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長期以來，受“有風(fēng)就有鐵”高強(qiáng)度冶煉思想的影響，一些高爐工藝配套不合理，導(dǎo)致送風(fēng)系統(tǒng)和煤氣處理系統(tǒng)能力富余太多，浪費(fèi)嚴(yán)重;一些高爐結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致壽命短，噸鐵折舊費(fèi)用高;一些高爐指標(biāo)欠佳，能耗過高，導(dǎo)致噸鐵成本過高;一些高爐工藝選擇不當(dāng)，導(dǎo)致生產(chǎn)維護(hù)成本高;一些高爐建設(shè)時技術(shù)不成熟，導(dǎo)致環(huán)保不達(dá)標(biāo)。以上種種缺陷，帶來很大的成本壓力和環(huán)境壓力，嚴(yán)重影響到鋼企的市場競爭力。

針對以上問題，從設(shè)計技術(shù)的角度出發(fā)，可以通過挖掘原配套系統(tǒng)的潛力，采用合理爐型、可靠薄壁本體結(jié)構(gòu)、高效節(jié)能冷卻系統(tǒng)、高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐、環(huán)保底濾水渣工藝及環(huán)保節(jié)能物料轉(zhuǎn)運(yùn)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的升級改造，確保高爐的高效、低耗、長壽和環(huán)保，達(dá)到降本增效、提升市場競爭力的目的。

優(yōu)化爐型，提升高爐生產(chǎn)指標(biāo)

長期以來，一些高爐因利用系數(shù)高就被認(rèn)為效率高、技術(shù)水平高，從而得到眾多鋼鐵企業(yè)的青睞。但實(shí)際上利用系數(shù)過高的高爐(尤其是部分中小高爐)普遍能耗高、噸鐵成本較高。尤其是在目前的微利時代，這些高爐的缺陷逐漸凸顯出來，甚至被貼上落后產(chǎn)能的標(biāo)簽。

優(yōu)化爐型，選擇合適的單位爐缸面積工作爐容(Vw/A)。高爐的生產(chǎn)指標(biāo)不僅與原燃料條件和操作制度息息相關(guān)，而且與高爐爐型有密切的關(guān)系。為什么一些高爐尤其是中小高爐容易強(qiáng)化冶煉、產(chǎn)量高，但能耗較高，其根本原因在于單位爐缸面積對應(yīng)的工作爐容偏小。

爐缸面積越大，燃燒燃料越多，煤氣量就越大，產(chǎn)量也會相應(yīng)增加。但是單位爐缸面積對應(yīng)的工作爐容(Vw/A)與煤氣在爐內(nèi)的停留時間是密切相關(guān)的，它直接影響到煤氣利用率。據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較好的高爐空塔爐缸煤氣流速或者爐腹煤氣指數(shù)υ為58m/min~66m/min，工作容積內(nèi)煤氣平均壓力也相對穩(wěn)定。要保持煤氣在爐內(nèi)足夠的停留時間，必須有合理的Vw/A范圍。由于中小高爐工作容積內(nèi)煤氣平均壓力較小，Vw/A應(yīng)該更大，而不是現(xiàn)在中小高爐比大高爐小得多的狀態(tài)。當(dāng)然煤氣停留時間也不宜過長，在爐內(nèi)6s~7s時，煤氣基本完成了自身熱能與化學(xué)能的傳導(dǎo)，因此需要一個合理經(jīng)濟(jì)的Vw/A。

爐型優(yōu)化改造投資并不高，并可適當(dāng)挖掘原工藝潛力。高爐工藝流程中，高爐本體所占總投資的比例并不高，大約10%左右，高爐其他約90%的投資都是與產(chǎn)量掛鉤的，跟高爐本體大一點(diǎn)、小一點(diǎn)關(guān)系不大。假設(shè)高爐不以提高產(chǎn)量為目的，僅為了改善生產(chǎn)指標(biāo)，適當(dāng)增加工作爐容100m3，其投資并不是增加3000萬元(假定按照30萬元/立方米爐容計算)，而是只增加300萬元或者更低，因為爐缸的投資大于爐腹及以上部位。如果將厚壁高爐改造成薄壁高爐，工作容積增加，投資反而下降。

如果適當(dāng)增加爐容，降低冶煉強(qiáng)度和利用系數(shù)，提高煤氣利用率，那么假設(shè)燃料比降低10kg/t，1000m3級高爐每年就節(jié)省近1000萬元，僅半年就可以收回增加工作爐容的投資，今后每年增加1000萬元的利潤。

淘汰部分落后高爐，適當(dāng)增加改造高爐的容積，尤其是適當(dāng)擴(kuò)大工作容積，選擇合適的Vw/A，保證適宜的煤氣流速和足夠的爐內(nèi)停留時間，提高煤氣利用率，噸鐵耗風(fēng)量及煤氣產(chǎn)生量都會相應(yīng)減少。同時，挖掘送風(fēng)和煤氣處理系統(tǒng)的潛力，可以提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比，降低噸鐵成本，真正達(dá)到高產(chǎn)低耗，實(shí)現(xiàn)提升競爭力的改造目的。

采用先進(jìn)可靠技術(shù)，延長高爐壽命

目前，我國高爐平均壽命與國際先進(jìn)水平相比，有5年~10年的差距，究其原因，設(shè)計、操作、維護(hù)等方面均存在一些問題。近年來，煉鐵技術(shù)飛速發(fā)展，如果不運(yùn)用這些技術(shù)成果，仍然采用已經(jīng)落后淘汰的技術(shù)對高爐進(jìn)行原樣大修，結(jié)果就會導(dǎo)致生產(chǎn)指標(biāo)不能改善，噸鐵成本仍然居高不下，損失巨大。

高爐長壽的關(guān)鍵在爐缸，爐缸的可靠性決定了一代爐役的長壽。爐缸壽命主要取決于爐墻結(jié)構(gòu)是否合理、冷卻能力是否足夠及冷卻能力是否得到充分的發(fā)揮等。

合理的薄壁爐襯結(jié)構(gòu)。高爐改造，可以采用薄壁爐襯結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增加爐腰直徑，縮小爐腹角和爐身角，調(diào)整合適的Vw/A。采用密排水管的球墨鑄鐵冷卻壁、鋼冷卻壁，甚至銅冷卻壁，并滿鑲磚，以確保爐腹及以上爐墻的壽命。薄壁高爐并不是為了節(jié)省耐材、降低投資，而是將厚壁高爐經(jīng)火法修正后，指標(biāo)較好時期的內(nèi)型在一代爐齡中固定下來，使得高爐在整個一代爐齡中都能保持高效低耗狀態(tài)運(yùn)行。要強(qiáng)調(diào)的是，薄壁高爐不能沿用厚壁高爐內(nèi)型簡單地將冷卻壁熱面推移到厚壁內(nèi)型線位置的做法。那樣既不能獲得較好的生產(chǎn)指標(biāo)，又會導(dǎo)致冷卻壁過早破損，致使高爐短壽。

合理的爐缸結(jié)構(gòu)。這主要包括以下6個方面的內(nèi)容：一是采用斜爐缸結(jié)構(gòu)，二是穩(wěn)定且密封的陶瓷杯結(jié)構(gòu)，三是提升碳磚及搗打料質(zhì)量，四是適宜的風(fēng)口、鐵口設(shè)計，五是健全的監(jiān)測系統(tǒng)，六是合理的烘爐制度。

高效節(jié)能的冷卻系統(tǒng)。同種材質(zhì)和工藝的冷卻壁，管壁溫度和熱面溫度都可以看作一定熱流強(qiáng)度條件下冷卻壁的冷卻能力。溫度越低，冷卻壁冷卻能力越強(qiáng)。冷卻能力與管徑、水量、水速以及比表面積，可以通過對3種型式爐缸鑄鐵冷卻壁的對比看出其關(guān)系，如表1和圖1。由表1和圖1可以看出，采用小管徑密排設(shè)計的冷卻壁換熱能力比大管徑的要好，而不是水管越大、水量越大，冷卻能力就越強(qiáng)。小而密的冷卻水管布置的優(yōu)點(diǎn)在于：可以提高冷卻能力;降低冷卻壁熱面溫度和對爐墻冷卻的不均勻性，降低自身熱應(yīng)力，延長使用壽命;減少供水量，降低運(yùn)行成本;減薄冷卻壁，降低投資。

爐腹至爐身下部區(qū)域，可采用組合式冷卻壁。其近年來在一些高爐上已得到成功應(yīng)用，即在鑄鐵冷卻壁熱面部分燕尾槽內(nèi)插裝銅冷卻條，提高鑄鐵冷卻壁的冷卻強(qiáng)度。銅冷卻條作為渣皮“錨固釘”，使得冷卻壁熱面容易形成更加穩(wěn)固的渣皮保護(hù)層。組合式冷卻壁既具有易結(jié)渣皮壽命長的優(yōu)點(diǎn)，又克服了銅冷卻壁冷卻過度造成渣皮太厚，繼而頻繁脫落給高爐帶來的操作問題，同時投資較銅冷卻壁大大降低。

高效的傳熱體系。盡管爐缸采用合理的結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度的冷卻系統(tǒng)，但如果爐墻有間隙，傳熱系統(tǒng)遭到破壞，耐材不能得到有效的冷卻，爐缸安全仍然面臨嚴(yán)重威脅。

由于耐材和爐殼膨脹很難同步，如果冷卻壁和碳磚之間搗打料沒有搗實(shí)，或者搗打料和碳磚有質(zhì)量問題，冷卻壁和耐材之間出現(xiàn)氣隙就在所難免。在氣隙存在的情況下，傳熱體系一旦遭到破壞，耐材就不能得到有效的冷卻。要想解決這個問題，須要從冷卻壁的安裝結(jié)構(gòu)入手。

按照常規(guī)設(shè)計，冷卻壁是固定在爐殼上的，爐殼膨脹和冷卻壁完全同步。而現(xiàn)在很多工程采用“無間隙冷卻結(jié)構(gòu)”專利技術(shù)，將冷卻壁掛在爐殼上，設(shè)置排斥設(shè)施(如彈簧)，通過排斥設(shè)施的反力，將冷卻壁推向耐材，保證冷卻壁在任何時候都與耐材緊密接觸，充分發(fā)揮其冷卻作用。“無間隙冷卻結(jié)構(gòu)”技術(shù)安裝冷卻壁時，將冷卻壁固定在爐殼上，待碳磚砌筑，寬縫搗料后，適當(dāng)松開螺母，再焊接封罩，可將冷卻壁固定銷、灌漿孔和“無間隙冷卻結(jié)構(gòu)”統(tǒng)一在一套設(shè)備中。

應(yīng)用節(jié)能環(huán)保技術(shù)，提升競爭力

通過高爐改造，采用高溫節(jié)能的旋切式頂燃式熱風(fēng)爐、環(huán)保底濾爐渣處理工藝、環(huán)保節(jié)能的卸料車和轉(zhuǎn)載技術(shù)等高效、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵節(jié)能減排、改善環(huán)境、提升競爭力的目標(biāo)。

超高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐技術(shù)。提高高爐鼓風(fēng)溫度，不僅可以降低高爐冶煉的燃料消耗，而且有利于增加噴煤量，降低焦比，對于降低噸鐵能耗和生產(chǎn)成本的效果是明顯的。近年來，很多高爐入爐風(fēng)溫雖然有所提高，但與先進(jìn)高爐1250℃左右的風(fēng)溫相比還是有差距的。

在高爐升級改造中，提高風(fēng)溫一般可以采取以下措施：一是將內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造為旋切式頂燃式熱風(fēng)爐。二是提高廢氣溫度，既能提高熱風(fēng)爐蓄熱量，強(qiáng)化換熱，又能提高煤氣、空氣預(yù)熱后溫度，也不增加運(yùn)行成本，是提高送風(fēng)溫度的最佳措施。改善爐箅子的材質(zhì)，優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，使得爐箅子和支柱能夠承受450℃甚至500℃以上的廢氣溫度。三是改進(jìn)混風(fēng)方式，將混風(fēng)管接至助燃空氣支管，從燃燒器助燃空氣噴口進(jìn)入熱風(fēng)爐，根據(jù)熱風(fēng)出口溫度的變化調(diào)節(jié)混風(fēng)量。四是改進(jìn)熱風(fēng)管系結(jié)構(gòu)，采用低應(yīng)力熱風(fēng)管系。

環(huán)保底濾技術(shù)。環(huán)保底濾高爐爐渣處理技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、省地的新型爐渣處理新工藝。環(huán)保底濾工藝技術(shù)有以下特點(diǎn)：一是蒸汽集中排放，無熱水池，及時抽干過濾池，實(shí)現(xiàn)無水過濾，爐前和過濾區(qū)域無蒸汽，環(huán)境好。二是過濾池應(yīng)用滲透過濾工藝，渣水分離徹底，過濾后渣中含水量低于0.12t/t渣，同時，渣池具有暫時儲存功能。三是冷水沖渣，抓渣時過濾池內(nèi)無沖渣水，顯著減少蒸汽排放。四是過濾后的循環(huán)水中懸浮物含量低于30mg/m3，系統(tǒng)管道、閥門、水泵等幾乎無磨損，過濾系統(tǒng)無運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，安全性和作業(yè)率高。清水泵電能消耗低，節(jié)能效果明顯。五是過濾池過濾，抓渣采用橋式抓斗起重機(jī)，設(shè)備少，故障率低，作業(yè)安全、可靠。六是通過提高過濾速度，過濾池面積較常規(guī)底濾工藝減少一半;總的占地面積和冷水INBA(因巴法)相當(dāng)，約650㎡(不含皮帶)。七是一次性投資及運(yùn)營成本低。環(huán)保底濾與轉(zhuǎn)鼓法工藝的比較見表2。

環(huán)保礦焦槽技術(shù)。礦焦槽系統(tǒng)產(chǎn)生的大量粉塵，對環(huán)境及工人健康造成嚴(yán)重危害，因此，建議在礦焦槽系統(tǒng)設(shè)計中，采用環(huán)保卸料車。此外新型高效、節(jié)能、環(huán)保的原料運(yùn)輸及轉(zhuǎn)載系統(tǒng)，可降低礦焦槽系統(tǒng)除塵能耗，減少環(huán)境污染。

現(xiàn)階段開發(fā)的環(huán)保卸料車將卸料管和除塵管道分開，減小了除塵通風(fēng)的阻力，氣流順暢，同時避免了皮帶頭輪空隙的漏風(fēng)，最大程度地改善了除塵效果。

新型高效、節(jié)能、環(huán)保的物料運(yùn)輸及轉(zhuǎn)載系統(tǒng)通過軟件模擬設(shè)計出控流曲線溜槽，降低了料流速度，減少了成品物料的破損量，減少了粉塵量并減弱了粉塵氣流。在除塵密封方面，該系統(tǒng)通過在皮帶機(jī)頭部采用升降式靜電吸塵擋簾，采用高效的新型雙層密封自降塵導(dǎo)料槽，以及在導(dǎo)料槽系統(tǒng)上增加粉塵阻尼減壓器等措施，降低導(dǎo)料槽落料點(diǎn)的風(fēng)能，降低氣壓，降低風(fēng)速，進(jìn)一步自降塵和降低除塵風(fēng)量。礦焦槽系統(tǒng)槽下皮帶數(shù)量多，每條皮帶的下料點(diǎn)多且相對集中。新型轉(zhuǎn)載系統(tǒng)適合于幾個下料點(diǎn)集中除塵，除塵風(fēng)量相應(yīng)降低，環(huán)保效果明顯改善，運(yùn)行成本大幅度下降。