武钢1号高炉长寿技术装备

　　至今，已生产了两代炉役。**代炉龄20年，其间中修3次，实际生产18年，产铁942. 96万t，单位炉容产铁6 803t/m3，平均利用系数1.03；第二代炉龄（1978.12.161999.5.13）20年，其间中修4次，实际生产18年8个月，产铁1546.34万t，单位炉容产铁11'157t/m3，平均利用系数1.649.1号高炉檠一、二代基本沿用前苏联的设计模式，有效积1386m3，炉缸直径8. 2m，有效高度26.7m，16个风口，1个铁口，2个渣口，渣罐盛渣，双钟炉顶，工业水冷却，3座内燃式热风炉。目前1号高炉第三代炉役正在进行改造性大修施工，预计2001年5月投产，在大修中采用了许多的先进技术设备，主要有：收镝日期：2000―12―22联系人：傅连春教授级高工（43083）湖北省武汉市武汉钢铁C集团）公司技术部高炉扩容。高炉有效容积由原来的霍戈文高温内燃式热风炉。从霍戈文引进的高温内燃式热风炉，热风炉篼温区采用硅砖砌筑，拱顶采用可吸纳热胀冷缩的关节砖技术，采用双预热，在高炉煤气中配加部分转炉煤气等技术，保证热风炉能提供1250C左右的高风温。热风炉设计寿命超过一代高炉寿命。

　　高炉本体采用薄炉衬结构与长寿设计。

　　采用联合软水闭路循环冷却系统。

　　采用料车上料，无料钟炉顶。

　　炉渣处理引进国外先进的冷INBA技术，它能大大提高环保指标，使排人大气的氏3与302大幅降低。采用普通INBA处理炉渣时，每吨渣排人大气的H2S与502为250g；而采用冷INBA处理炉渣时，每吨渣排人大气的H2S与S02仅为lg.喷煤系统实现烟煤、无烟煤混喷，满足高炉煤比达到200kg/t的需要。

　　炉前采用静电除尘，采用DDS液压泥炮与振打式开口机，2个出铁场均采用半储铁式浇注主沟，大大减轻炉前劳动强度。

　　2主要的长寿技术措施改钟式炉顶为无料钟炉顶由双钟式炉顶改为无料钟炉顶，高炉布料更加灵活，因而能有效地控制高炉内煤气流的分布，防止边缘煤气流过分发展，并适当开放中心煤气流，减少管道行程、滑料、崩料与悬料。因为悬料后坐料会导致渣皮的脱落，对冷却壁的寿命影响很大，而无料钟炉顶布料调节灵活。能实现煤气流的合理分布，维持炉墙挂渣稳定，减少内衬及冷却壁的损坏。

　　高炉长寿内型的选择随着人炉原燃料质量及装备水平的提高，长寿高炉的炉型已逐步向矮胖型、大炉缸、深死铁层方向发展。

　　选择合适的高径比。由于高炉块状区存在热交换停滞区，因而适当降低炉身高度对高炉热效率不会产生多大影响。矮胖型高炉降低了料柱高度。原燃料在下降过程中的内摩擦力以及炉墙与炉料间的摩擦力相对。减少，另外下层炉料所受压力也降低，有利于降低炉料粉末率。料柱压损减少，透气性改善，有利于高炉强化冶炼，另外边缘煤气流相对减弱，对长寿有利。但高径比不是越小越好，高径比小，则炉料间接还原区变窄，对降低燃料比会有一定影响。根据武钢高炉精料水平、操作经验及5号高炉、4号高炉长寿强化生产实际等，高炉高径比定在2. 62.7之间较合适。

　　适当增大炉缸容积。随着人炉料含铁量的增加及高炉强化冶炼水平的提高，国内外高炉炉缸均有向大型化发展的趋势。炉缸容积适当增加，能缓和渣铁的冲刷力，减少在高强化冶炼条件下出现憋炉的可能性。适当增大炉缸容积有利于铁水脱硫，一般情况下，不会出现高硫生铁，避免铁水粘度太低，有利于保护炉缸炭砖，因而1号高炉新一代炉缸高度定为4.5m.增加死铁层深度。死铁层的深浅，决定了高炉炉缸、炉底的侵蚀状况。根据日本人的研究，炉内死焦柱悬浮于铁液上时，*有利于篼炉炉况的稳定顺行、强化操作与长寿生产。如果死焦柱直接座落于炉底上，则出铁时，渣铁只有通过环流的形式，从靠近炉墙边缘的通道流向铁口，这样势必造成炉缸、炉底周向砖衬被过早过度冲蚀。武钢1号高炉一代、二代停炉后的解剖发现，炉缸、炉底侵蚀呈典型的“蒜头”侵蚀，靠近炉墙处炭砖厚度只有800mm左右，而高炉中心炉底处，上面的高铝砖仍有2层未被侵蚀，因此“蒜头”侵蚀对高炉安全长寿生产危害较大。如果增加死铁层的深度，当死焦柱排开铁液的重量等于自身重量后，则死焦柱被铁水浮起。而达不到炉底，这样在出铁时，铁液不必以环流的形式向铁口处集中，而是可以从不同方向流向铁口，这样既可减少环流，也可促使死铁层内的铁液定期更换，有利于消除炉缸堆积现象。

　　因而1号高炉大修时选用了较深的死铁层。

　　此外，对炉身、炉腹角及炉腹、炉喉高度也进行了认真的探讨与筛选，*后定出的1号高炉内型尺寸情况见表1.表1 1号高炉改造前后的内型比较项目上一代炉型新一代炉型有效积，m3有效高度，m炉喉高度，m炉身高。度，m炉腰篼度，m炉腹高度，m炉缸高度，m死铁层深度-m炉喉直径，rn炉腰直径，m炉缸直径，rn高径比2.3高炉长寿内衬结构炉喉采用非冷却长条形耐磨钢砖。

　　采用该结构的5号高炉生产9年后的情况表明，该结构完全能满足高炉长寿生产的需要。

　　（2）采用薄内衬结构。1号高炉炉身内衬不砌耐火砖，只在冷却壁上镶1层砖，采用这种炉衬结构的理由有：国内外高炉生产实践表明，篼炉内衬所砌的耐火砖衬，一般在高炉生产不长时间后就被侵蚀掉或塌落，难以起到长时期保护炉墙的作用。另外，高炉内衬并不是均匀侵蚀或脱落，因此在砖衬局部脱落时，容易形成不规则的高炉操作炉型。此外，砖衬脱落进人炉缸后，容易引起炉温、炉渣碱度的异常波动，影响炉况的稳定与顺行》决定高炉寿命的关键因素并不是所用耐火材料的厚薄、材质的优劣。高炉寿命的制约环节是炉腹至炉身下部区域，该区域的耐火材料生产一段时间后就被侵蚀掉，此后只有靠冷却器上凝结一层渣皮来维持生产，这层渣皮虽然不够稳定，但是只要高炉冷却不损坏，高炉就能正常生产，实际上高炉生产大部分时间内是靠渣皮来维持的。因此，怎样使篼炉冷却器前端结上一层较稳定的渣皮，从而免受煤气流的直接冲刷是高炉寿命延长的关键。

　　国外高炉生产表明，薄炉衬结构能实现高炉长寿。

　　薄炉衬结构能实现快速形成操作炉型，便于篼炉以较快的速度进人强化冶炼阶段。

　　采用薄炉衬结构可将购买耐火砖的资金节约下来进行其他项目投资。

　　（3）武钢1号高炉薄内衬的结构设计情况如下：①炉腹以上到炉喉钢砖以下为薄内衬结构。在炉腹以上区域，只有1层冷却壁的镶砖，镶砖厚度为150mm.根据武钢高炉炼铁生产经验、高炉大中修破损调查情况以及高炉长寿生产的需要，镶砖分三个不同区域选择不同的耐火材料。炉腹区域工作环境*恶劣，对该区的耐火材料要求具有良好的导热性、杭碱性、抗淹铁侵蚀性、抗热震性，尤其要求耐火材料与炉渣有良好的亲和性，以便使该区域具有良好的挂渣性能，在渣皮脱落后能迅速形成新的渣皮，确保长寿生产的需要，因此炉腹选择各项性能指标均良好的Silon结合的刚玉砖，其挂淹性能优于Si3N，结合的SC砖。炉腰至炉身中部采用抗渣铁侵蚀性能好、导热性优良、抗热震性优越的Si3N，结合的C砖。炉身上部采用致密度高、抗碱金属侵蚀性能好、抗磨性能强的浸磷酸盐粘土砖。

　　②炉缸、炉底砖衬结构。风口区砌棕刚玉砖，风口以下炉缸周向内砌1至2层高铝砖，炉底立砌2层<400mm高的篼铝砖，保护炉役前期炉缸炉底炭砖。炉缸周向自水冷管以上环砌17层炭砖，其中9层环砌炭砖为德国进口的高密炭砖，该砖具有气孔度低、致密度篼、导热性好等特点，其900C时导热系数大于19WAm.K）。其他环砌炭砖为国产半石墨炭砖。炉底水冷管上面立砌2层1.2m高的半石墨炭砖。炉缸炉底半石墨炭砖的导热性能好，所用篼导热性的炭砖能及时将炉缸渣铁的热量传到炉底水冷管及炉缸冷却壁并由冷却水带走，确保渣铁在炭砖前端能有效凝固，避免铁液对炭砖的直接冲蚀-为高炉长寿强化冶炼打下良好基础。

　　2.4新型高炉冷却技术根据武钢5号高炉采用软水密闭循环冷却技术取得高炉长寿强化冶炼效果的经验，新1号高炉也采用软水密闭循环冷却技术，但该冷却系统在5号、4号高炉的基础上作了较大的改进。不再采用3个独立的冷却系统结构，而是采用联合闭路循环冷却系统，该系统冷却水被多次利用，水量大幅降低。该系统的总进出水温差达12C左右，在该水温差范围内换热器的换热效率*高，同时只需要1套再冷设备，水的热水平高，再冷设备的应减少；只需1套进出高炉的管线。3个独立效果好；主泵的数量减少，柴油泵的数量也相系统与单冷系统的比较见表2.表2 1号高炉与4号高炉冷却系统的比较所需设备1号篼炉冷却系统（联合软闭系统）4号高炉冷却系统（炉底、风口、冷却壁3个子系统）主杲1套3：套柴泵2套（高保险）3套冷却水热水平热交换器效率高二次水冷却效桌1差，热交换器效率低管路系统从泵房到炉台框架式结构再返回泵房只需1套管路有多少系统就需要多少套路脱气罐与膨胀罐只需1个膨胀罐与1个脱气罐每个系统需1个脱气罐与1个膨胀罐总水量合理布置管网，防止气塞发生。设置若干个回水集管，冷却壁水管分4个区供水，这样可方便查漏与软水日常管理。该系统的管网布置充分考虑到脱气功能，由于冷却器中的气体总是趋向上升，因而管网走向遵循“水往高处流”的原则，脱气罐与膨胀罐置于系统的*高位置，并由计算机控制自动排气，每2层冷却壁水管之间的每根水冷管设排气阀门，以便人工排气，杜绝因管路集气而降低软水的冷却强度。另外，确保冷却水管内的水流速>1.5m/S，防止软水产生流动沸腾，减少因水速低而产生气泡的可能性。水流在不同冷却元件的水管中的流速分别为：冷却壁1.6m/s，炉底>2.0m/s，风口前端>10m/s.膨胀罐中通N2维持正压，防止空气进人闭路系统，保证软水水质，避免管路氧化实现安全、稳定供水。主泵设有4台电动泵（2台运行，2台备用），2台柴油泵。1台柴油泵能提供系统正常情况下30%的供水。选2台柴油泵的目的是防止在停电的情况下，确保1台柴油机能够及时启动，实现双保险，防止出现冷却设备因断水而烧坏。另外，根据4号、5号高炉的软水运行情况，认为事故水塔难以在事故状态真正发挥作用，而2台柴油泵能够保证在电动泵停电的情况下，至少有1台能够启动，假设2台柴油泵均不能启动，系统也能够快速启动用于二次补水的柴油泵，使风口在电动泵停电5s内能够得到供水。保证风口不断水；即使在电动泵、2台柴油泵都不能工作的情况下，计算机将发出相关指令，对各种阀门进行相关动作，使密闭循环状态转为开路气化冷却状态，此时，膨胀罐内的水将倒流，保证汽化冷却所需用水。由于设置了多重保险，高炉冷却元件可以实现不断水，确保其安全、稳定工作。

　　软水水质的保证6软水水质好坏，直接关系到高炉冷却元件的冷却效果，进而影响高炉一代寿命。因此软水水质非常重要，1 2.5合理选择高炉冷却元件为满足高炉不同区域的热负荷要求，根据冷却元件的工作特点，冷却元件选择如下；炉底区域。高炉炉底选用48根水蛉管组成，管内水速为2m/s，炉底水量为570m3/h，保证能及时将炉底炭砖传人的热量带走，使炉底热流强度能控制在6.40kW/m2以下，避免热量储积。

　　炉体区。根据高炉结构特点及4号、5号高炉软水密闭循环运行经验，高炉炉体选用全冷却壁冷却的结构形式，从炉底到炉喉下部设16段冷却壁，冷却壁的长度约2m左右。新1号篼炉冷却壁主要有两种材质球墨铸铁与铜，其中炉缸区13段采用伸Cr球墨铸铁光面冷却壁，其壁体与炭质充填料能充分接触，能将热量有效地传给冷却水带走；炉腰与炉身下部，即7、8段采用从芬兰进口的镶砖铜冷却壁结构，其优良的导热性，能保证高炉软熔带形成区具有足够高的冷却强度，使该区域热流强度控制在46.52kW/m2以内；炉腹以上其他冷却壁均为武钢产镶砖球墨铸铁冷却壁。武钢球墨铸铁冷却壁经过多年的研究、改进及武钢5号高炉的牛产实践。完全能满足高炉长寿生产的需要，该冷却壁的特点是：化学组成合理。

　　其导热系数、延伸率良好，抗拉强度适中；球化工艺先进，获得良好的球化效果，抗拉强度>400MPa，延伸率达20%；采用了先进的水管防渗碳技术，基本做到了水管不渗碳；对球墨铸铁冷却壁进行合理的热处理，增加铁素体的含量，消除了应力集中，同时减少了边缘与中心延伸率的差别。

　　为提高高热负荷区的冷却能力，高炉在5、6、9、10、11、12段冷却壁上分别安装了双层水冷管，靠炉内一层为4根直管，靠冷面一层为蛇形管。为加强冷却强度，水管直轻在4号、5号高炉的基础上进一步扩大，直管管径增加到0 75mm，蛇形管直径增加到065mm.铜冷却壁内不埋设水管。而是铸成椭圆形的孔道。椭圆形水道能大大提高水与铜之间的换热面积，改善冷却效果。为消除高炉不同区域因热负荷不同而造成的冷却水管错位，在冷却壁的安装工艺上，风口区以上取消螺栓固定方式，用冷却套管实施固定点、滑动点和萍动点工艺，它可以有效地吸收炉皮受热而产生的纵向和横向变形，避免冷却水管被炉皮剪断。冷却壁镶砖槽采用横贯结构，镶砖槽呈燕尾槽，采用圆角过渡，避免应力集中，并提高镶砖的牢固度。

　　2-6完善的高炉监控技术高炉监测手段是否完备对高炉长寿有直接影响。与长寿强化冶炼关系较密切的为冷却水、炉体静压及炉体温度分布的检测。

　　冷却水的监测包括：①炉底水量、水压、进出水温度检测。通过这些参数可计算炉底水冷管带走的总热量。②冷却壁系统各区的水量，进出水温差，另外还备有超声波水量测量仪，随时可以测量某根水管的水流速度与水量。

　　静压检测包括炉腹的6段、炉身中部10段与上部14段3层静压测量，每层检测4个方向的静压变化，为炉况调剂提供有益。

　　炉体温度测量。炉基中心衬板上下各设1个测温度点，水冷管上面与**层炭砖下。设7个测温点，在**、二层炭砖间设19个测温点，根据这2层测温点可随时计算炉底侵蚀深度。炉底中心区高铝砖下设13个测温点；炉缸环形炭砖设4层测温面，每一层中在两个不同半径上各分布6个测温点。除6段外，5段13段均设有冷却壁温度测量点，热电偶插人冷却壁壁体内的深度为80mm左右，测温点数量为611个测温点。冷却壁温度的变化对高炉强化冶炼与长寿操作提供*有用的。在两层铜冷却壁之间及9段、10段之间分别在8个方向设有24个埋于镶砖内的测温点，用于监视镶砖的侵蚀情况。

　　3结语新一代的武钢1号高炉采用了许多国内外先进的长寿技术，加上武钢炼铁厂已培养了一批经验较丰富的高炉冶炼工程技术人员与管理人员，相信1号高炉新一代炉龄将超过4号、5号高炉，一代炉役寿命可望达到15年，赶上世界高炉长寿先进水平。

　　（责任编辑黄琳基）