中天钢铁8 号1 580 m3 高炉改造设计特点

张啟龙，张俊杰，张 非，王春龙，曹英杰

（1.中天钢铁集团有限公司，江苏213013；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京100176）

0 引言

中天钢铁8 号高炉炉容为1 580 m3，于2012 年建成投产，炉体采用厚壁炉衬结构，冷却系统采用软水密闭循环系统+工业水开路系统，炉顶采用串罐无料钟炉顶设备，双矩形出铁场，配备三座旋切顶燃式热风炉，水渣采用底滤工艺。高炉投产2 年左右炉壳开始上涨，炉底板上翘，到2018 年炉底板上翘180 mm 左右，从安全角度考虑，公司决定于2018 年年底停炉大修。本次大修改造，在炉壳利旧的基础上，对炉底板结构进行改进，将厚壁炉衬结构改为薄壁结构，冷却壁全部更换，炉体耐材重新砌筑。本文结合高炉生产中存在的问题，对本次高炉炉体大修改造进行全面的介绍。

1 炉底板结构改进

1.1 炉底板原结构

高炉原设计采用单层炉底封板，如图1 所示，炉底封板下方设置一层200 mm 高的工字钢，炉底水冷管放在炉底封板上面，炉底封板与工字钢焊接固定。高炉停炉前炉底板上翘情况如图2 所示，炉底板与工字钢脱开，径向深度2 000 mm 左右，纵向高度180 mm 左右。

图1 原设计炉底板结构图

1.2 炉底改进措施

为了增加炉底封板的稳定性，采用双层炉底板结构，将原炉底板拆除，更换的炉底板与原基础预埋件重新焊接，适当扩大塞孔焊的孔径，以增加炉底板与工字钢的焊接强度；其次，下层炉底板上设置耐热混凝土基础，基础上方铺设工字钢，炉底工字钢上部再设置一层密封板，密封板与炉壳采用柔性连接，起到密封煤气的作用；此外，为了进一步防止炉底板上翘，在高炉基础周围埋设90 个M48 螺栓，螺栓穿过圆周环板固定连接。改造后的炉底板结构如图3 所示。

自高炉大修投产1 年多以来，炉底板没有发生变形，并且对本厂的9 号、10 号高炉也采用了类似的加固处理措施，炉底板上翘现象得到了有效抑制。

图2 高炉停炉前炉底板上翘情况

图3 改造后炉底板结构图

2 炉体结构改进

2.1 炉衬结构

高炉原设计为厚壁炉衬结构，冷却壁热面砌筑一层厚度为345 mm 的耐火砖，为了支撑砖衬，炉身中部冷却壁采用了带凸台的结构，但是，在生产过程中，炉身下部砖衬很快脱落，而凸出到炉内的冷却壁凸台受高温煤气流及炉料的冲刷而损坏，凸台的存在也影响了煤气流的分布，对高炉操作造成影响。

因此，本次大修，将炉体改为薄壁炉衬结构，采用耐火砖更加稳定的镶嵌形式，热面不再砌筑耐火砖。高炉内型采用薄壁炉型，将炉腰直径扩大，适当降低高径比，增加通过炉腰的煤气量，利于产量的提高；同时，减小炉腹角和炉身角，炉腹角减小有利于煤气流的上升以及炉腹冷却壁渣皮的稳定，炉身角减小利于炉料的下降和高炉的顺行[1]。改造前后高炉内型参数对比见表1。

2.2 冷却结构

原冷却壁为四进四出结构，炉腹、炉腰、炉身下部采用铸钢冷却壁，炉身中、上部采用球墨铸铁冷却壁，冷却壁上部带凸台，以便于支撑砖衬。高炉投产不久便出现冷却壁凸台损坏的情况，从拆炉情况看，冷却壁凸台磨损严重且有开裂的现象，如图4 所示。

与球墨铸铁冷却壁相比，铸钢冷却壁具有延伸率高、抗拉强度大、熔点高、抗热冲击性强的优点；此外，由于壁体材质与冷却水管相近，冷却水管无需采取特殊的防渗碳处理，这就消除了铸铁冷却壁的防渗碳层，因此，铸钢冷却壁的整体导热性能较好，有利于冷却壁热面渣皮的形成。鉴于铸钢冷却壁在该高炉上的应用效果，本次大修炉腹、炉腰、炉身下部仍采用铸钢冷却壁。但是，由于钢液温度高，铸造过程中冷却水管易发生变形和熔化穿透，因此，制造时需要严格控制生产工艺。

表1 改造前后高炉内型参数对比

图4 炉身中部铸铁冷却壁破损情况

本次大修，为了适应炉料下降过程中体积的变化，改造后炉体采用变炉身角的冷却结构，并且取消冷却壁凸台，将原砌砖结构改为镶砖冷却壁结构。改造后各部位的冷却结构具体如下：

（1）炉底、炉缸第1～5 段冷却壁采用光面灰铁冷却壁，材质选用HT150，取消原铁口区域的铸铜冷却壁。

（2）炉腹至炉身下部第6～11 段冷却壁为满镶砖铸钢冷却壁，材质选用ZG230-450。

（3）炉身中、上部为满镶砖球墨铸铁冷却壁，材质选用QT400-20，冷却水管全部采用四进四出结构。

（4）炉喉钢砖采用两段式结构，下部为水冷钢砖，上部为无水冷钢砖，材质为铸钢。

3 炉体耐材结构改进

3.1 炉底、炉缸耐材结构

原设计采用复合炉底、炉缸结构，炉底满铺5层大块炭砖，总厚度2 000 mm。再往上砌筑两层刚玉质陶瓷垫，总厚度800 mm。炉缸炭砖热面砌筑小块陶瓷杯，为嵌入式结构。

由于炉底板变形严重，炉底、炉缸的耐材也会错位变形，因此，本次改造将炉底、炉缸耐材全部更换。从近些年的高炉拆炉情况来看，炉底炭砖基本不会侵蚀，本厂其它高炉的拆炉情况也是如此，此外，为了双层炉底板结构的需要，将原来的5 层大块炭砖改为4 层，减小炉底厚度。改造后：最下层炭砖满铺1 层国产半石墨炭块，其上满铺2 层国产大块微孔炭砖，最上层满铺1 层国产大块超微孔炭砖，炉底炭砖总厚度～1 600 mm。炉底炭砖上方砌筑两层防漂浮大块莫来石陶瓷垫。

铁口及以下炉缸区域环砌大块超微孔炭砖，死铁层和铁口区域的炭砖局部加厚，铁口上部环砌大块微孔炭砖；炉缸炭砖内侧砌筑大块陶瓷杯，以增加陶瓷杯的稳定性；风口、铁口组合砖采用大块结构，减少砖缝，从而降低碱金属等有害元素渗入砖缝的可能。

风口处采用密封新技术[2]：一是，在风口大、中套上设置灌浆孔，当风口区域出现缝隙时可通过灌浆孔进行灌浆；二是，风口设备与组合砖之间上下缝隙差异化设计，以避免风口设备上翘；三是，在风口组合砖下部加设铜板，以防止碱金属等有害元素、风口设备漏水对炭砖和炭素捣料的侵蚀。

3.2 炉腹及以上耐材结构

为了提高耐材砌筑结构的稳定性，改造后采用冷镶砖工艺。其中，炉腹至炉身下部区域工作条件恶劣，热负荷高，采用氮化硅结合碳化硅砖，该种耐材具有良好的耐碱侵蚀性、抗氧化性、耐磨性、高导热性、抗热震性；炉身中、下部冷却壁的热面镶嵌焙烧微孔铝炭砖；炉身上部冷却壁热面镶嵌磷酸盐浸渍粘土砖，以抵抗炉料的磨损及煤气流的冲刷。

4 炉体冷却水系统改进

炉体冷却设备的检漏是高炉生产中的重要工作。冷却壁一串到顶的连管形式对高炉配管及检修空间较为有利，但是，不利于纵向分区调水。纵向分区冷却可以实现分区调水功能，但是管路较为复杂，不利于冷却壁的查漏检修。

经过综合考虑，本次大修冷却壁仍采用一串到顶的连管形式。为了便于冷却壁的检漏，在第6～9段冷却壁之间的连管上安装三通球阀，并且在连管的上下方各设置一个DN25 的二通阀门；一方面可以排气、测温，另一方面，当冷却壁查出漏水时，可以将漏水的通道切换为工业水冷却。高炉大修后，冷却壁的查漏及改水工作得到了极大改善。改造后的炉腹至炉身下部冷却壁阀门设置如图5 所示。此外，为了应对炉役后期铁口区域热负荷升高，在铁口区冷却壁附近设置了备用高压工业水管路，以方便及时切换。

图5 改造后炉腹至炉身下部冷却壁阀门设置示意图

5 炉体检测系统改进

随着高炉检测手段的丰富，高炉“可视化”程度逐渐增加，为生产操作提供了便利。改造后主要采取了以下检测手段：

（1）适当增加炉缸、炉底在炉衬和冷却壁上的热电偶，满足炉役后期炉缸侵蚀模型的需求。根据炉缸的侵蚀特点，在炉缸象脚区密集布置热电偶，并在炉壳上设置温度检测。

（2）炉顶设置热成像仪，取代了原来的红外摄像仪，炉顶料面观察更加清晰。

（3）炉喉设置十字测温，能够直观反映炉顶中心、边缘的温度，给布料操作提供依据。

（4）炉缸安装水温差检测设施，主要监控铁口及其附近区域，能够指导高炉维护，利于高炉安全生产。

6 结语

本次高炉改造，通过对上一炉役炉壳上涨、炉底板上翘原因的分析，结合生产实践和国内同类型高炉的设计经验，优化改进了底板密封结构，有效解决了炉底板上翘的问题。此外，对炉体结构、炉体水系统、炉体检测等进行了相应优化和改进。投产后的生产实践证明，本次高炉改造达到了预期效果，为高炉下一代炉役的安全、高效生产打下了坚实的基础，也为其他高炉的改造提供了良好的借鉴。