武钢高炉炼铁生产技术进展

摘要通过采取改造传统工艺设备，引进关键技术装备，优化、强化高炉生产，消化、吸收新技术，提高整体装备水平，培植专有技术，培养人才等举措，促使武钢炼铁技术的不断进步。

关键词高炉技术进步精料长寿

1 前言

从1958年首座大型高炉(1386m3)的建成投产，到20世纪80年代末，因高炉设计、制造、工艺装备等技术仍然主要沿用前苏联20世纪50年代的技术与经验，武钢高炉炼铁技术整体进步较缓慢，虽然产能明显增加，高炉主要技术经济指标有所改善，但并不太理想。而此间欧、美、日等国的高炉设计、技术装备、建造工艺等有了长足的发展。尤其是从日本引进的特大型高炉在宝钢的成功强化生产，促使武钢决定利用有限资金引进欧、美、日、苏等8国的炼铁核心技术设备来建造一座现代化的特大型高炉。1991年中国自行设计、施工的武钢5号高炉(3200m3)的建成投产，标志着武钢炼铁技术迈上了新台阶。自此以后，武钢高炉炼铁通过消化、吸收、创新、局部引进，改造传统工艺、装备，强化生产等途径走上了快速发展的轨道，高炉各项技术经济指标逐步优化(表1)并跻身国内先进水平行业。在建的两座3200m3级的新3号与7号高炉投产后，武钢高炉总容积将从现在的10965m3增加到17365m3。设计年产能将从800万t增加到1300万t左右，那将是最初设计年产能(300万t)的4倍多。经过多年尤其是近几年的努力，武钢炼铁无论在产能方面还是在技术装备、工艺水平、强化冶炼等方面均有了显著的提高。2 高炉炼铁技术装备水平逐步提升

进入20世纪90年代武钢炼铁广泛地采用国内外先进实用新技术、新设备、新工艺。具体如下。

(1)1991年投产的5号高炉(3200m3)从8个国家引进了14项先进技术，并采用了大量国内先进适用的技术，使5号高炉的技术装备水平达到当时的国际先进水平。这些技术主要有：皮带上料；第四代并罐水冷式无料钟炉顶；长寿设计与长寿的炉衬结构；软水密闭循环冷却系统；带矩形陶瓷燃烧器的高温内燃式热风炉；环形出铁场、环行吊车与摆动流嘴；INBA粒化炉渣处理系统；煤气干式除尘与TRT；静叶可调轴流式电动鼓风机；二级过程控制和管理计算机系统；红外料面摄象与水平探尺；微孔炭砖、石墨炭砖炉缸炉底等。

(2)1996年投产的4号高炉(2516m3)，在改造性大修中对关键设备进行了较彻底的改造，使4号高炉的主要技术装备水平优于5号高炉，达到90年代初的国际先进水平。如改钟式炉顶为无料钟炉顶，采用软水密闭循环冷却技术，优化高炉内型，增加死铁层深度，引进和开发高炉专家系统等。

(3)2001年投产的1号高炉(2200m3)，在大修改造中广泛采用了国内外的先进技术，大胆创新。如：布料系统采用串罐无料钟炉顶；采用长寿设计，高炉冷却采用联合软水密闭循环冷却系统，炉缸炉底周向部分采用德国进口的高密度炭砖，炉底采用立砌2层高导热性的半石墨炭砖，炉腰与炉身下部采用2段铜冷却壁结构，炉腹以上采用簿炉衬结构；引进霍戈文新一代高温内燃式热风炉；炉渣处理采用PW公司最新的环保型INBA技术，它能大幅降低排入大气的H2S与S02含量，与5号高炉的INBA系统相比，其排人大气中的H2S+S02量由250g／t(渣)降为1g／t(渣)，大大减轻了环境污染。

(4)2号高炉1998年大修、3号高炉2002年中修时均采用了串罐无钟炉顶，实现了更加灵活布料，至此武钢炼铁厂完全淘汰了钟式炉顶。

(5)在建的新3号高炉(3200m3)与7号高炉除充分移植武钢其他高炉已经成功运行的技术设备外，新3号高炉炉腰与炉身下部采用了三段铜冷却壁的薄炉衬结构；高温内燃式热风炉；环保型INBA技术等，还采用了陶瓷杯与比肖夫煤气除尘技术。在新3号高炉的基础上，7号高炉的铜冷却壁增加到四段，炉身下部两段由铜冷却壁冷却；铁口区域也设铜冷却壁冷却，炉型进一步优化。

(6)改造了高炉喷煤系统。采用中速磨制粉，实现烟煤与无烟煤的混合喷吹，改造完成后总的供粉能力可满足炼铁厂煤比达到200kg／t的需要，烟煤一期工程改造项目已经投入正常使用，二期工程改造也正在进行。

(7)炉前开发了主沟浇注料与无水炮泥。主沟、铁罐采用浇注料，大大延长了其使用寿命，有效降低了炉前工人的劳动强度；无水炮泥的成功使用有效地满足了特大型高炉高压操作；同时，炉前全部实施了抽风静电除尘，减少了炉前粉尘的排放，改善了高炉生产的劳动环境。

3 逐步形成了武钢炼铁专有技术

3.1 高炉长寿技术

武钢5号高炉是武钢高炉长寿技术的一个典范。5号高炉自投产至今，已连续生产近13年，到2004年3月20日止单位炉容产铁量达到了8627t／m3。目前高炉冷却壁的3136根垂直水冷管中只有8根水管断水，仅占O.26%，且高炉没有进行任何像国外晚期高炉那样进行为期20天左右的大低料线喷补造衬，高炉一代寿命有望达到15年甚至更高。高炉长寿技术是一项综合技术，它涉及到炉型设计、炉衬选择、耐材组成、冷却介质选择、冷却元件材质、制造工艺、安装、调试、高炉操作及冷却水的日常管理等多个环节。其中，影响高炉寿命的关键是高炉日常操作与冷却水系统的日常管理。武钢炼铁厂在这两方面已经积累了较丰富的经验，值得一提的是武钢铁厂已独创开发出非常实用的冷却壁垂直水冷管修补技术，该技术在5、4号有软水密闭循环冷却系统的高炉上得到了成功应用，有效率达100%。目前5号高炉有27根、4号高炉有9根用该技术处理过的冷却壁垂直水冷管仍在继续正常工作。2002年底武钢铁厂又成功开发了加装铜冷却柱技术与压硬质泥浆造衬技术。该技术应用到4号高炉后，其原来炉皮发红、鼓包、开裂等严重影响高炉正常生产的现象得到了有效控制，成功地推迟了高炉大修或中修时限，强化生产得以继续进行。

另外在使用长风口或加长风口来控制边缘煤气流、防止冷却元件过热、使用钒钛矿护炉等方面也积累了丰富而实用的经验。

3.2 高炉炼铁专家系统

武钢炼铁厂4号高炉20世纪90年代后期从芬兰引进一套用于高炉操作管理的专家系统，该技术集中了大量专家的智慧，能对高炉复杂的变化过程进行综合快速判断，从而为高炉操作者提供有益的参考，避免出现大的炉况波动。专家系统在4号高炉已调试成功并投入了运行，收到了一定的效果。通过有些软件技术的进一步开发与挖掘新的功能，使专家系统不断完善，这项技术的作用也得到了有效发挥。另外，武钢相关技术人员消化、吸收了相关技术，通过与全国重点科研院所及大学的合作，开发出了更实用、更高效的专家系统，该系统引入了映射人工神经网络系统，现已在1号高炉上调试运行，效果不错。

3.3 高温内燃式热风炉技术

武钢炼铁厂现有4座高炉采用了高温内燃式硅砖热风炉，在建的2座新高炉已采用此种热风炉。其中陶瓷燃烧器等技术是从霍戈文公司引进的。目前，武钢炼铁厂已掌握了其关键技术，如：硅砖热风烧炉、拱顶温度控制、硅砖热风炉烘炉、凉炉技术等。

3.4 铜冷却壁和薄炉衬技术

武钢炼铁厂1号高炉是国内最早使用这项技术的高炉。该高炉的炉腰与炉身下部装备了2段铜冷却壁，铜冷却壁的使用将为高炉长寿、强化生产创造良好条件。武钢在铜冷却壁和薄炉衬的热流强度的合理控制等方面已经积累了一定的经验。大修投产后的1号高炉的技术经济指标不断创新。2003年指标创记录达27次，全年利用系数2.199t／(m3·d)，建新3号与7号高炉也将采用该技术。以达到延长高炉寿命与强化生产的目的。

3.5 高炉无料钟炉顶装料实测技术

武钢炼铁厂自行设计、开发的料面实测技术，其装备较简便，但所测试结果准确、实用。该技术用于4号、2号、l号高炉的大修开炉装料实测，取得良好效果。该技术输出到昆钢、涟钢，其效果良好。

3.6 快干浇注料与无水炮泥技术

快干浇注料能大大缩短沟子烘烤时间，利于高炉顺行。快干浇注料在武钢5号高炉成功应用后，迅速推广到其他高炉。目前全厂高炉均采用这种技术来处理铁沟，同时开发使用了无水石包泥料，铁口强度与深度得到了有效控制。

4 优化炼铁工艺、强化高炉冶炼

4.1 高炉内型的优化

(1)高炉内型逐步向矮胖型发展；如原1号高炉的高径比Hu／D=2.87，5号高炉降为2.284，在建的新3号高炉降为2.216。

(2)炉腰直径逐步扩大，炉腹角、炉身角有减小趋势；减小炉腹角如5号高炉13.4m，新3号高炉

13.9m，7号高炉14.1m，利于改善气流分布与强化冶炼，同时也有利于稳定炉腹渣皮并延长炉腹寿命。减小炉身角能改善料柱透气性，降低煤气流速，减少炉料对内衬或渣皮的摩蚀。

(3)增加死铁层的厚度；原1号高炉死铁层厚度只有1.111m，4号高炉为1.107m，而5号高炉增加到1.9m，1996年改造后的4号高炉增加到2.Om，在建的新3号、7号高炉则增加到2.5m。死铁层厚度的增加，可减小炉缸渣铁环流对砖衬的侵蚀，同时能有效地将整个死料柱浮起，利于高炉长寿与强化。

4.2 取消渣口，停止放上渣

老系统均设有上渣口。但随着渣量的减少与炉顶压力的提高，上渣十分难放，对顺行与安全生产均不利。因此，4号高炉于80年代，3号高炉在1993年，2号高炉于1998年分别取消了放上渣，2、3号高炉在同一出铁场设两个出铁口，倒换使用，减少偏料，同时采取增加出铁次数、调小渣口方向的进风面积等技术措施来有效维持高炉的强化生产。实践证明取消放上渣后，高炉技术经济指标得到明显改善。

4.3 提高入炉料含铁品位，优化入炉料结构

从表1可见，武钢入炉矿石品位从1991年的55.03%左右逐步提到2003年的58.93%，累计提高了3.9%。品位的提高将减少渣量，利于煤比的提高、透气性的改善与软熔带位置的降低。另外，从l993年开始，5号高炉开始配加高品位进口球团矿，其配加量逐步增加，球团矿的配比从13%左右提高到25%左右，1999年大冶年产70万t球团矿厂与2002年程潮年产120万t球团矿厂的相继建成投产，为武钢炼铁大量使用球团矿提供了保证。目前铁厂每座高炉都用上了球团矿。球团矿的成功使用，有效地降低生矿人炉量，增加了熟料率，入炉料结构更趋合理。2002年在烧结矿紧张、人炉烧结率只有71.5%的情况下，全厂的熟料率仍保持在85%左右。

表1 5号高炉投产以来武钢炼铁厂部分技术经济指标

4.4 强化原燃料过筛

在武钢焦炭质量与没有有效改善的情况下(M40只有80%左右)，有效筛去粉末尤为重要，武钢在改进矿、焦筛等方面进行了不懈的努力，从单层碲、双层筛、梳齿筛到悬臂防堵筛。筛分效率不断提高，入炉含粉量(小于5mm)，能稳定控制在5%以下。

4.5 采用高顶压、高风温、并提高喷煤比

武钢高炉由于完全淘汰了钟式炉顶，顶压从原来的O.135MPa提高到O.20MPa左右，而顶压的增加意味着煤气重度增加，是高炉强化生产的有效途径；前已述及，武钢大修或新建的高炉均采用了高温内烧式热风炉，一般情况下能提供1200℃左右的风温。从1991年到2003年武钢风温逐步提高，从1000℃左右升到1100℃左右。其中5号高炉的单日风温达到过1230℃，大修后的4号、2号、l号高炉也能提供1180℃、1190℃与1250℃的单日最高风温由于大修后的1号高炉能配加转炉煤气来烧炉，因而其使用高风温的潜力大；2004年3月使用混合煤气烧炉时风温水平能维持在1250℃左右。高风温为高煤比创造了有利条件。高风温利于炉缸显热与风口理论燃烧温度的提高，而高煤比则吸热并降低燃烧温度。表1反映了武钢煤比风温均呈逐步升高之势。从1999年开始超过100kg／t(铁)，2003年达到了121kg／t(铁)。

4.6 改善炉前工作环境

5号高炉投产前，武钢高炉使用电动混炮与电动悬挂式开口机，难以维持铁口长期稳定工作，严重影响了指标的优化。近10年来，武钢高炉逐步采用了：①DDS液压混炮及DDS风动振打直进式开口机。②贮铁式主沟，③快干浇注料。④高强度袋装无水炮泥。这些技改措施的实施，使铁口能连续稳定地工作，出铁正点率有了保障。强化冶炼能顺利实施。另外炉前全部安装了抽风静电除尘装置，炉前工作环境大大改善。

5 培养了一支素质较高的技术队伍

5号高炉的投产及其他技术改造，不仅促进了整个炼铁系统的技术进步，而且培训了一批掌握现代技术装备与先进工艺的技术人员。他们既有丰富的实践经验，也有较扎实的理论知识，为武钢消化引进技术与开发自己的专有技术创造了条件，也为21世纪的技术创新打下了坚实基础，为武钢高炉炼铁在21世纪赶上或超过世界先进水平提供了丰富的人才资源。

6 结语

武钢炼铁技术经过几十年的沉淀，尤其是近10年来通过引进、吸收、消化与创新，其技术装备与工艺水平得到了大幅提升。高炉强化水平明显提高。同时培养了一批炼铁人才，逐步形成了武钢自身的专有技术。