广钢高炉炼铁系统工程设计及采用的新技术

阎 峰

(广西钢铁集团有限公司炼铁厂，广西 柳州 545000)

广钢1#高炉设计有效容积为3800 m3，采用了高炉长寿技术，以及软水密闭结合净环水冷却技术、高风温、高顶压、大富氧喷煤、均压放散煤气回收、环保WHBJ渣处理、低耗及清洁生产等先进的大型高炉技术[1-5]。通过充分分析国内外同级别炉容产铁量较高的高炉，综合考虑冷却设备、冷却介质、砌体结构、耐火材料和检测监控设施的配置，并结合自身原燃料条件，确定了此项高炉系统设计。

1 设计理念与主要技术指标

广钢高炉炼铁系统工程设计是以“先进、实用、可靠、经济、安全、环保”为原则，以资源高效利用为核心[6-7]，建成以低消耗、低排放、高效率为基本特征[8-9]的现代化大型高炉系统。

高炉系统的设计必须保证获得良好的技术经济指标，以实现高炉的长周期稳定顺行及高炉长寿。高炉设计內型尺寸见表1。

广钢1#高炉炼铁工艺主要设计指标见表2。

2 高炉高效长寿技术

设计中综合运用现代高炉长寿技术，确定合理的高炉炉型，采用无过热冷却器和纯水密闭循环冷却技术，优化炉体内衬结构，设置完善的高炉自动化检测与控制系统，以实现高炉生产的稳定顺行、长寿高效。

2.1 优化高炉炉型

高炉本体设置了38个风口和4个铁口，减小了炉身角及炉腹角，高径比Hu/D=1.932，使炉体更趋于矮胖型，加深了死铁层的厚度，并使用引导性侵蚀“锅底”炉缸、炉缸增设石墨安全墙、本体预挂渣皮技术等，为高炉长周期稳定顺行提供了技术保障。

表1 广钢1#高炉内型尺寸

表2 广钢1#高炉炼铁工艺主要设计指标

2.2 采用薄内衬冷却壁设备

高炉本体系统还使用了薄内衬冷却壁设备、进口炉底炉缸炭砖和不定型耐材炭砖+陶瓷杯水冷长寿炉底炉缸结构。此外，还设置了完善的高炉内衬、冷却壁、软水、净环水的检测、监测、控制系统。

2.3 采用智能系统监测高炉

高炉配备了炉顶红外成像监测、风口成像监测、炉底炉缸侵蚀模型、高炉专家系统等人工智能装备，炉体冷却的软水系统具备自动排汽、自动补水、自动检漏、自动稳压等功能，确保高炉能够“安全、高效、优质、低耗、环保、长寿”运行。

3 高炉精料技术

采用合理炉料结构，烧结矿率为70%～80%，球团矿率为15%～30%，块矿率为5%～15%，综合入炉矿品位为58.5%±0.5%。

高炉炉顶采用了PW型串罐无料钟装料设备和相应的布料模型，设计压力0.32 MPa，料罐有效容积85 m3，布料溜槽有效长度4200 mm，中心喉管DN800 mm等。

槽下供料系统采用了物料单线供料、集中全自动化智能控制、辅助摄像监控、矿焦分散称量、焦丁回收等工艺，矿槽与焦槽并列平行布置。设置了7个烧结矿槽、3个球团矿槽、2个块矿槽和2个杂矿槽，以及6个焦槽和1个小块焦槽。烧结矿仓和焦炭仓的有效贮存时间均为16 h，球团矿仓和块矿仓的有效贮存时间均大于26 h。

4 平坦化出铁场和炉渣处理工艺

为了满足特大型高炉连续出铁、及时处理大量渣铁的生产要求，出铁场为双矩形，设4个出铁口。每个出铁场下设8条铁路线，铁水的运输采用240 t开口罐运输。出铁场采用平坦化设计，面积约为8220 m2，并设置有一条上出铁场的高架通道，允许单辆载重30 t的车辆通行。

高炉的两个出铁场各对称布置有一套WHBJ法渣处理系统，每套冲渣水系统的提升泵房和冷却泵房自成区域，既布置紧凑，节约占地，同时还减少了外部管道和电缆的费用。

5 高温长寿顶燃式热风炉

高风温是现代高炉炼铁的重要技术特征。广钢1#高炉热风炉系统配置4座高温长寿型顶燃式格子砖热风炉，高温区拱顶及格子砖采用硅质耐火材料。燃料为全高炉煤气，采用高温预热助燃空气的工艺技术方案，预热系统配置2座前置预热炉和空煤气板式换热器，设计风温1250 ℃，最高风温能达到1300 ℃。多火孔陶瓷燃烧器位于燃烧室正上方，每座热风炉布置50个煤气烧嘴、50个空气烧嘴。燃烧室为球面接锥面中空结构，工作层采用优质硅砖，满足1400 ℃拱顶高温的要求。蓄热室下部为无梁炉箅子、支柱，最高耐温600 ℃。四座顶燃式热风炉一列布置，设计使用寿命≥30年，并配套设置一套富氧装置。

6 低速浓相喷吹技术

煤粉喷吹设施的设计能力能够满足两座高炉喷煤使用。制粉、喷吹设施集中布置，配置3台制粉能力≥70 t/h的中速磨煤机，喷吹系统采用4罐并列单总管加分配器直接喷吹工艺，共两个喷吹系统，两套喷吹系统满足煤粉互送；采用低速浓相喷吹技术，节约氮气，降低能耗；喷吹罐的有效容积为90 m3，按照同类型高炉的平均煤比计算，可连续喷吹约45分钟。主要设备包括：中速磨煤机、防爆式收粉器、密封计量带式给煤机、喷吹罐、氮气储存罐、仓顶泄压除尘器、以及各类阀门和喷煤管道等；考虑到安全运行和使用寿命等问题，关键部位的检测元件均采用国外进口元件。

7 干法布袋除尘与TRT技术

干法与TRT系统主要包括高炉煤气干法除尘工艺、炉顶均压煤气回收工艺系统、TRT发电系统、高炉煤气减压阀组、高炉煤气洗净塔等。干法除尘器筒体内直径为6000 mm，数量为16个，双排布置，设计压力0.4 MPa。高炉半净煤气经干法除尘器过滤后的净煤气含尘浓度≤3 mg/Nm3；布袋使用寿命≥2年，正常使用温度100～260 ℃。清灰方式采用净煤气反吹方式，卸灰采用机械式带压全密闭卸灰方式。TRT发电系统的设计入口煤气量为595000～665000 Nm3/h，输出功率23000～30000 kW。TRT装置主要由透平主机系统、润滑油系统、液压伺服控制系统、大型阀门系统、氮气密封系统、冷却水系统、自动控制系统、高低压发配电系统构成。

8 配置铸铁机与修罐系统

铸铁系统配置双链带滚轮固定式铸铁机，铸铁机的链带中心距离为75.6 m，注入铁水温度1250～1400 ℃，卸料时铁块温度550 ℃左右。铸铁机根据高炉生产技术指标及铁水铸铁工艺，调节高炉炼铁、转炉炼钢生产，在开炉初期、平时铁水过剩、事故状态下进行铸铁作业，单台铸铁机铸铁能力要求≥300 t/h，日铸铁能力≥3000 t。铁水罐维修系统主要配备了拆罐区、浇注区、砌罐区、烘烤区、备用和待处理区六个功能区。拆罐区设3个罐侧卧放置钢架座，砌罐区设4个罐位，烘烤区设8个罐位，其中3个备用罐位，5个烘罐位各配一套240 t铁水罐立式烘烤装置，烘罐气源采用高炉煤气、焦炉煤气双路供气。配备稳定可靠的气体流量及烘烤温度检测装置，厂房内安装煤气检测和报警系统。另外还配置了吹管修理设施。

9 结语

广西钢铁炼铁工艺坚持“技术先进、安全长寿、智能高效、绿色环保”的原则，工艺设备具有大型化、高效化、自动化特点及更高的可靠性，能够满足大型高炉的生产需求。同时，技术、成套设备国有化装备比例超过国内同类型高炉，装备水平高于目前国内高炉的现有水平，采用的新工艺、新技术、新设备、新材料提高了智慧制造水平[10]。

(1)广钢1#高炉本体设计采用有利于高炉稳定顺行的矮胖炉型(设计高径比Hu/D=1.932)；内衬采用有利于边缘气流稳定的“预挂渣皮技术”；炉底炉缸采用有利于延长使用寿命的“引导性锅底”预防侵蚀结构，冷却壁和炉壳采用有利于避免气阻的浇筑硅凝胶自流自密实浇注料技术；以及检测、监测、控制和预警系统采用更加完善新工艺和新技术。上述高炉长寿综合技术，为广钢1#高炉长寿化奠定了坚实的技术基础。

(2)广钢1#高炉的软水密闭循环结合净环水冷却系统，采用风口中小套、直吹管、冷却壁、以及热风炉、热风阀重要冷却设备的监测与管理等综合冷却模式，有助于对发生漏水的冷却设备进行快速判断、定位和处理，缩短处理事故的时间，减少损失，提高配管工的工作效率。

(3)广钢1#高炉在高炉炉顶中心料罐内煤气放散泄压时，通过新增的阀门操作，使均压放散粗煤气进入干法除尘器箱体，利用除尘箱体布袋对含尘煤气进行过滤，过滤后的煤气进入低压高炉煤气总管，实现高炉炉顶均压放散煤气的回收。