沙钢5800 m3高炉工艺技术特点

沙钢500 m高炉工艺技术特点项 明 武周强 张 灵 刘俭 方音 王卫东(中冶南方工程技术有限公司） (沙钢集团有限公司） 摘要沙钢580高炉是目前世界上高炉有效容积最大、吨铁占地面积最小（0.022 m2t)的炼铁系统工程,设计年产量450万t，燃料比40k。在580m3高炉的设计中,充分结合老厂区的总图布置特点和限制条件,最大程度优化集成了一系列的高效、长寿、节能、降耗和环保的工艺技术，装备水平和主要技术经济指标均代表了国际先进水平。关键词特大型高炉 技术装备 节能环保TeciclProces tres f 00m3 lst Furnace i Shgangang MinwZhouQangZhang Lin uJian FangYin Wang Widog(WISDRI ngneering &ResearIcororatin Limited) （Shng u）Abstrac 5 800 lat frna in Shagg is iron-making sstemcrcterized bylargetine volume lowestspcificnd occain(002 m/t) the wl at psent，ts deigned utut4. t/awitfuel ratoo90 kg/tThedeigi ize wit consideration o both tharrangment eitn nt area and therstriction nditn n offers seres advanced process ehnologis threpct to hg eficieny,og campaign,nerg savig，lw nsumptonand envronentprottin。e rnce quipen leel nthe mai tenoeconois indexeesent th ncedleworlieK wordsuper large ize blat furnace quipenlel eerg saving nd evroment proteon沙钢5800m高炉是目前世界上高炉有效容积最大、吨铁占地面积最小（0。2 m2/）的炼铁系统工程,设计年产量450万t,燃料比40gt。该工程由中冶南方设计,0年2月1日高炉基础开挖，209年10月2日建成投产.在设计中,中冶南方和沙钢业主一道充分结合老厂区的总图布置特点和限制条件，最大程度优化集成了当今一系列的高效、长寿、节能、降耗和环保的工艺技术，装备水平和主要技术经济指标均代表了国际先进水平.1主要设计指标沙钢5 80 m3高炉工程主要设计指标见表1.表1 沙钢580m高炉工程主要设计指标项目数值备注高炉有效容积，m35800高炉日产铁水，/1286450m年产量，万/a450年均利用系数，t/(3）2.22。50x焦比,kg/t9含焦丁煤比,kg/t2020ma炉顶压力，MPa025.20。30 mx热风温度，125310 ma加热风量(含富氧），Nm3/mn830950 ax鼓风机出口风压，0。5255 max高炉煤气发生量，万N3/8。590. ax渣比,k/t30入炉矿品位，59富氧率，46 max高炉年平均工作日,d/350年产水渣，万t/a5。含水率15%炉料结构烧结矿77+球团矿18%+块矿5高炉一代寿命，a20热风炉一代寿命，302典型的工艺技术装备（1)槽下供料系统。矿槽和焦槽采用双排并列共柱集中布置，矿石和焦炭均在槽下分散筛分、分散称量，采用焦丁回收工艺和35mm小粒度烧结矿回收工艺,利用返矿皮带运输原料除尘灰。（）上料系统。采用主皮带胶带机上料，B = 2200 m，倾角 =10。45,矿 2 m/s，L水平 10m，皮带头尾轮顶面高差75.m，不设集中称量斗。(3）炉顶系统。采用新型W并罐无钟炉顶，下密封阀和料流调节阀分开设置，检修维护更加方便。料罐有效容积95m3，炉顶吊车40/15t，均压放散煤气经过旋风除尘器和消音器后排放.(4)粗煤气系统。采用轴流旋风除尘器，36个旋流片,新型结构陶瓷衬板，双管路可调排灰流量的输灰装置，新型雾化喷水螺旋输送装置。（）炉体系统。采用强化炉型、砖壁合一薄内衬、全冷却壁结构，炉缸段和铁口四周为铸铜冷却壁，炉腹、炉腰和炉身下部5段为钻孔铜冷却壁，采用联合全软水密闭循环冷却系统(总水量5 660 m3/h），炉缸关键部位炭砖为德国SGL超微孔炭砖，陶瓷杯杯壁为法国SAVOIE的小块陶瓷砖。设置了完善和充分的内衬、冷却壁和冷却系统的检测设施，一代炉役寿命20年以上。（6）出铁场系统。2个宽敞明亮的、无填沙层、完全平坦的矩形出铁场.设置3个铁口，2个出铁场下共设置6条铁路线,宽敞的风口平台.设置了上出铁场和风口平台的通道,引进液压泥炮和液压开口机,悬挂式国产液压揭盖机，新型结构的电动备手动的摆动流槽，完善的通风除尘设施.（7）铁水运输。沙钢250m高炉在国内最先采用了一罐到底的技术,采用18t铁水包的一罐到底的铁水运输技术，出铁场下铁水包称量精度达到1 t。(8)渣处理系统.采用新型全国产环保转鼓渣处理系统，2套双驱动转筒式水渣过滤装置,改进型冷凝塔,完善的供回水管路系统，两铁口出铁场侧取消干渣坑,采用底滤池作为备用（采用水渣皮带运输）,单铁口出铁场备用干渣坑。（9）热风炉系统。3座DME外燃式热风炉，取消了拱顶补偿器（彻底避免了其他类型的外燃式热风炉，因拱顶联络管补偿器在生产过程中出现的开裂、破损等现象而影响正常生产的事故)，预留第4座热风炉的位置和接口，采用转炉煤气富化，热风炉废气余热回收,引进热风阀、倒流休风阀和液压浮动装置等，在炉壳内表面采用防晶间应力腐蚀的措施,完善的热风管系和内衬结构的技术方案,人炉风温120l10，寿命30年。（0)喷煤系统。按照喷煤能力250 kg/t配置所有设施，采用27 中速磨，2台布袋收粉器,1个煤粉仓，2个喷吹系列各设置2个喷吹罐（有效容积80m3)。双管路加双分配器的浓相输送喷吹方式。引进英国克莱德公司喷吹技术、关键气动阀和分配器等。率先在国内大型高炉采用了自主开发的全尾气自循环技术。（11)煤气净化系统.由于受到总图布置的严重制约,在高炉主体区域只能布置湿法除尘设施,采用PW三锥环缝洗涤塔系统，引进环缝元件、喷嘴、切断阀等关键设备。通过高架水槽将污水送至60多m远的斜板沉淀间和污泥脱水间.（1）炉顶余压回收。采用湿法RT装置，额定功率320kW，引进日本透平机。(3)鼓风机站.采用2台Vl01电动全静叶可调轴流式鼓风机，一用一备，预留另外1座高炉1台鼓风机的位置，鼓风机最大风量1000Nm3n，风机出口压力55 M，风机电机额定功率M。引进MAN公司的鼓风机、电机、变频等.(1）给排水设施.设置有主泵站(含软水、净化水、直排水、冷却塔、板式换热器等设施）、渣处理泵站、煤气洗涤浊环水泵站(和斜板沉淀间布置在一起)等。高炉生产用总水量222003，循环总水量230m3,吨铁新水耗量约18m3/t。(15)通风除尘设施。出铁场和原燃料系统均采用布袋除尘器，排放浓度30mg/Nm.2套出铁场系统除尘设施,每套风量10万Nm3/，风压5500a，2套原料系统除尘设施，每套风量55万Nm3/h,风压5800a，并设有完善的通风空调设施,主控楼设置集中空调。（16)供配电设施。设置座3/0kV总降压变电所，与鼓风机站合建,设置高炉、主泵站和原料开关站,设置RT和鼓风机配电设施.预留第2座大高炉供电设施的位置。(17）机械化设施。原料通过2条B1 400 mm皮带,焦炭通过条=l0m皮带，运至高炉矿焦槽内，返矿和粉焦用皮带运输，设原煤贮仓1个,每个直径15 ，通过配煤后经皮带送入制粉车间原煤仓。水渣通过皮带送至水渣堆场,碾磨后外销.（18）自动化控制系统。高炉自动化实现电气、仪表和控制三电一体化，设置基础自动化和过程控制自动化两级自动化控制系统.基础自动化主要完成数据采集和初步处理，执行对生产过程的连续调节控制和顺序逻辑控制等;过程自动化主要完成数据设定、数据处理、生产管理、操作指导和模型计算等。预留专家系统的接口和界面.I级和II级之间采用网络通信。(19）中冶南方的专利技术在本工程上的应用。主要有:薄内衬冷却壁技术，联合全软水密闭循环冷却系统，风口与炉腹部位新型结构，环保型转鼓渣处理系统,新型双驱动转鼓水渣过滤装置，改进型冷凝塔技术，新型摆动流槽设备，新型点火枪设备，新型螺旋输送机设备，新型探尺设备，全尾气自循环技术,流量可调的清灰装置,伸缩式胶带输送机，密封环保卸料小车，高炉上料系统固定支架接头。(20)中冶南方重工公司在本工程上成套供货的设备。主要有：渣处理新型双驱动转鼓水渣过滤成套设备，新型摆动流槽成套设备,新型螺旋输送机成套设备，新型探尺成套设备。3突出的工艺技术特点3.1高炉炉型（1）死铁层深度320mm，适当加深死铁层深度有利于减少铁水环流冲刷和侵蚀，有利于延长炉缸炉底寿命;死铁层深度过大，会造成铁水渗透侵蚀加剧、增加炉缸下部和炉底形成稳定保护层的难度。(2)炉缸高度6000 m，有利于煤粉的充分燃烧,保证风口前有足够的回旋区空间,同时有利于出铁次数的减少。（3）炉腹角7。62375，改善了煤气流分布、有利于稳定炉腹渣皮、改善料柱透气性、降低煤气流速，同时大大改善r风口冷却壁的工作环境,为高炉长寿创造了更好的条件。（4)上小下大的炉喉直径,大大减轻了炉料对炉喉钢砖的磨损。32冷却设备(1）炉底炉缸象脚侵蚀区采用了1段铜管铸铜冷却壁，铁口四周为铜管铸铜冷却壁包围，强化了冷却，降低了对内衬的侵蚀.（2）炉腹、炉腰和炉身下部3段为钻孔铜冷却壁，总高度1700nll.炉身下部3段铜冷却壁总高度60mm，占整个炉身高度的37，国内一般大型高炉小于30%。（3)炉腹铜冷却壁安装角度为75，大于炉腹角,目的是加大风口区与炉腹区结合部位耐火材料的厚度，大大加强对冷却壁的保护，避免了在该部位采用铜冷却板的诸多隐患和不足。()炉身铜冷却壁上方设置了2段双层水冷球墨铸铁冷却壁,提高了冷却强度，实现了热负荷的阶梯过渡,抗高热负荷冲击能力强。3联合全软水密闭循环冷却系统(）冷却设备通过并联串联的方式全在一个系统中,包括了铜冷却壁、铸铁冷却壁、炉底水冷管、风口小套、中套、直吹管、热风阀、倒流休风阀。(2）系统中各个部位和管道的水量分配、调节及阻损的匹配程度均做到了合理和优化。（)系统冷却强度高(各个部位水量大、泵站出口水温38）、冷却能力大(泵站中换热器温差14,一般运行实际温差5-7)。（）由于整个管系设置简洁，系统补充水量很少，一般情况下每2天补水约，在设备质量和施工质量得到保证的前提下，能够做到2个月补次水。（5）该系统大大简化了设备配置，减少了泵组、阀门、管道和结构工程量，使得总投资比其他冷却系统节省8%20%.（6)该系统利用主泵的余压,使总体运行费用大大降低。实际生产表明，该系统的运行费用比其他系统每年节省3一50%,对于1座58003高炉年节省的运行费用高达960 600万元.(7）该系统功能非常完善，充分考虑了极端情况下各种工况的备用措施，并且该系统具有自动排汽、自动补水、自动检漏、自动稳压功能,自动化程度高，可靠性高。（8)该系统设置了充分和完善的检测和监测设施，捡漏方便、准确和直观。3。4 高炉内衬(1)采用砖壁合一、薄内衬结构。该结构自武钢号高炉2001年在国内率先采用后得到普遍推广.其优点是：炉型稳定，有利于煤气流分布均匀和操作顺行；耐材耗量大量减少，节省大量投资;内衬预先在炉外砌筑，缩短了施工周期；内衬镶嵌在冷却壁中,支撑效果好；内衬薄，有利于渣皮的稳定,符合“渣皮就是最好的内衬”这一长寿的理念。(2）炉底炉缸的耐材配置较高:炉底总厚度340mm，炉底最下层平砌300mm高的国产高导热石墨砖，第2层平砌500mm高的国产超微孔炭砖。上部平砌2层各m高的德国SGL超微孔炭砖9RN,最上部为1 20m高的陶瓷垫,材质为RL0。炉缸内侧环砌法国AOIE的小块陶瓷砖，材质为CORATAL,外侧环砌德国SGL超微孔炭砖9RDN。炉底上部2层L超微孔炭砖相互压砌，炉缸SGL超微孔炭砖及法国SOIE的小块陶瓷砖从上往下自然扩张,与炉底炭砖夹角为88.5。5 三铁口工艺本工程总图布置在宽度上受到极大制约，如何在有限的宽度上布置好这座巨型高炉的出铁场和相关设施，这成了当时的焦点技术方案。由于采用三铁口布置可以在宽度上节约8700mm(一罐到底的铁水包的铁路间距远远大于鱼雷罐的铁路间距,考虑了三铁口“Y布置因素)，这样才能在宽度方向上将两侧的渣处理设施、水渣输送皮带、厂区煤气管布置下来，保留了厂区主公路钢铁大道,同时解决了进入出铁场铁路弯曲半径带来的问题.由于国内003以上的所有高炉均采用了4个铁口工艺，国外在500m3级高炉上采用三铁3工艺也没有先例。经过中冶南方与沙钢业主问的多次充分论证,本工程决定采用三铁口工艺,带来的好处显而易见：解决了总图布置在宽度上受到的极大制约，全面合理的布置了所有相关的设施.附带的优点是明显的降低了设备、耐材、土建和维护费用，仅引进设备费用就节省30万元以上。在特大型高炉上采用三铁口工艺,需要充分论证出铁制度、配罐运输制度和必要条件：(1)出铁制度.如果是四铁口，显然既可以采用三铁口轮流出铁制度(另外1个铁口备用)，也可以采用两铁口轮流出铁制度(另外2个铁口备用）。在国内很多3003以上高炉的实际生产中，采用了三铁口轮流出铁制度;在浦项光阳制铁所号460m3高炉和蒂森克虏伯施威尔根号500m3等高炉上采用了两铁口轮流出铁制度.由于本工程只有个铁口，采用没有备用的三铁口轮流出铁制度，尽管在配罐运输和炉前生产组织管理上显得从容，但是由于没有备用铁口,这种出铁制度是不合理的。本工程采用两铁口轮流出铁、另外一铁口备用的出铁制度。这种出铁制度与光阳3号和施威尔根2号高炉相比就是少了1个备用铁口，最为不利的极端情况就是:第3个铁口在进行主沟内衬的更换时，2个正在出铁的铁口中的一个铁口对应的设备出现故障，在不能切换到第3个铁口的情况下,需要紧急减风操作.沙钢32003高炉只有2个铁口，一用一备，这种出铁制度为本工程积累了实际操作经验和应急措施的处理办法. （2）配罐制度。沙钢50m3高炉和18t转炉率先在国内采用了一罐到底的铁水运输方式，经过投产后2年多的生产操作摸索，一罐到底体现出明显的节能降耗等突出优势。本工程为新建的80转炉供应铁水，仍然采用了在沙钢率先开发并得到成功应用的一罐到底的铁水运输方式,尽管这给本工程带来很大的难度，通过打破常规、优化配置、合理组织和强化管理,很好的解决了一次最多需要配备11个180t铁水包的难题。（)必要条件。在巨型高炉上开创性的采用三铁口工艺，需要确保的必要条件：炉前设备(泥炮、开口机、揭盖机、摆动流槽等)可靠性高，为此全套引进了泥炮和开口机；主沟通铁量大，采用了通铁量25万t以上的国产高品质的主沟工作衬;炮泥质量高，采用了烧结时间短、铁口通道直径稳定的国产优质炮泥；渣处理系统设备可靠性高，采用了新型环保转鼓渣处理系统，在双铁口侧备用了底滤池,所有水渣可以连续皮带外运；生产组织管理和操作水平高,内衬更换时间大幅降低。上述条件业主给予了很好的满足，为正常生产创造了必要的条件。3 热风炉系统（1）作为特大型高炉，经技术论证，采用了3座PW公司的外燃式热风炉，并预留第4座位置,既满足了工艺要求，又节省了投资.（）热风炉采用整体式刚性连接的拱顶，燃烧室底部设液压垫,保证燃烧室随蓄热室同步上下位移，结构稳定可靠;燃烧室和蓄热室均为圆形,燃烧室独立于蓄热室之外,结构简单、稳定；气流分布更为均匀.()整体式烟气、煤气、助燃空气换热器，占地面积小,换热效果好.（4)3台助燃风机，二用一备，设备配置灵活、可靠。(5）在热风出口、热风主管和支管相交处、热风主管和热风围管相交处等易破损部位以及烟气出口处采用组合砖砌筑。热风主管内衬采用了1层工作衬、3层保温衬和l层喷涂层，总厚度552 ，结构稳定，隔热效果好。（6）热风主管设置了补偿器及拉杆.热风炉区域的热风主管采用大拉杆,端部设置了能够吸收大拉杆膨胀的补偿器,热风支管的补偿器采用了拉杆固定，拉杆两端分别固定在热风炉和热风主管上。3.7 渣处理系统本工程采用了全国产环保型转鼓渣处理系统，经过与业主多次讨论,在以前引进技术的基础上进行了很多改进和完善,主要技术特点有：（1）采用优化的多孔粒化箱,粒化质量更好。（)采用粒化箱+冲渣沟+接受槽方式,红渣与水充分接触，粒化效果好,成渣粒度适中,有利于脱水器的过滤。(3)转鼓采用双驱动，彻底解决了一些极端的事故状态下所带来的问题.（)转鼓滤网固定形式和结构形式进行了改进，不易脱落,过滤效果更好.（5）对转鼓的托轮进行了改进，使用寿命更长。(6）对热水槽、集水槽的布置进行了改进,合理、占地小、投资省。（7)冷凝塔的结构形式进行彻底完善，彻底解决了蒸汽外溢的状况。（8）供回水管系进行了优化，避免了水量和水压不均衡的情况。（9）在双铁口侧将备用干渣坑改为底滤池,水渣用皮带外运,为三铁口工艺创造了好的条件。3. 总图布置沙钢5800m3高炉工程布置在老厂区，场地十分紧张。通过多方案长时间的讨论、对比、完善和优化,最终的总图布置技术方案做到了系统设施紧凑、功能分区明确、输送线路短捷、物料流程顺畅。具体技术特点有：（1）本工程分为个区域,即高炉主体区域(含高炉、出铁场、渣处理、炉顶、主泵站、热风炉、粗煤气、煤气净化、TR、鼓风机站、总降、出铁场除尘、主控楼等设施)，矿焦槽区域（含矿槽、焦槽、原料除尘、浊循环泵站、斜板沉淀间、污泥脱水间等),喷煤区域，以及原煤仓区域，4个区域的面积分别是73万m2、2万m、0.3万m、2万m2，总占地面积95万m，远低于国内外大型高炉的占地面积。（2)槽下供料系统在功能完善的情况下，做到了非常紧凑式的布置,在国内300m以上高炉率先采用了矿焦槽双排并列共柱集中布置，主体建筑1 118，在宽度方向上比国内3200m3高炉还要少11 m.碎焦和小矿皮带支撑在主体建筑的立柱上，进一步节省了平面空间.（3）在铁水包进出出铁场的区域,完全是一片平地,没有设置任何形成障碍的设施，为高炉新建和今后大修创造了最好的条件，预留了炉壳、大型设备和机具进出和拼装的场地。同时在该区域预留了今后新建第座高炉的铁水运输通道。（4）靠近高炉的l号热风炉中心距离高炉中心只有9m,尽可能的缩短了热风主管的长度,优点明显，另外主泵站距离高炉也很近。(5)尽管本工程占地十分紧张，仍然在鼓风机站、总降和煤粉制备喷吹区域为第2座高炉分别预留了第3台鼓风机位置、供电设施位置和制粉喷吹系列。（6)上出铁场公路旁布置高炉主控楼，为人员的进出创造了最好的条件。(7)出铁场除尘设施的下部空间布置为2层，一层为职工食堂,二层为车间办公室，采取措施确保了人性化的环境，同时大大节省了占地和投资. 投产情况及生产指标高炉投产后，生产指标稳步上升（见表2)，利用系数最高达到。2,燃料比最低48 kgt，煤比最高达到16kg/t,风温最高达到170，顶压最高达到0.25 MP,高炉炉底炭砖最上层中心温度始终维持在4500之间，出铁场铁口和摆动流槽等部位均取得了很好的除尘效果，主要设备(包括槽下设备、炉顶设备、炉前设备、渣处理设备、热风炉主体备、喷煤设备等)运行情况很好。同时，实际生产表明，三铁口工艺中的出铁制度、配罐运输制度及设备耐材的可靠性经受住了实践的考验，三铁口工艺是完全可行的。表2沙钢58003高炉主要生产指标月份日均产量t利用系数/(m3d)燃料比kg/t焦比kg/t焦丁k/t煤比k/t顶压Pa风温200-58.0350951.06600。70911815541534286.49.0.01102091480635203。9.0。221820100113131.95923402100.2511521002122521022333016。00.51245 结语沙钢5 0m高炉工程充分结合老厂区的总图布置特点，最大程度优化集成了一系列的高效、长寿、节能、降耗和环保的工艺技术，在高炉内型、冷却设备、联合软水系统、高炉内衬、开创性的三铁口工艺、一罐到底的铁水运输、热风管系的优化、全国产环保型转鼓渣处理系统、紧凑式供上料系统、全尾气自循环技术、新型并罐无钟炉顶、3座新型外燃式热风炉、多项新型国产成套设备和非常紧凑合理的总图布置等方面的技术特点，均具有很强的竞争力,必将为沙钢的发展和提升我国大型和特大型高炉的整体工艺技术及装备水平做出积极的贡献。6致谢参加本工程的炼铁工艺主要设计人有刘行波、范小剐、严仍奇、汤楚雄和崔伟等,特此致谢。7 / 7