印度钢厂450 m3高炉扩容改造

刘春青

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南250101）

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1 前 言

印度某钢厂450 m3高炉日产铁水约1 188 t，目前高炉本体利用系数偏低、炉缸侵蚀严重、炉体冷却壁烧毁，同时公辅系统不能满足企业对炼铁产能、环保的需求。为提高企业铁水供应量，更好地与炼钢工序的产能匹配，改善高炉操作条件，经现场考察和对原设计资料的分析，确定高炉容积由原来的450 m3增大到686 m3（有效容积），相应的对公辅系统进行升级改造。改造后的高炉可实现年产铁水70万t，较原高炉生产能力提高约30%。

2 改造内容

2.1 高炉本体改造

利用现有450 m3高炉基础及框架，确定高炉扩容到686 m3，因此高炉本体全部重新设计。

2.1.1 高炉炉型的确定

新改造高炉炉型设计中，既考虑了企业采用的原燃料条件，又吸收了同级别高炉设计及生产经验，其主要特点：1）适当矮胖，Hu/D=2.67，有利于改善高炉的透气性，减缓高炉对焦炭质量的依赖，避免因项目所在地缺乏优质焦炭资源对高炉顺行的制约。2）大炉腰直径1.6 m。炉腰直径越大，高炉越容易接受风量，透气性越好。3）较小的炉腹角α=78.89°，利于改善煤气流分布，稳定渣皮，延长炉腹寿命。同时改善料柱透气性，降低煤气流速，减少炉料膨胀对内衬和渣皮的摩擦力，同时改善风口冷却壁的工作环境。4）死铁层深度1 450 mm，与炉缸直径比为21.54%，利于减轻铁水环流对炉缸耐材的侵蚀。死铁层深度过大，会造成铁水渗透侵蚀加剧、增加炉缸下部和炉底形成稳定保护层的难度［1］。

2.1.2 高炉耐材

炉底炉缸是高炉生产和安全最为重要的部位［2］，改造后高炉炉底炉缸结构的设计特点：1）炉底炉缸采用“碳质＋陶瓷杯复合炉缸炉底”结构，通过设置高导热、低渗透、耐冲刷、抗铁水侵蚀性能好的优质炭砖，并匹配合理可靠的冷却系统，使炭砖热面易于形成“自保护渣铁壳”，从而达到高炉长寿的目的。具体配置：炉底满铺4层炭砖，从下往上依次为：第1层中国产石墨砖；第2层中国产半石墨炭砖；第3层德国西格里微孔炭砖；第4层德国西格里超微孔炭砖。同时，为避免炭砖与冷却壁之间产生“气隙”热阻，设计选用了与炭砖配套的优质高导热炭捣料，并规范了施工工艺和方法。避免开炉初期铁水对炉底碳砖的侵蚀，炉底设计两层耐渣铁侵蚀的小块刚玉砖作为陶瓷垫。炉缸环砌大块炭砖，炉底、炉缸交界处即“象脚状”异常侵蚀区，环炭砌筑6层高导热、抗铁水渗透性好的超微孔炭砖。炉缸砌筑及1 150℃等温线分布如图1所示。

通过理论模拟计算所得1 150℃等温线处在炉缸炉底陶瓷杯及陶瓷垫内，远离了炭砖热面，在炉役前期有效地保护炉缸炉底炭砖。同时可以推断得出，在炉役后期，陶瓷杯和陶瓷垫全部侵蚀后，在冷却系统的作用下，炉缸炭砖热面将会形成稳定的渣铁保护层，可以进一步保护炉缸炉底耐材，从而达到高炉长寿的目的。

2.1.3 炉体冷却设备选取

高炉冷却的目的是导出内衬的热量，改善砌体的工作条件，延长炉衬的使用寿命，维持合理内型以及保护冷却设备和炉壳［2］。如何确保高炉炉体各部位无冷却盲区，选择合理冷却设备和冷却系统，是实现炉体各部位的同步长寿的关键［3］。

图1 炉底炉缸砌砖图及1 150℃等温线分布

新改造高炉炉体冷却设备借鉴国内高炉长寿经验，炉体采用全覆盖冷却壁结构，实现炉体无冷却盲区，同时根据高炉不同部位的工作条件和热负荷大小不同，采用了不同结构和材质的冷却设备。具体体现在以下几点：为强化高炉炉腹、炉腰和炉身下部的冷却效果，在该区域采用4段铜冷却壁，即第5～8段铜冷却壁镶砌烧成微孔铝炭砖。铜冷却壁较铸铁冷却壁可很好地满足高炉强化冶炼的要求：有较好的冷却强度，在炉腹、炉腰、炉身下部比铸铁冷却壁易形成渣皮以保护炉衬和炉壳，并易于形成工作内型［1］。

2.1.4 炉体冷却系统

安全高效的炉体冷却系统是高炉长寿的保障［3］，新改造高炉采用软水密闭循环系统与工业水系统相结合的方案［4］。结合原冷却系统实际配置，在满足高炉炉体、风口等冷却设施需求的前提下，考虑改造建设两套独立的软水密闭循环系统：1）满足高炉冷却壁、炉底、热风阀冷却的需求，系统总循环水量2 450 m3/h，冷却水压力0.6 MPa，其中冷却炉底200 m3/h，冷却壁直冷管1 900 m3/h，热风阀冷却用水量300 m3/h。2）满足风口大、中、小套的冷却需求，系统总循环水量1 120 m3/h，其中包括风口小套前端冷却480 m3/h（冷却水压力1.4 MPa）、风口小套后端冷却320 m3/h（冷却水压力0.8 MPa）、风口中套冷却240 m3/h，风口大套冷却80 m3/h。

2.1.5 自动化控制

为确保高炉的稳定生产操作，降低原燃料消耗，延长高炉寿命，采用了先进的可视化设施，建立了精准、全面、稳定、实时的在线安全监测预警系统［1］，主要包含：1）炉底、炉缸侵蚀系统。在炉缸炉底设置砖衬热电偶，共计10层、229点。用以在线检测炉缸、炉底耐材的温度分布情况，推断炉衬侵蚀状态，使操作人员准确掌握炉内侵蚀变化，及时采取相应的措施延长炉缸炉底寿命。2）冷却壁温度在线监测系统。设置铸铁冷却壁本体热电偶、铜冷却壁本体热电偶，共64点，其中炉缸铜冷却壁设有32点。温度检测用以推断软熔带位置、检测炉衬侵蚀状况、判断冷却壁的损坏状况等。3）热流强度预警系统。在线实时检测高炉冷却壁和风口套进出水温度及相关部位流量，同时记录温度、温差和热流的数据，以便查询相应的历史曲线和热流分布变化趋势。改造后686 m3高炉水温差系统测量精度达到±0.05℃。4）炉体静压力监测系统、炉喉十字测温检测系统等完善的监控预警系统；同时配备了炉顶“热”成像、风口摄像等可视化设备。这些技术的采用，为优化高炉操作，保障高炉安全稳定顺行，提高高炉寿命，减少劳动定员和人员工作强度创造了有利条件。

2.2 其他系统改造

2.2.1 炉顶装料系统

原450 m3高炉炉顶装料系统为串罐式无料钟炉顶，料罐容积为9 m3，因上料主皮带利旧，皮带头轮中心线标高38.5 m不动的限制条件，经校核，料罐容积最大能加大到13 m3。高炉扩容后按最大矿批22 t计算，所需料罐容积为13 m3；按最大焦批6 t计算，所需料罐容积为12 m3，因此料罐容积设计为13 m3可满足生产需要。

2.2.2 出铁场改造

为满足扩容后放渣铁的需求，出铁场由原来的单出铁场改造为双出铁场，改造为平坦化、无填沙层出铁场平台，增加主沟长度，主铁沟改造为固定贮铁式结构。炉前设备采用全液压泥炮、全液压开铁口机。

2.2.3 渣处理系统

由原来的沉淀池法升级改为INBA法炉渣处理工艺，INBA法具有占地小、可靠性高、系统简单、投资省、作业环境好、维护费用低等特点。在项目实施过程中因总图布局影响脱水转鼓和泵房的布置，综合考虑到施工的难度和施工工期的因素，将转鼓和泵房均布置在现有沉淀池（-3.5 m）处，既满足了总图布置要求，也缩短了施工工期。

2.2.4 热风炉系统改造

将原有450 m3高炉配套为3座内燃式热风炉，热风温度1 100℃。鉴于原热风炉的使用效果及扩容后不能满足高炉正常生产的需求，改为卡鲁金顶燃式热风炉，热风温度可以达到1 200℃，设空气、煤气双预热。

2.2.5 煤气净化系统的改造

原高炉煤气除尘工艺采用湿法除尘。为改善操作环境，同时降低生产成本，将原有湿法除尘所有工艺及水处理设施拆除，重新设计为全干法布袋除尘工艺，新设计干法除尘仍布置在现有湿法除尘区域。

2.2.6 新增BPRT机组

为与扩容后的高炉系统匹配，同时提高余压余能的利用，新建煤气透平与电动机同轴驱动的BPRT装置，原有鼓风机作为备用。由于项目所在地的气候条件制约，BPRT机组中鼓风机选定全静叶可调轴流式鼓风机，该鼓风机效率高，设备紧凑，特性曲线陡直，有利于高炉定风量运行。

3 改造效果

高炉项目属于扩容式升级改造，高炉的有效容积由原来的450 m3扩容至686 m3。公司负责设计、设备耐材供货、设备调试、耐材监理和开炉达产指导的全过程技术服务。该高炉于2014年3月12日停炉放残铁至高炉再次投产，其拆除工期15 d，施工工期112 d，合计工期127 d。

改造后的高炉（容积686 m3）于2014年7月15日点火开炉，7月17日出第一炉铁水。截至目前，改造后的高炉生产运行稳定，各项技术指标均超过了原设计指标。其典型高炉生产指标见表1。

表1 扩容后686 m3高炉典型生产指标

4 结语

印度某钢厂450 m3高炉改造扩容工程是结合公司多年来高炉新建及大修过程中积累的宝贵经验，根据客户自身的原燃料条件，在方案设计中采用了一系列先进适用的技术，尤其在高炉本体综合长寿技术的使用方面，为高炉的稳定、高效、长寿奠定了坚实的基础。多年来的生产实践也证明了所采取的先进技术对高炉的稳定高效创造了良好的条件。自2014年7月投产以来，高炉运行稳定、各项技术指标已超过设计数值。