山西通才3#1 300 m3高爐設計特點

于國華，陳誠，王冰

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

生產(chǎn)技術

山西通才3#1 300 m3高爐設計特點

于國華，陳誠，王冰

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

山西通才工貿(mào)公司3#1 300 m3高爐設計采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁爐襯、銅冷卻壁、碳磚-陶瓷杯復合爐底、全軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、爐頂布料控制技術、干法除塵、BPRT等一系列先進實用技術，高爐投產(chǎn)后取得了良好的技術經(jīng)濟指標，最高日產(chǎn)量4 040 t/d，利用系數(shù)達到2.78 t/（m3·d），燃料比502 kg/t，煤比152 kg/t，風溫1 313℃。

高爐設計；薄壁爐襯；碳復合磚；高風溫技術

1 前言

山西通才工貿(mào)有限公司3#1 300 m3高爐設計產(chǎn)能為125萬t/a，焦比350 kg/t，煤比180 kg/t，風溫1 300℃，爐頂壓力0.22 MPa，高爐一代爐齡＞12 a。高爐于2012年7月13日建成投產(chǎn)，高爐投產(chǎn)后生產(chǎn)穩(wěn)定順行。

2 高爐設計特點

2.1 高爐本體綜合長壽設計

按照高爐綜合長壽的設計原則，采用先進的長壽技術。高爐內(nèi)型設計采用有利于強化冶煉的矮胖型；采用全冷卻壁、磚壁合一薄壁內(nèi)襯；爐缸爐底采用高導熱碳磚+微孔碳磚+碳復合磚+陶瓷墊耐材結構；采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)；采用完善的爐體熱負荷檢測和爐缸內(nèi)襯溫度檢測系統(tǒng)，為高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、順行、高效、長壽奠定基礎。

2.1.1合理的內(nèi)型設計

高爐內(nèi)型對高爐冶煉起著重要作用。合理的內(nèi)型能促使冶煉指標的改善。在總結國內(nèi)外同類型容積高爐內(nèi)型尺寸的基礎上，結合通才原燃料條件，設計采用適宜強化冶煉的矮胖爐型。高爐內(nèi)型主要參數(shù)：死鐵層高度1.8 m，爐缸高度4.0 m，爐腹角79°41′43″，爐身角82°52′30″，高徑比2.57。其特點如下：

1）采用矮胖型爐型，減小了爐腹角、爐身角。較小的爐身角有利于受熱膨脹后的爐料下降；較小的爐腹角有利于煤氣流的均勻分布，減小對爐腹生成渣皮的沖刷，保護爐腹冷卻壁，延長其壽命。

2）加深了死鐵層深度。加深死鐵層會增加爐缸侵蝕面積，但環(huán)流的減弱，將延緩爐墻厚度方向的侵蝕速度，無疑對高爐是有利的。同時較深的死鐵層可多貯存鐵水，保證爐缸有充足的熱量儲備,穩(wěn)定鐵水溫度和成分。

3）加大了爐缸高度。深爐缸可保證風口前有足夠的風口回旋區(qū)，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心焦的透氣（液）性，有利于改善氣體動力學條件。

4）高爐設有22個風口，2個鐵口。

2.1.2冷卻元件設計

高爐采用全冷方式。從爐底到爐喉鋼磚下沿共設有14段冷卻壁，按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同工作條件和熱負荷大小，采用不同結構形式和不同材質(zhì)的冷卻壁。

爐底、爐缸第1、3、4段采用光面耐熱鑄鐵冷卻壁，爐缸異常侵蝕區(qū)第2段采用鑄鋼冷卻壁，爐腹、爐腰、爐身下部采用銅冷卻壁。銅冷卻壁有足夠的冷卻強度，能夠保護爐殼和內(nèi)襯，爐身中上部能起支撐內(nèi)襯的作用，易于形成工作內(nèi)型，易于形成渣皮以保護爐襯和爐殼。

冷卻壁5～12段鑲磚，磚襯與壁體采用燕尾槽連接，從結構上加強了磚襯的穩(wěn)定性。其中第5～9段鑲抗堿金屬性、抗磨性、導熱性良好的燒成微孔鋁碳磚，第10～12段鑲磷酸浸漬黏土磚，第13、14段采用倒扣型光面球墨鑄鐵冷卻壁。

2.1.3高爐爐缸爐底內(nèi)襯結構設計

傳統(tǒng)的爐底爐缸結構為碳磚＋陶瓷杯（陶瓷墊）結構，雖然取得了高爐長壽的案例，但由于碳磚的抗鐵水熔蝕性差，陶瓷杯壽命短等缺陷，使得許多高爐壽命短，僅使用1～4 a就出現(xiàn)問題。因此，高爐爐缸爐底內(nèi)襯結構設計需要進一步優(yōu)化完善。在通才高爐的設計中，充分考慮了高爐各部位的不同工作條件和侵蝕機理，結合通才原燃料條件和生產(chǎn)經(jīng)驗，有針對性地選用耐火材料（碳復合磚），并在結構上加強磚襯的穩(wěn)定性，優(yōu)化高爐爐缸爐底內(nèi)襯結構設計。

1）為了延長爐底和爐缸的壽命，采用優(yōu)質(zhì)耐火材料并提供良好的冷卻。爐底采用高導熱碳磚＋微孔碳磚＋碳復合轉(zhuǎn)＋剛玉莫來石磚結構：爐底第1層采用高導熱石墨碳磚；第2層采用半石墨碳磚、第3層采用微孔碳磚，第4層采用碳復合磚；最上層5、6兩層采用剛玉莫來石磚。爐缸側壁采用碳復合磚，陶瓷杯壁采用微孔剛玉磚。

2）風口區(qū)域采用微孔剛玉組合磚。

3）鐵口區(qū)域采用微孔剛玉組合磚。

4）爐腹及以上區(qū)域采用磚壁合－薄內(nèi)襯（鑲磚150 mm）的結構形式。

耐火磚內(nèi)襯采用冷鑲方式直接與冷卻壁砌成整體，磚襯與冷卻壁采用燕尾槽連接。磚壁合一薄內(nèi)襯技術取消了冷卻壁凸臺，易形成穩(wěn)定而平滑的操作爐型，設計爐型即為操作爐型。

本次高爐設計中爐缸側壁采用碳復合磚取代超微孔碳磚，是在充分分析總結碳復合磚的高導熱、高抗侵蝕性能和通才2#410 m3高爐使用碳復合磚經(jīng)驗的基礎上確定的。碳復合磚具有碳磚的導熱性和陶瓷磚的抗鐵水熔蝕性能，其理化性能指標見表1（其中抗堿性全部無裂紋，評價為優(yōu)）。通才2#410 m3高爐爐缸使用碳復合磚，2008年7月投產(chǎn)，截至目前，爐缸工作正常，侵蝕輕微。

表1 碳復合磚與國內(nèi)外幾種碳磚的理化性能比較

2.1.4高爐冷卻系統(tǒng)設計

1）軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、節(jié)水及冷卻效果好的特點。高爐軟水系統(tǒng)與熱風爐軟水系統(tǒng)并聯(lián)，全系統(tǒng)總循環(huán)水量為4 000 t/h，供水壓力0.6 MPa。冷卻壁軟水循環(huán)水量為2 400 t/h。爐底及風口大套串聯(lián)，水量為330 t/h。風口中套水量為470 t/h，熱風爐熱風閥、混風閥、倒流閥等水量為800 t/h。系統(tǒng)設置20 m3脫氣罐2個、20.5 m3膨脹罐1個。

2）高壓凈環(huán)水系統(tǒng)。風口小套、爐頂打水、十字測溫裝置等采用高壓凈環(huán)水冷卻，水壓1.5 MPa。

3）常壓凈環(huán)水系統(tǒng)。爐喉鋼磚、爐前用水點等采用常壓凈環(huán)水系統(tǒng)，水量520 t/h，水壓0.6 MPa。

2.2 精料及爐頂布料控制

2.2.1精料技術

槽下供料系統(tǒng)礦焦、槽雙排布置，礦焦采用分散篩分、分散稱量工藝。燒結礦、球團礦、塊礦、焦炭入爐前在槽下進行篩分、稱量后由上料主皮帶機送高爐爐頂上料罐，槽下和上料主皮帶間無中間料罐。為精準稱量物料，每個槽下分別設有獨立的稱量斗。

小塊焦回收利用。焦炭篩篩下的≤25 mm的小塊焦經(jīng)碎焦大傾角膠帶機提升到碎焦篩分樓頂部，通過焦丁篩進行篩分。焦丁篩分級粒度為10 mm，篩上物為焦丁，由篩上溜槽進入碎焦皮帶機運送到焦丁倉貯存?zhèn)溆?；?jīng)槽下供料系統(tǒng)混裝后進入槽下礦石膠帶機再進入高爐。

爐頂采用皮帶上料，主皮帶寬1.4 m，皮帶速度1.6 m/s，最大運輸能力礦石2 000 t/h，焦炭400 t/h。

2.2.2爐頂布料控制技術

采用串罐式無料鐘爐頂設備，可實現(xiàn)重量法和時間法布料，按工藝要求準確控制布料角度和圈數(shù)。料罐有效容積28 m3。爐頂工作壓力0.22 MPa，設計壓力0.28 MPa。

均壓、排壓系統(tǒng)采用二次均壓形式，一次均壓為凈煤氣，二次均壓為氮氣。一次均壓采用全干法布袋除塵后的凈煤氣，二次均壓采用氮氣。共設置2臺液壓驅(qū)動均壓閥。爐頂排壓系統(tǒng)設2臺液壓驅(qū)動均壓放散閥，閥后設消音器。

2.3 風口平臺和出鐵場

風口平臺為混凝土結構平臺。設有2個鐵口，無渣口，雙矩形出鐵場，結構緊湊、占地少、投資省。出鐵場場面為準平坦型，除主溝外，全部渣鐵溝及溝蓋均設在平臺面下，操作區(qū)寬敞、平坦，材料堆放及運輸方便；渣鐵溝上沒有活動蓋板，在檢修渣鐵溝時揭開活動蓋板，可在溝兩側的護板上作業(yè)，解決了平坦化與改善修溝操作條件的矛盾。主溝采用半貯鐵式。爐前主要設備有KD300型液壓泥炮、KDIA型全液壓開鐵口機。

2.4 干法除塵系統(tǒng)

高爐煤氣干法布袋除塵器最大處理煤氣標準流量為2.4×105m3/h，適應的正常煤氣溫度為100～250℃。濾袋材質(zhì)為超細氟美斯9806，對于150℃左右的高爐煤氣，經(jīng)過布袋除塵器后的煤氣含塵量降到5 mg/m3以下。

設計采用低壓脈沖噴吹布袋除塵器，布袋除塵器采用雙排布置，箱體13個，箱體直徑Φ4 000 mm。為防止布袋被氣流從外壓扁，袋內(nèi)裝有支撐袋籠。箱體上部設有氮氣脈沖噴吹裝置，用氮氣對濾袋進行噴吹，氮氣噴吹壓力為0.3～0.35 MPa。經(jīng)氮氣噴吹后，灰塵降落至箱體底部集灰斗，待集灰斗的灰位集到一定的設定高度時，開啟氣動自鎖鐘閥，由氣力輸灰系統(tǒng)送至灰倉?；覀}上部設倉頂除塵器。當灰倉的灰位集到設定高度時，開啟氣動卸灰球閥，由吸排罐車運走。

2.5 高風溫技術

為節(jié)能降耗，高風溫是熱風爐發(fā)展的必然趨勢。通才3#高爐設計采用全低熱值高爐煤氣，設計送風溫度1 350℃，熱風爐拱頂溫度1 420℃。采用4座頂燃式熱風爐加兩座助燃空氣預熱爐，助燃空氣預熱到500～600℃，煤氣溫度預熱到200℃。

2.6 BPRT系統(tǒng)

BPRT系統(tǒng)裝置具有兩個機組的功能，即高爐鼓風和能量回收，是由電能和煤氣能雙能源驅(qū)動的鼓風機組。BPRT機組是將煤氣透平和高爐鼓風機兩套機組合并，取消發(fā)電機及發(fā)配電系統(tǒng)，并將回收的能量直接作為旋轉(zhuǎn)機械能補充在軸系上，避免能量轉(zhuǎn)換的損失，使驅(qū)動鼓風機的電動機降低電流而節(jié)能。

高爐鼓風機選用AV63—15型全靜葉可調(diào)軸流式電動鼓風機組1臺，最大風量為3 600 m3/min，出口風壓為0.5 MPa，配套電機額定功率為19 000 kW。高爐煤氣透平機選用MPG8.1-290/150型，輸出功率6 000～8 000 kW。

3 生產(chǎn)實踐

山西通才3#高爐實際爐容1 300 m3，于2012年7月13日點火送風投產(chǎn)。高爐投產(chǎn)后生產(chǎn)穩(wěn)定順行，各項生產(chǎn)技術指標不斷提升，3個月達產(chǎn)。表2是山西通才3#高爐投產(chǎn)初期主要生產(chǎn)技術指標。

表2 通才3#高爐2012年投產(chǎn)初期生產(chǎn)技術指標

2012年10月份高爐最高日產(chǎn)量達到4 040 t/d，11月份平均利用系數(shù)達到2.78 t（/m3·d），燃料比502 kg/t，焦比342 kg/t，焦丁比8 kg/t，煤比152 kg/t，風溫1 313℃。高爐的各項指標達到了預期的設計水平。

Design Characteristicsof No.31300m3BF in Shanxi Tongcai

YU Guohua,CHEN Cheng,WANG Bing
（Shandong Province Metalurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

A series of advanced and suitable technologies were adopted in the design of No.3 1 300 m3BF in Shanxi Tongcai Industrial and Trading Co.,Ltd.such as entire cooling staves structure,thin skinned lining,copper cooling staves,carbon brick ceramic cup complex bottom,closed loop soft water cooling system,bell less top with two coaxial vertical hoppers,dry bag dedusting,blast furnace power recovery turbine.After commissioning,the BF achieved good technical and economic indexes.The highest daily output is 4 040 t/d,the coefficient of utilization reaches 2.78 t/(m3·d),fuel ratio is 502 kg/t,coal ratio is 152 kg/t and the blast temperature is 1 313℃.

blast furnace design;thin skinned lining;combined carbon brick;high blast temperature technology

TF063

：A

：1004-4620（2014）01-0009-03

2013-11-04

于國華，男，1964年生，1987年畢業(yè)于包頭鋼鐵學院鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為山東省冶金設計院股份有限公司高級工程師，從事高爐長壽及設計研究工作。