文摘:济钢第一炼铁厂利用高炉大修、中修和项修的机会，对炉体结构、冷却系统、炉顶设备、上料及箕斗设备、炉泥枪、热风炉、煤气净化及预热系统进行了优化改造和技术创新。这提高了设备的装备水平和使用寿命，为高炉高产长寿和设备稳定运行奠定了坚实的基础。
一.导言
济南钢铁集团公司第一炼铁厂(简称济钢第一炼铁厂)拥有6座350m3高炉。1994年以前，这些高炉基本相同:自撑式炉型结构，斜桥装料车，双钟马基炉顶装料设备，炉前自产液压泥炮，开炉机，传统内燃Cobbe热风炉。高炉设备水平低。10年来，通过炼铁设备的技术改造和升级，不断提高设备的使用寿命，使设备的使用寿命与维修同步，使设备得到优化。特别是2001年5月6号高炉大修，进一步优化了350m3高炉的设备配置，为高炉的稳产、长寿和经济运行奠定了基础。
二、设备改造和技术创新
(一)自立式高炉对框架结构的改进
济钢350m3高炉由255m3高炉扩建而成，其形式为自撑式结构。高炉的炉顶设备、梯子平台和周围管道都由高炉炉壳支撑。这些设备部件重约350吨，只作用在30毫米厚的炉子上。随着炉内热负荷的变化和冷却设备的侵蚀，炉壳受热，承重能力降低，炉壳变形，往往导致炉壳开裂的恶性循环，进而导致炉顶设备移位，斜桥碰撞，被迫停产。自1994年2号高炉、1995年1号高炉、2000年5号高炉、2001年6号高炉大修后，高炉自撑式结构改为框架结构。从炉体到炉顶的梯子、平台、水系统管道及周边管道均由框架支撑，斜桥支架更稳固。从1994年到1998年，大中修统计表明，自撑式高炉炉壳平均变形损坏量约为25t(占整个炉壳的2/5)。1998年，2号高炉变形炉皮仅更换4t左右。2000年1号高炉炉皮修补量为6t，可见框架结构效益显著。另外，高炉大修时，更换炉皮很容易，不用考虑炉壳负荷。
(2)高炉冷却(设备)系统的优化与探索
350m3高炉冷却设备经历了近10年的探索，从最初的汽化冷却到1994年的高炉软水冷却系统。对水量、水温差、冷却方式是开路还是闭路进行了系统的探索。从1993年开始，5#和6#高炉采用空冷却器进行软水冷却，1994年和1995年将2#高炉和1#高炉的软水冷却流量提高到1000 t/h，1997年分阶段采用4#高炉的软水冷却方式，效果不理想，以至于1998年6#高炉，只是在1999年2号高炉大修时，将软水系统改造为水-水换热器，从而规范了350m3高炉软水系统的设计原则:水系统水量大于1100m3/h，进水温度低于33℃，水温差控制在5℃，冷却壁水管流速1.8 ~ 2.0m/s；2000年和2001年，5#和6#高炉冷却系统运行稳定，效果很好。
350m3高炉冷却壁主要采用球墨铸铁冷却壁。冷却壁共分7层(1 ~ 3段光滑，4 ~ 7段镶砖，每段28块)，冷却高度16m。1996年，随着高炉原燃料的变化和经济技术指标的提高，高炉冷却壁的问题更加突出。据统计，4 ~ 5段冷却壁的使用寿命不足1年，随着高炉维修中项目维修模式的实施，冷却设备的频繁损坏制约了高炉的经济技术指标。因此，1996年，3号高炉冷却壁的材质改进为HT 400-2，同时保留了炉衬炉壁的冷却设备。1997年对4#高炉进行了全覆盖砖冷却壁大修。1998年，在3号高炉炉顶大修中，用铸造冷却板复合刚玉耐火砖代替冷却壁。1999年，在成功试验的基础上，采用了铸钢冷却壁。2000年，5号高炉进行了大规模改造，形成了9段冷却壁布局，冷却高度为19m。铸铁和铸钢冷却壁组合使用，结构设计合理。2001年在6号高炉大修，实现了350m3高炉冷却系统的长寿命。
(3)炉顶设备的改进
6座350m3高炉的炉顶结构基本相同，都是双钟马基液压炉顶。由于高炉生产时间不同，炉顶设备或多或少存在差异，尤其是图号不同，部分备件选择不同，给管理带来诸多不便。
1.炉顶液压系统的统一改造。液压站是液压炉顶的动力源。六种高炉炉顶的液压原理相似但不完全相同。1994年起，炉顶液压站插装阀改为电磁(液压)换向阀，解决了炉顶插入式液压系统的内漏和冲击问题。取消炉顶保压块，油泵选用齿轮泵，增加循环油路，加强滤油。到1999年，6座高炉炉顶液压系统原理相同，液压部分样机统一，系统稳定可靠。
2.浸渍碳化钨的大小钟形桶。1997年以前，大小钟斗都是铸钢材质，接触面都是合金覆盖。钟昀呈水桶的正常寿命是18个月，大钟的寿命大约是2年。由于炉顶设备平均每年需要3座以上高炉大修，备件供应紧张，2#、5#、6#高炉炉顶钟斗不得不停焊检修。焊接修复后，修复效果只能维持3个月，能耗高。因此，在调研的基础上，1997年在4号高炉大修中首次使用了浸碳化钨的大小钟斗，1998年在6号高炉和3号高炉大修中推广应用。顶级设备的使用寿命大大提高。钟昀呈漏斗的使用寿命约为36个月，大钟漏斗的使用寿命超过50个月。高炉维修中取消了因炉顶设备泄漏而进行分项维修的模式。1999年5号高炉大修时，炉顶大漏斗采用铸钢，钟昀呈漏斗采用浸渍碳化钨，使炉顶设备与高炉冷却设备相匹配。可与高炉设备维修同步进行，经济效益显著。
3.大钟拉杆的密封解决了大钟顶部压力增加和寿命延长的问题。大钟拉杆的密封漏水，容易损坏拉杆的薄弱点，然后两个拉杆因灰尘而不同步。在平时的维护中增加了二次密封。高炉大修时，用电动摆轮打磨拉杆，改进密封结构。大钟拉杆密封装置研制成功(1999年申报国家专利并获批准)。定期润滑，防止拉杆泄漏，使350m3高炉炉顶设备运行更加稳定。
(4)槽下设备和给料的改进
350m3高炉槽下有四个烧结矿槽(每个配有振动筛)、粉末返回带和粉末筒仓、两个球团槽(配有给料机)和两到三个配有给料机、两个焦炭筛、四个称重料斗和对称斜桥中心的原矿槽(或杂矿槽)。烧结矿、球团矿和焦炭由称重料斗称重，并装入装料车。六座高炉均采用2.8m3漏斗车，漏斗车有效容积为2.5m3
随着高炉原料结构的调整和优化，要求对原料进行筛选和精加工。在原有振动筛的基础上，将铸造筛底改为梳状筛板，并首次引入专利产品——棒条筛底，使入炉烧结矿粒度在5mm以上，随后引入8mm棒条焦炭筛，改善入炉焦炭粒度。
近年来，由于生产水平的不断提高，1 ~ 4 #高炉卷扬机加料车电机容量不足。1993年新建的5#、6#高炉，卷扬机电机125kW，卷扬机减速器ZL115，漏斗车容积3.0m3，卷扬机运转率85%以上。工艺操作变更，实行大批量制，设备出现箕斗前后轮轴承故障，拉杆变形。1996年，箕斗车按550m3高炉车校核设计，1997年投入使用，1998年，1997年箕斗车改为此型，防止了拉断拉杆和轮轴事故的发生。当高炉利用系数接近3.0时，箕斗提升机发生高速断轴事故，说明8t提升机不能满足要求。1998年，主提升ZL115减速机高速轴加厚，轴径由90mm改为110mm。1999年主提升减速机改为TR700硬齿面减速机，电机改为140kW。同时，对箕斗的大绳轮进行了加宽，并加厚了井筒。2000年，高炉车大绳由φ28mm×37mm×19mm改为左右三角绳，全面提升了高炉提升系统，满足了提高高炉经济技术指标对设备性能的要求。
(5)炉前液压泥炮的改进
350m3高炉有一个出铁口和两个出渣口，炉前泥炮更换频繁。1989年和1990年，济钢专利的JG60倾斜式短液压泥炮用于3#和4#高炉大修。泥炮的转动、击发、压紧和打泥动作分别由四个油缸控制。1993年新建的5#、6#高炉由于转动部件使用寿命较短，采用了改进的第三代JG60T倾摆短液压泥炮，仍然存在曲臂断裂的问题。1995年，1号高炉大修引进BG75泥炮。由于备件供应和JG60T泥炮需要进一步改进，两种泥炮并存，满足了一段时间的生产工艺要求。
随着冶炼技术的加强，高炉利用系数达到了3.0t/m3·d以上，从1999年开始，泥炮已经无法移动泥浆，甚至打泥能力不足。在BG75的基础上，济钢与北京科技大学联合开发了KD100液压泥炮，并于2000年在5号高炉大修中首次应用。回转、转枪、压枪由一个油缸完成，操作简单，维修方便。能满足高冶金强度高炉和450m3高炉应用。
(六)改进热风炉设备
5#和6#350m3高炉分别配置三座内燃霍戈文热风炉，蓄热面积为95.41m2/m3。每座高炉配有两台G4-73No12.57助燃风机，热风炉各热风阀采用软水闭路冷却。由于气体含水量高，容易损坏燃烧阀和切断阀。1996年研制出管道天然气脱水器，效果良好。1998年初，6号高炉大修，实现煤气双预热和煤气管道安全维护，增设DN900液压煤气盲板阀，将煤气切断阀改为氟橡胶密封阀。1999年煤气切断阀改为硬密封三偏心盘阀，满足了180℃高炉煤气的启闭要求。
1 ~ 4号高炉热风炉由255m3高炉改造而成，在空之间位置有限。1995年1号高炉大修，热风炉改为三顶燃式热风炉，蓄热面积101.8m2/m3，液压半自动换炉，热风阀软水闭路冷却，热风炉顶部有空煤气和煤气切断阀，阀门采用新型四杆卧式切断阀。刚投入使用时，煤气切断阀频繁失效，煤气含尘量高影响热风炉燃烧。通过对阀门整体工艺结构的分析和工艺设计的调整，大大提高了阀门的质量。1997年对4号锅炉热风炉进行大修，至今仍使用第二代改进型顶燃式热风炉。热风炉的煤气、空煤气、烟道、冷风阀均采用了改进的四杆卧式截止阀。经过几年的探索，液压阀满足生产工艺要求，密封性能好，顶燃式热风炉满足高炉高风温要求，是小厂区提高风温的重要措施。
为进一步提高高炉风温，节能降耗，一方面采用专利技术降低高炉煤气含尘量和含水量，并增设丝网脱水器；另一方面，对高炉煤气和空煤气进行两次预热，使煤气和空煤气的温度达到200℃，改善了热风炉的燃烧条件，提高了风温。开发并引进了高效陶瓷燃烧器、烟气均匀分布、冷风分布等技术，取得了明显的经济效益。
㈦关于磨损部件寿命的研究
近年来，在开发浸碳化钨大型钟罩和冷却设备的基础上，开展了易损件寿命的研究。设备衬板为橡胶材质，应用“物料粉碎”技术；2000年，漏斗车使用陶瓷衬板，使用寿命超过12个月。固定受料斗的衬板在合金基体上覆盖有硬质合金，经过特殊的工艺处理，这些零件的使用寿命可以达到12个月，甚至30个月，配合高炉的维护。
非加工件的制造和维护在高炉槽下进行，通过简单的焊接维护保证正常进料。在1200℃下研究进气系统结构件的质量。大风口套采用铸钢材质，小管状风口套采用焊接合金接头，使进气系统更能满足高气温下长寿命的要求。550mm安全阀用了8年多了，还是一如既往的好。
(八)完善电气仪表系统和新技术应用。
1993年，新建的5#、6#高炉上料电气系统首次采用DDC技术，随着产品的更新换代，逐步升级，运行稳定。1999年采用专利热电偶测量安装技术，减少检测元件对高炉维护的影响。
1998年，将过程控制应用于热风炉，开发了热风炉优化燃烧技术。1999年与浙江大学合作将炼铁优化专家系统应用于1号高炉，效果明显。2001年，6#高炉第一次大修，炉顶成像装置成功启动，高炉达产。软水系统的检测显示了高炉冷却设备的动态状态，并进行预测和预警。随着电气技术的成熟发展和新技术的应用，350m3高炉设备系统运行稳定，向智能化、高效化方向发展。
第三，结论
(1)随着高炉冶炼技术的提高和发展，济钢不断对350m3高炉设备进行技术改造，提高了高炉装备水平，满足了生产工艺要求，为济钢创造全国先进的350m3高炉经济技术指标奠定了基础。此外，设备薄弱环节的整改和内部系统的优化，形成了济钢350m3高炉稳定、高效、长寿的设计。该管理模式不仅为济钢创造了巨大的经济效益，而且具有广泛的社会效益和推广应用价值。
(2)高炉设备的改造和长寿是一项长期的任务。特别是随着中小型高炉经济指标赶超大型高炉先进水平，对设备性能的要求更加严格。比如高炉热风炉温度达到1200℃，热风阀延长，高温煤气阀的开发，双钟炉顶如何满足利用系数3.5t/m3·d的上一代高炉免维护的要求，取消高炉中修延长使用寿命等等。，将促进炼铁的研究和探索
