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1、引言 石家庄钢铁公司炼铁厂共有4座高炉，呈一列式布置，从西到东分别是1#、2#、3#、4#高炉，炉容均为450m3，年产炼钢生铁200万t。为适应国家“淘汰落后产能，节能减排，能源综合利用”的政策，对高炉系统相关设施进行升级改造。拆除了2#、3#小高炉，建设1座1080m3高炉。 2、高炉主要设计参数 2.1、主要设计参数 石钢炼铁厂1080m3高炉主要设计参数。 高炉有效容积：1080m3 年产生铁：106t 年工作日：350d 日产铁量：2862t 高炉的利用系数：2.65t/（m3·d），设备能力3.0t/（m3·d） 入炉焦比：360kg/t 煤比：160kg/t，设备能力200kg/t 渣比：350kg/t 熟料率：100% 入炉矿品位：≥57.0% 热风温度：1200℃ 富氧率：3% 炉顶压力：0.20MPa 高炉一代炉役寿命：≥10a 热风炉一代寿命：≥25a 2.2、炉型设计参数 石钢炼铁厂1080m高炉炉型参数。 有效容积Vu：1080m3 炉缸直径d：7900mm 炉腰直径D：9000mm 炉喉直径d1：6000mm 死铁层厚度h0：2000mm 炉缸高度h1：3800mm 炉腹高度h2：2900mm 炉腰高度h3：1800mm 炉身高度h4：14000mm 炉喉高度h5：1600mm 风口高度：3300mm 有效高度Hu：24100mm 炉身角β：83°53′04″ 炉腹角α：79°15′45″ 炉缸断面面积A：49.02m2 Hu/D：2.68 风口：20个 铁口：2个 1080m3高炉本体设计特点如下： （1）设计有20个风口，2个铁口，无渣口。 （2）内型适当矮胖，减小了炉身角及炉腹角。 （3）适当了加大死铁层厚度，减小了铁水环流对炉衬的侵蚀。 （4）高炉炉底、炉缸耐材结构采用“炭砖+陶瓷杯”的形式，保证了高炉的一代炉役寿命。 3、高炉内衬 高炉内衬设计充分考虑了各部位的工况条件和侵蚀机理，本着经济适用的原则，同时结合石钢炼铁厂的原燃料结构现状，选择了优质的耐火材料。 （1）高炉炉缸、炉底。炉底、炉缸采用“炭砖+陶瓷杯”复合耐材结构，炉底第1、2层为半石墨质炭砖，第3、4层为微孔炭砖，炉缸侧壁为环砌类超微孔炭砖。陶瓷杯底、杯壁为塑性相结合刚玉砖，风口区、铁口区为复合棕刚玉组合砖。 （2）高炉炉腹、炉腰和炉身下部。炉腹、炉腰和炉身下部是高炉内工作条件极为恶劣的部位，这些区域的炉体热负荷最大，应选用导热性较好的耐火材料。本设计中，在这一区域采用了高热导性能、抗化学侵蚀、抗机械冲刷、抗热振等性能的氮化硅结合碳化硅砖。 （3）高炉炉身中上部。炉身中上部耐火材料发生破损的原因是多方面的，可能是生产中热振破坏，也可能是高炉炉料在下降过程中的机械冲刷，也可能是碱金属附着在高炉炉身上部，进而聚集产生的化学侵蚀。综合考虑以上因素在炉身中上部采用了浸磷酸盐粘土砖，炉身上部一段倒扣冷却壁燕尾槽内镶嵌氮化硅结合碳化硅砖。最后，在所有炉衬砌体内部均匀喷涂一层厚度约100mm的CMG-SBF喷涂料保护层。 4、高炉冷却及水冷却系统 4.1、高炉冷却系统 高炉冷却设备的寿命对高炉的寿命起着决定性作用。石钢炼铁厂1080m3高炉设计为全冷却壁结构形式，从下到上共有15段冷却壁。由于高炉各部位的热负荷有差异，在高炉各部位采用了与之相适应的冷却壁材质：在炉缸部位采用了导热性较好的灰口铸铁光面冷却壁，共计4段；在炉腹、炉腰、炉身下部，由于炉内工况条件恶劣，热负荷较高，对冷却壁的抗热振性能要求较高，同时要求冷却壁的导热性能好，以便于冷却壁内部挂渣。本设计采用性价比较高的低合金铸钢冷却壁，炉身中部及炉喉部位为球墨铸铁冷却壁。 结合国内外冷却壁的设计经验，在本次高炉冷却壁的设计中应用了诸多先进技术，主要有以下几点。 （1）炉喉部位采用倒扣式冷镶浸磷酸盐粘土砖冷却壁，对维护操作炉型起到了重要作用。 （2）炉腹、炉腰、炉身下部采用了低合金铸钢冷却壁。低合金铸钢冷却壁导热性比铸铁高，力学性能和在炉内的抗热振性能更好，价格却远远低于铜冷却壁。因此，低合金铸钢冷却壁的性价比高。 （3）冷却壁进出水管为波纹管和保护套管，可以防止因冷却壁膨胀造成冷却水管受剪、剪裂，甚至切断。 （4）冷却壁的安装取消了以往的4个螺栓固定形式，对冷却壁系统重新进行科学合理的分段编排及安装固定，形成固定点与滑动点相结合的安装方式。 （5）在炉壳与冷却壁进出水管间采用冷却壁补偿器、冷却壁套管、密封钢板等措施密封，在烘炉及开炉后，可以尽快适应冷却壁及炉壳膨胀上升的过程。为保护冷却壁，延长冷却壁寿命起到了重要作用。 4.2、高炉水冷却系统 高炉水冷却系统分为两大部分，高炉本体冷却和高炉炉底冷却，采用软水密闭循环冷却的方式；风口中套及热风炉系统阀门用二次加压软水冷却；炉喉冷却壁用常压工业净循环水，风口小套用高压工业净循环水；高炉软水系统设置了脱气罐、膨胀罐、氮气罐等相关脱气、稳压设备。 （1）高炉软水密闭循环冷却系统是密闭强制循环，冷却设备内无结垢，冷却壁系统能够承受较大的炉体热负荷波动。该系统补水量较小，高炉正常生产时，在冷却壁无漏损的状态下，密闭循环冷却系统的消耗水量较少。在高炉炉体冷却壁供水中按高炉的区域分为4个供水区，每个供水区设有排污系统及自控流量监测、控制系统，便于调节水量，也便于系统检漏。 （2）在高炉炉顶平台设计了脱气罐和膨胀罐。4个供水分区共设置了4台脱气罐、1台膨胀罐，软水经冷却壁后进入脱气罐，脱去水中的气泡，消除气塞，再经过系统的自动排气阀门排入大气中。膨胀罐可以保持高炉软水密闭循环冷却系统稳定的压力，按照膨胀罐内的液位测量监控系统，对软水密闭循环冷却系统进行自动补水操作，同时根据系统补水情况判断并进行漏水监测。 5、高炉本体系统自控及仪表检测 对高炉本体耐材和冷却设备的温度设置了较为全面的检测点，用以动态跟踪监测高炉炉体在不同高度处的温度场分布，进行炉体的热负荷检测，形成对炉体耐材侵蚀程度的模型。此外，还对高炉软水的温度、压力及流量进行了全面的监测和控制，从而实现高炉软水密闭循环冷却系统的自动稳压、自动排气以及自动补水。主要检测点数量见表1、2。 表1：检测点的分布及数量
表2：冷却设备检测点的分布及数量
实现炉顶温度在线动态监测，当炉顶温度超过报警值时，启动炉顶自动打水系统进行打水降温，保护炉顶设备实现安全运转。在高炉炉身不同标高部位设置了炉体静压力检测系统，用来在线检测高炉内料柱的透气性指数，指导高炉技术人员的炉内操作。在炉喉部位设置了十字测温系统，可及时掌握炉顶温度的分布，为调整下部煤气流分布、调剂上部装料制度提供更全面的炉况信息。 6、结语 石钢炼铁厂1080m3高炉已于2011年5月6日顺利投产，目前炉况稳定顺行，高炉利用系数已达到3.0t/（m3·d），焦比335kg/t，煤比175kg/t，热风温度1180℃。高炉各项指标都已达到或超过设计目标值，这说明1080m3高炉设计是成功的。
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