對于高爐的設計與創新,山東省冶金設計院股份有限公司(以下簡稱:山冶設計)一直走在煉鐵行業的前沿,從未停止探索的腳步。圍繞高爐高效、低耗、長壽、環保等方面的發展,山冶設計持續跟蹤研究,自主創新,取得了一系列關鍵技術成果。通過EPC總承包模式,將一系列先進實用、成熟可靠、綠色低碳、清潔環保的綜合性技術應用于山鋼集團產業升級項目中,打造了“日照鋼鐵精品基地高爐精品工程”和“萊蕪分公司新舊動能轉換高爐精品工程”。

一、引領特大型高爐技術發展,支撐特大型高爐綠色智能化運行

山鋼集團日照鋼鐵精品基地項目是國家部署優化調整鋼鐵產業結構的大背景下,經國家發改委核準的山東省鋼鐵產業結構調整重點示范性項目。日照鋼鐵精品基地2座5100m3高爐,由山冶設計總體規劃、自主設計并采用“EPC”總承包模式建成,是目前國內外采用“EPC”模式建成的最大容積的高爐。該工程優化集成了一系列的高效長壽、節能降耗、綠色低碳先進工藝技術。

特大型高爐長壽技術,延長高爐生命周期

建立“隔離”和“引導”的長壽設計理念,借助理論分析和數值模擬相結合的手段,有效解決了限制高爐長壽的突出問題。

?建立合理的爐缸傳熱體系:保證爐缸長期穩定形成自保護性渣鐵凝滯層,將渣鐵與耐材“隔離”。

?“自適應操作型爐缸爐底”結構:采用“引導”的理念,引導爐底爐缸侵蝕向“鍋底狀”發展,引導爐芯溫度保持在合理的范圍。

?“平滑型”爐缸鐵口區過渡技術:通過合理增加鐵口區域炭磚厚度和“平滑型”過渡的措施,減少鐵水對鐵口區耐材的沖刷侵蝕。

?安全可靠的爐缸爐腹過渡銜接技術:徹底解決爐缸和爐腹冷卻壁銜接部位結構燒損的問題。

先進全流程工藝裝備,實現高爐的高效、智能化生產

“聯合礦焦槽”及“無人值守”全自動控制技術:減少物料中轉和運輸路徑,節省項目占地和投資,降低運行成本。通過綜合應用稱量誤差自動補償技術、稱量斗在線自動校準技術、槽上卸料小車自動精準定位技術、轉運站全自動化取樣等創新型技術,實現礦焦槽“無人值守”全自動控制。

改進型串罐無料鐘爐頂設備:布料方式多樣、靈活,實現爐頂布料的全自動控制。提高布料精度,通過裝料制度助力煤氣利用率的提高。

先進可靠的出鐵場設備,最大限度地實現爐前操作機械化、自動化:采用大功率液壓泥炮和開口機,采用國內首創的液壓落地旋轉式移蓋機,采用自主研發的“新型自然風冷貯鐵式主溝”專利技術。

特大型高爐頂燃式熱風爐技術,助力高爐高效低耗生產:采用四座特大型頂燃式熱風爐,預熱系統采用前置預熱爐+板式換熱器的方式,燒爐采用純高爐煤氣,實現風溫1260℃。

潔凈長壽型轉鼓法渣處理技術,提高渣處理系統運行穩定性和可靠性:對易侵蝕部件的結構和材質進行了優化和提升。改進了傳統INBA法熱水池和集水池集中相鄰布置在轉鼓下方的設計方案,并設置細渣過濾池,大大提高沖渣水的潔凈度,最大限度降低設備和管道磨損。

優化的煤粉制備和噴吹技術,采用旋轉給料機精確控制噴煤量,實現全自動精準噴吹,助力富氧大噴煤操作。

緊湊型鐵鋼界面技術,實現鐵鋼協同生產

對鐵鋼界面物質流、能量流和信息流的協同問題進行分析論證,研發了“PBC-380型超大型汽車運輸鐵水”緊湊型鐵鋼界面技術。該技術具有占地少、投資省、低能耗、低成本以及生產組織靈活可靠、物流管理先進智能等顯著優點。

實現了鐵包智能組配與調運,為“一包到底”汽車運輸技術的成功應用提供技術支撐,實現了煉鐵-煉鋼界面協同生產。

完善的節能環保技術,實現綠色低碳的可持續化生產

現代化出鐵場綜合技術:出鐵場平坦化、機械化、環境綠色化。渣鐵溝全封閉除塵,渣鐵溝及擺動溜槽蓋板采用創新改進的嵌入式迷宮密封環保型鑄鋼蓋板,杜絕粉塵外泄。出鐵場各產塵區域均設計完善的除塵裝置,除塵后的崗位粉塵濃度≤8mg/m3,排放粉塵濃度≤10mg/m3。

煤氣凈化綜合技術:自2002年,山冶設計將煤氣全干法除塵技術首次在國內(萊鋼3#750m3高爐)成功應用,此技術在國內得到廣泛推廣應用,已成為現代高爐煉鐵設計首選技術。經過多年的經驗積累,山冶設計將“高效螺旋筒式旋風除塵器技術+煤氣全干法除塵”的煤氣凈化綜合技術成功應用于日照精品基地特大型高爐。經過布袋除塵器的煤氣含塵量達到5mg/Nm3以下,TRT噸鐵發電量提高到了54kWh/t。

自主研發爐頂均壓煤氣回收技術:山冶設計將自主研發的創新型爐頂均壓煤氣回收技術成功應用于日照精品基地特大型高爐,實現了料罐殘余煤氣的高效回收。

日照精品基地1#和2#兩座5100m3高爐分別于2017年和2019年點火開爐,開爐后快速達產達效,目前兩座高爐均穩定順行,各項生產技術指標處于行業領先水平。

日照鋼鐵精品基地項目,榮獲“十三五”鋼鐵工業創新工程獎。山冶設計在項目規劃咨詢、總體設計、工程總承包建設等方面成功跨入國內外先進行列,為日照精品基地實施“精品制造、智能制造、高效制造、綠色制造”戰略,建成綠色智能化夢工廠目標的實現打下了堅實的基礎。

二、發揮核心技術優勢,依托先進的工程管理,助力萊鋼新舊動能轉換

新舊動能轉換是山東省供給側結構性改革的重大舉措。山鋼股份萊蕪分公司新舊動能轉換項目是以新技術、新工藝實施改造和裝備升級,打造傳統產業改造升級示范工程。該公司兩座3800m3高爐是山冶設計采用EPC總承包模式建設的又一個精品高爐工程。

2.1發揮總體設計和核心技術優勢,助力綠色智能制造提檔升級

山冶設計積極創新設計思路和設計方法,充分分析研究了3000m3級別高爐的設計及技術裝備特點,結合萊鋼發展戰略,強調自主研發、自主創新,協同優化,努力在布局合理化、裝備現代化、制造智能化、發展綠色化上實現新突破。

布局合理化:充分發揮山冶設計總體設計優勢,構架新一代鋼鐵工廠最優化的鋼鐵制造流程和整體技術方案。

充分結合現有廠區總圖布置和地形條件,將高爐煉鐵區域的地坪標高分為兩個臺階。兩個臺階的設置充分考慮鐵水運輸物質流、原燃料物質流、能源介質流、信息流的最優化,并盡可能降低高爐區域的土石方量,節省投資。廠區的人流、物流及鐵水運輸通道功能分區更加合理;鐵水車運輸通暢基礎上專道專用,增強運輸安全性。在此基礎上,總圖布置充分考慮區域功能集中化,兩座高爐的礦焦槽聯合布置,水泵房、鼓風機站、制粉噴煤系統集中布置,主控樓一體化布置,在保證生產規模與工序流暢同時大幅節約占地面積,降低生產運營成本。

裝備現代化:山冶設計充分發揮核心技術優勢,通過對每個工序和生產環節技術方案的詳盡比較和科學論證,選擇國際上先進可靠的技術、裝備,實現工藝技術和裝備水平的先進性、可靠性與經濟性相結合。

采用聯合礦焦槽及“無人值守”全自動控制技術、高爐精料和布料控制技術、基于石墨安全墻的高爐長壽綜合技術、現代化出鐵場綜合技術、潔凈長壽型轉鼓法渣處理技術、改進型頂燃式熱風爐技術、煤氣凈化綜合技術、全自動煤粉制備和噴吹技術等核心技術,實現高爐裝備現代化。

制造智能化:高爐智能化系統充分考慮智能、自動控制技術的應用,采用了先進的過程檢測技術、智能化模型、設備專家管理系統、掌上工廠、無人化技術等,實現安全操作、綠色智控、減員增效的目的。

主控室采用一體化管控的模式,兩座高爐聯合管控,生產操作-協同優化-專家診斷的三層功能模式,采用大數據平臺,對生產、物流、設備信息等集中顯示,實現整個煉鐵產線物料流、能源流、質量流、價格流四流合一,形成全流程的一體化配礦、一體化配煤,生產、能源、物流、設備的協同優化;充分發揮基于信息化平臺的多種智能化模型,借助于成熟的自動化系統、各種智能診斷系統、設備管理系統、視頻監控系統等,實現礦焦槽、綜合水泵房等公輔崗位無人化值守。

發展綠色化:完備的通風除塵、降噪、節水等環保設施。采用高爐串聯軟水密閉循環冷卻技術,降低水耗及提高冷卻效果,利用污水處理后的濃鹽水作為渣處理系統的補充水,使水的循環使用率達到100%。采用超潔凈排放、有效強化除塵等技術,出鐵場、焦礦槽等環境除塵排放濃度≤8mg/m3,優于超低排放的標準要求;采用高爐爐頂均壓煤氣回收技術,大幅降低煤氣排放。

依托先進工程管理經驗,高質量打造高爐精品工程

山冶設計經過眾多總承包工程的不斷積累,形成了一套科學先進的項目管理體系和全流程管理機制,形成了數據化、表單化、信息化管理模式。

在萊蕪分公司1號高爐建設中,山冶設計通過科學的工程質量管理、進度管理、成本管理、信息管理、設備材料管理、交通管理、指揮協調管理等各項管理制度的協調統一,發揮多專業系統集成優勢,有力保證了工程建設穩步推進。

山冶設計戰勝工程體量大、交接面多、地基處理復雜的困難,尤其是突如其來的新冠肺炎疫情對設備供應、人員復工等產生的嚴重影響,在確保安全和質量的前提下,積極組織、協調各種資源和力量,減少工程建設受影響的程度。

山冶設計積極響應山東省新舊動能轉換的戰略決策,貫徹新發展理念,在項目規劃咨詢、總體設計、工程總承包建設等方面全面助力山鋼集團產業升級。在服務好山鋼集團的同時,山冶設計立足國內、放眼全球,持續為鋼鐵工業的發展提供優質、高效、節能、綠色、環保的服務?!。ㄉ揭痹O計 李慶洋 石小釗 魏淑超)