长钢1 号高炉中修优化设计特点及实践

陈 冬，孙刘恒，汪延来

（中冶华天工程技术有限公司炼铁事业部，江苏 南京 210000）

安徽长江钢铁股份有限公司（全文简称“长钢”）1 号高炉中修优化设计以提高环境保护和资源综合利用水平，在实现降本增效的同时，力求实现经济、社会和环境协调的可持续发展之路。2019 年2 月20日开始停炉中修，历时76 d，于2019 年5 月8 日开炉投产以来，高炉总体运行状况良好，有效容积利用系数为3.4 t/（m3·d）以上，达到了同类型高炉的先进水平，改造前后生产技术指标如表1 所示。

长钢1 号高炉中修优化设计采用了新工艺、新设备和新技术[1]，如厚壁炉型改薄壁内衬炉型[2]、工业循环水改软水密闭循环冷却系统、炉底炉缸炭砖+小块陶瓷杯改为炭砖+大块陶瓷杯杯结构、出铁场平坦化改造、除尘系统升级改造、炉顶均压放散煤气回收等。其主要设计参数：有效利用系数3.24 t/（m3·d），日产生铁3 500 t/d，热风温度1 150 ℃，综合燃料比515 kg/t，炉顶压力0.2 MPa，年产生铁122.5 万t。

表1 长钢1 号高炉改造前后生产技术指标对比表

1 设计特点及分析

本工程主要改造内容包括高炉本体系统炉型优化、冷却壁及供排水系统、风口平台出铁场平坦化、炉顶均压放散煤气回收、出铁场除尘系统升级及其他相关配套设施等。

1.1 高炉本体系统

1.1.1 高炉炉型

高炉炉型是炉体系统的基础，炉型的好坏不但关系到高炉是否高产稳产，也关系到高炉煤气利用的好坏和燃料比的大小，同时，也对高炉寿命的长短起着重要作用。因此，在总结综合比较国内同类型高炉设计与生产操作经验的基础上，结合本工程的具体条件，确定合理的高炉内型[3-6]。

长钢1 号高炉改造后内型与同类型高炉对比如表2 所示。

表2 同级别高炉内型尺寸对比表

此次高炉本体炉型改造特点：

1）厚壁内衬改薄壁炉型：在充分利用现有设施的前提下，保留利用原有高炉本体框架、炉体平台，将厚壁炉型优化设计改造为砖壁结合薄内衬炉型[2]。

2）死铁层深度适当加深：适当加深死铁层深度有利于减少铁水环流对炉缸侧壁的冲刷，保护炉底炉缸耐材，延长炉缸寿命。

3）炉腰直径加大。适当加大炉腰直径，高炉透气性得到改善，有利于高炉的强化冶炼。

4）炉缸直径扩大。适当的扩大炉缸直径有利于提高高炉的产量及冶炼。

1.1.2 炉体冷却结构及冷却系统

长钢1 号高炉中修采用全冷却壁冷却结构形式。炉体从炉底到炉身上部共设15 段冷却壁；炉喉采用两段式水冷钢砖。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不同材质的冷却壁。第1—4 段冷却壁为单层光面灰铁冷却壁；第5 段（风口带）为加厚双层光面球墨铸铁冷却壁；第6—9 段（炉腹2 段、炉腰1 段及炉身下部1段）为双层全覆盖式镶砖铸钢冷却壁；第10—15 段为单层全覆盖式镶砖球墨铸铁冷却壁。

炉体冷却系统由开路工业循环水系统改为软水密闭循环系统。为强化炉底炉缸炉底冷却能力，水冷管布置于炉底于炉底封板上方。为了使炉体供水分布均匀，将系统分成16 个区，上部设1 个脱气罐和1 个膨胀罐，用于控制软水循环系统及排除软水循环冷却过程中产生的气体。

为加强高炉冶炼安全及控制软水冷却系统，本次中修设计高炉冷却壁热负荷监测系统，用于及时监测炉体冷却强度、渣铁皮厚度及冷却壁破损情况，便于生产操作调控，有效提升了高炉冶炼强度。

1.1.3 内衬结构和材质

高炉内衬是维护高炉工作的空间，耐火材料的选择，将影响投资和使用寿命。在本次设计中充分考虑高炉各部位的不同工作条件和侵蚀机理，有针对性的选用耐火材料，并在结构上加强各部位砖衬的稳定性[3]。结合长钢一代炉役使用情况，本次中修设计将原厚壁炉型改为砖壁结合薄内衬炉型。

1.1.3.1 炉底、炉缸区域

高炉炉底、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、炉缸从下往上依次为：2层半石墨炭砖，2 层超微孔炭砖，1 层超微孔焙烧炭块，2 层大块陶瓷垫。炉缸外侧为超微孔炭砖+微孔炭砖，为了提高炉缸及风口砌体的稳定性和寿命，保护炉缸及风口设备，炉缸内侧及风口区采用大块陶瓷杯壁结构。炉底、炉缸设置侵蚀检测系统。炉底炉缸耐材结构如图1 所示。

图1 长钢1 号高炉改造前后炉底炉缸结构示意图

1.1.3.2 炉腹炉腰及炉身中下部区域

由于此区域热负荷大，机械冲刷、化学侵蚀及热震均存在极大的破坏作用，应选择具有高导热系数、高抗折强度、耐渣碱侵蚀的耐火砖。在充分考虑高炉各部位的不同工作条件和侵蚀机理，并结合冷却壁元件的具体特点，有针对性的选用耐火材料。炉腹、炉腰与炉身下部区域冷却壁采用冷镶微孔铝炭砖，内侧采用铝碳化硅喷涂料。

1.1.3.3 炉身中上部区域

炉身中上部温度较低，主要为炉料和煤气流冲刷磨损，因此球墨铸铁冷却壁采用致密性高、耐压强度大、耐磨能力强的磷酸盐浸渍黏土砖，内侧喷涂高铝喷涂料。

1.2 风口平台及出铁场系统

长钢1 号高炉一代炉役生产过程中，出铁场陆续暴露出以下不足：出铁场偏小；出铁场坡度较大，且表面凹凸不平，不利于炉前设备和渣铁沟的维护和检修，不便于检修设备的运行；除尘效果不理想；渣铁沟混凝土挡墙上部破损严重，沟盖板变形严重，不能有效封闭，大量跑冒烟气，炉前环境恶劣。

针对以上不足之处，为了满足环保要求以及便于炉前安全操作维护，在现有出铁场结构基础上平台化，炉前设除尘小屋，将开口机泥炮包覆在小屋内，除尘系统风量提高到100 万m3/h，烟尘排放质量浓度<10 mg/m3，大大改善了炉前操作环境。

1.3 炉顶均排压煤气回收系统

高炉生产中，炉顶装料设备向炉内装料时，料罐中的均压煤气通常都是直接对空排放的，这部分放散煤气的主要成分为CO、CO2、N2和灰尘。料罐排压放散时产生的噪音和粉尘污染，不仅对大气环境直接造成污染，而且也浪费了煤气能源[7]。因此，本次中修设计对均压煤气进行除尘并回收，均压放散煤气回收系统工艺流程如图2 所示。

图2 均压放散煤气回收系统工艺流程示意图

炉顶均排压系统的工艺流程：

1）料罐排压。料罐内高压煤气→旋风除尘器除尘→均压放散阀→煤气回收管网→布袋除尘器→逆止阀→煤气快速切断阀→手动盲板阀→蝶阀→净煤气管网。

2）料罐均压。两步进行，净煤气一次均压，N2 二次均压。

净煤气一次均压：一次均压净煤气→均压阀1→旋风除尘器→均压阀2→料罐。

该技术应用投产后，运行情况稳定良好，煤气回收率达85%以上，取得较好的环保效益和经济效益。

2 结论

1）长钢1 号高炉中修设计采用较先进工艺技术及设备，高炉投产后，炉况稳定顺行，各项指标均优于设计指标，平均利用系数在3.4 t/（m3·d）以上，达到同类型高炉的先进水平。

2）出铁场平坦化后，炉前设除尘小屋，出铁场除尘风量加大，有效改善了炉前操作环境。

3）炉顶均排压煤气回收系统投产后，运行情况稳定良好，煤气回收率达85%以上，生产实践取得较好效果。