鄂钢1#高炉热风炉技术改造实践

鄂钢 1 # 高炉热风炉技术改造实践

张志响 祝道朋 朱加义

宝武集团鄂城钢铁炼铁厂 湖北 鄂州 436000

摘要：对鄂钢1^#高炉原有3座热风炉不同程度的隔墙垮塌、烧穿进行了总结。热风炉垮塌的主要原因是内燃式热风炉存在设计缺陷、关键部位耐材质量不达标、煤气有害元素含量高加速格子砖渣化。通过采取在线修复、筹建新热风炉、优化烧炉控制系统等措施，1^#高炉热风温度恢复至1100℃，高炉经济技术指标显著好转。

关键词：高炉；热风炉；低风温

1^#高炉于2010年1月22日点火投产，配备3座改进型内燃式热风炉，投产后到2013年底，热风温度可达1180-1200℃，满足高炉生产需求。2014年初依次发现3^#热风炉及2^#热风炉隔墙垮塌，热风炉烧炉困难，风温大幅下降，至2015年8月综合风温水平只有930℃，对高炉生产带来较大经济损失。

一、热风炉损坏的原因

内燃式热风炉技术成熟，也能提供1100℃以上高风温，但其致命缺陷是燃烧室和蓄热室之间存在隔墙导致其结构不稳定，燃烧期和送风期隔墙因温差产生温差热应力，时间久后，会导致隔墙出现一定程度的倾斜或者变形，甚至垮塌等现象。另外，因风温需要，热风炉烧炉过程需掺烧焦炉煤气，掺烧后热风炉拱顶温度达1350℃，较掺烧前提高70℃，单座热风炉损坏后，另外两座热风炉因高炉风温需求拱顶温度甚至达到1400℃，焦炉煤气热值高导致高温区下移，拱顶温度升高加剧高铝砖软化变形（如图1-2），最后造成隔墙垮塌；同时因炼焦系统设备老化，焦炉煤气含尘量越来越高，腐蚀性越来越强，2013年开始公司因降本需求，高炉大量配用低品质杂矿（综合入炉品位46.7%），高炉煤气碱金属、锌蒸汽含量升高（碱负荷：4.3kg/t，锌负荷：1.66kg/t），二者造成格子砖堵塞、渣化，从而使火井隔墙发生倾斜，诱发塌砖；且由于格子砖渣化下沉，致使高出格子砖部分的火井隔墙高度增加，在高温高压下加剧了隔墙的倾斜、变形。

从耐材质量上看，耐材招标采用低价中标模式，关键部位耐材质量难以保证。特别是2007年前后，全国新建高炉较多，耐材需求量大，整体质量下降。如HS、HB质火井墙砖、HS质红柱石组合砖、DE质格子砖价格均在4000元/吨左右，较正常价格低2000元/吨。违背优质优价原则。

施工质量监管不到位。1^#高炉为鄂钢首座2000m³级高炉，高炉建设点过面广，施工经验不足，建设过程多次中断，造成施工过程中质量监管难度较大，有监管不到位的地方，部分隔墙灰浆不饱满、砖缝间隙超标，窜风加剧隔墙烧穿。

格子砖软化变形下降高度超过1m，上部硅质格子砖砖体大于中部高铝格子砖，上部硅质格子砖在下降导致隔墙承受横向压应力增加，加速了隔墙的垮塌；拱顶、火井墙垮塌过程中部分砌砖及耐材落入燃烧器，堵塞甚至砸坏燃烧器，燃烧器损坏后烧炉煤气进量较前期减少30000m³/h，导致风温进一步降低，2015年8月份后，3座热风炉综合热风温度仅930℃（见表1）。

图一 软化变形的格子砖 图二 高铝砖厚度由100mm软化为70mm

高铝格子砖因高温变形、软化，厚度由100mm软化为70mm。

表1 1#高炉3座热风炉损坏后烧炉参数

二、主要改造内容

2.1筹建新热风炉

高炉炼铁的热量19%来自风温，风温是最廉价的热源，风温水平的提高，不但可以促进煤粉加速燃烧，提高煤粉置换率，降低焦比，而且还能提高渣铁物理热，改善流动性，增强脱硫能力^[1]。长期送风温度偏低，导致高炉焦炭负荷处于下限水平，降本增效也变成纸上谈兵。由于1#高炉3座热风炉综合送风温度较低，如停炉检修一座热风炉，另外2座热风炉一烧一送，风温水平更低（预计750℃），高炉要退至全焦冶炼（预计焦比620kg/t），消耗更高；且煤气放散每天至少增加100万m³以上。两种因素综合考虑预计生铁成本将会在现有基础上再增加约100元/吨。

综合考虑后，公司决定于2016年10月新建一座顶燃式热风炉，顶燃式热风炉燃烧室位于热风炉炉体顶部，整个炉体由格子砖填充，烧炉过程无需掺烧焦炉煤气，从根本上消除了内燃式热风炉拱顶、隔墙容易垮塌的缺点，同炉容条件下蓄热面积较内燃式热风炉增加25%-30%，且炉型简单、结构强度好、砖型少、砌筑容易，2#高炉3座顶燃式热风炉运行6年风温仍保持1200℃。4^#热风炉投产后综合热风温度提高100℃左右。

表2 新建4^#热风炉主要技术参数

2.2修复损坏的热风炉

2017年5月新建4^#热风炉烘炉投入使用后，送风制度由原来“两烧一送”调整为“交叉并联”送风，但是由于3^#热风炉隔墙垮塌严重，并联送风时严重降低了送风温度，2018年4月至2018年10月对3

^#热风炉实施恢复性大修（凉炉、拆除、砌筑、烘炉），3^#热风炉大修过程中1^#热风炉同期出现燃烧器严重堵塞情况，只能利用检修机会对其开人孔掏砖清孔处理才能维持其低水平的燃烧和送风工况，因此2019年4月至2019年10月对1^#热风炉也实施恢复性大修（凉炉、拆除、砌筑、烘炉），1^#热风炉大修完成后，整体风温水平从1050℃提高到1100℃。因短期投资太大，未对2^#热风炉进行大修处理，只对其进行凉炉停用。风温的提高大大缓解了低风温冶炼带来的困难，高炉各项技术经济指标显著提升^[2]。

2.3 引进智能烧炉控制系统

鄂钢目前现场换炉为半自动方式，煤气流量及空气流量采用PID自动调节控制程序，但由于煤气压力波动较大，难以达到快速和准确的调整效果，故造成热风炉拱顶温度波动大，烧炉过程不稳定，风温也很难达到高炉需要的指标要求。此外由于受人为因素和高气煤气压力及热值波动的影响，使得煤气和空气流量也要随之改变，采用人工操作不但工作量大，而且控制效果不理想，难以达到空气和煤气量的合理配比，同时造成能源的浪费。为此，炼铁厂于2019年10月借助集控契机对现有烧炉控制系统进行在线改造，引进热风炉燃烧优化智能控制系统。

通过改造，建立专家控制模型，在煤气热焓值不断变化和煤气压力频繁波动的情况下，根据最佳空燃比模型计算出对应空燃比，使煤气充分燃烧达到节能的效果，吨铁节约煤气8-10m³。同时，燃烧优化系统根据高炉炉况的变化情况和不同的热风温度要求，在自动燃烧过程中采用拱顶温度控制模型和烧炉速度控制模型，实现拱顶温度和烧炉时间的自适应控制以满足高炉对热风温度的需求，减少人为因素对热风炉烧炉的影响，全面提高热风炉烧炉自动化控制水平，有效提高风温10℃。

通过不断技术改造，鄂钢高炉风温水平由2015年916℃提高至目前1100℃，高炉各项经济技术指标不断改善，具体见表3

表3 2015年2019年1#高炉经济指标

结语：

1. 从设计上来说，一般2500m³以上高炉配备4座热风炉比较合适（如武钢4#、5#、8#高炉，沙钢、昆钢、涟钢、宁钢等高炉），既有利于提高风温，又有利于热风炉检修。鄂钢1#高炉只配备了3座热风炉，当1座热风炉出现问题时，不但风温大幅降低，而且在线检修代价很高。

2. 内燃式热风炉因其先天性设计缺陷导致其使用寿命不及顶燃式热风炉，随着热风炉及耐火材料技术不断进步，顶燃式热风炉设计、制造、运行技术逐步成熟，具有投资少、占地小、风温高、寿命长等显著特点。

3. 掺烧焦炉煤气仍是内燃式热风炉损坏的重要诱因之一，鄂钢暂无转炉煤气柜，不具备转炉煤气掺烧条件，需进一步攻关。

参考文献：

[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M]. 北京：冶金工业出版社

[2] 夏建国，朱加义，李利，等.鄂钢1号高炉低风温冶炼对策[J]. 炼铁，201938（3）:46-48.