高炉高效、长寿综合技术在首钢迁钢4000立方米高炉上的研究与应用

目前世界大型高炉炼铁技术的发展与进步集中体现在高炉高效与长寿两方面的综合竞争力。在更加注重社会责任与可持续发展的理念，高炉的高效不是简单的生产强化，而是更要重视其经济效益、环境效益和社会效益；高炉的长寿不是简单的高炉使用寿命长，而是更要重视其技术领先性、可持续发展的生存能力。基于对高炉高效长寿概念的全新理解，首钢国际工程公司（原北京首钢设计院）围绕高效技术与长寿技术，开展了高炉精料布料、高炉本体优化、高风温、煤气净化等高炉炼铁先进技术的研究，取得一系列创新成果，其成果在首钢迁钢4000m3大型高炉的生产实践中得到成功应用。

1首钢迁钢4000m3高炉技术发展背景

根据首钢“十一五”总体规划，考虑到首钢北京地区2008年后产能压缩和搬迁调整，进一步发展首钢迁钢的生产潜力，创造更大的经济效益。首钢国际工程公司作为首钢发展的技术参谋部，勇敢承担起了首钢战略搬迁和产品结构调整的重大任务，公司炼铁设计室充分发挥多年高炉炼铁设计的整体优势，精心组织，创新设计理念，完成了具有自主知识产权的首钢迁钢4000m3大型高炉炼铁工程设计，并投入正常生产运行。

2首钢迁钢4000m3大型高炉高效长寿综合技术特点

在首钢迁钢4000m3高炉设计过程中，首钢国际工程公司依托首钢与生产紧密结合的优势，积极开展产、学、研创新研究，采用了当今国际炼铁技术领域的十大类多项先进技术，其经济效益、环境效益、社会效益、技术领先性及可持续发展性，体现在以下几个方面。

2.1高炉精料和炉料分布控制技术

精料和合理布料是高炉生产操作的关键，首钢迁钢4000m3高炉的原燃料贮运、上料和装料系统工艺设计以实现烧结矿分级入炉和中心加焦、提高原燃料利用率、提高操作灵活性为核心，以达到入炉原料高、稳、匀、净精料为目的。采用并罐无料钟炉顶装料设备和无中继站上料工艺，上料主胶带机直接上料，不设中间称量罐，以减少物料的倒运次数，减少物料倒运粉碎；采用无料钟炉顶设备多环布料、扇形布料、定点布料、往复式布料功能实现炉料分布控制；采用烧结矿焦炭分散筛分、分散称量实现烧结矿分级入炉工艺；设置焦丁回收系统以提高原燃料利用率。采用烧结矿、焦炭在线取样分析技术及时跟踪分析和控制入炉原燃料粒度。

2.2高炉高效长寿技术

首钢迁钢4000m3高炉设计以高效、长寿、低耗、稳定顺行为宗旨，高炉一代炉役设计寿命20年，一代炉役单位炉容产铁量达到17000t/m3，焦比305kg/t、煤比190kg/t、燃料比小于495kg/t，技术经济指标居国内先进水平。设计采用合理“矮胖炉型”技术路线，充分发挥下部调剂功能，有效控制炉腹煤气分布，以实现中心活跃、边缘煤气适当抑制的合理煤气分布，提高喷煤比和煤气利用率，达到高效顺行低耗的生产目的。

高炉本体结构采用无过热冷却体系＋无应力砌体结构技术相结合，炉缸炉底采用高导优质炭砖＋陶瓷垫综合炉缸炉底技术，炉底炉缸“象脚状”侵蚀区域、铁口区域、炉腹、炉腰、炉身下部采用铜冷却壁技术，炉体采用全冷却结构（包括炉喉钢砖），高炉冷却采用分段式软水密闭循环冷却技术。同时采用水冷固定测温、炉顶高温摄像、炉身静压（压差）测量、炉底在线测温监控、贯流式长寿风口等先进设备和检测技术，实时跟踪分析高炉侵蚀运行情况，为高炉专家系统提供基础保障。

2.3热风炉高风温、长寿技术

采用4座改造型内燃式高风温、高效、长寿热风炉，采用高效、先进、节能环保的高温助燃空气预热系统（首钢专利技术）和烟气余热回收煤气预热系统；设置合理，安全、可靠的高风温输送系统（热风管道系统）。单烧高炉煤气实现最高1280℃的设计风温。采用交错并联的送风制度。

在热风炉工艺及操作上应用和开发的高风温技术包括：

研究了热风炉燃烧器在多种工况下的燃烧机理，实现燃烧器的最佳工作效率；

应用新型高效格子砖，格孔直径Ф30mm,蓄热面积达到51.58m2/m3,提高了热风炉的蓄热能力和适应高温、短周期的工作能力；

开发高风温热风炉控制专家系统：包括蓄热室传热及热量蓄积模型、拱顶温度监测及控制模型、废气温度监测及控制模型、双预热控制模型、最佳燃烧状态控制专家系统等。

根据上述研究自主开发了自动烧炉和新型热风炉自动燃烧技术，实现热风炉优化操作。

2.4炉前出铁场平坦化、机械化、自动化

设计采用矩形平坦化双出铁场和出铁场公路引桥，采用泥炮与开口机和主跨桥吊远程遥控控制技术，液压泥炮与液压开口机采用同侧布置，增大铁口间夹角，以最大限度地实现炉前操作机械化和自动化。设计采用贮铁式主沟，延长主沟寿命和渣铁有效分离；采用全封闭一次、二次高效除尘，改善炉前作业环境。

2.5环保型螺旋法渣处理系统

采用全国产环保型螺旋炉渣处理技术，实现蒸汽全回收，冲渣水循环使用，减少二氧化硫、硫化氢排放量和水量消耗，渣中含水小于12％。设计按熔渣全部水淬粒化，干渣仅作为事故备用，有利于环保和水渣综合利用。水渣用作生产水泥或进行水渣超细磨。

2.6管式胶带机长距离输煤技术

采用无公害管状胶带机输送原煤，避免因物料撒落而污染外部环境，同时也避免了外部环境对物料的污染。

实现立体螺旋状弯曲布置，可由一条管带机取代一个普通胶带输送机系统，节省多个转运站和多台驱动装置的成本，减少设备故障点。

由于形成圆管输送，在输送量相同的情况下，管带机圆管部分的横断面宽度只有普通输送机的1/2左右，在长距离输送的情况下，可节省空间，大大降低通廊费用。

管式胶带机长距离运输原煤在钢铁企业中是首次开发应用，自投产以来运行情况良好，能满足生产要求，达到了国内同行业的先进水平。

2.7富氧大喷煤技术、烟气余热回收技术

采用富氧大喷煤技术，喷煤系统设计采用3并罐、喷吹总管加分配器的直接喷吹工艺，采用连续计量、测堵分析和喷吹自动化控制技术，实现均匀喷煤、全过程自动喷吹技术。喷煤量为190kg/t，设计能力为250kg/t，富氧3.5％-5.5％。制粉系统采用大型中速磨制粉和一级布袋煤粉收集短流程工艺，采用热风炉烟气余热干燥煤粉技术，实现废气余热再利用。

2.8粗煤气高效旋流除尘技术及煤气干法除尘技术

高炉粗煤气采用重力除尘加旋流除尘双系统，整体除尘效率达85%，以减少高炉煤气中含尘量，减少其后部的干法除尘系统管道中的积灰及阀门的磨损，减少设备检修、维护工作量，提高干法除尘的运行可靠性。高炉煤气净化除尘完全自主设计，采用全干式低压脉冲布袋除尘技术，净煤气含尘量在5mg/m3以下，基本无耗水，TRT发电提高30％，发电达到50kWh/t。实现节水、节能、提高TRT发电出力和环保。

2.9采用通风除尘、降噪和节水等环保技术

采用完备的通风除尘、降噪和节水等环保技术设施。实现炼铁生产过程粉尘全部回收利用，利用污水处理后的中水作为渣处理系统的补充水，提高水的循环使用率。除尘灰集中收集，全部回收使用，充分回收和利用资源，降低资源消耗。粉尘排放控制在≤30mg/m3，热风炉喷煤烟气SO2≤10mg/m3。生产废水无外排，实现废水“零排放”。

2.10大型国产高炉鼓风机和TRT发电技术

采用国产最大的全静叶可调轴流式大型高炉鼓风机技术，风机风量是8000Nm3/min，TRT装机容量是30MW，满足高炉定风量、定风压的操作要求；采用高炉煤气余压发电技术（TRT），充分回收和利用余热余压，实现节能降耗。

2.11自动化控制与人工智能专家系统技术

完善的自动化检测与控制系统。生产过程全部采用计算机进行集中控制和调节，PLC-HMI主控中心集中控制，主要生产环节采用工业电视监控和管理。通过ERP＋MES＋L2+L1四级自动化网络系统，实现生产控制、管理的信息交换、存储和处理，实现工厂控制数字化。采用人工智能高炉冶炼专家系统以满足现代化高炉高效生产操作的要求。专家系统人机界面包括九大类：专家系统、数学模型、数据输入、参数修改、趋势显示、系统维护、报警系统、管理系统、帮助信息等。

主要模块有：炉料质量控制、炉况预报与控制、炉型管理；

主要模型有：配料计算模型、炉料分布模型、物料平衡模型、热平衡模型、渣铁平衡模型、炉缸侵蚀模型、炉身热负荷模型、铁水温度预测模型、风口及冷却壁漏水检测模型、炉身冶炼过程模拟模型、高炉停炉操作模型、数据有效性判断模型。

3经济及社会效益显著

首钢迁钢4000m3高炉于2010年1月8日投产，投产后高炉的主要技术经济指标稳步提高。到2010年6月底已实现最高日风温1281℃，并于7月和8月连续2个月实现月均1280℃风温，日均最高风温达到1294℃。其投产以来风温如表1所示，8月份月均焦比277.7kg/t，煤比180.3kg/t的先进指标，高炉指标与设计指标对比情况如表2所示。

表1 迁钢4000m3高炉投产以来风温（2010年1-8月）

表2 迁钢4000m3高炉主要技术经济指标

迁钢4000立方米高炉外景图

4高炉高效长寿综合技术应用前景广阔

根据我国“十一五”钢铁产业调整政策，纵观发达国家钢铁工业的发展历程，特别是日本钢铁工业的发展经验，大型、高效、低耗、长寿、环保是将来高炉炼铁技术发展的主流，高炉高效长寿综合技术具有广阔的应用前景。

5高炉高效长寿综合技术研发团队阵容强大

首钢国际工程公司积极汲取、消化国内外先进技术，与大学、科研机构、生产企业紧密合作，形成了研究、设计、生产操作的合作团队，自主设计完成了多座大型高炉工程设计，并成功投入生产，达到设计指标。设计团队在首钢国际工程公司副总经理、教授级高级工程师张福明的带领下，组成了以毛庆武、姚轼、钱世崇、唐振炎和倪苹等高炉专家为核心，以刘永、戴建华、时寿增及结构设计师王兆村、给排水设计师郑冰等为骨干设计力量的高炉设计团队。

首钢国际工程公司将再接再厉充分发挥多年来积累的技术成果，充分利用与生产操作密切结合的优越条件，将高炉高效长寿综合技术不断创新发展。