摘  要：優(yōu)化首鋼通鋼3號(hào)高爐熱風(fēng)爐燒爐制度，對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)薄弱點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)控，對(duì)溫度高的部位，實(shí)施管道開孔灌漿，杜絕串風(fēng)現(xiàn)象。摸索高風(fēng)溫冶煉規(guī)律，確保高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，能接受高風(fēng)溫冶煉，使3號(hào)高爐風(fēng)溫達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，最終實(shí)現(xiàn)低燃料比冶煉。

關(guān)鍵詞：燒爐制度    設(shè)備維護(hù)    高風(fēng)溫    燃料比  

首鋼通鋼集團(tuán)公司煉鐵廠3號(hào)高爐建設(shè)于2011年4月25日開工， 2015年7月12日正式投產(chǎn)，7月13日順利出鐵。投產(chǎn)后，熱風(fēng)爐安全運(yùn)行，熱風(fēng)溫度穩(wěn)步提升。到2016年風(fēng)溫突破1250℃，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，為改善技術(shù)指標(biāo)、降低生產(chǎn)成本起到積極的推動(dòng)作用。

1  工藝概況

通鋼3號(hào)高爐設(shè)計(jì)有效爐容2680m3，高爐配有三座頂燃式熱風(fēng)爐，設(shè)計(jì)3個(gè)鐵口，30個(gè)風(fēng)口。高爐使用的新技術(shù)新工藝有：爐底采用大塊碳磚加陶瓷墊技術(shù)、爐缸采用大塊碳磚及鐵口區(qū)碳磚加厚設(shè)計(jì)、爐底爐缸侵蝕預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)技術(shù)、首鋼高效旋流擴(kuò)散頂燃式熱風(fēng)爐、燒結(jié)礦分級(jí)入爐及焦丁回收技術(shù)、首鋼并罐無料鐘爐頂設(shè)備、聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)、明特法+底濾池渣處理設(shè)施（沖渣水冬季供廠區(qū)采暖余熱利用）、全干法煤氣除塵+“TRT”發(fā)電裝置、爐頂煤氣上升管球節(jié)點(diǎn)技術(shù)等。

2 熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)和主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3號(hào)高爐設(shè)計(jì)上配置三座高效旋流擴(kuò)散式頂燃式熱風(fēng)爐，采用一列式布置。燃料采用低熱值的高爐煤氣，空、煤氣采用雙預(yù)熱系統(tǒng)，熱風(fēng)爐采用新型19孔格子磚，采用系統(tǒng)的無過熱低應(yīng)力管系等技術(shù)配置，確保熱風(fēng)爐單燒高爐煤氣可為高爐提供1280℃風(fēng)溫。3號(hào)高爐熱風(fēng)爐和預(yù)熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1  通鋼3號(hào)高爐熱風(fēng)爐和預(yù)熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2空、煤氣雙預(yù)熱

熱風(fēng)爐燒爐會(huì)產(chǎn)生大量富有熱量的煙氣，其溫度高達(dá)300℃以上。為減少熱量的排放，設(shè)計(jì)者通常會(huì)在煙氣管道上安裝余熱回收裝置[1]。由于高爐煤氣熱值很低，不預(yù)熱的情況下其理論燃燒溫度只有1250℃左右。3號(hào)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)通過對(duì)助燃空氣、高爐煤氣進(jìn)行預(yù)熱的方法，提高其理論燃燒溫度，以提高熱風(fēng)爐的拱頂溫度。高爐煤氣采用低溫?zé)峁軗Q熱器，通過回收煙氣熱量進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度在180℃。助燃空氣的高溫預(yù)熱通過兩座頂燃式預(yù)熱爐來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)預(yù)熱溫度為600℃。預(yù)熱爐具有蓄熱能力大、預(yù)熱溫度高的特點(diǎn)。即使在高爐煤氣換熱器檢修時(shí)，依然能夠通過提高預(yù)熱溫度來滿足熱風(fēng)爐的操作需要。

由于進(jìn)入預(yù)熱爐的冷空氣溫度較低，因此預(yù)熱爐所產(chǎn)生的煙氣溫度為260℃，預(yù)熱爐煙氣主要輸送給噴煤干燥煤粉使用。熱風(fēng)爐產(chǎn)生的煙氣通過換熱器進(jìn)行預(yù)熱回收，煙氣溫度降低至170℃，然后部分與預(yù)熱爐煙氣混合送噴煤，其余煙氣經(jīng)煙囪排放。此空、煤氣雙預(yù)熱工藝既滿足了熱風(fēng)爐高風(fēng)溫的要求，同時(shí)很大程度上利用了熱風(fēng)爐煙氣的余熱，提高了熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱效率，減少CO2的排放。3號(hào)高爐熱風(fēng)爐空、煤氣雙預(yù)熱工藝技術(shù)流程見圖1。

圖1   通鋼3號(hào)高爐熱風(fēng)爐空、煤氣雙預(yù)熱工藝技術(shù)流程

2.3無過熱低應(yīng)力管系設(shè)計(jì)

近年來，隨著頂燃式熱風(fēng)爐大量應(yīng)用，熱風(fēng)出口問題逐漸暴露出來，多座熱風(fēng)爐發(fā)生鋼殼過熱、砌磚坍塌、管道吹開等事故。無過熱“低熱力”熱風(fēng)管系的設(shè)計(jì)理念，就是以“低應(yīng)力，有序約束，可控位移，合理耐材設(shè)計(jì)”為原則[2]?！暗蛻?yīng)力”熱風(fēng)管系中要重點(diǎn)考慮由于熱風(fēng)壓力、溫度所帶來的影響。管系的受力、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、波紋補(bǔ)償器的設(shè)置和選型、管道大拉桿的設(shè)置、砌筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都是需要詳細(xì)考慮的問題。

在熱風(fēng)管道的三岔口、熱風(fēng)豎管孔口等關(guān)鍵部位，采用了組合磚砌筑結(jié)構(gòu)，以保證砌筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。膨脹縫部位則采用了異型磚迷宮結(jié)構(gòu)，減少熱風(fēng)高速?zèng)_刷帶來的竄風(fēng)現(xiàn)象。

管道上設(shè)置波紋補(bǔ)償器的主要作用就是，能夠吸收管道鋼結(jié)構(gòu)由于受熱膨脹所帶來的位移變化，從而使得熱風(fēng)支管三岔口、熱風(fēng)豎管、高爐圍管中心都能相對(duì)固定，有利于三岔口組合磚和送風(fēng)裝置的穩(wěn)定。熱風(fēng)總管尾端和熱風(fēng)豎管的后部都設(shè)置了波紋補(bǔ)償器，豎管前后兩段熱風(fēng)總管都設(shè)置了通長(zhǎng)的大拉桿，這樣熱風(fēng)管道就形成了平衡型波紋補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)形式，從而在保證管道固定點(diǎn)穩(wěn)定的同時(shí)，有效減少了鋼結(jié)構(gòu)的受力，有利于管系的穩(wěn)定。

熱風(fēng)爐和管系鋼殼采用Q345-C鋼板制作，在孔口部位進(jìn)行加固處理，與熱風(fēng)爐爐殼相連的管道鋼殼適當(dāng)加厚。利用先進(jìn)的計(jì)算手段和分析方法對(duì)管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保熱風(fēng)爐管道系統(tǒng)在高溫、高壓、高荷載的工況下，始終維持鋼結(jié)構(gòu)合理的工作溫度、較少的應(yīng)力集中，顯著提高管道的安全性。

2.4爐箅子設(shè)計(jì)  

適當(dāng)提高熱風(fēng)爐的煙氣溫度，有利于提高風(fēng)溫、減少熱風(fēng)爐外形尺寸。高爐煙氣中的熱量通過換熱器進(jìn)行回收，可以使熱風(fēng)爐熱效率進(jìn)一步的提高。理論上熱風(fēng)爐燃燒煙氣最高溫度由400℃上升至450℃，風(fēng)溫提高31℃。

但熱風(fēng)爐煙氣最高溫度又受到爐箅子承受能力的制約。在設(shè)計(jì)中熱風(fēng)爐和預(yù)熱爐的爐箅子均采用耐熱球墨鑄鐵RQTSi4Mo鑄造而成，能夠長(zhǎng)期承受450℃的最高煙氣溫度，在事故狀態(tài)下可以承受600℃的沖擊溫度。由于進(jìn)入預(yù)熱爐的冷助燃空氣溫度只有25℃，因此預(yù)熱爐爐箅子比熱風(fēng)爐爐箅子要承受更大的溫度沖擊。為了保證系統(tǒng)安全，預(yù)熱爐的煙氣最高溫度設(shè)定在400℃，以降低爐箅子在受到熱震時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。 

3  提高風(fēng)溫措施的實(shí)施

3.1強(qiáng)化送風(fēng)系統(tǒng)的管理 

 通鋼3號(hào)高爐開爐以來，送風(fēng)系統(tǒng)的安全性一直是制約著高爐使用高風(fēng)溫的主要因素，通過對(duì)熱風(fēng)爐區(qū)域和風(fēng)口區(qū)域進(jìn)行有計(jì)劃的處理和改造，風(fēng)溫水平從初期的1180℃增加到目前的1255℃，達(dá)到（創(chuàng)造）全國(guó)一流的水平。主要措施有：一是逐步對(duì)熱風(fēng)爐區(qū)域的熱風(fēng)總管、熱風(fēng)豎管等高溫部位進(jìn)行灌漿處理，消除高溫隱患。從開爐初期到生產(chǎn)后4個(gè)月，熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管波紋補(bǔ)償器附近、熱風(fēng)豎管靠混風(fēng)管道接口處鋼殼溫度一度超過150℃。利用計(jì)劃?rùn)z修的機(jī)會(huì)，共分4次進(jìn)行灌漿處理，新開灌漿孔31個(gè)，使用灌漿料20t，目前整個(gè)熱風(fēng)管系穩(wěn)定運(yùn)行，鋼殼溫度均≤100℃，為提高風(fēng)溫創(chuàng)造了前提條件；二是在正常生產(chǎn)情況下對(duì)熱風(fēng)爐和風(fēng)口區(qū)域管道的高溫區(qū)域進(jìn)行氮?dú)獯祾呃鋮s處理，確保安全生產(chǎn)；三是要求送風(fēng)系統(tǒng)直吹管設(shè)備供應(yīng)廠家提高設(shè)備質(zhì)量，并逐步更換掉質(zhì)量稍差的直吹管，以保證風(fēng)溫提高后高爐安全生產(chǎn)。

3.2 加強(qiáng)熱風(fēng)爐設(shè)備點(diǎn)檢

 在熱風(fēng)爐崗位中推行“主動(dòng)維護(hù)”的設(shè)備管理新理念。從開爐伊始，詳細(xì)規(guī)定了點(diǎn)檢路線、點(diǎn)檢位置、點(diǎn)檢要點(diǎn)等三要素并強(qiáng)化落實(shí)。開爐至今，共發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)管系高溫、閥門潤(rùn)滑不夠、閥門鏈條老化等各種設(shè)備隱患四十多項(xiàng)，全部在線和休風(fēng)狀態(tài)下得到了有效處理，沒有發(fā)生影響高爐運(yùn)行和高風(fēng)溫的現(xiàn)象?！爸鲃?dòng)維護(hù)”重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是在設(shè)備開始失效（材料磨損和性能下降）之前采取的維護(hù)活動(dòng)，其實(shí)質(zhì)在于“護(hù)”，而不在于“修”。通過“主動(dòng)維護(hù)”管理模式的推進(jìn)，營(yíng)造了全員參與設(shè)備管理、積極查找隱患、及時(shí)治理缺陷、確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的濃烈氛圍，為高爐持續(xù)穩(wěn)步提升風(fēng)溫水平提供了有力保障。

3.3 降低拱頂溫度、增加換爐次數(shù)

    在設(shè)計(jì)中熱風(fēng)爐和預(yù)熱爐的拱頂溫度為1450℃和1350℃，但近年來國(guó)內(nèi)頂燃式熱風(fēng)爐相繼出現(xiàn)拱頂燒塌的問題。為保證熱風(fēng)爐的使用壽命，3號(hào)高爐熱風(fēng)爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，嚴(yán)格控制拱頂溫度的上限值。開爐至今，熱風(fēng)爐拱頂溫度上限控制在1350℃，預(yù)熱爐拱頂溫度上限控制在1250℃?？刂乒绊敎囟群螅瑸椴挥绊戯L(fēng)溫的提升，進(jìn)一步縮小拱頂溫度和熱風(fēng)溫度的差值，每班的換爐次數(shù)由6次增加到7次。目前拱頂溫度和熱風(fēng)溫度的差值基本在100℃以下，后續(xù)風(fēng)溫仍有提升空間。

3.4 摸索高風(fēng)溫冶煉規(guī)律，保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，使高爐接受高風(fēng)溫

為在生產(chǎn)中使用好風(fēng)溫，高爐不斷為高風(fēng)溫的使用創(chuàng)造條件。通過優(yōu)化裝料制度探索合理的煤氣流分布、嚴(yán)抓入爐料篩分管理、改進(jìn)高爐煤粉噴吹、探索合理的理論燃燒制度、采用零間隔出鐵、規(guī)范高爐工長(zhǎng)操作、減少風(fēng)溫波動(dòng)和浪費(fèi)等措施，為穩(wěn)步提升高爐風(fēng)溫水平創(chuàng)造了良好的條件。

通鋼3號(hào)高爐從2014年7月投產(chǎn)，到2016年12月，高爐一直處于長(zhǎng)期穩(wěn)定順行狀態(tài)，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)較好水平。

表2  投產(chǎn)3年高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

 4  結(jié)語

2015年風(fēng)溫完成1239℃，較2014年風(fēng)溫提高21℃。風(fēng)溫每提高100℃，降低燃料比2.5%，2015年3號(hào)爐燃料比完成546.15kg/t,每立方米高爐煤氣0.07元/立，噸鐵燃料成本968.12元/t，2015年產(chǎn)量為211.86 萬噸。

燃料比降低增加效益：546.15*（21/100*2.5%）*968.12/1000*211.86=588.09萬元

提高風(fēng)溫多消耗高爐煤氣增加成本：（788.30-785.52）*211.86*0.07=41.23萬元

2015年較2014年創(chuàng)效：588.09-41.23=546.86萬元

5參考文獻(xiàn)

[1]周雪冰,高靜波,劉利兵.邯鋼3200m3高爐熱風(fēng)爐雙預(yù)熱器的改造【J】.煉鐵，2013（2）：42-43.