王 磊， 黃東升， 趙奇強(qiáng)

（中冶華天工程技術(shù)有限公司， 江蘇 南京 210019）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

某鋼廠1 250 m3高爐本體設(shè)計(jì)特點(diǎn)

王 磊， 黃東升， 趙奇強(qiáng)

（中冶華天工程技術(shù)有限公司， 江蘇 南京 210019）

對(duì)某鋼廠1 250 m3高爐設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)。爐底、爐缸采用了“陶瓷杯+炭磚”耐材結(jié)構(gòu)，其中，爐底采用雙層封板結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵部位采用了4段銅冷卻壁；爐體采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及先進(jìn)的爐底、爐缸侵蝕模型系統(tǒng)。

高爐 爐襯 爐底 爐缸 設(shè)計(jì)

某鋼廠新建1座1 250 m3高爐，計(jì)劃年產(chǎn)煉鋼生鐵123萬(wàn)t，最大年產(chǎn)量145萬(wàn)t，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1 高爐內(nèi)型

高爐內(nèi)型對(duì)高爐冶煉起著至關(guān)重要的作用。合理的內(nèi)型必須和爐料條件、送風(fēng)制度、習(xí)慣性操作制度以及爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律相適應(yīng)才能獲得最佳的冶煉效果[1]。本高爐爐型在參考中冶華天工程技術(shù)有限公司以往同類型高爐以及國(guó)內(nèi)外同類型高爐設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，結(jié)合某礦廠的生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)計(jì)出更為合理的內(nèi)型。其特點(diǎn)如下：

1）高爐設(shè)22個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口，無(wú)渣口。

2）內(nèi)型適當(dāng)矮胖，減小爐身角和爐腹角，與料柱性能相適應(yīng)從而減小料柱的阻力。

3）適當(dāng)?shù)募由钏黎F層深度。

4）在保證爐缸活躍的基礎(chǔ)上加大爐缸高度，內(nèi)型參數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 高爐內(nèi)型參數(shù)表

2 爐體結(jié)構(gòu)

高爐本體采用自立式框架結(jié)構(gòu)。爐體框架與高爐本體完全脫開(kāi)，從而具有獨(dú)立的承重結(jié)構(gòu)，當(dāng)爐殼出現(xiàn)燒紅變形時(shí)，不會(huì)危及承重結(jié)構(gòu)的正常工作。同時(shí)，也給高爐大修更換爐殼提供了方便。風(fēng)口平臺(tái)與爐頂大平臺(tái)之間共設(shè)置3層平臺(tái)，為爐體設(shè)備及供水管道的安裝、生產(chǎn)維護(hù)管理提供了方便。

3 高爐爐底結(jié)構(gòu)

高爐爐底是高爐的重要組成部分，爐底的密封性能對(duì)高爐壽命、安全生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響。本次爐底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用雙層封板結(jié)構(gòu)[2]：下層封板上部澆注耐熱混泥土，耐熱混泥土與上層封板之間設(shè)置爐底水冷管對(duì)爐底進(jìn)行冷卻，在耐熱混泥土與爐殼之間填充碳素?fù)v打料，具體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1所示。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為：爐底的上封板和下封板形成兩道密封防線，提高了爐底的密封性能；耐熱混泥土基墩與上、下封板形成剛性箱體，對(duì)下封板有更大的壓力，可以抵抗底板的上翹；爐底水冷管設(shè)置在上封板的下方，能夠防止?fàn)t底水冷管破裂后水蒸汽氧化碳質(zhì)材料，從而避免爐底燒穿的重大事故。

圖1 高爐爐底結(jié)構(gòu)圖

4 高爐內(nèi)襯

高爐內(nèi)襯的作用在于構(gòu)成高爐的工作空間，減少熱損失，并保護(hù)爐殼和其他金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的作用[3]。高爐內(nèi)襯的壽命決定高爐一代爐齡的長(zhǎng)短。根據(jù)高爐內(nèi)各部位的侵蝕機(jī)理以及工作條件，選擇不同的優(yōu)質(zhì)耐火材料。

1）爐底、爐缸內(nèi)襯。爐底、爐缸內(nèi)襯不僅受高溫作用，而且還受到鐵水的沖刷以及渣鐵的化學(xué)侵蝕。本次設(shè)計(jì)爐底、爐缸采用“陶瓷杯＋炭磚”復(fù)合結(jié)構(gòu)。選用蘭炭生產(chǎn)的炭磚，其中，爐底第一層為石墨炭磚（1×400.5 mm=400.5 mm）、第二、三層為半石墨質(zhì)炭塊（2×400.5 mm=801 mm），第四層為微孔炭磚（1×400.5 mm=400.5 mm）、第五層為超微孔炭磚（1×400.5 mm=400.5 mm）。陶瓷墊采用剛玉莫來(lái)石質(zhì)自鎖型結(jié)構(gòu)的復(fù)合磚（2×400 mm=800 mm）。陶瓷杯壁采用剛玉莫來(lái)石質(zhì)復(fù)合磚。爐缸外側(cè)采用超微孔炭磚以及微孔炭磚。風(fēng)口帶采用棕剛玉復(fù)合組合磚結(jié)構(gòu)，鐵口區(qū)采用超微孔組合磚。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2）爐腹、爐腰、爐身內(nèi)襯。爐腹、爐腰、爐身采用鑲磚冷卻壁，鑲磚選用優(yōu)質(zhì)的碳化硅結(jié)合氮化硅磚，鑲磚內(nèi)側(cè)噴涂一層厚度約50 mm的FN-140噴涂料保護(hù)層。

3）爐頂煤氣封罩上的噴涂層。爐頂煤氣封罩采用龜甲板形式的錨固件，在錨固件上噴涂一層厚度約140 mm的FN-140重質(zhì)噴涂料層。

5 爐體冷卻結(jié)構(gòu)與選擇

冷卻設(shè)備是保證高爐在高溫條件下抵御熱流侵襲和機(jī)械磨損的關(guān)鍵設(shè)備。此次高爐本體采用全冷卻壁設(shè)計(jì)，共分為17段（其中灰口鑄鐵冷卻壁4段、銅冷卻壁4段、球墨鑄鐵冷卻壁9段），冷卻壁結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選擇詳見(jiàn)表3。

6 冷卻水系統(tǒng)

高爐本體的冷卻壁、爐底水冷管采用一級(jí)冷卻回路軟水閉路循環(huán)冷卻，風(fēng)口中套和熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱風(fēng)閥、混風(fēng)閥、倒流休風(fēng)閥采用二級(jí)冷卻回路軟水閉路循環(huán)冷卻；風(fēng)口小套、爐頂紅外攝像裝置、爐頂噴水用高壓工業(yè)凈循環(huán)水，爐殼晚期噴淋用常壓工業(yè)凈循環(huán)水。爐體冷卻水量分配見(jiàn)表4。

圖2 高爐爐底、爐缸砌筑結(jié)構(gòu)（mm）

表3 高爐各區(qū)域冷卻結(jié)構(gòu)

表4 高爐爐體冷卻水分配

6.1 軟水循環(huán)冷卻系統(tǒng)

1）一級(jí)冷卻回路系統(tǒng)。高爐本體用軟水由軟水常壓供水泵經(jīng)供水主管DN800（水量3 100 m3/h）送至高爐本體下部DN700供水環(huán)管，再由DN700主環(huán)管（水量2 700 m3/h）向冷卻壁供水。冷卻壁每根直冷管從第1段至第17段串聯(lián)連接?；厮炙膫€(gè)區(qū)進(jìn)入回水集管，再由回水集管進(jìn)入回水總管，然后進(jìn)入脫氣罐。爐體冷卻采用分段控水技術(shù)，根據(jù)高爐不同位置的冷卻強(qiáng)度調(diào)節(jié)冷卻水用量。

2）二級(jí)冷卻回路系統(tǒng)。從脫氣罐進(jìn)口前的總回水管中分出一部分水（約900 m3/h）經(jīng)DN450水管送至第二路冷卻回路系統(tǒng)的增壓泵，增壓后再向風(fēng)口中套、熱風(fēng)爐的熱風(fēng)閥、混風(fēng)閥以及倒流休風(fēng)閥供水。二級(jí)冷卻回路回水與一級(jí)冷卻回路回水匯合后經(jīng)爐頂脫氣罐后進(jìn)入回水總管，再經(jīng)冷卻塔冷卻后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

6.2 工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)

由于風(fēng)口小套處于高溫區(qū)，工作環(huán)境極其惡劣，燒損機(jī)率較大，更換頻率相對(duì)其他設(shè)備高[4]，故設(shè)計(jì)采用高壓工業(yè)凈循環(huán)水冷卻。

7 爐體附屬設(shè)備

爐體附屬設(shè)備主要包括鐵口框、風(fēng)口設(shè)備、送風(fēng)裝置、爐喉鋼磚、紅外攝像裝置等。

1）鐵口裝置。高爐設(shè)計(jì)2個(gè)鐵口，相應(yīng)2個(gè)鐵口框。

2）風(fēng)口裝置。本次設(shè)計(jì)風(fēng)口共22個(gè)，風(fēng)口設(shè)備由大套法蘭、風(fēng)口大套、風(fēng)口中套、風(fēng)口小套及緊固件構(gòu)成。風(fēng)口小套為高速貫流式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為紫銅。大套為無(wú)水冷鑄鋼件。

3）送風(fēng)裝置。送風(fēng)裝置主要由直吹管、彎頭、補(bǔ)償器和連結(jié)管等組成。送風(fēng)支管采用含波紋膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)，它與風(fēng)口采用球面接觸，其余聯(lián)接部位均采用法蘭聯(lián)接，內(nèi)襯采用不定形澆注料。每個(gè)風(fēng)口設(shè)置風(fēng)口攝像裝置。

4）爐喉鋼磚。爐喉鋼磚采用兩段式鑄鋼結(jié)構(gòu)件。

5）攝像裝置。在爐頂鋼法蘭下沿，設(shè)置紅外攝像裝置，用于監(jiān)視無(wú)料鐘布料溜槽及爐內(nèi)料面的工況。

8 爐體溫度監(jiān)測(cè)

為了確保高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、長(zhǎng)壽，對(duì)高爐爐體設(shè)置了溫度監(jiān)測(cè)。爐底、爐缸部位共設(shè)置了226個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)；爐腹、爐腰及爐身部位共設(shè)置了108個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而得到實(shí)時(shí)全面的溫度數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)采用中冶華天工程技術(shù)有限公司自主研發(fā)的高爐爐缸侵蝕模型軟件系統(tǒng)，通過(guò)采集的溫度數(shù)據(jù)以及軟件的計(jì)算分析，系統(tǒng)而實(shí)時(shí)反饋爐缸內(nèi)襯侵蝕情況以及內(nèi)襯的殘余厚度，杜絕爐缸燒穿事故，從而實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽。

[1] 周傳典，劉萬(wàn)山，王筱留.高爐煉鐵生成技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：242.

[2] 中冶華天工程技術(shù)有限公司.高爐爐底：104313217[P]. 2015-01-28.

[3] 郝素菊，蔣武峰，方覺(jué).高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：21.

[4] 黃東升.龍騰特鋼1 080 m3高爐爐體設(shè)計(jì)[J].煉鐵，2010，29（3）：33-35.

（編輯：苗運(yùn)平）

Design Features of a 1 250 m3Blast Furnace Body in a Steel Mill

Wang Lei,Huang Dongsheng,Zhao Qiqiang
（MCC Huatian Engineering&Technology Corporation,Nanjing Jiangsu 210019）

A 1250 m3blast furnace design of a steel mill is summarized.The blast furnace adopts a series of advanced and practice technologies of complex furnace bottom and hearth structure combined ceramic cup with carbon brick, double sealing plate structure in furnace bottom,4 layer of copper cooling stave in the key parts,soft water closed circulation cooling system and advanced system of furnace bottom and hearth erosion model.

blast furnace,lining,furnace bottom,hearth,design

TF572

A

1672-1152（2017）01-0059-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.24

2016-12-22

王磊（1989—），男，安徽馬鞍山市人，2015年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程專業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)就職于中冶華天工程技術(shù)有限公司，從事煉鐵工藝設(shè)計(jì)工作。