摘  要  对宝钢湛江两座5050m3高炉的工艺装备、设计优化、自主创新技术、节能环保技术等进行了阐述。在5050m3高炉的设计中，炉体设计充分吸收了宝钢3号高炉长寿经验，采用全铸铁冷却壁，同时还采用自主创新的BC-QS串罐无料钟炉顶、国产TRT、国产高炉鼓风机等设备，降低了企业建设和运营成本，提高了产品的竞争力。1号高炉顺利投产，截至2016年3月15日，高炉利用系数最高达2.37，燃料比最低480kg/t，煤比最高183kg/t，风温最高1280℃，取得了良好的生产指标。

关键词  特大型高炉 自主集成 技术装备

宝钢湛江两座5050m3高炉关键设备均为国产，实现了高炉工艺、技术、设备的自主设计和自主集成，达到了特大型高炉装备技术的国际先进水平。高炉于2013年3月开展设计，同年5月动工建设，1号高炉于2015年9月25日投产，2号高炉于2016年7月15日投产。湛江高炉顺利投产，使我国特大型高炉技术又上了一个台阶。本文重点对湛江高炉工程设计进行全面地总结。

1  主要工艺设计指标

湛江5050m3高炉的主要工艺设计指标见表1。

2  主要工艺装备

(1)槽下供料系统。两座高炉的矿槽、焦槽合并平行布置，焦炭采用分散筛分、集中称量的工艺烧结矿、块矿采用分散筛分、分散称量的工艺，设焦丁回收工艺。为提高上料能力和装料的灵活性，设置有中间斗。

(2)炉顶系统。采用串罐无料钟炉顶设备，减小布料偏析对炉况的影响，为高炉稳定操作打下良好的基础。采用了完全国产化的BCQS布料器，并设置了炉顶均压煤气回收装置。

(3)炉体系统。采用全铸铁冷却壁，有效降低了工程投资，配合良好的操作技术，使高炉的适应能力更强。高炉内型采用三段式炉身结构，有利于控制煤气流分布。采用纯水串联的密闭循环冷却系统，炉缸部位采用横行铸铁冷却壁，提高了冷却比表面积。采用超微孔大块炭砖，并设置了完善的检测系统，炉体设计寿命22年。

(4)出铁场系统。出铁场采用紧湊型平坦化布置，并设置上出铁场高架道路。采用全国产化的液压泥炮、开口机和移盖机，铁口上方风口平台宽。

(5)渣处理系统。水渣系统采用转鼓备用干渣坑工艺，两个出铁场各设置一套转鼓系统，粒化塔蒸汽采用80m的烟囱高空排放。

(6)热风炉系统。采用4座顶燃式热风炉，两烧两送交错并联的送风制度，设计风温1300℃。设置烟气余热回收，并配置前置预热炉进一步提高助燃空气温度。

(7)喷煤系统。采用了并罐+总管+炉前分配器的喷吹方式，设计煤比220kg/t，制粉能力250kg/。

(8)煤气净化系统。采用干法布袋除尘工艺，采用大直径除尘器，上进上出的布置工艺，既有利于煤气均匀分布，也方便了设备操作维护。

(9)TRT设施。国内5000m3级特大高炉上首套全国产化设备，采用了多项新技术，大幅提升了特大型高炉TRT国产化技术水平。

(10)鼓风机站。配置了3台AV-100轴向进气静叶可调式轴流压缩机组，其中1号和2号鼓风机为MAN公司制造，3号鼓风机为陕鼓制造，配套的55000kW电机均为日本 TMEIC公司制造。

(11)给排水设施。高炉采用了纯水密闭循环冷却系统，其二次冷却采用板式换热器，高炉生产新水消耗量270m3/h，吨铁新水耗量约0.56m3/t。

(12)除尘设施。出铁场和矿焦槽采用了布袋除尘器，出铁场还设置了一套屋顶除尘装置，有效改善了出铁场的环境。矿槽和焦槽分别设置除尘系统，便于除尘灰的有效回收利用。

(13)自动化控制系统。从生产全局出发，根据生产工艺的连贯性、分布位置及控制要求，对控制系统分区域、分级进行配置，采用网络技术，构成生产工艺对象的三电自动化控制系统。该系统由基础自动化系统L1、过程控制系统L2和生产制造执行系统MES共三级组成。

3  主要设计优化

3.1  总体设计优化

湛江钢铁作为宝钢”二次创业”的项目，对成本控制十分严格，在设计过程中始终以高效生产为准绳，让低成本、高效率、具备竞争力的高炉成为现实。为控制工程投资，开展了多版可行性研究与初步设计，在确保工艺方案可行的前提下，还结合宝钢4座高炉的建设、生产经验，进行了大量设计优化，使湛钢高炉单位炉容的投资做到了最低。

坚持“成熟、可靠、适用”的设计理念，采用仿真等技术手段优化工程设计。比如，铁水运输通过仿真分析，将铁水鱼雷罐车平均运输距离缩短到了900米，创造了国内大型鱼雷罐车短距离铁水运输的纪录，大幅减少了物流运输成本;结合湛江地区地质复杂、台风多、雷雨多、空气潮湿、大气有腐蚀性等特点，充分研究海边建厂的经验，组织专家团队进行论证，综合研究复杂地基处理的各种技术，采用抗台风、防腐蚀的先进技术，确保工程高效、实用和安全。

3.2  炉体设计优化

(1)炉型。消化吸收了宝钢3号高炉的经验，对炉型进行了充分研究，采用双炉身角设计使气流与炉料的运动更相适应，炉身适应操作气流变化的能力更强，炉况稳定性更好。1号高炉投产后，经受了“彩虹”台风休风和几次定休的考验，高炉恢复生产较快，铸铁冷却壁和双炉身角设计发挥了重要作用。

(2)冷却设备。基于宝钢3号高炉长寿的经验，一方面，全铸铁冷却壁高炉有自身的优势，如更容易操作，炉况不顺更容易恢复等。另一方面，目前铸铁冷却壁制造质量和维护技术也有了较大提升，即便是炉役后期有损坏，也可通过计划休风快速修复。而铜冷却壁高炉也有自身的劣势，如容易导致炉墙结厚，渣皮脱落导致边沿气流难于控制，对各种影响因素更加敏感，操作调控难度加大等。因此，经过反复研究，决定采用全铸铁冷却壁，有利于高炉日常操作，同时也有效降低了工程投资。

(3)冷却水系统。采用了一串到顶的冷却水系统，尽管总水量减少，但单管水量却增加了，效率更高，投资更省。纯水I系统冷却炉底水冷管、炉缸横形冷却壁、炉腹至炉喉冷却壁，经炉顶脱气罐脱气后返回泵站。在纵向上分为三段，三段串联，便于系统进行热负荷检测和系统检漏。纯水Ⅱ系统为纯水I系统的回水增压系统，该系统分为三个支路并联，分别冷却风口中套、直吹管、热风炉阀门。

该系统最大的特点是:纯水Ⅱ系统的水全部是经过了炉顶脱气罐脱气的、有效减少了增压系统带气运行的风险。在脱气后增压循环不会导致增压系统水温升高太高，实践证明、纯水Ⅱ系统的排水温度比纯水I系统仅高约2-3℃。

3.3  总图设计优化

总图布置上，采用半岛式布置，通过设计优化，高炉到炼钢的平均距离缩短到了900m，并且在出铁场的罐口区域增加防雨设施，有利于减少铁水运输过程中的温降。

两座高炉的中控室合并布置，通过高架通道连接两座高炉出铁场、具有布置紧凑、占地面积小及土建投资省的优点。同时，操作岗位人员可以减少、生产维护人员可以集中，便于生产组织管理。两座高炉的矿焦槽系统、循环水系统和喷煤系统也分别合并布置，有效节省了工程投资和占地面积。

4  自主创新技术

多年来，由于国外供货商的技术垄断，中国大型高炉的关键核心装备还是依赖于引进，增加了钢铁企业建设和运营成本，影响了产品的竞争力。在湛江高炉上集中采用大量自主创新技术，不仅极大地降低了工程投资，而且使高炉主要技术指标达到国际一流水平。

4.1  无料钟炉顶设备

大型高炉无料钟炉顶设备以往长期靠引进2009年，湛江高炉大型无料钟炉顶联合攻关小组正式成立，瞄准国际一流水平，开发具有国内自主知识产权和核心竞争力的高炉无料钟炉顶设备。在4年多的时间里，经理论研究、样机制造、实验研究，以及1:1试验装置开展冷态、热态及模拟布料测试，开发出国产BCQS无料钟炉顶设备。

BCQS无料钟炉顶设备具有结构简单、故障率低、投资低等特点，主要采用了以下技术:①创新性开发布料器液压复合控制技术，布料器a角控制精度在±0.1°以内，达到国际领先水平。②布料器采用新型水冷及密封结构，设备冷却强度提高，密封可靠，冷却水消耗在10-15t/h，氮气消耗在800m3/h以下，降低了设备运行成本。③布料槽采用卡挂式结构，拆卸安装方便，更换时间可控制在4h以内。④改进布料器导轨结构，将整体式导轨改为装配式结构，并增加润滑措施，配合布料器三缸液压同步控制技术，克服导轨磨损间题，延长布料器整体的使用寿命。

湛江1号高炉投产以来，BCQS无料钟炉顶运行情况良好，主要性能指标达到国际先进水平，成功替代进口产品，完全满足大型高炉的生产要求。

4.2  顶燃式热风炉

顶燃式热风炉具有风温高、投资低、结构稳定等特点，已成为目前热风炉技术发展的主流方向。然而，宝钢外燃式热风炉和操作方式也有自身的特色，设计过程中吸取了宝钢外燃式热风炉的经验，对顶燃式热风炉进行了改进，集成涡流喷射燃烧技术和宝钢外燃式热风炉管系技术，使湛江高炉的顶燃式热风炉更加完善、主要在以下方面作了改进:①依据外燃式混风室的成熟设计理念，为4座顶燃式热风炉配置4座独立混风室，改善热风出口炉壳及耐材的工作条件，解决顶燃式热风出口容易出现管壳发红等问题。同时，还降低了热风主管和支管的风温，有利于提高管系的结构稳定性和寿命。②各孔口均采用自锁式组合砖技术，有效改善各孔口的受力状况，提高砌体的稳定性。③根据热风管系的布置，采用分析软件优化波纹管和拉杆的设置，并设计与管系相适应的耐材砌体结构，确保热风管道耐材在1300℃的风温下长期安全运行。④为热风炉配置前置燃烧炉及烟气余热回收系统，确保在单烧高炉煤气的条件下，实现1300℃的高风温。

4.3  TRT设备

目前，全球运行的5000m3级特大高炉的TRT设备主要从日本三井、川崎重工等引进。湛江高炉的TRT设备是通过联合攻关，自主开发的5000m3级特大高炉首套国产化设备。

每座高炉配套建设一座干式TRT设备，采用干式轴流反动式透平机，配套水冷无刷励磁同步发电机，额定功率33MW。当高炉短期休风时，为避免频繁启停机，TRT发电机可转换成电动机运行。为确保TRT设备安全运转，所有的保安信号均与快速切断阀联锁，当其中某一信号输出时，该阀自动快速关闭，使机组停止运转。同时，配套设置的减压阀组中的快开阀同步开启，以保证炉顶压力的稳定。

为了大幅提升特大型TRT设备国产化技术水平，主要采用了以下新技术:①改进安保系统控制。确保在极端故障状态下，TRT及减压阀组具有“三断(断油、断电、断信号)保护”功能。②改进关键零部件材料适用性。通过开发性能更好的新型TRT阻垢缓蚀剂，有效改善设备耐腐蚀、耐冲刷性能。③采用改进的热喷涂工艺，并增加喷丸工艺，进行叶片表面处理，有效提高了涂层与叶片材料基体的结合性。④优化透平设备结构。开发新型叶片、改进流道设计、改进扩压器结构，可以减少阻损，从而提高发电量。

4.4  鼓风机

鼓风站配置了3台鼓风机，其中3号鼓风机组为全国产化首台5000m3级高炉鼓风机，其气动性能和机械性能等各项指标均满足了设计要求，各主要指标与德国MAN公司鼓风机相当，达到了国际先进水平，也实现了5000m3级高炉鼓风机国产化的突破。3号鼓风机组主要有以下几个特点:①采用轴向进气结构，相比传统的径向进气结构，减小了进气管道的阻损，降低整机功率消耗约1％;同时，该结构可以降低风机机组安装平台高度，降低基建投资费用。②风机轴承箱与机壳固定，转子与机壳的同轴度调整更加容易。③机壳由静叶承缸、静叶调节缸和外缸三层组成，完整的外缸对静叶调节结构形成有效的保护，防止灰尘的进入和噪音外泄，保持静叶承缸和调节缸的温度均匀，有效防止了入口空气温度较低时机壳前部的结露。④控制系统在保护机组安全的同时，可实现定风量、定风压、热风炉充风、富氧控制等一系列高炉生产工艺控制要求。

5   主要节能环保技术

5.1   竖直环保筛

湛江高炉槽下烧结矿和焦炭的筛分均采用新型竖直环保筛，有以下几个特点:①占地面积小，工艺布置简洁，更换筛网及维修方便。②物料筛分充分，筛分效率高。③结构紧凑，整体密封性好，避免粉尘飞扬，环保效果好。

5.2   煤气干法布袋除尘及喷淋塔

高炉煤气干法布袋除尘已取代湿法除尘得到广泛应用，但普遍存在着故障率高、运行不稳定等问题。在汲取兄弟单位干法除尘成功运行经验的基础上，湛江高炉干法除尘采用了符合特大高炉高效、环保的工艺技术和设备，其主要技术特点包括:①大直径除尘器，煤气顶进顶出，既有利于煤气均匀分布，也便于设备维护，提高了运行的安全性。②输灰采用浓相流态化气力输灰技术，输灰系统稳定运行，提高输灰设备的使用寿命。③在输灰管道上设置自动排堵装置，减轻人工维护工作量。④净煤气管道内壁喷涂耐酸耐蚀涂料，提高了管道的防腐性能，延长管道的使用寿命。

为保证高炉煤气柜安全并降低全厂煤气管网投资，需控制煤气管网温度≤60℃，为此，在减压阀组和TRT后配套设置了一座喷淋塔。该喷淋塔不仅能将净煤气温度降至允许的温度范围，同时，可使氯离子及酸性物质析出，溶入喷淋水中。通过塔内格栅均流装置，使煤气均匀分布。让降压后的紊乱煤气直接进入塔内缓冲，塔体外部采用多层保温隔声包扎。这些措施使喷淋塔取代了传统工艺中的消音器的作用，既节省了投资，也提高了可靠性。

高炉煤气喷淋塔集除酸、降温、脱水、消音等功能于一身，是世界上5000m3级高炉上的首次完整运用，为解决全干式布袋除尘引起的煤气管网及设备腐蚀问题，提供了一种有效的解决方案。

5.3   均压煤气回收

炉顶均压煤气放散是炉顶最主要的粉尘污染源和噪音源，本次设计采用了中治赛迪自主知识产权的炉顶均压煤气干法回收技术。炉顶均压煤气经旋风除尘器及均压煤气回收设施在煤气净化系统的喷淋塔后汇入净煤气管网，实现废弃能源回收、节能、减少碳排放和粉尘排放的目的，还降低了生产成本。该装置可实现85％以上的均压煤气回收，每座高炉减少煤气放散2600万m3/a，减少CO2直接排放约1.2万t/a，减少粉尘排放约400t/a，实现煤气回收效益250万元/a。具有良好的环保效益和经济效益。

5.4   热风炉热均压

热风炉炉内高压气体回收，是将一座热风炉排压释放的高压气体，通过充压、排压管道充入另一座正在充压的热风炉中，实现对排压气体的回收利用。该技术能够减少送风过程中风量、风压的波动幅度，有利于高炉炉况的稳定，同时还回收利用了热能和余压。从1号高炉运行效果看，风压波动可减小到10kPa左右。

5.5   鱼雷罐车加盖

湛江高炉380t鱼雷罐车设有加盖装置，既能降低运输过程中鱼雷罐中铁水的温降，又可以抑制烟气的排放，达到节能减排的目的。生产实践证明，鱼雷罐车加盖后，能够大幅减少烟气的排放，铁水温降明显减小，起到了节能减排的效果。

5.6   除尘设范

在矿槽和焦槽分别设置一套除尘设备，捕集的矿粉送至烧结回收利用，而焦粉送至配煤槽利用，大幅提高了原燃料的利用率。

在C1、C2出铁场各配置一套除尘设备，合理设置除尘点及风量分配，在不影响工艺操作前提下封闭尘源。同时，优化除尘器结构，装填国产优质覆膜滤料，在适宜滤速下实现低阻运行和高效集尘，粉尘排放达到国家特别排放限值的要求。通过以上措施，出铁场除尘系统表现出良好的控尘和集尘效果，改善了现场操作环境。

6   生产效果

1号高炉投产后，主要设备运行情况良好，各项生产指标稳步提升。截至2016年3月15日，利用系数最高达2.37，燃料比最低480kg/t，煤比最高183kg/t(如图1所示)，风温最高1280℃，顶压最高0.255MPa。出铁场铁口、摆动溜槽等部位均取得了良好的除尘效果。