大型高爐建設(shè)中的自主創(chuàng)新
金融危機帶來的沖擊仍未消退，世界鋼鐵業(yè)發(fā)展速度放緩，發(fā)展中國家鋼鐵企業(yè)將由規(guī)模型發(fā)展向價值型發(fā)展轉(zhuǎn)變。在這樣的形勢下，我國大型高爐的建設(shè)和改造面臨進一步提高裝備水平、降低成本、延長壽命、節(jié)能環(huán)保的挑戰(zhàn)。
我國400m3及以下煉鐵高爐按國家規(guī)定要求須盡快淘汰。在全國的1400多座高爐中，大于1000m3以上容積的高爐有200多座，數(shù)百座400m3~1000m3高爐面臨大型化和結(jié)構(gòu)調(diào)整。今后我國大型高爐建設(shè)和大修改造中如何提高產(chǎn)能集中度和降耗減排，降低建設(shè)投資，依靠自主創(chuàng)新提高裝備水平，是我們面臨的重大課題。
高爐機電設(shè)備
國產(chǎn)化水平不斷提升
爐頂裝料設(shè)備：國內(nèi)高爐近20年來大多都采用了無料鐘爐頂裝料設(shè)備，500m3以上高爐引進國外該設(shè)備的不到40座，其余全部是國產(chǎn)的。首鋼京唐5500m3的高爐爐頂裝料設(shè)備是國內(nèi)自主創(chuàng)新制造的，首鋼、包鋼、鞍鋼大高爐爐頂大多為國產(chǎn)裝料設(shè)備，表明大型高爐裝料設(shè)備國產(chǎn)化已經(jīng)成熟，應(yīng)當(dāng)組織團隊結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，移植、創(chuàng)新研制擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的最先進的高爐爐頂裝料設(shè)備。
高爐用鼓風(fēng)機：上世紀(jì)50年代~80年代，我國高爐用大型鼓風(fēng)機多數(shù)是引進的，近些年國產(chǎn)風(fēng)機技術(shù)水平迅速提高，不論電動鼓風(fēng)機還是汽動鼓風(fēng)機都能實現(xiàn)國產(chǎn)化，只是在大型電動機（3.0萬千瓦~6.0萬千瓦）生產(chǎn)能力上尚有差距，這為鋼鐵企業(yè)和制造研發(fā)企業(yè)開展聯(lián)合創(chuàng)新提供了機遇。新建高爐采用汽動鼓風(fēng)機一次性投資高，但運行成本低；而采用電動鼓風(fēng)機一次性投資低，但運行成本高。這里面存在兩個潛在計算方法不一致：其一是各企業(yè)對煤氣價格的確定偏低和我國電價偏高，其二是要分析能源轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)在一個平臺上科學(xué)地分析。
開口機和泥炮：上世紀(jì)80年代中期以來，國內(nèi)引進了汽動開口機和液壓泥炮，鞍鋼上世紀(jì)90年代引進了一套矮炮和開口機，其后數(shù)座2500m3~3200m3高爐開口機和泥炮都是國內(nèi)制造的。但由于近幾年冶煉強度提高，炮泥質(zhì)量改進，汽動開口機鑿巖能力顯得小了，很多企業(yè)耗巨資引進該設(shè)備。國內(nèi)已有幾家企業(yè)自主開發(fā)了全液壓開口機，使用效果良好。
高爐紅渣處理系統(tǒng)：目前國內(nèi)大、中、小型高爐均采用水力沖渣，不再外運液態(tài)紅渣。幾種水沖渣處理工藝和設(shè)備都能滿足生產(chǎn)要求，而且國內(nèi)設(shè)計與制作已經(jīng)達(dá)到一定的水平，新的要求是實現(xiàn)廢能回收和污染物減排。沖渣過程排放的水蒸氣中有含硫氣體，污染環(huán)境，要將其進行回收，不再通過煙囪外排，同時應(yīng)開發(fā)低溫水和水蒸氣的能源利用技術(shù)裝備。鞍鋼堅持了30余年沖渣水余熱取暖，解決了幾十萬居民冬季取暖問題。開發(fā)風(fēng)淬爐渣等新型處理工藝以便回收爐渣的大量顯熱，以及水渣資源的深度利用和再資源化是應(yīng)繼續(xù)研究的課題。
高爐長壽應(yīng)系統(tǒng)考慮
設(shè)計制造和操作維護
高爐長壽是設(shè)計、制造和施工、操作與維護三者不可偏廢的系統(tǒng)工程，目前國內(nèi)有部分高爐一代爐役不中修已達(dá)到10年和15年以上的壽命。如何實現(xiàn)高效和更長壽命尚需進一步技術(shù)創(chuàng)新和時間考驗。
銅冷卻壁與水質(zhì)：高爐銅冷卻壁與軟水（除鹽水）閉路循環(huán)的成功應(yīng)用，使高爐爐腹、爐腰和爐身下部壽命過短的問題得到良好解決。15年內(nèi)不中修的高爐壽命得以實現(xiàn)，機加工銅冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)是球墨鑄鐵冷卻壁的10倍，對延長爐體壽命起到關(guān)鍵作用，但也有些問題應(yīng)認(rèn)真探討：一是國內(nèi)機加工的橢圓孔型（花生狀）孔道的銅冷卻壁其通水面積比圓孔大30%，冷卻面積大60%，單位冷卻面積用銅重量要比圓孔的低，通道面積大，阻力小，允許增加循環(huán)水量，對穩(wěn)定渣皮起到良好的作用，鞍鋼2座3200m3高爐采用進口圓孔冷卻壁與2座2580m3高爐采用國產(chǎn)偏孔冷卻壁相比，偏孔冷卻壁高爐渣皮脫落頻率要低。二是銅冷卻壁雖然造價高，但帶來的長壽效益有目共睹，且使用量不斷增加，這給銅冷卻壁制造帶來更多商機與挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)主要是工藝孔的封堵和水管焊接質(zhì)量，若焊不好在爐缸液態(tài)區(qū)一旦漏水將會造成惡性事故。若改用銅鑄銅管或銅鑄合金銅管冷卻壁的加工工藝，銅管在鑄體內(nèi)也可先鍛壓成橢圓孔形，與機加有同樣通道孔形，這樣可實現(xiàn)在液態(tài)區(qū)爐內(nèi)無焊接水管。三是提高冷卻水的質(zhì)量是實現(xiàn)冷卻器長壽的關(guān)鍵所在。水在冷卻器內(nèi)壁結(jié)上一層厚垢，失去了冷卻效果，不能形成渣皮保護，冷卻器就會燒壞，因此應(yīng)配用軟水或除鹽水（工業(yè)純水）閉路循環(huán)冷卻工藝。
長壽管理：高爐實現(xiàn)高效長壽的一個重點是操作和維護。目前我國鋼鐵企業(yè)在高爐操作方面的重視程度和管理機制上尚有不足。在產(chǎn)能過剩的條件下，追求高利用系數(shù)已不適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)的要求，而應(yīng)當(dāng)追求低能耗、高爐長壽的經(jīng)濟利用系數(shù)。精料條件改善后，嚴(yán)格控制邊沿氣流過分發(fā)展已成共識。日常爐缸侵蝕的監(jiān)控，侵蝕數(shù)模開發(fā)和熱流強度控制以及有效護爐方法應(yīng)是重點研究的課題。
熱風(fēng)爐長壽：15年~20年的高爐要求熱風(fēng)爐壽命在30年~40年之間，目前這些熱風(fēng)爐都在經(jīng)受時效的考驗，關(guān)鍵是設(shè)計精度、結(jié)構(gòu)要合理、耐材質(zhì)量要過關(guān)以及保證精心操作。我國的硅鋁質(zhì)耐材品質(zhì)很好，資源豐富，生產(chǎn)量大，關(guān)鍵是要精心生產(chǎn)、保持質(zhì)量穩(wěn)定并準(zhǔn)確檢驗。鞍鋼近年來將大型高爐熱風(fēng)爐耐材統(tǒng)一送國外檢驗，強化這方面的管理。熱風(fēng)爐應(yīng)自主設(shè)計，嚴(yán)禁搭車進口耐材，操作過程要注意硅磚與高鋁磚界面溫度不能太低，否則造成界面硅磚溫度頻繁波動、硅磚粉化。從壽命和熱容量方面考慮，硅磚使用量應(yīng)控制在8米~10米。
工藝須注重提高能源利用效率
實現(xiàn)高風(fēng)溫：實現(xiàn)年平均1200℃以上的高風(fēng)溫，是高爐生產(chǎn)實施精料方針的共識。頂燃式熱風(fēng)爐因其投資省受到青睞，但仍存在一些缺陷，須進一步改進。高爐大型化、干法除塵、富氧鼓風(fēng)、轉(zhuǎn)爐煤氣的應(yīng)用，加上不同形式的雙預(yù)熱，熱風(fēng)爐達(dá)到1200℃以上風(fēng)溫已不再困難。目前難題是高風(fēng)溫送風(fēng)系統(tǒng)滿足不了生產(chǎn)要求，三叉口等處時有發(fā)紅現(xiàn)象。應(yīng)加強這方面的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和設(shè)計精度，進行科學(xué)選材，嚴(yán)格砌筑質(zhì)量并優(yōu)化送風(fēng)支管結(jié)構(gòu)。在不同形式的雙預(yù)熱技術(shù)方面，各企業(yè)都有了長足的創(chuàng)新，如鞍鋼單燃高爐煤氣實現(xiàn)1200℃風(fēng)溫的雙預(yù)熱采用了自身雙預(yù)熱技術(shù)和附加前置爐預(yù)熱技術(shù)，已有7座高爐用單一高爐煤氣達(dá)到1200℃以上的風(fēng)溫。
煤氣干法除塵：高爐煤氣干法除塵具有省電、節(jié)水、提高煤氣溫度和熱值、增強TRT能力的優(yōu)點，噸鐵可降低成本12元~15元。這一技術(shù)在我國應(yīng)用廣泛且效果較好，但須進一步細(xì)化和完善：一是煤氣中含有一定的HS和SO2成分，在半凈煤氣管道后的系統(tǒng)設(shè)備中，降溫結(jié)露溶解成酸液對管道設(shè)備有腐蝕問題，建議在煤氣進管網(wǎng)前增加噴水和脫水裝置，噴水吸收SOx氣體以解決長期運行問題，進管網(wǎng)前管道內(nèi)可噴涂50mm耐材。二是根據(jù)企業(yè)所在地區(qū)，溫度、濕度和所用原燃料結(jié)構(gòu)，科學(xué)分析煤氣含水量和露點溫度。三是有的企業(yè)取消了重力除塵器，用一次布袋除塵處理煤氣凈化，如過去高爐的噴煤的制粉多級除塵，現(xiàn)改為一級布袋除塵，效果也很好，這里存在輸灰等系統(tǒng)優(yōu)化問題。四是傳統(tǒng)的高爐煤氣高壓閥組（或叫旁通閥組）是調(diào)劑爐頂壓力的設(shè)備。在增設(shè)TRT后尚有兩個問題，一是高壓閥組有一個不裝閥的常通管道，煤氣經(jīng)TRT發(fā)電時，仍有這一管道流出大量煤氣進管網(wǎng)，降低了發(fā)電效率；二是TRT未投時噪音大。有關(guān)企業(yè)自主開發(fā)了液壓鐘式高壓閥組，無級可調(diào)，煤氣經(jīng)TRT時此閥可關(guān)嚴(yán)，可增強TRT的發(fā)電能力。
爐頂裝料過程的煤氣回收：高爐爐頂裝料過程稱量罐或大鐘斗是處在均壓、放散交替工作程序下，均壓（充壓）用的都是半凈煤氣或N2，裝完料與爐內(nèi)壓力相同，受料前要將稱量罐中煤氣放散到與大氣相同的壓力，排出了大量煤氣和粉塵，粉塵通過旋風(fēng)除塵已回收入爐，但這部分煤氣卻排空，噸鐵的放散在50m3/t~80m3/t。應(yīng)當(dāng)加速這方面的研發(fā)，回收這部分煤氣，切實做到減少污染。
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