山东冶金
《山东冶金》　　2005年第1期

济钢1750m3高炉设计特点

刘德楼，法泉营，李传辉，王  军
（济南钢铁集团总公司，山东 济南 250101）

摘　要：济钢1750m3高炉设计采用全冷却壁、砖壁合一薄壁炉衬、铜冷却壁、碳砖-陶瓷杯复合炉底、全软水密闭循环冷却系统、PW串罐无料钟炉顶、KALUGIN顶燃式热风炉等一系列先进实用技术，为实现高产、优质、低耗、长寿、环保的生产目标奠定了技术基础。
关键词：高炉设计；薄壁炉衬；铜冷却壁；无料钟炉顶；KALUGIN热风炉
中图分类号：TF063　　 文献标识码：B　　 文章编号：1004-4620（2005）01-0022-03

Design Characteristics of 1750m3 BF in Jigang

LIU De-lou, FA Quan-ying, LI Chuan-hui, WANG Jun
(Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101, China)

Abstract: A series of advanced and suitable techniques were adopted in the design of 1750m3BF in Jigang, such as entire cooling staves structure, thin skinned lining, copper cooling staves, carbon brickceramic cup complex bottom, closed loop soft water cooling system, PW serial type bellless top with two coaxial vertical hoppers, KALUGIN top-combustion stove, etc. Therefore, the technical foundations for realizing the objects of high yield, high quality, low consuming, long life and environmental protection are established.
Key words: blast furnace design; thin skinned lining; copper cooling stave; bell-less top; KALUGIN hot blast stove

　　济南钢铁集团总公司（简称济钢）根据发展需要，决定新建1座1750m3高炉与120t转炉配套。为实现高风温、高煤比、高顶压、高煤气利用、高利用系数及长寿、环保的生产目标，1750m3高炉主要设计指标：利用系数2.3t/m3.d，入炉综合品位不低于60%，焦比320kg/t，煤比180kg/t，风温1200～1250℃，炉顶压力0.2～0.25MPa，富氧率2%～3%，吨铁渣量不大于300kg，年产生铁（[Si]小于0.5%，[S]小于0.03%，铁水温度不低于1450℃）140万t，高炉一代炉龄不低于15年。

1 高炉本体

　　炉体框架设计采用自立式大框架结构（上部17m×17m，下部26m×17m），平台宽敞，炉壳负荷轻。高炉内型设计为有利于强化冶炼的矮胖型，并采用全冷却壁、砖壁合一薄壁内衬、铜冷却壁、水冷碳砖炉底、炉缸+塑性相结合刚玉复合砖“陶瓷杯”、软水密闭循环系统等先进技术。同时强化了炉体检测，为高炉生产稳定、顺行、高效、长寿奠定基础。
1.1 高炉内型
　　在总结国内外同类型容积高炉内型尺寸的基础上，结合济钢具体原燃料条件，设计采用适宜强化冶炼的矮胖炉型，高炉炉型参数见表1。其特点如下：
　　（1）适当矮胖,减小炉腹角、炉身角。有效高度Hu26.2m,可适应济钢焦碳强度,Hu/D为2.4,适应济钢原料条件,可保证炉况顺行和强化生产需要。较小的炉身角有利于受热膨胀后的炉料下降,较小的炉腹角有利于煤气流的均匀分布,减小对炉腹生成渣皮的冲刷,保护炉腹冷却壁,延长其寿命。
　　（2）加深死铁层厚度,有利于开通死料柱下部通道,从而减少出铁时铁水环流对炉衬的侵蚀,提高炉底炉缸寿命。同时较深的死铁层可多贮存铁水,保证炉缸有充足的热量储备,稳定铁水温度和成分。
　　（3）加大了炉缸高度。h1为4.3m，可保证风口前有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充分燃烧及改善高炉下部中心焦的透气（液）性，有利于改善气体动力学条件。
　　（4）高炉设有24个风口，2个铁口（夹角90℃），取消了渣口。

表1   高炉内型参数

项目

参数

项目

参数

有效容积/m3

1750

有效高度Hu/m

26.2

炉缸直径/m

9.5

炉腰高度/m

1.8

炉腰直径D/m

10.9

炉身高度/m

15.2

炉喉直径/m

6.8

炉喉高度/m

1.5

死铁层高度/m

1.9

炉腹角

78°22′12″

炉缸高度h1/m

4.3

炉身角

82°19′12″

炉腹高度/m

3.4

高径比

2.4

1.2 冷却设备
　　高炉采用全冷却壁元件，取消冷却壁凸台。从炉底到炉喉钢砖下沿共14段冷却壁，按照炉内纵向各区域不同工作条件和热负荷大小，采用不同结构形式和不同材质的冷却壁，见表2。

表2   各段冷却壁结构形式及材质应用部位

应用部位

结构形式

冷却壁材质

壁体厚度/mm

炉底、炉缸（1～3段）

光面冷却壁

低铬铸铁

170

风口区（4段）

光面冷却壁

球墨铸铁

405

炉腹炉腰炉身下（5、6、7段）

镶砖冷却壁

国产铜冷却壁

125

炉身中部（8、9、10段）

带背部蛇行管的双层镶砖冷却壁

球墨铸铁

345

炉身上部（11、12段）

单层水管镶砖冷却壁

球墨铸铁

230

炉身上部（13、14段）

倒扣镶砖冷却壁

球墨铸铁

230

　　为确保高炉长寿，冷却壁采用如下技术措施：
　　（1）在炉腹5段、炉腰6段、炉身下部7段采用铜冷却壁。这种高炉炉壁结构，能适应球团矿配比40%～50%，瞬时热流强度达400kW/m2的要求，与济钢原燃料结构相适应。
　　（2）适当增加冷却壁水冷管直径和每段冷却壁块数，提高水冷管比表面积(炉腰为0.99)。
　　（3）双层水冷管冷却壁（8～10段）安装部位延伸至炉身中部。
　　（4）冷却壁固定方式科学合理,1～4段采用螺栓固定；5～7段除螺栓固定外在壁体中心加固定楔与炉壳加固以防冷却壁变形；其余均利用进出水管上的保护套采用固定点、浮动点和滑动点相结合的方式固定,使冷却壁在各方向上都有膨胀和移动空间,从而消除了冷却壁应力损害效应；除1～4段外,在炉壳与冷却壁进出水管之间采用波纹补偿器进行密封,避免了水冷管剪断,又保证了密封效果。
　　（5）冷却壁5～14段全镶砖，砖衬与壁体采用燕尾槽连接，从结构上加强了砖衬的稳定性。
1.3 高炉内衬
　　设计充分考虑了高炉各部位的不同工作条件和侵蚀机理，结合济钢原燃料条件，有针对性地选用耐火材料，并在结构上加强砖衬的稳定性。
1.3.1 炉底、炉缸采用半石墨碳砖—陶瓷杯复合炉衬结合水冷碳砖炉底结构。炉底中心下部立砌一层高导热半石墨化碳砖（高1.2m），上部立砌一层德国微孔碳砖（高0.8m），最上部砌两层国产塑性相结合刚玉复合砖（高0.8m），炉缸外侧环砌引进的德国微孔碳砖，内侧砌塑性相结合刚玉复合砖杯壁，在炉底、炉缸交接处杯壁加厚至817mm。塑性相结合刚玉复合砖具有体积密度大、显气孔率低、耐火度高和更强的抗冲刷、抗侵蚀等优点。
1.3.2 铁口通道、风口区采用大块刚玉莫莱石组合砖砌筑，在结构上加强了砖衬稳定性。
1.3.3 炉腹及以上区域采用砖壁合－薄内衬（150mm）结构形式。耐火砖内衬采用冷镶方式直接与冷却壁砌成整体，砖衬与冷却壁采用燕尾槽连接，铸铁冷却壁燕尾槽深75mm，铜冷却壁燕尾槽深40mm，耐火砖凸出壁体内表面150mm。砖衬材质：炉腹（5段）为sailon结合SiC砖，炉腹以上至第11段冷却壁为SiN4—SiC砖，12段冷却壁为浸磷酸粘土砖，13～14段为倒扣冷却壁，正面镶浸磷酸粘土砖，背面浇注粘土质高强浇注料。砖壁合－薄内衬技术取消了冷却壁凸台，易形成稳定而平滑的操作炉型，设计炉型即为操作炉型。
1.4 冷却水系统
1.4.1 高炉本体和热风炉热风阀及其倒流休风阀采用并联加串联相结合的全软水联合闭路循环系统，这种方式具有高效、节能、节水及冷却效果好的特点。全系统总循环水量3600t/h，第一级冷却回路中冷却壁直冷管水量为3040t/h，水速1.69m/s。炉底及冷却壁蛇行管串联回路水量为560t/h，水速1.76m/s。第二级冷却回路中风口小套水量840t/h，风口二套水量480t/h，直吹管水量72t/h，热风阀水量600t/h，合计1992t/h。第二级水量由第一级水量分流加压串联冷却。系统设置20m3脱气罐、膨胀罐各一个。
1.4.2 齿轮箱、十字测温装置、煤气取样器采用净环水冷却。炉顶洒水由工业水环管供给。
1.4.3 炉顶“十”字测温装置可判断高炉内煤气流分布情况，并指导高炉布料操作。炉顶锥台设置广角红外摄像仪一台，用于炉顶料面温度分布和布料的实时直观监控。

2 无钟炉顶

　　无钟炉顶具有良好的高压密封性能，灵活的布料手段，有利于高炉充分利用煤气能；同时运行可靠，易损部件少，检修方便快捷。设计采用PW串罐无钟炉顶，具有以下特点：
　　（1）料罐炉顶框架支撑，提高料罐的称量精度。
　　（2）中心喉管设有多环波纹管补偿器，以减少料罐均压时产生的浮力和炉顶压力波动对料罐称量引起的偏差，还可补偿高炉温度影响及外力干扰所产生的相对位移，确保称量准确和炉顶设备正常工作。
　　（3）水冷传动齿轮箱是无钟炉顶的核心设备。箱内采用工业净环水闭路循环冷却,温度在20～60℃以内,最高不超过75℃。为防止炉尘进入齿轮箱内,气密箱内采用N2密封,差压控制,密封可靠。
　　（4）溜槽更换装置采用平衡杆配重吊具，利用炉顶16t吊车更换溜槽。
　　（5）称量罐只设一次均压，介质为半净煤气，设置3台液压驱动DN500均压/放散阀和逆止阀和1台DN150安全阀。无钟炉顶参数见表3。

表3   PW串罐无钟炉顶性能参数

项目

参数

项目

参数

设计炉顶压力/MPa

0.2

上、下料罐容积/ m3

40

溜槽倾动速度/r.min-1

0.2667

溜槽回转速度r/min

8

溜槽长度/mm

3200

溜槽倾动范围

  2°～53°

上料闸直径/mm

1100

上密封阀直径/mm

1300

料流调节阀直径/mm

750

下密封阀直径/mm

900

3 热风炉

　　高炉配置3座俄罗斯KALUGIN顶燃式热风炉，主要参数见表4。燃烧煤气为高炉煤气或高炉煤气配加转炉煤气。

表4   KALUGIN顶燃式热风炉主要技术参数

项  目

技术参数

项  目

技术参数

热风温度/℃

1200～1250

单座热风炉畜热面积/m2

68717

热风炉全高/mm

44820

空气/煤气预热温度/℃

180～200

热风炉炉壳内径/mm

9504/10050/11000

热风炉热效率/%

≥85

畜热室断面积/m2

58.7

设计一代寿命/年

30

畜热室高度/mm

24240

烟气温度/℃

平均320/最大400

　　KALUGIN顶燃式热风炉整体结构为轴向全对称，炉顶上部为独立支撑的涡流喷射燃烧器，下部蓄热室采用19孔锥形通道薄壁格子砖。根据热风炉各部位的工作温度和结构强度，化学侵蚀特点，分别选用不同耐火材料。高温区选用荷重软化点高、高温热稳定性好、抗化学侵蚀和气流冲刷能力强，且有良好抗高温蠕变性能的硅砖；燃烧器选用红柱石砖层和莫来石—硅质绝热材料，喷嘴区由耐高温耐冲刷的墨兰石（ML-72）砌成。其结构特点为：
　　（1）燃烧室布置在拱顶上部，与蓄热室在同一中心轴线上，可保证烟气均匀进入格子砖。据测定，其不均匀度为±（3%～5%），提高了热风炉蓄热室的利用率。
　　（2）空气、煤气经各自集气室由烧嘴喷射，空气、煤气（空气在下，煤气在上）烧嘴共96个，烧嘴与中心成一定夹角且第二排空气烧嘴向上挑射。独特的烧嘴布置，使煤气和助燃空气以涡流喷射供应，在所有工作制度下都不会出现脉动燃烧，呈旋转状态的煤气和助燃空气充分混匀后在格子砖上部完全燃烧，温度可达1400℃。火焰不接触砌体，砌体不会出现局部过热，因此温度沿拱顶、格子砖、内衬和炉壳对称分布，减少了温差应力，可延长热风炉寿命。
　　（3）采用19孔椎形通道薄壁格子砖，在相同砖重下，加热面积由42.3m2/m3提高到48m2/m3，格子砖体散热比也提高了1.5倍。
　　（4）由于取消了中间隔墙，所以热风炉不会出现短路现象，在整个运行期间该热风炉是一个清洁环保设备，在0.3%～5.1%的大范围内改变氧浓度，测定烟气中CO浓度不变，为0.0016%（20mg/m3），比德国的允许标准低80%。
　　（5）燃烧室处在拱顶上部温度大约900℃的部位，燃烧期和送风期砌体和陶瓷燃烧嘴温降大致相同，如此使燃烧室寿命比拱顶寿命更长，正常操作情况下，硅砖拱顶寿命可达30年。
　　热风炉烟气预热回收采用无机传热整体式预热器，可将煤气和助燃空气温度提高到180～200℃。自动寻优烧炉，保证送风温度达到1200～1250℃。

4 风口平台和出铁场

　　风口平台为独立的钢结构，铁口上方设有活动钢平台，以便于泥炮和开口机的安装、操作、检修及铁口维护和除尘。设有2个铁口（夹角90°），取消渣口，出铁场为单矩形，结构紧凑、占地少、投资省。出铁场场面为准平坦型，除主沟沟盖外，全部渣铁沟及沟盖均设在平台面下，操作区宽敞、平坦，材料堆放及运输方便；渣铁沟上没有活动盖板，在检修渣铁沟时揭开活动盖板，可在沟两侧的护板上作业，解决了平坦化与改善修沟操作条件的矛盾，平台上所有沟段都能用解体机解体。炉前主要设备有DDS改进型液压炮、液压加风动开口机、30t桥式起重机、摆动流嘴、半贮铁式固定主沟、渣铁沟、渣铁沟解体机、主沟浇注料快速搅拌等。炉前除尘除在铁口设侧吸加顶吸除尘外，在敝渣器、渣铁沟、摆动流嘴处也进行抽风除尘，确保了除尘效果。另设有一条上出铁场平台的出路，便于炉前设备和各种散料的运输。

5 槽下供料

　　高炉炉料结构为55%高碱度烧结矿+40%酸性球团矿+5%块矿，综合入炉品位60.5%，渣量250kg/t。槽下供料系统由贮矿槽、贮焦槽、给料、筛分、称量设备和胶带运输机等组成。采用以下技术：
　　（1）小块焦回收利用。筛下碎焦（小于25mm）经碎焦胶带运输机运往碎焦筛分间筛分，10～25mm焦丁回收入焦丁仓，经称量后转运至上料主皮带与烧结矿混装入炉。
　　（2）烧结矿分级入炉。利用小粒度矿气流阻力大特点，来控制高炉内煤气流分布，将小粒度分布到高炉边缘区域，控制边缘煤气流、调节炉况、充分利用煤气的热能和化学能、保护炉衬和炉体设备，以延长高炉寿命。设计在贮矿槽上中部设置烧结矿分级站，站内装设XBS系列三级悬臂筛网振动筛，将烧结矿分为0～5mm、5～15mm及15～50mm三级。
　　（3）主皮带机尾取消集中称量漏斗，槽下矿石（焦炭）经供矿（焦）胶带运输机直接转运至上料主胶带运输机，减少了矿石（焦炭）的落差和机械破碎。
　　（4）在矿石、焦炭胶带机上设置捡铁装置，可自动捡除大块磁性金属。
　　（5）炉顶采用皮带上料，主皮带宽1.4m，带速2.0m/s，最大运输能力：矿石2150t/h，焦炭597t/h。

6 其他系统

　　高炉鼓风机选用AV71—14型全静叶可调轴流式电动鼓风机组1台，最大风量为4000m3/min，出口风压为0.4MPa，电机选用进口西门子产品，额定功率为22000kW，变频软启动，恒速运转。高炉煤气净化系统采用新一代高效蒸喷塔式一文清洗系统，净化后煤气含尘量小于10mg/m3，机械水含量小于10g/m3。高炉煤气余压发电装置（TRT）选用湿式二级轴流反动式透平机，取消TRT入口的调速阀，通过透平静叶调节、稳定炉顶和透平机的压力，透平机始终处于较高的效率范围内。渣处理采用节能环保型轮法炉渣粒化工艺。
　　济钢1750m3高炉秉承现代高炉最新的设计思想：优质、低耗、高效、长寿、环保。皮带上料、串罐无料钟炉顶、电动静叶可调轴流风机、卡鲁金顶燃式热风炉、全冷却壁砖壁合一薄壁内衬炉型、高炉联合软水密闭循环冷却、烧结矿分级入炉、焦丁回收、余压发电、高风温、富氧大喷煤等一系列新设备及先进实用技术的应用，提高了高炉整体技术装备水平。自2003年8月31日点火投产以来，运行良好，保持稳定顺行低耗高产的良好态势，强化水平逐渐提高，2004年8月份高炉利用系数达2.68t/m3.d。

返回上页