劉寶山

(鞍鋼集團(tuán)眾元產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司鞍山114003)

【摘要】按鋼10號2580m³高爐大修改造采用了先進(jìn)適用的工藝技術(shù)，在高爐長壽、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù) 等方面采取了多項有效措施，為節(jié)省工程投資對技術(shù)方案進(jìn)行了精心細(xì)致的優(yōu)化，最大限度發(fā)揮了系統(tǒng)能力。 2013年5月15日投產(chǎn)以來，運(yùn)行情況良好,各項指標(biāo)躋身同級高爐先進(jìn)水平。

【關(guān)鍵詞】大型高爐；大修；優(yōu)化

1  前言

鞍鋼股份煉鐵總廠10號2580 m³高爐大修工程是淘汰落后產(chǎn)能、提升裝備水平、實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)的工程，鞍鋼屬于典型的“廠在城中，城在廠中”的城市鋼廠，因此，高爐大修必須采用綠色建設(shè)理念，通過自主創(chuàng)新，采用可靠、成熟、先進(jìn)的技術(shù)，將10號高爐改造成為新一代具有世界先進(jìn)水平的現(xiàn)代化高爐。

高爐將在原地大修，該區(qū)域原有建構(gòu)筑物密集且不規(guī)則，鐵路、公路運(yùn)輸條件較差，舊有管線錯綜復(fù)雜，而且需在保證11號高爐正常生產(chǎn)的前提下進(jìn)行10號高爐大修。在項目實(shí)施過程中，采用拆除與建設(shè)同步,新建與利舊結(jié)合的立體交叉配合作業(yè)程序，保證了工程的工期和質(zhì)量。10號高爐改造性大修投產(chǎn)以后,運(yùn)行情況良好,各項指標(biāo)躋身同級高爐先進(jìn)水平。文章重點(diǎn)對10號高爐的大修改造進(jìn)行闡述。

2  主要設(shè)計參數(shù)

10號高爐大修工程的主要設(shè)計參數(shù)見表1。

3  技術(shù)方案優(yōu)化

3.1爐體采用長壽設(shè)計

(1) 爐缸采用石墨墻結(jié)構(gòu)，緊貼爐缸冷卻壁砌筑一層高導(dǎo)熱碳磚,然后再砌筑大塊超微孔碳磚，高導(dǎo)熱碳磚與超微孔碳磚間設(shè)置高導(dǎo)熱碳搗層，這樣便將常規(guī)爐缸結(jié)構(gòu)中的大碳磚與冷卻壁之間的碳素?fù)v料層向爐內(nèi)推移了 200mm，生產(chǎn)中炭素?fù)v料層的工作溫度可提高到150℃以上，將碳素?fù)v打料的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)顯著提高，避免其成為常規(guī)爐缸結(jié)構(gòu)“冷卻壁-搗打料-碳磚”這個冷卻體系的主要熱阻，可以保證爐缸整體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性^[1]。

(2) 采用全冷卻壁薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu),根據(jù)高爐縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)形式和不同材質(zhì)的冷卻壁。爐缸冷卻壁選用?80 mm規(guī)格的水管，縱向布置，有效冷卻比表面積超過1.0，保證爐缸具有足夠的冷卻強(qiáng)度。在保證爐缸冷卻強(qiáng)度的前提下，降低冷卻水流速，從而降低冷卻系統(tǒng)的工藝阻損，提高冷卻系統(tǒng)的工作效率。冷卻壁采用固定點(diǎn)、滑動點(diǎn)和浮動點(diǎn)相結(jié)合的無剪切固定型式，從根本上解決了因爐殼與冷卻壁間的溫差不同導(dǎo)致水管剪斷而出現(xiàn)漏水的情況。

(3)冷卻系統(tǒng)采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)總循環(huán)水量4800-5700m³/h該系統(tǒng)具有冷卻效率高、能源消耗少、安全性高、布置簡單、檢修維護(hù)方便、水質(zhì)穩(wěn)定、管道腐蝕率低等優(yōu)點(diǎn)^[2]。

3.2爐前設(shè)計更人性化

出鐵場維持現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)。渣鐵溝更新。考慮與其他高爐設(shè)備備件的通用性,爐前泥炮和開口機(jī)更換。吊車等其他設(shè)備設(shè)施檢修利舊。工程重點(diǎn)改善爐前工作環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度。①對出鐵場屋面進(jìn)行改造，改為帶有排氣樓的形式，改善自然通風(fēng)條件。②完善爐前除塵設(shè)計，降低崗位煙塵濃度。③鐵口前方設(shè)置攝像頭，在高爐主控室和泥炮操作室分別設(shè)鐵口操作監(jiān)視器。泥炮和開口機(jī)采用無線遙控操作,使操作人員遠(yuǎn)離鐵口前的危險區(qū)域，保證生產(chǎn)安全并改善操作環(huán)境。

風(fēng)口平臺進(jìn)行重新設(shè)計,適當(dāng)?shù)奶Ц吆图訉挘L(fēng)口平臺改造后可實(shí)現(xiàn)叉車環(huán)行行進(jìn)更換風(fēng)口操作，降低勞動強(qiáng)度。平臺改造充分考慮生產(chǎn)操作方便、安全、實(shí)用，充分考慮設(shè)備檢修及改善爐前環(huán)保條件。

3.3通過改造熱風(fēng)爐實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫

熱風(fēng)爐系統(tǒng)原設(shè)計采用四座AWП型外燃式。外燃式熱風(fēng)爐具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、氣流分布均勻、熱交換效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，本次改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)是在現(xiàn)有熱風(fēng)爐基礎(chǔ)和爐殼不動的前提下，通過技術(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高爐的高風(fēng)溫要求。改造后熱風(fēng)爐的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

改造后熱風(fēng)爐蓄熱室采用?30m m新型19孔高效格子磚，該類型格子磚的上下表面均有定位用凸臺、凹坑，砌筑時上下層互相交錯、咬合，使格磚形成一個整體。熱風(fēng)爐拱頂溫度最高按1450℃設(shè)計，所以要求在高溫部位采取防止?fàn)t殼晶間應(yīng)力腐蝕的措施^[3]。

采用高爐煤氣作為熱風(fēng)爐燃料，采用自身預(yù)熱方式預(yù)熱助燃空氣及高效板式換熱器預(yù)熱煤氣。將助燃空氣預(yù)熱至500~600℃、高爐煤氣預(yù)熱至200℃，以兩燒一送一預(yù)熱為基本的工作制度，實(shí)現(xiàn)燃燒、送風(fēng)溫度和換爐過程的計算機(jī)自動控制，高爐鼓風(fēng)實(shí)現(xiàn)“無擾動”換爐。

3.4煤氣除塵系統(tǒng)更節(jié)能

(1) 此次改造拆除原來的塔文除塵系統(tǒng)，采用干法濾袋除塵工藝,配套高爐煤氣干式余壓回收發(fā)電裝置。與濕法除塵相比，干法除塵技術(shù)具有如下特點(diǎn):①多回收和利用煤氣壓力勢能和顯熱，使TRT發(fā)電量可增加30%~35%。②顯著減少煤氣中的含水量，提高煤氣的熱值,在同等條件下，可以提高熱值200kJ/m³。濮行費(fèi)用低。④資少。⑤除塵效率高。⑥采用濃相氣力輸灰方式更環(huán)保。

(2) 同時對粗煤氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，爐頂粗煤氣管道采用“五通球”結(jié)構(gòu)，有效降低了爐頂?shù)母叨取Ｔ谠兄亓Τ龎m器的基礎(chǔ)上增加新型旋流板結(jié)構(gòu)，提高了除塵效率。

3.5環(huán)境除塵設(shè)施更注重環(huán)保

本次高爐大修除塵設(shè)施是改造重點(diǎn)，出鐵場除塵異地新建,爐頂除塵搬遷至原煤粉噴吹站，礦焦槽除塵原地改造。

本次改造將出鐵場一次除塵與二次除塵合并為一個除塵系統(tǒng),以確保出鐵場除塵效果,總設(shè)計抽風(fēng)量為950 000 m³/h，采用液力偶合器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)出鐵時，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行;非出鐵時，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行,以節(jié)電降耗。礦焦槽除塵系統(tǒng)總抽風(fēng)量為750 000 m³/h。根據(jù)各產(chǎn)塵點(diǎn)不同時工作的特點(diǎn)，在除塵系統(tǒng)各分支管上均設(shè)置電動蝶閥與工藝設(shè)備聯(lián)動。并采用液力偶合器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速,適應(yīng)工藝生產(chǎn)變化，盡最大限度的節(jié)能。礦焦槽上除塵采用移動式吸塵罩，與移動卸料小車協(xié)同動作,最終匯入總除塵系統(tǒng)。

爐頂除塵系統(tǒng)主要處理爐頂主皮帶落料點(diǎn)、無料鐘下料處等產(chǎn)塵點(diǎn)產(chǎn)生的煙塵，其特點(diǎn)是粉塵磨琢性較強(qiáng)、含有CO氣體、粉塵的粒度較大，外逸速度高。考慮到爐頂處粉塵的特點(diǎn)，設(shè)計抽風(fēng)量為95 000m³/h，并設(shè)置泄爆裝置。

3.6 供料系統(tǒng)增設(shè)節(jié)能設(shè)施

礦焦槽系統(tǒng)利用現(xiàn)有礦槽和焦槽，本次大修主要增設(shè)小粒礦回收設(shè)施。

小粒度礦回收利用，是指回收高爐槽下篩分出的3~5 mm小粒度燒結(jié)礦進(jìn)入高爐回收利用，作為單獨(dú)料批布入高爐內(nèi)。其余更小粒度的燒結(jié)礦則返回?zé)Y(jié)廠作為燒結(jié)原料使用。而不采用小粒度燒結(jié)礦工藝則是將全部篩下＜5 mm的燒結(jié)礦全部返回?zé)Y(jié)廠使用。

小粒度燒結(jié)礦回收后，相當(dāng)于提高了燒結(jié)礦的有效利用率,不僅有利于降低系統(tǒng)能耗,而且降低了燒結(jié)礦從燒結(jié)至高爐槽下系統(tǒng)的輸送能耗，減少了燒結(jié)返礦的運(yùn)輸能耗代

4系統(tǒng)挖潛節(jié)約投資

10號高爐大修按照控制投資和不降低質(zhì)量水平的要求，在高爐核心部位采用銅冷卻壁和引進(jìn)德國SGL碳磚，在保證建設(shè)質(zhì)量的前提下，盡量利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和設(shè)備,最大限度發(fā)揮系統(tǒng)能力節(jié)約投資。

(1) 出鐵場、高爐框架、熱風(fēng)爐框架、礦焦槽、鼓風(fēng)機(jī)站等站房主體結(jié)構(gòu)維持不變，為適應(yīng)新的高爐結(jié)構(gòu)型式及安全、生產(chǎn)需要只做局部改造。

(2) 高爐送風(fēng)系統(tǒng)更換是利用庫存電動鼓風(fēng)機(jī),以盤活資產(chǎn)。

(3) 高爐冷卻水處理系統(tǒng)全部設(shè)置在原有的10號高爐軟水泵站內(nèi)，站內(nèi)加藥裝置、泵房吊車、補(bǔ)水泵組、主泵組電動機(jī)及備用泵組均利用原有設(shè)備，泵房主體結(jié)構(gòu)利舊并進(jìn)行適當(dāng)改造。

(4) 串罐無料鐘消除了并罐無料鐘所固有的蛇形偏析現(xiàn)象，有效地控制了裝料過程中物料粒度偏析，料罐稱量準(zhǔn)確，料閘可控性更佳,設(shè)備重量更輕，設(shè)備故障率小,具有較大的優(yōu)越性。10號高爐原采用引進(jìn)的PW串罐無料鐘爐頂，運(yùn)行較可靠,為了節(jié)約投資，故本次大修利舊。

10號高爐的建設(shè)全部由鞍鋼自有隊伍承擔(dān)，通過充分的系統(tǒng)挖潛，有效的節(jié)約了投資，實(shí)際投資比初步設(shè)計概算降低28%，充分體現(xiàn)了“高起點(diǎn)、少投入、快產(chǎn)出、高效益”的大修改造方針，克服了漫長冬季的不利施工條件，僅用一年時間高爐大修工程如期完工，在鞍鋼高爐大修史上開創(chuàng)了先河。

5采用節(jié)能增效技術(shù)

10號高爐大修改造在先進(jìn)技術(shù)及節(jié)能設(shè)備的選用各方面做了大量工作,保證大修后高爐的能耗降到最低。

(1) 高爐煤氣除塵采用干式布袋除塵工藝與濕法工藝相比，可提高風(fēng)溫約22℃，提高TRT發(fā)電量約 3000 kW/h。

(2) 設(shè)計國內(nèi)先進(jìn)的高風(fēng)溫外燃式熱風(fēng)爐，自身預(yù)熱助燃空氣及高效板式換熱器預(yù)熱煤氣。

(3) 針對格子磚蓄熱及輻射傳熱能力低、熱風(fēng)爐換熱效率低的問題，開發(fā)了熱風(fēng)爐高效黑體節(jié)能涂料技術(shù),有效減少了散熱損失，10號高爐應(yīng)用該技術(shù)年節(jié)能率為7.07%,熱風(fēng)溫度平均提高16.7℃。

(4) 回收熱風(fēng)爐煙氣余熱量24MW/h。用于預(yù)熱煤氣，提高熱風(fēng)爐的熱效率，使送風(fēng)溫度達(dá)到1200~1250℃。

(5) 高爐冷卻系統(tǒng)采用“聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)配置合理、優(yōu)化、冷卻強(qiáng)度高、補(bǔ)充水量少、投資省、運(yùn)行成本低，相比原系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省50% 。

(6) 提高水的循環(huán)率，循環(huán)率可達(dá)96.4%。

(7) 利用沖渣水余熱,供冬季取暖。

(8) 采用富氧噴煤技術(shù)，富氧率達(dá)5%~8%,設(shè)計噴煤量200-250 kg/t，有效降低焦比。

(9) 采用小塊焦回收技術(shù)，每年回收量可達(dá)3.18 萬t。

(10) 采用小粒度燒結(jié)礦回收技術(shù)，每年回收量可達(dá)13.4萬t。

(11) 將高爐、熱風(fēng)爐、渣處理、TRT等工序集中設(shè)置在主控室操作，取消區(qū)域操作室，減少操作人員。

(12) 本次高爐大修電氣、儀表、計算機(jī)等三電系統(tǒng)全部更新?lián)Q代。為了節(jié)能降耗，各用電設(shè)施電壓改為10kV,對一些速度調(diào)節(jié)范圍大的設(shè)備改為變頻調(diào)速或液力偶合器調(diào)速。

(13) 采用三電一體化自動控制技術(shù),使高爐冶煉最佳化。

(14) 所用電動機(jī)均采用節(jié)能型。

6改造效果

10號高爐改造性大修開爐后快速達(dá)產(chǎn)，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)穩(wěn)步提升，躋身全國同級別高爐先進(jìn)水平，達(dá)到了預(yù)期的改造效果。2018年在焦炭質(zhì)量大幅下滑的情況下，高爐仍然保持了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見表3)。

參考文獻(xiàn)

[1]  方明新.現(xiàn)代高爐爐底爐缸設(shè)計探討［J］.煉鐵,2012,31(4):16-21.

[2]  潘釗斌.高爐軟水冷卻系統(tǒng)設(shè)計若干問題的探討［J］.煉鐵,2018,37(4):31-34.

[3]  邰力，甘菲芳，姜華，等.寶鋼熱風(fēng)爐拱頂鋼板防腐蝕的探討［J］.煉鐵,2005,24(2):15-17.

[4]  王小偉，范小剛.小粒度礦、焦回收利用能效和經(jīng)濟(jì)效益分析［J]南方金屬,2015(4):13-16.