1 前 言 

印度某鋼廠 450 m3高爐日產(chǎn)鐵水約1 188 t，目前高爐本體利用系數(shù)偏低、爐缸侵蝕嚴重、爐體冷卻壁燒毀，同時公輔系統(tǒng)不能滿足企業(yè)對煉鐵產(chǎn)能、環(huán)保的需求。為提高企業(yè)鐵水供應量，更好地與煉鋼工序的產(chǎn)能匹配，改善高爐操作條件，經(jīng)現(xiàn)場考察和對原設(shè)計資料的分析，確定高爐容積由原來的 450 m3增大到 686 m3(有效容積)，相應的對公輔系統(tǒng)進行升級改造。改造后的高爐可實現(xiàn)年產(chǎn)鐵水70萬t，較原高爐生產(chǎn)能力提高約30%。 

2 改造內(nèi)容 

2.1 高爐本體改造 

利用現(xiàn)有 450 m3高爐基礎(chǔ)及框架，確定高爐擴容到686 m3，因此高爐本體全部重新設(shè)計。 

2.1.1 高爐爐型的確定 

新改造高爐爐型設(shè)計中，既考慮了企業(yè)采用的原燃料條件，又吸收了同級別高爐設(shè)計及生產(chǎn)經(jīng)驗，其主要特點： 

1)適當矮胖，Hu/D=2.67，有利于改善高爐的透氣性，減緩高爐對焦炭質(zhì)量的依賴，避免因項目所在地缺乏優(yōu)質(zhì)焦炭資源對高爐順行的制約。 

2)大爐腰直徑1.6 m。爐腰直徑越大，高爐越容易接受風量，透氣性越好。 

3)較小的爐腹角α=78.89°，利于改善煤氣流分布，穩(wěn)定渣皮，延長爐腹壽命。同時改善料柱透氣性，降低煤氣流速，減少爐料膨脹對內(nèi)襯和渣皮的摩擦力，同時改善風口冷卻壁的工作環(huán)境。 

4)死鐵層深度 1 450 mm，與爐缸直徑比為21.54%，利于減輕鐵水環(huán)流對爐缸耐火材料的侵蝕。死鐵層深度過大，會造成鐵水滲透侵蝕加劇、增加爐缸下部和爐底形成穩(wěn)定保護層的難度。 

2.1.2 高爐耐火材料 

爐底爐缸是高爐生產(chǎn)和安全最為重要的部位，改造后高爐爐底爐缸結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點：1)爐底爐缸采用“碳質(zhì)+陶瓷杯復合爐缸爐底”結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置高導熱、低滲透、耐沖刷、抗鐵水侵蝕性能好的優(yōu)質(zhì)炭磚，并匹配合理可靠的冷卻系統(tǒng)，使炭磚熱面易于形成“自保護渣鐵殼”，從而達到高爐長壽的目的。具體配置：爐底滿鋪 4 層炭磚，從下往上依次為：第 1 層中國產(chǎn)石墨磚;第 2 層中國產(chǎn)半石墨炭磚;第 3 層德國西格里微孔炭磚;第 4層德國西格里超微孔炭磚。同時，為避免炭磚與冷卻壁之間產(chǎn)生“氣隙”熱阻，設(shè)計選用了與炭磚配套的優(yōu)質(zhì)高導熱炭搗料，并規(guī)范了施工工藝和方法。避免開爐初期鐵水對爐底碳磚的侵蝕，爐底設(shè)計兩層耐渣鐵侵蝕的小塊剛玉磚作為陶瓷墊。爐缸環(huán)砌大塊炭磚，爐底、爐缸交界處即“象腳狀”異常侵蝕區(qū)，環(huán)炭砌筑 6 層高導熱、抗鐵水滲透性好的超微孔炭磚。

通過理論模擬計算所得1 150 ℃等溫線處在爐缸爐底陶瓷杯及陶瓷墊內(nèi)，遠離了炭磚熱面，在爐役前期有效地保護爐缸爐底炭磚。同時可以推斷得出，在爐役后期，陶瓷杯和陶瓷墊全部侵蝕后，在冷卻系統(tǒng)的作用下，爐缸炭磚熱面將會形成穩(wěn)定的渣鐵保護層，可以進一步保護爐缸爐底耐火材料，從而達到高爐長壽的目的。 

2.1.3 爐體冷卻設(shè)備選取 

高爐冷卻的目的是導出內(nèi)襯的熱量，改善砌體的工作條件，延長爐襯的使用壽命，維持合理內(nèi)型以及保護冷卻設(shè)備和爐殼。如何確保高爐爐體各部位無冷卻盲區(qū)，選擇合理冷卻設(shè)備和冷卻系統(tǒng)，是實現(xiàn)爐體各部位的同步長壽的關(guān)鍵。 

新改造高爐爐體冷卻設(shè)備借鑒國內(nèi)高爐長壽經(jīng)驗，爐體采用全覆蓋冷卻壁結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)爐體無冷卻盲區(qū)，同時根據(jù)高爐不同部位的工作條件和熱負荷大小不同，采用了不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的冷卻設(shè)備。具體體現(xiàn)在以下幾點：為強化高爐爐腹、爐腰和爐身下部的冷卻效果，在該區(qū)域采用 4 段銅冷卻壁，即第5～8段銅冷卻壁鑲砌燒成微孔鋁炭磚。銅冷卻壁較鑄鐵冷卻壁可很好地滿足高爐強化冶煉的要求：有較好的冷卻強度，在爐腹、爐腰、爐身下部比鑄鐵冷卻壁易形成渣皮以保護爐襯和爐殼，并易于形成工作內(nèi)型。 

2.1.4 爐體冷卻系統(tǒng) 

安全高效的爐體冷卻系統(tǒng)是高爐長壽的保障，新改造高爐采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)與工業(yè)水系統(tǒng)相結(jié)合的方案。結(jié)合原冷卻系統(tǒng)實際配置，在滿足高爐爐體、風口等冷卻設(shè)施需求的前提下，考慮改造建設(shè)兩套獨立的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)： 

1)滿足高爐冷卻壁、爐底、熱風閥冷卻的需求，系統(tǒng)總循環(huán)水量 2 450 m3/h，冷卻水壓力 0.6 MPa，其中冷卻爐底 200 m3/h，冷卻壁直冷管 1 900 m3/h，熱風閥冷卻用水量 300 m3/h。2)滿足風口大、中、小套的冷卻需求，系統(tǒng)總循環(huán)水量1 120 m3/h，其中包括風口小套前端冷卻 480 m3/h(冷卻水壓力1.4 MPa)、風口小套后端冷卻 320 m3/h(冷卻水壓力0.8 MPa)、風口中套冷卻240 m3/h，風口大套冷卻80 m3/h。 

2.1.5 自動化控制 

為確保高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)操作，降低原燃料消耗，延長高爐壽命，采用了先進的可視化設(shè)施，建立了精準、全面、穩(wěn)定、實時的在線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，主要包含： 

1)爐底、爐缸侵蝕系統(tǒng)。在爐缸爐底設(shè)置磚襯熱電偶，共計 10 層、229 點。用以在線檢測爐缸、爐底耐火材料的溫度分布情況，推斷爐襯侵蝕狀態(tài)，使操作人員準確掌握爐內(nèi)侵蝕變化，及時采取相應的措施延長爐缸爐底壽命。 

2)冷卻壁溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)置鑄鐵冷卻壁本體熱電偶、銅冷卻壁本體熱電偶，共 64 點，其中爐缸銅冷卻壁設(shè)有 32 點。溫度檢測用以推斷軟熔帶位置、檢測爐襯侵蝕狀況、判斷冷卻壁的損壞狀況等。 

3)熱流強度預警系統(tǒng)。在線實時檢測高爐冷卻壁和風口套進出水溫度及相關(guān)部位流量，同時記錄溫度、溫差和熱流的數(shù)據(jù)，以便查詢相應的歷史曲線和熱流分布變化趨勢。改造后686 m3高爐水溫差系統(tǒng)測量精度達到±0.05 ℃。 

4)爐體靜壓力監(jiān)測系統(tǒng)、爐喉十字測溫檢測系統(tǒng)等完善的監(jiān)控預警系統(tǒng);同時配備了爐頂“熱”成像、風口攝像等可視化設(shè)備。這些技術(shù)的采用，為優(yōu)化高爐操作，保障高爐安全穩(wěn)定順行，提高高爐壽命，減少勞動定員和人員工作強度創(chuàng)造了有利條件。 

2.2 其他系統(tǒng)改造 

2.2.1 爐頂裝料系統(tǒng) 

原 450 m3高爐爐頂裝料系統(tǒng)為串罐式無料鐘爐頂，料罐容積為9 m3，因上料主皮帶利舊，皮帶頭輪中心線標高 38.5 m不動的限制條件，經(jīng)校核，料罐容積最大能加大到 13 m3。高爐擴容后按最大礦批 22 t 計算，所需料罐容積為 13 m3;按最大焦批6 t計算，所需料罐容積為 12 m3，因此料罐容積設(shè)計為13 m3可滿足生產(chǎn)需要。 

2.2.2 出鐵場改造 

為滿足擴容后放渣鐵的需求，出鐵場由原來的單出鐵場改造為雙出鐵場，改造為平坦化、無填沙層出鐵場平臺，增加主溝長度，主鐵溝改造為固定貯鐵式結(jié)構(gòu)。爐前設(shè)備采用全液壓泥炮、全液壓開鐵口機。 

2.2.3 渣處理系統(tǒng) 

由原來的沉淀池法升級改為 INBA 法爐渣處理工藝，INBA 法具有占地小、可靠性高、系統(tǒng)簡單、投資省、作業(yè)環(huán)境好、維護費用低等特點。在項目實施過程中因總圖布局影響脫水轉(zhuǎn)鼓和泵房的布置，綜合考慮到施工的難度和施工工期的因素，將轉(zhuǎn)鼓和泵房均布置在現(xiàn)有沉淀池(-3.5 m)處，既滿足了總圖布置要求，也縮短了施工工期。 

2.2.4 熱風爐系統(tǒng)改造 

將原有 450 m3高爐配套為 3 座內(nèi)燃式熱風爐，熱風溫度1 100 ℃。鑒于原熱風爐的使用效果及擴容后不能滿足高爐正常生產(chǎn)的需求，改為卡魯金頂燃式熱風爐，熱風溫度可以達到 1 200 ℃，設(shè)空氣、煤氣雙預熱。 

2.2.5 煤氣凈化系統(tǒng)的改造 

原高爐煤氣除塵工藝采用濕法除塵。為改善操作環(huán)境，同時降低生產(chǎn)成本，將原有濕法除塵所有工藝及水處理設(shè)施拆除，重新設(shè)計為全干法布袋除塵工藝，新設(shè)計干法除塵仍布置在現(xiàn)有濕法除塵區(qū)域。 

2.2.6 新增BPRT機組 

為與擴容后的高爐系統(tǒng)匹配，同時提高余壓余能的利用，新建煤氣透平與電動機同軸驅(qū)動的BPRT 裝置，原有鼓風機作為備用。由于項目所在地的氣候條件制約，BPRT 機組中鼓風機選定全靜葉可調(diào)軸流式鼓風機，該鼓風機效率高，設(shè)備緊湊，特性曲線陡直，有利于高爐定風量運行。 

3 改造效果 

高爐項目屬于擴容式升級改造，高爐的有效容積由原來的 450 m3擴容至 686 m3。公司負責設(shè)計、設(shè)備耐火材料供貨、設(shè)備調(diào)試、耐火材料監(jiān)理和開爐達產(chǎn)指導的全過程技術(shù)服務。該高爐于 2014 年3月 12 日停爐放殘鐵至高爐再次投產(chǎn)，其拆除工期 15 d，施工工期112 d，合計工期127 d。 

改造后的高爐(容積 686 m3)于 2014 年 7 月 15日點火開爐，7 月 17 日出第一爐鐵水。截至目前，改造后的高爐生產(chǎn)運行穩(wěn)定，各項技術(shù)指標均超過了原設(shè)計指標。

4 結(jié) 語 

印度某鋼廠450 m3高爐改造擴容工程是結(jié)合公司多年來高爐新建及大修過程中積累的寶貴經(jīng)驗，根據(jù)客戶自身的原燃料條件，在方案設(shè)計中采用了一系列先進適用的技術(shù)，尤其在高爐本體綜合長壽技術(shù)的使用方面，為高爐的穩(wěn)定、高效、長壽奠定了堅實的基礎(chǔ)。多年來的生產(chǎn)實踐也證明了所采取的先進技術(shù)對高爐的穩(wěn)定高效創(chuàng)造了良好的條件。自 2014 年 7 月投產(chǎn)以來，高爐運行穩(wěn)定、各項技術(shù)指標已超過設(shè)計數(shù)值。