摘要对攀钢新建的新3号2000m³高炉采用的高效长寿装备技术进行了总结。攀钢新3号高炉采用了双出铁场、3个铁口、全冷却壁炉体结构、并罐无料钟炉顶、皮带上料、4座外燃式热风炉、先进的DCS控制系统、2台AV80—15电动轴流鼓风机等工艺装备，装备技术水平达到了当前国内先进水平。

关键词 高炉 装备技术 高效 长寿

1概况

  攀钢3号高炉易地大修(以下称新3号高炉)设计有效容积2000m³，利用系数2．2，年产炼钢铁水158万t。该高炉采用双出铁场，3个铁口，2个渣口，炉体为全冷却壁薄壁炉墙结构，并罐式无料钟炉顶l皮带上料，4座外燃式热风炉，采用先进的DCS控制系统，配套干式煤气净化系统及其TRT余压发电，2台AV80—15静叶可调电动轴流鼓风机。新3号高炉在采用攀钢钒钛磁铁矿冶炼成熟技术的基础上，采用了一系列新工艺、新技术、新设备、新材料，技术装备和自动控制水平达到了国内当前同级别高炉先进水平。

2 2000m³以上高炉冶炼钒钛磁铁矿可行性探讨

  至2000年，攀钢冶炼高钛型钒钛磁铁矿工艺与技术已经成熟与完善，相关技术经济指标已达到世界领先水平，但当时的高炉有效容积为1200m³或1 350m³，炉容扩大到2000m³还没有实践经验，还必须探索研究。攀钢建2000 m³高炉首先必须解决大高炉冶炼钒钛磁铁矿工艺技术问题。

2．1  炉缸直径、风口回旋区长度

    攀钢高炉的炉型与冶炼普通矿同等炉容高炉的炉型比较表明，两者之间没有明显的区别。攀钢新建2000m³高炉的炉缸直径也应与冶炼普通矿高炉相似，因此，设计选择炉缸直径10．0 m。攀钢一期高炉的风口回旋区长度与冶炼普通矿同等容积高炉的风口回旋区长度比较要长，炉缸环带活跃区的面积所占炉缸总面积的比例要高20％左右。风口回旋区长度差别较大的原因是由于攀钢高炉的入炉原料含铁低，渣量大，焦比高，风量大。设计参照选定的炉缸直径适当地选择了风口长度、风口数量和风量。

2．2鼓风速度

    攀钢一期高炉的鼓风速度与冶炼普通矿同等容积高炉的鼓风速度比较略高10％。在炉容2000m³，入炉风量5 200m³／min设计条件下，根据选定的炉缸直径选择适当的风口直径和风口数量，炉缸直径10．0 m，选择26个风口，同时使用若干个直径140mm的风口和若干个直径130mm的风口，使风速达到250m／s以上。鼓风速度提高的同时也提高了风口回旋区长度，有利于吹活炉缸。生产过程中使用不同直径或不同长度的风口，作为高炉生产下部调剂方法经常采用。

    根据以上分析，攀钢原料条件下建2000 m³高炉，设计选择的炉缸直径、风口数量和风量等参数，从风口回旋区长度和炉缸环带活跃区的比例看，可以吹活炉缸，不会造成炉缸堆积。从近几年炉料结构变化情况看，由于炉渣钛含量下降，还原减少，对减少炉渣变稠和保证高炉顺行是有利甑

    通过以上分析认为，攀钢建2000m³高炉是砖的。   

3  新3号高炉主要设计指标及炉体高效长寿技术

3．1主要设计指标   

 新3号高炉设计遵循高效、长寿、节能、环保的原则，结合攀钢炼铁实际采用成熟的先进技术，提高技术装备水平。对高炉主要技术经济指标(见表1)进行优化定位，高炉有效容积2000 m³，利用系数2．2，入炉矿品位≥49％，熟料比91％～96％，年产炼钢生铁158万t，一代炉龄无中修寿命15年。

3．2  高炉炉体高效长寿技术

    新3号高炉炉体结合当前国内外高炉炼铁的装备新技术，以提高产量和延长炉体寿命为目标，结合攀钢高炉长寿、生产经验优化炉体内型，炉体采用全冷却壁薄壁炉墙结构、水冷综合炉底等多项高产、长寿新技术，以实现一代炉龄高效、长寿目标。

    (1)高炉内型优化。新3号高炉内型设计在分析国内外2000m3级高炉的生产实践经验的基础上，结合攀钢一、二期高炉炉体内型、钒钛磁铁矿生产经验、原燃料条件和高炉富氧大喷煤的内型发展趋势，以及炉体采用铜冷却壁、薄壁炉墙结构的需要，为改善高炉透气性和充分利用煤气化学能，对炉体内型进行了优化(内型见图1)。炉缸直径10．0 m，炉腰直径11．30m，有效高度28．20m，炉腹角79．48⁰，炉身角83．40⁰，高径比2．495。与攀钢一期高炉内型的高径比2．55～2．70对比，使内型趋于矮胖型，以适应大风量和高压操作，有利于提高产量和节能。

    近几年来攀钢高炉炉底的侵蚀越来越趋于冶炼普通矿高炉的炉底侵蚀情况，呈“蒜头状”。分析原因之一是死铁层高度过小，铁水环流速度较大，对炉底砖冲刷较大，以及焦炭柱直接作用在炉底砖上，对炉底砖破坏较大，为此新3号高炉将死铁层高度定为1600mm(一期高炉825mm)。

    (2)炉体采用全冷却壁薄壁炉墙结构。新3号高炉采用全冷却壁薄壁炉墙的炉体结构(如图1所示)，整个炉体从炉底至炉喉共采用了15段冷却壁。在炉底砖下埋设水冷管的炉底冷却形式，水冷管为击70×12，间距为500mm。炉底、炉缸采用5段灰铸铁(HTl50)光面冷却壁，其中渣口、风口带采用双层冷却水管；铁口区采用小块光面灰铸铁冷搬炉腹、炉腰热负荷区采用2段纯铜镶砖冷却壁。炉身下部至炉喉钢砖采用8段镶砖铸铁冷却壁,其中炉身下、中部采用双层冷却水管；冷却壁体材料为铁素体球墨铸铁(QT400—18)，全部采用冷镶砖方式，镶Si₃N₄一Sic砖。为防止冷却元件结垢，在铜冷却壁和高温区域供水管道上设置超声波防垢器和超声波水过滤器。

    全冷却壁薄壁炉墙的炉体结构特点是高炉内型平滑，炉体冷却均匀，利于高炉高产节能。近年来国内新建或改造高炉，多数采用了全冷却壁薄壁炉墙结构。其长寿理念是：目前炉身下部是国内高炉普遍地制约高炉长寿环节之一，该部位即使采用当前最好的耐火材料砖衬(碳化硅砖或刚玉砖)，也不过维持2—3年左右时间就全部脱落或剥落，最终还是靠冷却壁使高炉生产更长时间。与其投入较高，效果又差，还不如取消炉身以上的内衬，对该部位冷却壁采取相应的长寿措施，这样一来，高炉投产以后就可获得平滑的高炉生产内型。全冷却壁炉体结构有利于高炉高产顺行，有利于高炉冶炼。

  (3)纯铜冷却壁的应用。新3号高炉在炉腹、炉腰6—7段冷却壁采用了纯铜冷却壁，每段40块。铜冷却壁壁厚(不含镶砖)126 mm，壁体的原材料为轧制纯铜板，含铜量大于99．95％，采用钻孔加工和焊接结合制成。铜冷却壁镶砖采用冷镶砖方式，镶Si₃N₄一Sic砖。壁体热面均匀加工出燕尾槽，砖也制造成与之匹配的燕尾。

2002年7月攀钢1号高炉大修在炉腹、炉腰部位应用了2段纯铜冷却壁，新3号高炉在此基础上有所改进：一是热面由捣制不定型耐火材料改为镶Si₃N₄一SiC砖；二是材料由铸造纯铜板坯改为轧制纯铜板；三是壁体内水通道断面由圆孔改为扁长圆孔,铜冷却壁的工作原理是依靠渣皮工作。攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿较冶炼普通矿的软熔带低(大致在炉腰、炉腹部位)且窄，炉腹、炉腰区域采用2段铜冷却壁，加强高热负荷区冷却，旨在提高炉体寿命.

(4)炉体内衬的选择。根据攀钢高炉长寿经验，如果能使炉底、炉缸和炉身下部关键部位达到15年寿命，就可以实现一代炉龄15年以上的目标。新3号高炉由于采用了全冷却壁薄壁炉墙的炉体结构，炉腹砖衬的作用只是炉型需要和铜冷却壁保护砖，炉腰以上无砖衬(见图1)，在炉体内衬选择上着重对炉底、炉缸内衬进行研究。针对冶炼钒钛磁铁矿的特点、各部位的工作条件，结合攀钢高炉渣铁对各种耐火材料侵蚀的测试研究结果，炉体内衬选择了与之相适应的新型砌体结构与材料。

  ①炉底采用综合结构形式，耐热混凝土基墩上自布水冷管用碳素捣打料找平，炉底砖衬第l～2层采用半石墨炭砖，第3～4层采用超致密粘土砖，第5—6层采用复合莫来石砖，第7～9层采用超致密牡砖。炉底砖共9层，总厚3600mm。

    应用上述结构是针对攀钢高炉近年来的炉底侵蚀特点所采取的长寿措施。攀钢高炉以冶炼钒钛磁铁矿为主，钛渣有护炉的作用。近年来随着攀钢高炉入炉料结构的调整和冶炼强度大幅度提高，炉底、炉缸的侵蚀及破损也日趋严重，但分析毕竟比冶炼普通矿高炉炉底的侵蚀速率低得多；攀钢今后数年内人炉料V、Ti成分含量将不会有较大变化；攀钢一直使用全粘土砖炉底，在此基础上进行改进和增加水冷却措施，可减缓炉底侵蚀。采用超致密粘土砖是基于实践经验和实验室研究；采用半石墨炭砖和复合莫来石砖主要是水冷炉底的需要和受国内高炉应用“陶瓷杯”炉底的启发。

    ②加强炉缸内衬抗侵蚀、抗氧化和渣铁冲刷能力。炉缸采用复合莫来石砖，风口采用棕刚玉异形组合砖，渣口、铁口采用黄刚玉异型组合砖。

    ③炉腹、炉腰及炉身中下部温度波动较大，化学侵蚀严重，为高热负荷区，热应力破坏较大，该部位无内衬，因此，该区域冷却壁镶砖采用抗碱金属性强、抗氧化性强、耐腐蚀性强的Si₃N₄～SiC砖，此种砖还具有较高的导热性。炉身上部冷却壁镶砖也采用了Si₃N₄一SiC砖。

    (5)高强度炉壳。炉体框架为自立式结构，与高炉本体完全脱离，使高炉炉壳不承受炉体框架荷载。高炉炉壳选择了高强度BB503板材。这种炉壳材料的机械性能、制造加工及焊接性能较好，整体炉壳按一代炉役15年等强度设计，按相关压力容器等级制造安装。

    (6)炉体监测与检测。为利于高炉操作、高产与长寿，炉体采用了多项监测、检测新技术，主要有：炉体温度检测，检测点达320个，包括炉底、炉缸温度及砌体侵蚀检测、炉体温度检测、炉喉温度检测、冷却壁温度及烧损检测；冷却水量、压力及温度差检测；铜冷却壁破损在线检测；炉身静压力监测；炉内料面监测；炉喉十字测温器；炉顶综合煤气在线连续分析检测；铁水温度在线监测。高炉生产过程中各监测、检测采集数据均进入高炉过程控制DCS系统，为监测炉况、优化高炉操作提供依据。

3．3  高炉高效长寿配套装备

    (1)无料钟炉顶。无料钟炉顶的灵活布料功能为高炉高产、长寿的创造了操作条件，新3号高炉采用了并罐式无料钟炉顶装料设备，炉顶压力0．2MPa，最高压力0．25 MPa。近年来，国内新建或改造高炉多数采用了串罐式无料钟炉顶，因攀钢高炉原料品位低，人炉原料量大，加之使用料批批重较小，采用串罐无料钟炉顶势必造成炉顶装料设备作业率高，对今后组织生产和高炉高产不利，经分析论证仍采用了并罐式无料钟炉顶。炉顶装料的核心设备布料器选择PW2000型，布料器冷却密封采用水冷气封技术，中心喉管直径700 mm；料罐有效容积2×40m³；料流调节阀采用伺服电机传动，其余工艺阀全采用液压传动。

    炉顶布料方式设有多环、单环、定点和扇形布料四种方式，以多环布料为基本方式。采用皮带上料，带宽1 600 mm，带速2 m／s。根据计算在高炉利用系数达到2．5，日产铁量5000 t／d时，正常焦批8．8 t、矿批39t，炉顶装料周期257 s，此时上料、装料系统的作业率只有82％，有效地满足高炉上料、装料能力。

    (2)高效长寿外燃式热风炉。一代炉役内热风炉的风温和寿命直接影响高炉的各项技术经济指标，新3号高炉采用了4座外燃式热风炉，与高炉成一列布置。设计平均风温1 200 ℃，最高风温1 250℃，砌体无检修寿命大于15年。外燃式热风炉结构特点是蓄热室、燃烧室相互独立，燃烧室与蓄热室拱顶采用圆柱形带膨胀器的联络管连接，气流分布均匀、砌体结构稳定寿命长。采用栅格式陶瓷燃烧器，热风炉全高50．0m，格子砖总高34m，加热面积58000m²／座，单位炉容蓄热面积116m²／m³，完全能满足高风温的加热能力。根据不同的工作温度

区域，选择了与之适应的优质耐火材料。以拱顶温度1400℃为基础，热风炉拱顶和高温区选用了硅砖，次高温区选用了低蠕变高铝砖，低温区选用了低蠕变粘土砖，陶瓷燃烧器上部采用堇青石一莫来石砖。砌体结构充分考虑了热态稳定性。为减少热量损失，炉壳整体喷涂50 mm厚不定形耐火材料。

    为确保平均风温1200℃(最高1 250℃)，热风炉应用了烟气余热回收预热空、煤气节能技术。采用新型组合式换热器，煤气预热采用热管换热器保证煤气和烟气互不泄漏，预热后可达200℃；助燃空气预热采用热管换热器和扰流子换热器两级换热的形式，预热后可达450℃。应用该技术可提高风温100℃以上，节能效果显著。

    (3)高装备水平的“三电”系统。新3号高炉供电系统采用当前国内最先进的供电设备，设备可靠，供电安全保护和在线监测等功能齐全，停、送电等操作全部实现计算机自动操作。

    高炉生产过程控制采用DCS控制系统，计算机设备选用爱默生Ovation系统。主要完成：槽下配料、上料、装料、布料、高炉、热风炉和喷煤等生产工艺的过程控制、操作和管理，同时还提供了与其他计算机的通讯接口。采用全键盘、全CRT操作。Ovation系统主要特点是：抗干扰能力强；整个系统无主计算机，按工艺要求分成若干子系统(站)，如槽下、上料、高炉、热风炉、喷煤；各站通过由光纤构成的Ovation双环通讯网络传递信息，可方便地获取其他站上的过程数据，有利于高炉操作，系统灵活可靠。

    采用计算机管理所有热工参数，取消二次常规仪表和模拟屏，全CRT画面显示。一次仪表全部采用当前最先进的变送器。如压力、流量等关键热工参数采集的检测仪表全部是国外先进的仪表，支持HART信号传输，可以在线对仪表进行调试、检查和有权限更改，方便生产维修。  

    应用了工业电视监控系统，监控点近100个，覆盖整个高炉生产区域，便于高炉生产组织。  

    (4)其他配套装备采用的新技术。高炉出铁场平面采取岛式布置，双出铁场，炉前设备采用国产最先进设备，Z1345EL液压泥炮，Z1335DL全液压开铁口机，50／10t一10t多功能吊车，铁水摆动流嘴；配置满足多品种原燃料储、配料的矿槽配料系统，采用B1600胶带机上料，槽下设有各种原燃料分散筛分和小块焦回收分加设施；粗煤气处理的重力除尘器采用了轴向旋流技术，煤气净化采用干式布袋除尘系统，配置了TRT余压发电设施；高炉鼓风采用两套AV80—15静叶可调电动轴流鼓风机，一备一用，标准风量5 500 m³／min，风压0．38 MPa。  

 4  结语   

    攀钢使用2000 m³高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿是世界首创。新3号高炉采用了适宜攀钢高炉冶炼特点的高产、长寿炉体结构；采用4座高温外燃式热风炉和空、煤气双预热技术，保证平均风温1 200℃为提高煤比、优化指标提供了必要条件；采用DCS控制系统提高了高炉基础自动化控制水平，高炉整体装备水平达到了当前国内先进水平。新3号高炉于2005年12月10日点火开炉，投产后1个月平均利用系数达到2．2以上，平均风温达到1 250 ℃，最高日产达5 100 t／d，产量与风温等达到了设计指标。