炉顶、顶燃式热风炉等一系列先进实用技术，为实现高产、优质、低耗、长寿、环保的生产目标奠定了技术基础。预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇