对于高炉的设计与创新,山东省冶金设计院股份有限公司(以下简称:山冶设计)一直走在炼铁行业的前沿,从未停止探索的脚步。围绕高炉高效、低耗、长寿、环保等方面的发展,山冶设计持续跟踪研究,自主创新,取得了一系列关键技术成果。通过EPC总承包模式,将一系列先进实用、成熟可靠、绿色低碳、清洁环保的综合性技术应用于山钢集团产业升级项目中,打造了“日照钢铁精品基地高炉精品工程”和“莱芜分公司新旧动能转换高炉精品工程”。

一、引领特大型高炉技术发展,支撑特大型高炉绿色智能化运行

山钢集团日照钢铁精品基地项目是国家部署优化调整钢铁产业结构的大背景下,经国家发改委核准的山东省钢铁产业结构调整重点示范性项目。日照钢铁精品基地2座5100m3高炉,由山冶设计总体规划、自主设计并采用“EPC”总承包模式建成,是目前国内外采用“EPC”模式建成的最大容积的高炉。该工程优化集成了一系列的高效长寿、节能降耗、绿色低碳先进工艺技术。

特大型高炉长寿技术,延长高炉生命周期

建立“隔离”和“引导”的长寿设计理念,借助理论分析和数值模拟相结合的手段,有效解决了限制高炉长寿的突出问题。

?建立合理的炉缸传热体系:保证炉缸长期稳定形成自保护性渣铁凝滞层,将渣铁与耐材“隔离”。

?“自适应操作型炉缸炉底”结构:采用“引导”的理念,引导炉底炉缸侵蚀向“锅底状”发展,引导炉芯温度保持在合理的范围。

?“平滑型”炉缸铁口区过渡技术:通过合理增加铁口区域炭砖厚度和“平滑型”过渡的措施,减少铁水对铁口区耐材的冲刷侵蚀。

?安全可靠的炉缸炉腹过渡衔接技术:彻底解决炉缸和炉腹冷却壁衔接部位结构烧损的问题。

先进全流程工艺装备,实现高炉的高效、智能化生产

“联合矿焦槽”及“无人值守”全自动控制技术:减少物料中转和运输路径,节省项目占地和投资,降低运行成本。通过综合应用称量误差自动补偿技术、称量斗在线自动校准技术、槽上卸料小车自动精准定位技术、转运站全自动化取样等创新型技术,实现矿焦槽“无人值守”全自动控制。

改进型串罐无料钟炉顶设备:布料方式多样、灵活,实现炉顶布料的全自动控制。提高布料精度,通过装料制度助力煤气利用率的提高。

先进可靠的出铁场设备,最大限度地实现炉前操作机械化、自动化:采用大功率液压泥炮和开口机,采用国内首创的液压落地旋转式移盖机,采用自主研发的“新型自然风冷贮铁式主沟”专利技术。

特大型高炉顶燃式热风炉技术,助力高炉高效低耗生产:采用四座特大型顶燃式热风炉,预热系统采用前置预热炉+板式换热器的方式,烧炉采用纯高炉煤气,实现风温1260℃。

洁净长寿型转鼓法渣处理技术,提高渣处理系统运行稳定性和可靠性:对易侵蚀部件的结构和材质进行了优化和提升。改进了传统INBA法热水池和集水池集中相邻布置在转鼓下方的设计方案,并设置细渣过滤池,大大提高冲渣水的洁净度,最大限度降低设备和管道磨损。

优化的煤粉制备和喷吹技术,采用旋转给料机精确控制喷煤量,实现全自动精准喷吹,助力富氧大喷煤操作。

紧凑型铁钢界面技术,实现铁钢协同生产

对铁钢界面物质流、能量流和信息流的协同问题进行分析论证,研发了“PBC-380型超大型汽车运输铁水”紧凑型铁钢界面技术。该技术具有占地少、投资省、低能耗、低成本以及生产组织灵活可靠、物流管理先进智能等显著优点。

实现了铁包智能组配与调运,为“一包到底”汽车运输技术的成功应用提供技术支撑,实现了炼铁-炼钢界面协同生产。

完善的节能环保技术,实现绿色低碳的可持续化生产

现代化出铁场综合技术:出铁场平坦化、机械化、环境绿色化。渣铁沟全封闭除尘,渣铁沟及摆动溜槽盖板采用创新改进的嵌入式迷宫密封环保型铸钢盖板,杜绝粉尘外泄。出铁场各产尘区域均设计完善的除尘装置,除尘后的岗位粉尘浓度≤8mg/m3,排放粉尘浓度≤10mg/m3。

煤气净化综合技术:自2002年,山冶设计将煤气全干法除尘技术首次在国内(莱钢3#750m3高炉)成功应用,此技术在国内得到广泛推广应用,已成为现代高炉炼铁设计首选技术。经过多年的经验积累,山冶设计将“高效螺旋筒式旋风除尘器技术+煤气全干法除尘”的煤气净化综合技术成功应用于日照精品基地特大型高炉。经过布袋除尘器的煤气含尘量达到5mg/Nm3以下,TRT吨铁发电量提高到了54kWh/t。

自主研发炉顶均压煤气回收技术:山冶设计将自主研发的创新型炉顶均压煤气回收技术成功应用于日照精品基地特大型高炉,实现了料罐残余煤气的高效回收。

日照精品基地1#和2#两座5100m3高炉分别于2017年和2019年点火开炉,开炉后快速达产达效,目前两座高炉均稳定顺行,各项生产技术指标处于行业领先水平。

日照钢铁精品基地项目,荣获“十三五”钢铁工业创新工程奖。山冶设计在项目规划咨询、总体设计、工程总承包建设等方面成功跨入国内外先进行列,为日照精品基地实施“精品制造、智能制造、高效制造、绿色制造”战略,建成绿色智能化梦工厂目标的实现打下了坚实的基础。

二、发挥核心技术优势,依托先进的工程管理,助力莱钢新旧动能转换

新旧动能转换是山东省供给侧结构性改革的重大举措。山钢股份莱芜分公司新旧动能转换项目是以新技术、新工艺实施改造和装备升级,打造传统产业改造升级示范工程。该公司两座3800m3高炉是山冶设计采用EPC总承包模式建设的又一个精品高炉工程。

2.1发挥总体设计和核心技术优势,助力绿色智能制造提档升级

山冶设计积极创新设计思路和设计方法,充分分析研究了3000m3级别高炉的设计及技术装备特点,结合莱钢发展战略,强调自主研发、自主创新,协同优化,努力在布局合理化、装备现代化、制造智能化、发展绿色化上实现新突破。

布局合理化:充分发挥山冶设计总体设计优势,构架新一代钢铁工厂最优化的钢铁制造流程和整体技术方案。

充分结合现有厂区总图布置和地形条件,将高炉炼铁区域的地坪标高分为两个台阶。两个台阶的设置充分考虑铁水运输物质流、原燃料物质流、能源介质流、信息流的最优化,并尽可能降低高炉区域的土石方量,节省投资。厂区的人流、物流及铁水运输通道功能分区更加合理;铁水车运输通畅基础上专道专用,增强运输安全性。在此基础上,总图布置充分考虑区域功能集中化,两座高炉的矿焦槽联合布置,水泵房、鼓风机站、制粉喷煤系统集中布置,主控楼一体化布置,在保证生产规模与工序流畅同时大幅节约占地面积,降低生产运营成本。

装备现代化:山冶设计充分发挥核心技术优势,通过对每个工序和生产环节技术方案的详尽比较和科学论证,选择国际上先进可靠的技术、装备,实现工艺技术和装备水平的先进性、可靠性与经济性相结合。

采用联合矿焦槽及“无人值守”全自动控制技术、高炉精料和布料控制技术、基于石墨安全墙的高炉长寿综合技术、现代化出铁场综合技术、洁净长寿型转鼓法渣处理技术、改进型顶燃式热风炉技术、煤气净化综合技术、全自动煤粉制备和喷吹技术等核心技术,实现高炉装备现代化。

制造智能化:高炉智能化系统充分考虑智能、自动控制技术的应用,采用了先进的过程检测技术、智能化模型、设备专家管理系统、掌上工厂、无人化技术等,实现安全操作、绿色智控、减员增效的目的。

主控室采用一体化管控的模式,两座高炉联合管控,生产操作-协同优化-专家诊断的三层功能模式,采用大数据平台,对生产、物流、设备信息等集中显示,实现整个炼铁产线物料流、能源流、质量流、价格流四流合一,形成全流程的一体化配矿、一体化配煤,生产、能源、物流、设备的协同优化;充分发挥基于信息化平台的多种智能化模型,借助于成熟的自动化系统、各种智能诊断系统、设备管理系统、视频监控系统等,实现矿焦槽、综合水泵房等公辅岗位无人化值守。

发展绿色化:完备的通风除尘、降噪、节水等环保设施。采用高炉串联软水密闭循环冷却技术,降低水耗及提高冷却效果,利用污水处理后的浓盐水作为渣处理系统的补充水,使水的循环使用率达到100%。采用超洁净排放、有效强化除尘等技术,出铁场、焦矿槽等环境除尘排放浓度≤8mg/m3,优于超低排放的标准要求;采用高炉炉顶均压煤气回收技术,大幅降低煤气排放。

依托先进工程管理经验,高质量打造高炉精品工程

山冶设计经过众多总承包工程的不断积累,形成了一套科学先进的项目管理体系和全流程管理机制,形成了数据化、表单化、信息化管理模式。

在莱芜分公司1号高炉建设中,山冶设计通过科学的工程质量管理、进度管理、成本管理、信息管理、设备材料管理、交通管理、指挥协调管理等各项管理制度的协调统一,发挥多专业系统集成优势,有力保证了工程建设稳步推进。

山冶设计战胜工程体量大、交接面多、地基处理复杂的困难,尤其是突如其来的新冠肺炎疫情对设备供应、人员复工等产生的严重影响,在确保安全和质量的前提下,积极组织、协调各种资源和力量,减少工程建设受影响的程度。

山冶设计积极响应山东省新旧动能转换的战略决策,贯彻新发展理念,在项目规划咨询、总体设计、工程总承包建设等方面全面助力山钢集团产业升级。在服务好山钢集团的同时,山冶设计立足国内、放眼全球,持续为钢铁工业的发展提供优质、高效、节能、绿色、环保的服务。 (山冶设计 李庆洋 石小钊 魏淑超)