鄂钢新1号高炉炉体工艺设计1

第2 9卷 第 3期 2 0 1 0年 6 月 钦 IR0NMAKING Vo1．2 9 ．No．3 June 2 0 1 0 鄂钢新 1号高炉炉体工艺设计 孥智广 釜科侮 (中冶南方工程技术有限公司) 摘 要 鄂钢新 1号高炉采用了与操作炉型相适应的砖壁合一、薄壁内衬新技术 ，采用了结构合理、布置简单、冷却 能力好的全冷却壁，采用了投资更省、成本更低、效率更高的联合软水密闭循环冷却系统，建立和完善了功能齐全的 炉体检测 自动控制系统。 关键词 大型高炉 炉型 内衬 冷却 设计 根据武钢集团统一 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 ，鄂钢公司易地新建 1 号高炉，高炉有效容积2600 m ，高炉已于2010年 1 月投产。新 1号高炉以“先进、实用、可靠、经济、节 能、环保”为设计原则，采用国内外大型高炉的成 熟、先进技术，在保证持续稳定地向炼钢供应优质铁 水、提高钢铁产品市场竞争力的同时、延长高炉寿 命、控制环境污染、提高生产效率。 1 设计特点 鄂钢新 1号高炉炉体设计是在充分总结国内外 大、中型高炉长寿技术的基础上，并结合鄂钢的具体 情况，采用了安全、成熟、可靠的一系列长寿措施，将 设计寿命提高到 l5年以上，其主要特点如下： (1)炉型为多风口、大炉缸、适当矮胖型； (2)冷却元件为全冷却壁形式，冷却壁不带凸 台； (3)采用砖壁合一、薄壁内衬技术； (4)炉底、炉缸引进关键部位耐材； (5)采用联合软水密闭循环系统； 施 。 (6)软水系统具有完善的检测设施和检漏设 鄂钢新 1号高炉的主要技术经济指标见表 1。 表1 鄂钢新 1号高炉的主要技术经济指标 2 炉型 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。现代高炉的内型设计特点主要表 现在大炉缸、多风口、适当矮胖、减小炉身及炉腹角、 用前置炉，需消耗更多的空煤气，不可避免的排出更 多的废气。这些高炉煤气都是焦炭及煤粉这些不可 再生能源的一种转换态，虽然节约了焦炭，但实际上 是浪费了能源，在讲究循环经济的形式下，其实整体 效果是不经济的。在多少送风温度下进行高炉冶炼 最为经济有待研究。 (3)采用热风炉自身热废气进行双预热空煤气 是十分经济环保的生产方式，减少单位风量加热面 积有利于提高热风炉自身热废气温度，有利于热风 炉系统内的自身热量循环，有利于节能减排。 ． 42 ． (4)国内现阶段众多高炉的年平均风温处于 1 150℃，也有少数达到 1250℃以上。从经济生铁生 产角度考虑，减少热风炉的单位风量蓄热面积，减小 热风炉尺寸，设计余热回收，合理利用高炉煤气这种 附加产品，加强操作管理具有更现实的经济意义，符 合科学发展观理论。 联系人：杜春松 高级工程师 023—63548626 (400013)重庆市渝中区中冶赛迪工程技术股份有限公司炼铁事业 部 收稿日期：2010—5—10 加深死铁层等方面，其目的是为了改善料柱透气性、 改善煤气分布、提高喷煤比、适当抑制边缘、吹透中 心，以实现高产、长寿、低耗、顺行的目的。 操作炉型是在高炉投产几年后的实际炉型。由 于内衬大部分已被侵蚀，炉腰扩大，炉身及炉腹角变 小，此时的炉型与设计炉型相差较大，对高炉的顺 行、稳定、高产和煤气利用率都有不利的影响。砖壁 合一、薄壁内衬结构的高炉炉型，在设计上就考虑了 实际生产中出现的问题，设计炉型基本上就是操作 炉型，一代炉役其操作炉型基本维持不变。在确定 鄂钢新 1号高炉炉型时，以此为前提，同时总结同类 容积高炉的内型尺寸，并结合鄂钢具体的原燃料条 件，确定了本高炉内型尺寸(见表 2)。 表2 鄂钢新 1号高炉炉型主要尺寸 项目 数值 高炉容积 Vu，m 炉缸直径d，mm 炉腰直径D，mm 炉喉直径d，，mm 死铁层深度 h。，mm 炉缸高度 h，，mm 炉腹高度 h2，mm 炉腰高度 h3，mm 炉身高度 h ，mm 炉喉高度 h5，mm 有效高度 Hu，lllnl 炉腹角 ot 炉身角 13 Hu／D 铁口数，个 风口数，个 3 内衬 鄂钢新 1号高炉在内衬设计上充分考虑高炉各 部位的不同工作条件和侵蚀机理，结合原燃料条件， 外部冷却元件的差异，有针对性的选用耐火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，并 在结构上加强砖衬的稳定性。 炉底、炉缸是高炉长寿的关键部位，特别是铁口 及铁口以下的异常侵蚀区，越来越成为制约高炉长 寿的最重要因素。因此选择合理的炉底、炉缸结构 形式对整个高炉长寿具有非常重要的意义。本设计 采用“国产小块陶瓷杯 +水冷炭砖”炉缸、炉底结 构。陶瓷材料的保温性能较好，炉缸热损失少，可得 到较高的炉缸温度。同时由于陶瓷材料抗铁水冲刷 能力强，完全侵蚀需要一定的时间，有利于节能、降 耗和稳定操作。随着陶瓷材料的侵蚀，炭砖将直接 与铁水接触，为保证炉缸寿命，炉缸炭砖的性能尤其 关键 。 要保证炉底、炉缸的寿命必须满足以下条件：① 提高炉缸、炉底耐材的性能，实现微孔或超微孔，减 少孔径大于 1 I,zm的气孔，实现气孔封闭，可消除或 减少铁水向炭砖内部的渗透，使铁水对炭砖的侵蚀 只能在炭砖的表面进行，从而减缓了炭砖的侵蚀速 度，延长高炉寿命。②使耐材和高温铁水隔离，降低 耐材自身的温度，减缓或者抑制化学反应的发生。 有效的方法是在耐材热面形成一层渣铁凝固层，隔 断各种化学反应的反应源，用渣铁层的低导热性降 低耐火材料内部的温度。据研究，1 150℃等温线为 铁水的凝固温度，如果 1 150℃等温线位于耐材热面 的铁水内，则说明炉缸炉底有渣铁层的保护，使耐材 和高温铁水隔离。 鄂钢新 1号高炉炉底、炉缸设计为：炉底满铺砖 第 1层采用国产高导石墨砖，高度 400mm；第 2、3 层采用国产微孔炭砖，总高度 800mm；第 4、5层中 心部位采用国产超微孔炭砖，边缘采用德国SGL大 块超微孔炭砖 9RD—N，总高度 800mm；第6、7层采 用国产陶瓷垫，总高度 800mm。整个炉底砌体高度 2800mm。炉缸侧壁外侧第 6～14层采用德国SGL 大块超微孔炭砖 9RD—N，总高度 4 100 mm，炉缸侧 壁外侧第 l5～17层采用国产微孔炭砖，炉缸侧壁内 侧第 7～l7层采用国产小块陶瓷杯结构。 通过关键部位超微孔炭砖的采用，利用炭砖良 好的热导能力和外部较高的冷却强度，鄂钢新 1号 高炉炉底、炉缸的设计，在保证炉底 、炉缸长寿的基 础上，实现了工程投资的优化。鄂钢新 1号高炉炉 底 、炉缸结构如图 1所示。 风口区域是一个承上启下的区域，此区域内衬 图1 鄂钢新 1号高炉炉底、炉缸结构 · 43· 棚 ∞ ∞∞ ∞ ∞ ∞ ， 勰 结构和材质选择的合理与否，对高炉寿命有相当大 的影响。本设计在整个风口区全部采用大块组合砖 砌筑，以加强结构的稳定性；同时采取措施，增加风 口冷却壁与炉腹铜冷却壁交接处组合砖的厚度。风 口及铁口组合砖材质均为刚玉氮化硅，以提高其抗 渣铁侵蚀及抗冲刷能力。 炉腹及其以上的部位，主要有传统内衬结构和 砖壁合一、薄壁内衬结构两种形式。鄂钢新 1号高 炉设计采用砖壁合一、薄壁内衬结构。 第5～7段铜冷却壁区域，由于铜冷却壁具有十 分突出的导热性能和抗热流冲击的性能，能够在铜 冷却壁的热面形成稳定的渣皮。为了充分发挥铜冷 却壁的优越性能、增强渣皮与铜冷却壁热面燕尾槽 的直接黏结效果、降低热损失，在铜冷却壁热面采用 特种喷涂料喷涂，厚度为 150mm。 在炉身中部第 8～10段双层水冷铸铁冷却壁区 域，冷却壁镶砖采用 Si N 一SiC砖。Si N 一SiC砖 具有很好的抗渣、抗碱侵蚀能力，同时也具有一定的 抗冲刷能力和抗热震能力，而且其导热性能好，易结 渣皮。 在炉身上部第 1 1～14段单层水冷铸铁冷却壁 区域，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，此区域冷却壁镶砖采用浸磷酸粘土砖，即满足 工艺要求，又适当降低投资。 现在冷却壁的制造质量有了大幅度提高，冷却 系统也 E1益完善，在采用软水密闭循环冷却系统的 条件下，冷却强度能够得到充分保证，这为炉体采用 砖壁合一、薄壁内衬技术创造了条件。 砖壁合一、薄壁内衬结构具有许多优点： (1)高炉内衬薄，内型稳定，设计炉型基本上就 是生产炉型，高炉在一代炉役里炉型始终处于最佳 状态 。 (2)高炉内衬薄，耐材耗量大量减少，节省大量 投资。 (3)内衬直接镶嵌在冷却壁中，支撑效果好；内 衬不会产生膨胀叠加，应力小。 (4)内衬可预先炉外砌筑，可缩短施工周期。 炉顶煤气密封罩上的喷涂层，其锚固件采用固 定杆、支撑板、六角锚固件相结合的方式，增强喷涂 料与炉壳的黏结性。选用的喷涂料抗折强度高、耐 CO侵蚀性能优良。 4 冷却元件 鄂钢新 1号高炉采用全冷却壁结构，其中炉腹 以上采用砖壁合一冷却壁，炉腹、炉腰、炉身下部区 域采用铜冷却壁。整个高炉设置冷却壁共 14段 (见表 3)。 表3 鄂钢新 1号高炉冷却壁主要特征 (1)炉底、炉缸区(含风 口带)：共 4段，为光面 冷却壁，每块冷却壁的水冷管 4进4出，竖直排列， 铁口侧和风口带的冷却壁水管为6进6出或7进7 出，竖直管排列，所有水管直径均为 76mm×6mm。 冷却壁材质：1～3段为低铬铸铁，第4段为球墨铸 铁⋯。 (2)炉腹、炉腰及炉身下部：计 3段，为单层水 冷4通道铜冷却壁。 (3)炉身中下部：计3段，为双层水冷镶砖冷却 壁，其中内层水管为 76mm X6mm，竖直排列；外层 · 44· 水管为 65 mm×6mm，蛇形排列。材质均为球墨铸 铁。 此区域是无渣液或渣液不足的软熔带形成部 位，长期经受炉料磨损、高热震、高温煤气流的冲刷 及碱金属的侵蚀。采用双层水冷镶砖冷却壁，增大 该区域冷却强度，实现了高热负荷冷却壁的无过热 化，抗高热负荷冲击能力强，冷却壁热面温度低，便 于结渣挂渣，渣皮脱落后也能快速恢复，因此高炉寿 命长。 (4)炉身中上部：计2段，为单层水冷镶砖冷却 壁，水管为 +76mm×6mm，竖直排列。材质均为球 墨铸铁。 (5)炉身最上部及炉喉部位：设置 2段倒扣式 镶砖冷却壁。冷却壁壁体面为高炉内型尺寸。冷却 壁为单层水冷，水管 76mm×6mm，竖直排列。材 质为球墨铸铁。倒扣式镶砖冷却壁，设置内大外小 镶砖槽(贯通式)，防止掉砖 ，镶砖厚度 75 mm。倒扣 式镶砖冷却壁有水冷，与下部冷却壁水管串联 (其 结构形式如图2所示)。该处冷却壁主要受到炉料 和煤气流的冲刷和磨损。由于该冷却壁壁体达到 240mm，同时冷面倒扣的孔腔续填充 250mm后的粘 土质高强浇注料。通过冷镶厚度为75 1Tim的砖，在 一 定程度上减轻了壁体的重量，减少了铸造过程中 的缺陷，也有利于该冷却壁的吊装和炉壳固定。 冷却壁固定方式：采用中冶南方专有技术，特有 的固定方式。第 1～4段冷却壁由于炉缸温度波动 范围小而采用 4点螺栓固定，但冷却壁水管与炉壳 间设置变形补偿套管；第 9～14段冷却壁不采用螺 栓固定，与炉壳问固定采用特殊的固定点和滑动点、 浮动点相结合的固定方式，冷却壁水冷管与炉壳间 加膨胀器，少量水管根据需要设置变形补偿套管，从 而根本解决因炉壳与冷却壁间的温差不同导致水管 剪断而出现破漏的问题。 炉喉钢砖设置 1段，无水冷。通过其下部吊挂 件将力传至高炉炉壳，钢砖与吊挂件不焊接。此种 炉喉钢砖的特点在于合适的高宽比。经武钢新 3号 3200m 高炉一代炉役 15年 8个月(无中修)检验， 使用该种方式炉喉钢砖，无变形、无上翘、完好无损。 5 水冷系统 高炉冷却系统的好坏直接关系到各种冷却元件 的寿命，从而关系整个高炉的寿命。实践证明，普通 工业水易结垢，冷却强度低，不能满足现代大中型高 炉长寿的要求 ，而且能耗很高。 软水密闭循环冷却系统具有不结垢 、无污染、冷 却强度高、冷却效果好、余压完全得到利用、能耗低、 泄漏少、补充水很少、自动化程度高、运行安全可靠 等诸多优点，所以在国外大中型高炉上已得到了广 泛应用。在我国，大中型高炉也越来越多的采用软 水密闭循环冷却系统。 本工程设计采用联合软水密闭循环冷却系统， 即采用并联加串联的方法将原有3个独立的系统合 成 1个系统，充分发挥软水不结垢 ，可适当提高水温 差的优点，从而达到节约投资、减少水量、节省能源 的目的。 根据相关测算，采用联合软水系统总水量是 3 个独立的软水密闭循环系统总水量的45％ ～50％； 总投资较 3个独立的软水密闭循环系统减少 18％ ～ 20％；另外采用联合软水系统比其他冷却系统运 行费用减少30％ ～50％ (对于2600m 高炉，每年 节省运行费用 260～350万元，节水效果也十分明 显 )。 由表4可知 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一明显优于方案二，本工程采 用方案一。 表 4 两种水冷方案的比较 采用联合软水密闭循环系统，具体方案是，从软 水泵站出来的软水总水量为 ～4060 m。／h，在炉前一 分为二，其中～650m ／h冷却炉底，～3410m ／h冷 却冷却壁直管；经冷却炉底出来的软水与双层水冷 冷却壁外层蛇形管串联，两者回水进入冷却壁回水 总管；从冷却壁回水总管出来的软水一分为三，一部 分经高压增压泵增压，供风口小套使用，另一部分经 中压增压泵增压，供风口二套、直吹管、热风阀使用； 两者回水与多余部分一起回到总回水管，经过脱汽 罐脱汽和膨胀罐稳压，最后回到软水泵房。回到软 水泵房的软水其总水温升高 ～12℃，经过板式换热 器二次冷却水冷却，再循环使用。经严格的计算，设 计热负荷条件下，软水冷却后的综合水温差大约 12℃，设计能力水温差达到 14℃。从已经投产的采 · 45． 用联合软水系统的高炉操作结果来看，炉体各冷却 设备实际水温差都在 4～6℃，远远低于设计水温 差，因此系统完全可以安全可靠运行。 根据高炉软水密闭冷却的特殊性，鄂钢新 1号 高炉水冷系统在设计中遵循以下原则：一是管网分 区，将管网沿炉皮圆周分成若干区，每个区设置若干 供回水集管，以保证水量分布的均匀性，并为检漏和 生产管理创造条件。二是要坚持“步步高”走管原 则，严禁管道有任何向下迂回现象。三是软水的流 速要选择恰当，确保汽泡顺利排出。四是确保脱汽， 设置专门的脱汽罐和膨胀罐，并将脱汽罐和膨胀罐 设置在系统合适 的位置。五是系统最好采用“正 压”，以确保水质不被污染。六是配备完善的监控 系统，及时发现系统漏损情况并作相应处理。 6 检测及监控 系统 完善的监测是操作者的耳目，功能齐全的自动 控制是系统正常工作的必要条件。高炉本体和循环 水泵站既是独立的又是紧密联系的。系统的监测内 容主要有：砖衬温度，冷却壁温度，软水的温度、压 力、流量，膨胀罐的水位、压力，以及炉喉料面，炉顶 煤气温度、压力、成分等。系统的控制内容主要有： 水系统的多功能自动控制，供水泵组、事故泵组和补 水泵组的流量控制，膨胀罐水位控制及自动补水，膨 胀罐压力自动控制，以及炉体热负荷自动监测计算 等。 (1)高炉内衬及冷却壁温度检测装置。高炉内 衬温度检测装置主要是指炉底炉缸温度检测。在炉 底设置4层热电偶 、混凝土基础设置 1层热电偶、炉 缸部位设置5层热电偶，共 ～166支热电偶。以上 热电偶数据进入主控楼计算机，有画面显示，并作为 炉底炉缸侵蚀模型的原始数据。 冷却壁温度监测主要是指炉腹及其以上冷却壁 区域，设置 8层热电偶，沿圆周方向均匀布置，数量 ～ 82只。以上热电偶数据进入主控楼计算机，有画 面显示；作为判断炉况依据之一，并具有冷却壁辅助 检漏功能。 (2)软水密闭循环系统监控装置。在整个软水 系统监控包括温度、压力、流量、水位等，设置温度检 测点 ～7O点、流量检测点 ～120点、压力检测点 ～ 450点。其中全部温度检测、流量检测及部分压力 检测进入主控楼计算机，有画面显示，并具有超工作 范围自动报警功能。 系统具有自动排汽功能，主控楼计算机根据脱 · 46· 汽罐及膨胀罐间的压力传感器自动控制调节阀进行 系统排汽。 系统具有水位监控、自动补水、破损报警功能， 计算机根据膨胀罐上设置的水位计自动控制系统水 位及补水，并根据水位情况及补水情况进行累计比 较及瞬时变化量的异常自动发出系统漏损报警。 系统还具有 自动稳压功能，系统设置有 自动充 氮装置。根据系统实际压力由主控楼计算机自动控 制系统充氮，确保系统压力稳定。 (3)热负荷监测。在冷却壁间竖直管进出水连 管上，设有5层沿圆周均布的检测元件，自动测量水 温及水量，进行热负荷计算，以便及时进行生产调 节。炉身静压力计检测在炉身共设置了3层，每层 6点。 (4)风口破损报警装置。在每个风口进出水管 设置 1套流量计，数据进入主控楼计算机，主控楼计 算机根据流量差对风口小套破损自动发出报警。 (5)其他监测。在炉顶封板设置 1台红外摄像 仪，用以监测炉料分布及控制布料；炉身静压力检测 在炉身共设置 3层，每层 4点。在最上一段冷却壁 每根出水支管上设有液流显示器，能够非常直观的 观察到每根水管的流量情况，对于检漏和防止断水， 效果明显 。 7 结语 鄂钢新 1号高炉本体设计，充分借鉴了武钢高 炉群成功的一整套先进、合理的长寿技术，充分结合 了各种具体条件、生产技术以及现代高炉炉型的发 展趋势，科学地确定了较为合理的炉型和内衬结构， 采用了与操作炉型相适应的砖壁合一、薄壁内衬新 技术；采用了结构合理、布置简单、冷却能力好的全 冷却壁形式；采用了投资更省、成本更低、效率更高 的联合软水密闭循环冷却系统；建立和完善了功能 齐全的炉体检测自动控制系统。这些均为鄂钢新 1 号高炉“高产、稳产、低耗、长寿”打下坚实的基础。 8 参考文献 [1] 张寿荣．延K高炉寿命是系统工程高炉长寿技术是综合技术 [J]．炼铁，2000，19(1)：1—4． [2] 汤葆熙，周强，柳萌．武钢高炉长寿设计 [J]．炼铁，2001，20 (1)：49—52． 联系人：李智广 工程师 电话：027—81996770 (430223)湖北省武汉市中冶南方：【程技术有限公 d炼铁事业部 收稿日期：2010—03—08