阐述了马钢3200m³高炉的设计特点，并从智能化炼铁及超低排放等方面进行了探讨分析。在马钢3200m³高炉设计中，以“先进实用、成熟可靠，长寿环保”为原则，采用国内外先进技术及设备，设备和材料的选择立足于国内，总体工艺技术及装备水平达到同类型高炉的先进水平。高炉投产后，生产指标逐步上升并保持稳定，高炉月平均利用系数最高达到2.5以上，月平均燃料比最低486kg/t。

　　马钢二铁总厂4号高炉（3200m³）是马钢为了平衡铁钢轧生产能力、提高企业竞争力而新建的一座大型化、现代化高炉，设计年产炼钢铁水270万t 。4号高炉主体由中冶南方以EPC总承包模式新建。设计以“先进实用、成熟可靠、长寿环保”为原则，采用了国内外一系列先进技术，除极少数关键设备和材料引进外，设备和材料的选择主要立足玉国内，总体工艺技术及装备水平达到了同类型高炉的先进水平。

　　（2）生产情况。4号高炉于2016年9月6日建成投产。投产后，迅速达产（10天），生产指标逐步上升并保持稳定（见表2）。投产以来，没有出现过因设备和外围条件而造成高炉非计划休风的情况。高炉月平均利用系数最高超过2.5（2017年12月），月平均燃料比最低486kg/t。

　　（1）矿焦槽系统。焦、矿槽采用并列共柱紧凑式布置，槽下设一条供料皮带。不设集中称量，以减少原料跌落，降低粉化率。烧结矿、球团矿、块杂矿和焦炭在槽下进行分散筛分、分散称量，并对小矿、焦丁进行回收。开云 开云体育APP

　　（2）上料系统。上料主皮带宽1800mm，带速2m/s，倾角11.89°，提升高度约66m，采用两组共4台电机传动，采用进口变速箱，主皮带传动房内设有检修用10t单梁悬挂吊。

　　（3）炉顶系统。采用pw串罐无料炉顶设备，气密箱原装进口，料罐有些容积70m³。为提高上料能力，上料闸和上密封阀规格分别为DN1450和DN1600.投产后，增加了炉顶均压煤气回收设施设计。

　　（4）粗煤气系统。采用重力除尘器+切向旋风除尘器串联进行粗煤气除尘，以减轻后续干法布袋除尘器负荷。粗煤气上升管和下降管为5通球结构。除尘器下部排灰装置双系列，设4台DN300液动卸灰球阀、1台螺旋清灰机。瓦斯灰加湿后采用汽车外运。

　　（5）炉体系统。采用强化炉型、砖壁合一薄内衬。全冷却壁结构、炉腹、炉腰、炉身下部4段为锻造钻孔铜冷却壁，采用联合软水密闭循环冷却系统，炉缸关键部位引进日本NDK超微孔炭砖。

　　（6）出铁场系统。无填沙层、完全平坦的矩形出铁场，两个出铁场各设2个铁口，出铁场下共设置4条铁路线t鱼雷罐车装运铁水。设置了汽车上出铁场高架桥和叉车上风口平台通道。采用全液压开铁口机、泥炮及旋转式揭盖机，开铁口机可实现机旁手动和液压遥控操作，采用电动+手动备用的新型结构摆动流槽。炉前设置了合理而完善的通风除尘设施。

　　（7）渣处理系统。采用环保底虑法渣处理工艺。每个出铁场设1套环保底虑法渣处理装置，并配1个干渣坑。水渣用抓斗吊车抓到汽车上外运。

　　（8）热风炉系统。热风炉系统设置3座高风温顶燃式热风炉。采用了喷射涡流式燃烧器、拱顶与大墙完全脱开结构。砌体滑动结构和膨胀结构。无托梁独立炉箅子支撑系统等先进技术。采用热换器回收烟气余热，同时预热煤气和助燃空气。

　　（9）喷煤系统。制煤系统设置2个系列（2台中速磨）、喷吹系统设置1个系列（三罐并列）。喷煤设施与另外1座2500m³和1座1000m³高炉输粉设施集中布置于同一厂房。

　　（10）煤气净化系统。采用干法布袋除尘工艺，即：重力除尘→切向旋风除尘→干式布袋除尘→TRT（或减压阀组）→洗净塔→3m煤气水封→净煤气总管。设15个DN6000干法筒体，1个DN6000的储灰仓。洗净塔内做特殊防腐处理，设有煤气水PH值自动检测、自动喷碱装置。

　　（11）鼓风机站。采用1台AV90型静叶可调轴汽动鼓风机供风，并设置空气过滤加湿系统。配置2台220t/h全烧高炉煤气锅炉，并预留一套60MW汽轮发电机组。利用现有两座2500m³高炉的鼓风机作为备用。

　　（12）水处理设施。设置有主循环水泵站（含软水、净化水、直排水）、鼓风机泵站、渣处理泵站。煤气洗涤浊环水泵站。

　　（13）通风除尘设施。出铁场和原燃料系统均采用布袋除尘器。出铁场系统除尘设施2套，原料系统除尘设施1套，设有完善的通风空调设施。

　　（14）自动化控制系统。实现电气、仪表和控制三电一体化，设置两级自动化控制系统，即基础自动化和过程控制自动化。预留专家系统的接口和界面。1级和Ⅱ级之间采用网络通信。基础自动化系统根据实用，可靠原则配置。

　　（1）高炉炉型。薄壁高炉的设计炉型基本上就是操作炉型，设计炉型是否合理将直接影响到高炉操作稳定和高炉长寿。4号高炉炉型特点：

　　a.较大的炉腰直径（D=13900mm）.炉腰部位是软熔带形成区域，孔隙度最低，透气性最差，较大的炉腰直径可降低此区域的煤气流速，改善透气性，有利于软熔带根部的稳定和炉况顺行；从生产实际看，炉腰直径越大，高炉越容易接受风量，透气性越好，有利于降低炉内压差。

　　b.适当的炉身高度（h4=17900mm,Hu/D=2.216）既有利于炉料的顺行，又有利于稳定炉腹渣皮，延长炉腹寿命。另外，还增加了风口组合砖上层的砖厚（510mm），大大改善了风口冷却壁的工作环境，为高炉长寿创造更好条件。

　　c.合理的炉缸直径（d=9000mm）及炉缸高度（h1=5000mm），既能有效促进炉缸中心活跃，又能保证风口前有足够的回旋区空间，有利于大喷煤条件下煤粉的充当燃烧及高炉下部料柱的透气（液）性的改善。

　　d.适当的死铁层深度（h0= 2500mm）,既可减小铁水环流速度，减轻铁水对炉底炉缸砖衬的冲刷，有利于延长炉底炉缸寿命，又可防止因死铁层过深而引起铁水渗透侵蚀加剧，影响炉缸下部的炉底稳定保护层的形成。

　　a.炉底炉缸耐材配置。炉底炉缸是高炉长寿的关键部位，选择合理的炉底炉缸结构对整个高炉长寿具有重要意义。4号高炉采用了“陶瓷杯+大块碳砖炉底炉缸结构”，炉底砌筑国产石墨砖，国产微孔碳砖和日本NDK超微孔碳砖，碳砖上立砌刚玉莫来石砖；炉缸外侧砌筑日本NDK超微孔碳砖，国产微孔碳砖；炉缸内侧砌筑微孔刚玉砖，炉底炉缸交接处采用加厚结构；进口超微孔碳砖与冷却壁之间缝隙，采用进口高导热炭素捣打料。

　　b.风口区域内衬。风口区域是一个承上启下的区域，此区域内衬的结构和材质对高炉寿命影响很大。4号高炉整个风口区采用微孔刚玉大块组合砖砌筑，同时增加风口区铸铁冷却壁和炉腹铜冷却壁交接处组合砖耐冲刷和侵蚀的能力。风口带炉壳与冷却壁之间的缝隙采用特殊浇注料，这种浇注料不仅具有优良的导热能力，能迅速将炉内的热量传递给水冷系统，而且还具有良好的常温耐压强度，可防止煤气窜漏。

　　c.砖壁合一，薄内衬结构。2001年，砖壁合一，薄内衬结构技术最先在武钢1号高炉应用，随后得到了迅速推广，取得了很好的长寿效果。在一代炉役不喷补，不更换冷却壁，不中修的条件下，高炉寿命可达18年以上。其优点是：高炉设计炉型基本上接近操作炉型，高炉达产快，一代炉役中炉况稳定，顺行，高产，低耗；铜冷却壁和双层水冷铸铁冷却壁的应用，实现了高热负荷区（炉腹炉腰及炉身中下部）冷却壁无过热化：冷却壁燕尾槽镶砖，砖衬可得到有效支撑，且不会生产膨胀叠加。4号高炉采用了砖壁合一，薄内衬结构，铜冷却壁和双层水冷铸铁冷却壁镶砖采用SI3N4-SIC砖，单层水冷铸铁冷却壁镶砖采用浸磷酸黏土砖。

　　d.冷却设备配置。冷却设备形式和结构的选择及其安装，是影响高炉寿命的重要因素。4号高炉采用全冷却壁结构，它具有冷却面积大，冷切均匀，炉型稳定，省，安装方便等诸多优点。集成的砖壁合一强化冷却技术（冷却壁设计，安装，检漏及维护）薄壁内衬技术、新型铸铁冷却壁及铜冷却壁技术，以及联合软水密闭循环冷却技术，可确保高炉长寿。炉腹、炉腰和炉身下部采用锻造钻孔铜冷却壁，以保证高热负荷和高热冲击区域的长寿。炉身中部设置了双层水冷球墨铸铁冷却壁，保证冷却强度，实现热负荷的阶梯过渡。炉身铸铁冷却壁采用无剪切固定方式，即“固定点+滑动点、浮动点”方式，以消除 冷却壁壁体变形和冷却水管被剪断现象的发生。

　　（3）联合软水密闭循环冷却技术。联合软水密闭循环冷却技术为中冶南方发明专利技术，已在全国各大钢铁企业高炉上广泛应用，经过了几十座高炉的检验，均得到业主高度评价，明显优于其他冷却系统。4号高炉联合软水密闭循环冷却系统采用并联加串联的方式，将炉底、冷却壁、风口中小套，直吹管、热风炉（热风阀、倒流休风阀）合成一个系统，具有系统简单、节约、运行费用低等优点。该系统具有自动排汽、自动稳压、自动检漏、自动补水功能，可靠性高；并充分考虑了极端情况下各种工况的备用措施，设置了完善的检测和监测设施。

　　(1)环保矿焦槽供料系统。矿焦槽系统除尘采用1套低压长袋脉冲布袋除尘设施，负压抽风，风压5500KPa，除尘风量110万m³/h。除尘范围包含矿焦槽槽下，碎矿，碎焦筛分间，主皮带尾部转运站，矿焦槽槽上和部分槽前转运站。槽上、槽下物料运输全部采用胶带运输，各尘源点全密闭抽风。槽下筛分采用密闭环保筛。

　　（2）环保出铁场系统。出铁场除尘系统采用2套低压长袋脉冲布袋除尘设施。负压抽风 ，风压5500KPa，每台除尘风量100万m³/h。除尘范围涵盖铁口上部、铁口侧部、砂口侧部、砂口、摆动流嘴、渣沟等部位。出铁口除尘采用顶吸+侧吸方式、并对铁口区域进行有效围封。渣铁沟及摆动溜槽设置带耐火浇注料隔热的嵌入式钢盖板，既防止粉尘外泄，又保持整个出铁场的平坦、美观。出铁场平台采用环氧地坪，设置有绿色安全通道及黄色警戒线标志，出铁场平台至主控室设有安全观光通道。

　　（3）环保渣处理系统。采用环保底滤法冲渣工艺，2套系统完全独立，每套系统2个底滤池，轮流使用。环保底滤法渣处理工艺设备少，布局紧凑，作业率高，可靠性好。每次抓渣结束后进行一次反冲洗，有效防止滤层板结，保证过滤效率和延长滤层使用寿命。在粒化塔上部烟囱设有蒸汽喷淋系统，大幅减少蒸汽排放，节水效果显著。另外，与传统底滤法工艺相比，环保底滤法水渣品质好，水含量低。

　　（4）炉顶均压煤气回收系统。目前，国内绝大多数高炉炉顶料罐均压煤气采用直接对空放散，造成资源浪费，同时放散过程产生噪音、废气和粉仓，污染环境。如何高效、清洁、安全地回收高炉均压煤气，已成为钢铁企业对环保和经济的需求。4号高炉采用“自然回收+引射回收”工艺对炉顶均压煤气进行回收。采用“自然回收”工艺可回收70%的均匀煤气，而采用“自然回收+引射回收”工艺则可实现近85%的均匀煤气回收。粗略估算，该系统投入使用后，每年可减少粉尘排放量约200t以上，减少CO2排放量约420万m³。

　　（1）小矿回收和焦丁回收工艺。小矿回收是指回收高炉返矿（＜5mm）中的粒级≥3mm（粒级3~5mm）的部分。小矿回收利用，可降低小矿返回烧结厂的运输成本和加工成本。马钢2500m³高炉从1999年就开始回收利用小矿，并取得了相当成熟的经验和良好的经济效益。4号高炉在设计时进一步优化了小矿回收工艺，将回收系统与槽前转运站合建，使小矿称量斗直接放置在主皮带尾部上方，并将小矿称量斗容积增大到20m³，最大程度减少高炉加小矿时的亏料时间，根据马钢2500m³高炉一年及国内其他应用小矿回收技术高炉的经验，按照70kg/t回收率计算，3200m³高炉一年回收利用小矿产生的经济效益可达2000万元以上。

　　焦丁回收目前已在国内高炉上普遍采用，焦丁回收是指槽下碎焦中粒级在10~25mm（范围可根据生产情况调整）的小块焦，使用过程中焦丁称量后与矿石混装入炉。该工艺具有如下主要特点：置换冶金焦的置换率高，置换率约在1~1.19可改善软熔带矿层的透气性和还原性；可减少风口前焦粉生成量，目前4号高炉焦丁回收量在30kg/t以上。

　　(2) 联合软水密闭循环冷却技术，联合软水密闭循环冷却技术既是高炉长寿技术，也是节能降耗技术。国内高炉软水冷却系统可分为独立软水密闭循环系统和联合软水密闭循环系统，独立软水密闭循环系统一般包括几个独立循环系统，而联合软水密闭循环系统大大简化了设备配置。减少了泵组、阀门、脱气罐、膨胀罐等设备，管道量大大减少，总比独立软水系统减少约18%，联合软水密闭循环系统充分利用了冷却水回流至泵站后的余压，具有显著的节能效果，总体运行费用较3个独立的软水密闭循环系统减少15%，1座3200m³高炉一年节省的运行费用可达600万元以上。4号高炉采用联合软水密闭循环冷却技术，冷却系统总水量为4760m³/h。

　　（3）TRT发电。正常情况下，4号高炉煤气经布袋除尘器净化后进入TRT系统，TRT发电机容量22000KW,目前发电量约45KW.h/t。

　　（4）热风炉双预热。单座热风炉燃烧后的烟气量为20.6万m³/h，温度300~350℃，采用高效板式换热器，将煤气和助燃空气均预热到180℃以上。

　　（5）热风炉废气余热利用。热风炉废气具有含氧量少，温度较高、气量大等特点，设计引部分热风炉废气至喷煤的制粉系统，并于烟气炉高温气混合后用作制粉系统煤粉的干燥剂，以节约能源。

　　今年来，随着计算机模拟、人工智能、大数据等技术迅猛发展，高炉冶炼专家系统，生产数据远程监控及诊断系统、可视化高炉技术、遥控及无人操作技术等先进技术逐渐在更多的高炉应用，智能化炼铁已成为未来炼铁发展的重要方向。针对4号高炉而言，提出如下两点建议。

　　（1）4 号高炉底滤法渣处理工艺，采用人工操作桥式抓斗起重机对渣粒进行抓取（人工抓渣）并装车外运。人工抓渣操作环境恶劣，自动化程度低、作业效率低，不利于员工身心健康和企业减员增效。当今，智能起重机在起重行业已经是比较成熟的技术产品，如对其稍加改造后移植到高炉水渣系统，完全可实现高炉智能抓渣。

　　（2）高炉炉前作业由于危险性高、作业环境差、劳动强度大，提高炉前机械智能化水平，“解放”炉前工，开云 开云体育APP已经迫在眉睫。4号高炉炉前虽然采用了遥控开铁口机、遥控起重机，但炉前智能化水平与国内先进高炉比还有待提高。宝钢2017年在3号高炉实施的高炉炉前自动化示范性改造可借鉴，这次改造新增了自动加炮泥装置，自动换钎装置、炮泥自动包装装置、遥控机械清渣机。新增装置的应用，大大地减轻了员工的劳动负荷，降低了炉前的危险系数。

　　“十二五”以来，我国钢铁行业大力实施除尘改造和大气污染治理工程，取得了明显成效。2014年重点统计钢铁企业吨钢二氧化硫、烟粉尘、废水、COD和氨氮排放量比2010年分别下降43%、36%、53%、51%和57%，但是，与日本、德国、美国等发达国家相比仍有一定的差距。对于炼铁工序而言，即将颁布的钢铁企业超低排放限值（有组织排放）。就更为严格：污染源颗粒物、二氧化硫、氮氧化物小时均值排放浓度分别不高于10、50、150mg/m³，车间外不得有可见烟尘。马钢地处长江下游，降低安徽重点企业马钢的排放量，有利于助推“长江大保护”实施效果的提升。针对4 号高炉而言，实测环境除尘颗粒物排放浓度为12mg/ m³，好于现行国家标准（限值25mg/m³），但按照超低排放标准，仍有提升空间。建议从以下方向努力：

　　（1）研究炉顶放散煤气回收。炉顶放散煤气的放散量大.粉尘、CO2含量高,对周围环境污染大,前国内尚无成熟、可靠的回收方法。

　　（2）重力除尘、旋风除尘、干法除尘、环境除尘的除尘灰、改为气力输灰、密封罐车运输,以减少粉尘污染。

　　（3）研究如何降低冲渣水蒸汽中腐蚀性成分的含量、或者研究腐蚀性蒸汽的除腐处理,实现冲渣水蒸汽“消白”。

　　目前在钢铁企业中,炼铁工序(高炉)的CO2排放占73.6%。推行低碳炼铁是钢铁企业CO2减排的关键。在目前国家对城市的限煤政策下,为了建设一流城市钢厂,就4号高炉而言,建议从以下几方面努力:

　　（1）提高煤气利用率。据不完全统计,高炉每提高1%的煤气利用率可降低5kg/t的燃料比4号高炉2018年1—7月高炉煤气利用率平均47.4%,与国同内级高炉先进水平(50%以上)还有一定差距。通过进一步改善高炉操作,合理控制煤气流分布,保持炉况稳定顺行,提高煤气化学能和热能利用，努力将煤气利用率提高到50%以上。

　　（2）提高风温水平。在现有高炉冶炼条件下风温每提高100℃可降低焦比1.5%~3.0%。4号高炉2018年1—7月平均入炉风温为1197℃。就4号高炉而言,风温水平还有提升空间,应该努力达到国内同级别高炉先进水平(1220℃以上)。

　　（3）将废钢纳入高炉炉料结构。废钢作为含金属铁的物料,加入高炉使用将带来炼铁能耗的大幅降低和CO2排放的显著减少。高炉配加废钢等金属料在国外已有很多实践,目前国内已有部分高炉采用这一技术,废钢加入量多在100kg/t以上,高的达到150kg/t,取得了可观的增产减排效果。

　　[3]  赵春丽,许红霞,杜蕴慧,等。关于推进我国钢铁行业绿色转型发展的对策建议[J].环境保护2017，45（2）：41-44.开云体育 开云官网开云体育 开云官网