唐钢2560m3高炉炉体设计简介北京钢铁设计研究总院 炼铁工程所全 强 吕宇来内容提要：本文简要介绍了唐钢2560m3高炉炉体设计，及在延长高炉寿命上所采用的新技术，如炉体采用板壁结合技术，炉缸炉底陶瓷杯技术关键词：2560m3高炉 长寿 新技术abstract: a introduction to Tanggang 2560m3 BF , new technology applied in long campaign life, such as plate-stave combination ,ceramic cup.Key words : 2560m3 BF long campaign new technology 1． 概述唐钢2560m3高炉是唐钢二铁厂一号高炉移地大修工程，也是唐钢规划中的一座2500m3级的高炉唐钢二铁厂原有两座1260m3高炉，分别建于1989年和1993年1号高炉于1998年12月25日停炉，一代炉役寿命9年3个月、产铁量~679×104 t、单位炉容产铁量5389 t/ m3新建2560 m3高炉本着技术、装备先进、实用的原则，在1号、2号高炉成功的设计经验基础上，设计中采用了一些行之有效的新技术：如高炉长寿技术、炉体为板壁结合冷却结构、炉底炉缸采用陶瓷杯技术、软水密闭循环冷却技术；焦丁回收、槽下减重法称量技术、并罐无料钟炉顶装料设备、高风温技术等等。
唐钢新建2560m3高炉工程建在唐钢二铁厂现有厂区内进行，场地狭窄，除建设工艺主体设施外，同时建设与该高炉有关的公用和辅助设施，设计中尽可能减少各系统的占地面积，进行合理的布置，保证高炉安全生产该工程设计占地18hm2，建筑系数31.7% 唐山钢铁公司二铁厂新建2560m3高炉，是由北京钢铁设计研究总院为主，唐钢设计研究院参加联合设计的1996年8月9日工程设计委托后，正式开展设计，1996年12月26日开始建设，于1998年9月26日正式投产，历时26个月总投资9.6亿元人民币投产后高炉生产正常，炉子稳定顺行，生产不到一星期，利用系数已达1.3以上，到11月份，高炉利用系数就已基本稳定在1.7左右实践证明：该高炉整体设计水平是先进的，采用的各项新技术是可靠的并具有占地少、投资省、建设快的特点 高炉主要技术经济指标如下序号名称单位指标1高炉的一代炉龄年12~152利用系数t/m3.d2.03焦比kg/tHM3904喷煤量kg/tHM150 max 2005燃料比kg/tHM5406渣量kg/tHM~4007炉顶压力Mpa0.28热风温度℃11509富氧率%~ 310熟料率%10011年平均作业率%9312生铁产量103t/a1730随着炼铁技术的进步，对高炉的长寿、优质、高产、低耗提出了更高的要求。
从我国高炉生产实践看，影响我国高炉寿命的主要问题是炉缸炉底及炉身下部的寿命问题例如，炉缸因蘑菇型侵蚀，产生炉缸烧穿；炉身下部、炉腰等部位冷却壁过早大量损坏，失去砖衬，造成炉壳开裂，影响高炉寿命唐钢2560m3高炉炉体设计是在充分总结了国内外大、中型高炉长寿技术的基础上，并结合国内及唐钢的具体情况，采用了理论、实践证明是安全、可靠的一系列长寿措施，将设计寿命提高到12年，其主要特点如下：l 采用板壁结合式冷却结构，其中冷却板是可更换的；l 由于采用了可靠冷却结构，耐火材料档次要求降低，节省了投资；l 高炉炉体设备、耐材全部国产化；l 采用软水密闭循环冷却技术；l 风口采用大块组合砖；l 炉底炉缸采用小块砖砌筑的陶瓷杯结构，炉缸采用国产微孔炭砖；l 炉体冷却高度100%；高炉炉体图见图12．炉型设计合理的炉型对高炉操作，实现长寿、优质、高产、低耗非常重要唐钢2560m3高炉炉型设计是在比较了国内外同级高炉炉型的基础上，并结合唐钢高炉操作的具体条件设计的炉型设计中特别考虑了对炉缸寿命有重大影响的死铁层深度，根据炉缸直径与死铁层的关系，设计中加深死铁层，使“料芯”悬浮在铁水之上，出铁时，减少铁水对炉缸、炉底耐材砌体的环流侵蚀。
高炉炉型尺寸表1 图1 高炉炉体图 表1 高炉内型尺寸 项目符号单位数量炉缸直径dｍｍ11000炉腰直径Ｄｍｍ12200炉喉直径d1ｍｍ8300有效高度Huｍｍ29300死铁层深度h0ｍｍ2200炉缸高度ｈ１ｍｍ4600炉腹高度ｈ２ｍｍ3400炉腰高度h3ｍｍ1800炉身高度h4ｍｍ17500炉喉高度h5ｍｍ2000风口高度hFｍｍ4100炉缸断面积Ａｍ２95.033m2炉腹角α79°59′31″炉身角β83°38′30″Vｕ／Ａ27.1Ｈu／Ｄ2.4风口数个30铁口数个33．炉体冷却结构唐钢2560m3高炉的设计寿命为12年在考虑炉体冷却结构的设计时，我们充分分析了国内外长寿高炉的冷却结构特点与长寿经验，就炉体冷却结构讲，冷却壁高炉、冷却板高炉、板壁结合式高炉均有长寿的先例（12年以上），但结合我国实际情况，在总结我国梅山、日本千叶6号长寿高炉结构后，我们认为最适合我国实际的是板壁结合的高炉冷却结构采用板壁结合的高炉，冷却板采用可更换结构，在高炉操作中，可以更换冷却板冷却板不但可起到深冷的作用，而且能有效的支撑砖衬，砖衬与冷却板互相依存，同时有了砖衬保护，冷却壁的工作也是安全的。
从最近开发的计算机模型计算结果分析，也可看出，采用板壁结合的高炉与单独冷却壁的高炉相比，冷却壁的工作温度更安全唐钢高炉的炉体冷却结构是根据近20年我国高炉的生产经验，与国内外高炉的长寿经验，结合计算机计算结果，最后确定的板壁结合结构由于在高炉不同区域采用了不同冷却结构，使高炉在高度方向上分为不同的区域，各个区域冷却壁分块不同，结构不同，配合冷却系统使高炉在不同区域形成分区冷却效果炉缸1-5段采用光面低Cr铸铁冷却壁圆周分45块，冷却壁厚度为160mm，每块冷却壁有4根φ70x6竖管，水管间距约240mm风口段为60块冷却壁，每块冷却壁内铸三根管，总根数与炉缸水管根数相同炉腹采用两段双层水管冷却壁其材质为QT400-18，厚度约520mm，最厚处为约650mm，背部蛇形管为φ50x6，热面布4根φ70x6竖管，水管间距为约230~250mm，冷却壁肋高为250mm，内热铸碳化硅砖炉腹采用此种结构，主要是因为炉腹可以形成可靠的渣皮，冷却壁靠渣皮保护，可安全工作采用双层水管可加强冷却强度，使冷却更均匀在两段炉腹冷却壁上部满铺一层铸铁冷却板，冷却板厚135mm，内铸φ50x6水管，冷却板材质为QT400-18。
由于炉腹上部处于软熔带根部，有液态渣铁和气流同时作用，采用满铺冷却板可加强冷却，保护渣皮，为砖衬及渣皮提供可靠的支撑，保证冷却壁前砖衬及渣皮不脱落炉腰炉身下部采用板壁结合的结构炉腰、炉身下部是高炉热负荷最大的区域，在此区域，冷却壁前必须有砖衬或渣皮才能保证冷却壁安全工作（通过计算机模拟计算可得出此结论），但带凸台的冷却壁，凸台损坏后（一般不到3年）无法起到支撑砖衬的作用，也就无法保证冷却壁前有可靠的砖衬或渣皮因此，唐钢2560m3高炉炉腰炉身下部采用了小块冷却壁与铜冷却板结合的结构，冷却板呈“品”字形布置，冷却壁高度约1000mm，宽度约650mm，厚为260mm，冷却壁材质为QT400-18，肋高85mm，槽内热铸碳化硅砖，每块冷却壁内布置三根φ70x6竖管冷却板为六通道铸铜冷却板，进水首先通过前端，设计前腔时使其水速在1.5米/秒以上，冷却板与炉壳为焊接连接，采用可更换结构，冷却板的宽度约600mm冷却板、冷却壁圆周分68块根据计算机计算结果，采用这种结构，冷却壁最高温度约400℃，冷却板最高温度约100℃，冷却壁、冷却板的工作温度是安全的炉身中上部采用带凸台的冷却壁炉身中上部热负荷较小，无液态渣铁侵蚀与冲刷,根据国内高炉的操作经验，在此部位采用带凸台的冷却壁可以满足高炉工作条件。
炉身中上部有5段冷却壁，冷却壁材质为QT400-18，厚为260mm，肋高85mm，槽内热铸碳化硅砖，每块冷却壁内布置四根φ70x6竖管，每块冷却壁高度为1500~2000mm，圆周布置42块炉喉下面设置一段光面“∏”字旋转90°形冷却壁，材质为QT400-18，冷却壁内面与高炉内型一致风口冷却设备：高炉设30个风口，每个风口有风口小套、中套及大套小套为贯流式风口，采用高压水冷却（1.6MPa）；中套为小贯流式，用低压水冷却（0.8MPa）；大套采用铸钢件，伸进炉内长度与风口冷却壁厚度相同，不冷却4．高炉冷却系统高炉炉体冷却是保证高炉安全操作与长寿的前提，我国从八十年代末引进软水密闭循环冷却系统技术后，软水系统在我国得到了广泛应用与发展，实践证明，软水密闭循环冷却系统具有许多优点，它不但冷却安全可靠，而且能耗低，新水补水量小唐钢2560m3高炉炉体冷却分三个系统：一是冷却壁竖管、蛇形管及凸台冷却系统，此系统采用软水密闭循环冷却，总供水量为3850m3/h，水压为0.8MPa，冷却壁本体管内水速为1.54m/s，凸台内水速为2m/s，蛇形管内水速1.68m/s；二是风口中套、冷却板冷却系统，此系统采用开路工业水，水压为0.8MPa，总水量为1700m3/h，冷却板水量为950m3/h，风口中套水量为850m3/h，每块冷却板水量8.35m3/h，前腔水速约1.5m/s，每个冷却板间有三通球阀，更换冷却板时可跳过该冷却板，不影响其它冷却板冷却，每个风口中套水量28m3/h；三是风口小套、炉顶打水系统，此系统采用开路工业水，水压为1.6MPa，总水量为1050m3/h，风口小套水量为900m3/h，炉顶打水水量为150m3/h，每个风口水量30m3/h。
为方便软水系统检漏，本体冷却系统在高炉圆周方向上分四个区，每个区出水总管设有双蝶阀，供调节水量，每个区上部有一个8m3脱气罐，整个系统在炉顶平台上设置24m3立式膨胀罐一个，20m3氮气罐一个为方便检漏及在水管损坏后切换到开路工业水冷却，在炉身下部冷却壁连管及凸台连管上均设有三通球阀，在此区域设有工业水备用水管炉腹上部满铺冷却板可切换为工业水冷却5耐火材料的选择高炉的不同部位需要不同的耐火材料，而且根据冷却结构的不同，所选择的耐火材料也不同唐钢2560m3高炉在炉缸、炉底部位选用了目前国产最先进的耐火材料，即陶瓷杯加微孔炭砖；而在炉腹以上部位，由于采用了板壁结合的冷却结构，耐火材料档次的选用并不高，节省了投资炉底、炉缸：炉底砌筑四层炭砖，各层高度分别为600、500、500、600mm，中心部位为半石墨质碳砖，靠冷却壁为微孔炭砖；炉缸靠冷却壁为微孔炭砖，每层高度为500mm陶瓷杯材质为刚玉莫来石砖，杯壁厚度为350mm，杯底为2x500mm铁口区采用组合砖砌筑，其材质为刚玉莫来石风口带采用大块组合砖砌筑，其下部至炭砖顶面采用小块砖砌筑，其材质均为黄刚玉在不同部位除选用不同材质的砖外，所选用的不定型耐火材料也不同，以满足不同部位对填料的要求。
陶瓷杯和微孔炭砖的主要理化指标见表2、表3：表2 刚玉莫来石砖理化性能:项目单位刚玉莫来石砖耐火度℃≥1790显气孔率％≤15体积密度g/cm3≥3.0常温耐压强度MPa≥1000.2MPa荷重开始软化温度℃≥1680重烧线变化率1500℃x2h ％0~＋0.1导热系数W/m.k≤2(200℃)常温抗折强度MPa≥20Al2O3％≥85表3 微孔碳块理化性能指标:项目单位微孔碳块真密度体积密度显气孔率耐压强度透气度氧化性g/cm3g/cm3％MPamDa%≥1.9≥1.52≤18≥36≤11≤16导热系数(室温)300℃600℃800℃W/m.K≥7≥9≥10≥12抗碱性平均孔径小于1µm孔容积比级µm%U或LC≤1.0≥70炉腹：炉腹采用高铝砖砌筑炉腰炉身下部：炉腰炉身下部板壁结合区域，靠冷却壁砌筑半石墨碳碳化硅砖，靠炉内砌筑高铝砖，砌砖厚度为690mm炉身中部：炉身中部靠冷却壁采用铝炭砖砌砖，靠炉内采用高铝砖砌筑，砌砖厚度为690mm炉身上部：炉身上部全部采用高铝砖砌筑炉喉：炉喉采用吊挂式炉喉护板，护板与炉壳间砌筑粘土砖炉顶封盖：炉顶封盖采用喷涂料，牌号为Pligun Mix #781。
6炉体主要检测项目高炉炉体检测是高炉操作者的耳目，完备的检测可为高炉操作者提供可靠的操作依据，做到及时发现，及时处理，保证高炉稳定顺行唐钢2560m3高炉从实际需要出发设置了完备的检测系统，其主要检测项目如下：l 炉喉十字测温；l 炉顶煤气温度、压力；l 炉身煤气成分分析（电动煤气取样机）；l 炉身静压及压差；l 炉底炉缸、炉身各部耐火砖衬温度；l 冷却壁温度；l 冷却水系统温度、压力、流量；炉体系统检测点合计约470点7.结语唐钢2560m3高炉设计寿命为12年以上在总结国内外长寿高炉的基础上，开发创新，实现了采用软水密闭循环冷却系统时炉体采用板壁结合式的冷却结构在耐火材料的选择上改变了追求“高档”的思想，以计算为依据，结合炉体各部的冷却结构，选择合适材料，降低了投资，为我国今后建设技术先进、投资低的高炉提供了参考参考资料：略7。