世界最大煉鐵高爐-沙鋼5860立方米高爐

[轉載]世界最大煉鐵高爐——沙鋼5860立方米高爐（上）世界高爐之王——沙鋼5860立方米煉鐵高爐(上）工程投資額：18億元以上工程期限：2008年——2009年沙鋼5860高爐底部送風裝置。這座世界第一高爐投產后，每天可生產1.3萬多噸鐵水，足夠裝滿90只150噸鐵水罐。2009年10月21日凌晨1點36分，沙鋼集團華盛煉鐵廠5860立方米高爐順利出鐵，標志著這座目前世界上容積最大、技術最先進的“世界第一高爐”正式投產。該爐年產量高達500萬噸，年產值超過120億元；主要為沙鋼集團新投產的300萬噸熱軋和200萬噸寬厚板生產線提供鐵水。高爐煉鐵技術已有數(shù)百年歷史，2008年世界生鐵產量9.267億噸，高爐煉鐵占總產量的90%以上。目前全世界約有煉鐵高爐1400余座，我國約有煉鐵高爐1100余座，2008年我國生鐵產量達4.7067億噸，約占世界生鐵總產量的50.8%。高爐生產線是鋼鐵廠的“龍頭”，通常由選料、制粉、燒結/球團、焦化、配料、鼓風機、熱風爐、噴吹、高爐、除塵、煤氣站、渣鐵運輸?shù)三嫶蟮南到y(tǒng)組成。鐵礦石經高爐冶煉成生鐵，再用鐵水罐轉運到煉鋼車間，用轉爐等設備精煉成鋼水，并鑄成板坯鋼錠，供后續(xù)生產流程軋制成鋼材。因此高爐一旦出現(xiàn)問題，整個鋼廠都有可能癱瘓，其重要性可見一斑。沙鋼集團位于江蘇省張家港市錦豐鎮(zhèn)，是我國最大的民營鋼鐵企業(yè)。華盛5860立方米高爐項目總投資18億元，工程由原料運輸設備、高爐本體、熱風爐、高爐鼓風機、噴煤制粉及噴吹、軋鐵處理及運輸、煤氣清洗以及三電控制系統(tǒng)組成。采用世界最先進的富氧噴煤系統(tǒng)、煤氣洗滌循環(huán)系統(tǒng)、凈化水增壓系統(tǒng)、TRT余熱發(fā)電、爐前脫硅及高效除塵環(huán)保等節(jié)能減排先進技術，裝備水平居世界前列，噸鐵能耗比國內同類裝備降低40%左右，煙塵粉塵排放量可減少15%左右，技術經濟指標達到國際一流水平。日本第二大鋼鐵集團——日本JFE鋼鐵福山廠（左起）第2高爐、第3高爐、第4高爐、第5高爐，4號高爐2006年5月擴容到5000立方米，5號高爐擴容到5500立方米。世界特大型高爐一覽熱風溫度可達1450℃，比一般熱風爐高200-300℃。這是蘇聯(lián)第一座5000m3級高爐。2003年11月，9號高爐經大修后復產。該廠曾經是僅次于馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司的蘇聯(lián)第二大鋼鐵企業(yè)，現(xiàn)被安賽樂米塔爾收購，2008年產量約810萬噸。1986年4月，蘇聯(lián)在沃洛格達州的切列波維茨（Cherepovets）鋼鐵廠，建成容積5580m3的5號高爐，該爐一度成為世界最大的煉鐵高爐，2005年9月大修復產，2008年1月31日發(fā)生火災，2天后恢復生產。韓國浦項制鐵光陽鋼廠，在1992年9月投產容積為3795m3的4號高爐，年產量310萬噸。2009年2月18日停爐大修，將容積擴大到5500m3，年產量提高到430萬噸。7月21日，該爐完工復產，成為韓國容積最大的高爐。我國雖然從1996年起鋼鐵產量就已經超過日本，躍居世界第一位，2008年粗鋼產量超過5億噸，相當于日本的4倍。但在2009年前，我國僅有10座4000m3級以上的大型高爐，其中最大的是寶鋼于1985年9月投產的1號高爐（容積4063m3），2008年12月擴容后達到4966m3，年產量提高到405萬噸。截至2009年9月28日，寶鋼4座4000m3級高爐，累計產鐵超過2億噸。由于我國存在大量高污染、高能耗的小型高爐，國家從2005年制定鋼鐵產業(yè)政策時，就明確要淘汰300m3以下的高爐。2009年初制定鋼鐵產業(yè)振興規(guī)劃時，進一步將高爐淘汰標準提高到1000m3，這將直接壓縮落后鋼鐵產能1.8億噸以上。因此從2009年后，我國大型煉鐵高爐將進入建設高潮。5月21日，唐山曹妃甸首鋼京唐公司新建成的5500立方米1號高爐試生產成功。10月21日，沙鋼5860m3高爐投產。2010年首鋼京唐5500立方米2號高爐將投產。此外寶鋼湛江、武鋼防城港項目均有建設5000立方米以上大型高爐的計劃。不過這些項目受金融危機影響，可能暫緩實施。沙鋼集團前身，沙洲縣錦豐軋花廠老照片。沒人會想到30年后，這里會誕生一家躋身世界十大鋼鐵集團的巨型鋼鐵企業(yè)。江蘇張家港沙鋼集團衛(wèi)星圖片，廠區(qū)占地13平方公里，是臺灣中鋼的2倍，有數(shù)萬職工在這里工作。照片上方就是長江，沙鋼產品從這里源源不斷地運往世界各地?！颁撹F沙皇”的傳奇沙鋼集團成立于1975年，是我國最大的民營鋼鐵企業(yè)，經過三十多年發(fā)展，已經從一個縣辦小廠發(fā)展成為我國第四大鋼鐵集團。2008年完成鋼產量2330萬噸、鐵1877萬噸、軋材2057萬噸，實現(xiàn)銷售收入1452億元、利稅148億元，躋身世界十大鋼鐵集團，在世界500強中排名第444位。目前沙鋼集團擁有總資產1100億元，職工35000余名，廠區(qū)占地13平方公里，主要技術裝備均具有國際一流水平。這一系列數(shù)據(jù)，述說著一個企業(yè)成長的傳奇。1974年初，江蘇省沙洲縣（今張家港市）統(tǒng)配鋼材緊缺，縣里提出讓錦豐軋花廠搞鋼鐵。軋花廠黨支部書記張耀生和沈文榮等人，用借來的45萬元自籌資金開始組建一個小型軋鋼車間。他們用土法煉鋼澆鑄十副軋機牌坊，從上海一艘名為東方號的報廢貨輪，買來美國30年代制造的1250匹重型柴油機，用來帶動軋機。用舊坦克上一臺500匹馬力汽油機和舊直流電動機，改為交流發(fā)電機解決輔助用電。10月份，廠里派沈文榮帶領28個工人到吳縣陸墓鎮(zhèn)軋鋼廠學習軋鋼技術。1975年3月10日，軋鋼車間正式投產。6月10日，錦豐軋花廠軋鋼車間命名為沙洲縣軋鋼廠，隸屬于沙洲縣商業(yè)局。做了6年機修車間副主任的沈文榮，被任命為副廠長。沙洲縣第一個冶金企業(yè)就這樣誕生了。1976年10月，沙鋼建成第一臺3噸小電爐，由于計劃經濟時代物資短缺，盡管設備原始，早期的沙鋼還是取得了不錯的效應。1983年產量近1萬噸，有圓鋼、螺紋鋼、角鋼等七八種產品。1984年4月，沈文榮被沙洲縣委任命為軋鋼廠廠長。剛上臺的沈文榮就做出一個重大決定：收縮產品線，將當時大企業(yè)不屑一顧，而小企業(yè)又無法上規(guī)模的窗框鋼作為主導產品。當時蘇南地區(qū)先富起來的農民蓋新房，用鋼窗成為一種時尚，因此需求量很大。到1988年，沙鋼已經建成9條窗框鋼專業(yè)化生產線，產量達到13萬噸，國內市場占有率達到65%。生產窗框鋼使沙鋼掘到了第一桶金，并享譽全國。1988年底，當沙鋼積累了1億多元資金時，沈文榮把家底都砸進去，從英國比茲頓鋼廠買進一條75噸超高功率電爐煉鋼、連鑄、連軋短流程生產線，年產25萬噸螺紋鋼。這個決定關系著沙鋼的生死存亡。沈文榮破釜沉舟地說：“就是設備買來了運行不了，也要放在那里辦成個展覽館，我自己在門口賣票，5分錢一張，讓同行都來學習沈文榮的教訓?！鄙蛭臉s和沙鋼是幸運的，這一項目1992年投產后不久，適逢鄧小平發(fā)表南巡講話，中國迎來了基礎建設的高潮，3億元投資不到3年就全部收回。1993年，沈文榮再行驚人之舉，投資13億元從德國引進亞洲第一條90噸超高功率豎式電爐煉鋼、LF精煉、連鑄、連軋高速線材生產線，投產第二年沙鋼的產量就突破了百萬噸大關。1997年，沙鋼與韓國浦項制鐵合資二億多美元，生產冷軋不銹鋼薄板，目前成為中國最大的不銹鋼薄板生產基地。2001年2月，沙鋼完成企業(yè)改制，國有股逐漸退出。德國赫施（Hoesch）鋼廠，曾經是多特蒙德的驕傲，有些工人祖孫三代都在這里工作。2001年10月，沈文榮花費3084萬歐元，整體買下德國蒂森克虜伯集團位于多特蒙德的赫施（Hoesch）鋼廠，該廠創(chuàng)立于1873年，曾經是德國第三大鋼廠，1944年遭盟軍轟炸，二戰(zhàn)后重建，擁有3萬多名員工，該廠汽車用板深沖鋼板等產品在歐洲享有盛譽，主要生產線是一條具有80年代先進水平的650萬噸長流程鋼板生產線，集燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋配套于一體，設備原值20億歐元，蒂森集團是因為該廠遠離海岸，人員、原材料成本過高，失去競爭力，又遇到市場飽和，才關停出售。從2001年11月起，沙鋼派出1000多名工人，將霍施鋼廠重達25萬噸的設備和40噸安裝圖紙全部拆運回國，這被稱為“歐洲戰(zhàn)后最大規(guī)模的工業(yè)拆遷”。隨后沙鋼投入200億元進行技術改造及廠房建設，只用了4年就建成一條650萬噸煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋生產線，2005年6月18日正式投產。這一交易成為沙鋼發(fā)展史上最重要的分水嶺。沙鋼產能因此一舉躍升到1000萬噸，并迅速改變了以棒材、線材等初級鋼鐵產品為主的產業(yè)結構。德國多特蒙德赫爾德區(qū)拆遷后的Hoesch鋼廠龐大廠區(qū)，讓曾在這里工作的德國人頗為失落。2006年沙鋼年產鐵1141萬噸、鋼1463萬噸、材1272萬噸，銷售收入588億元，躋身全國鋼鐵五強。并出資20億元重組擁有200萬噸優(yōu)特鋼產能的江蘇淮鋼集團。2007年9月，出資20多億元重組河南最大的民營鋼鐵企業(yè)——安陽永興鋼鐵，并進行250萬噸擴產技術改造。2007年12月，沙鋼控股同屬張家港的江蘇永鋼集團，使沙鋼集團產能提高到2200萬噸，成為與寶鋼、鞍鋼并駕齊驅的鋼鐵巨頭。沙鋼從一個縣級軋棉花的小廠，經過35年的拼搏，已經成為世界一流的鋼鐵企業(yè)。從沙鋼沖擊世界鋼鐵之巔的雄心，可以看到中國工業(yè)崛起的驚人速度。沙鋼5800立方米高爐系統(tǒng)全景沙鋼5860m3高爐工程沙鋼集團原有8座高爐，煉鋼所需的鐵水，主要由集團所屬的宏發(fā)煉鐵廠和華盛煉鐵廠提供。宏發(fā)煉鐵廠擁有3座2680立方米的煉鐵高爐，陸續(xù)于2002年10月開始建設，2005年4月竣工投產，年產鐵水650萬噸，平均每座高爐日產鐵水6000噸。主要供應年產450萬噸的1700毫米熱軋卷板和年產200萬噸的5米寬厚板生產線。其中1號、2號高爐是利用德國蒂森赫施鋼廠7號、4號高爐部分設備經過擴容改造而成，3號高爐為全新設計。華盛煉鐵廠下設一分廠和二分廠，共擁有5座380立方米高爐，陸續(xù)于1999年12月開始建設，2004年2月投產，年產鐵水250萬噸，平均每座高爐日產鐵水約1200噸。沙鋼華盛5860m3高爐是沙鋼集團推進節(jié)能減排、優(yōu)化生產結構的代表性工程，由武漢鋼鐵設計研究總院設計，中冶天工上海十三冶承建，先后解決了大體積混凝土澆筑，高爐本體結構安裝、焊接，高爐機電管儀安裝，耐材砌筑等關鍵技術問題。2008年1月15日工程開始打樁，2月14日正式奠基開工，3月16日進入土建施工。高爐基礎土方開挖達量到1.6萬立方米，基坑深度4.9米，鋼筋綁扎量1200噸，砼澆筑量達9028立方米。6月6日第一帶爐殼吊裝成功，標志著該工程從打樁土建轉入結構吊裝階段。6月21日正式開始熱風爐拱頂砌筑。高爐采用三座PW-DME外燃式熱風爐，單座重達6000噸，由蓄熱室、燃燒室和拱頂組成。12月25日，熱風爐60米砼煙囪，經過30多名員工145天連續(xù)施工，完成447噸內襯耐火料的砌填任務，全面竣工。2009年2月初，高爐2臺總重172噸的爐頂料罐順利地安裝到62.5米平臺上，3月23日，高爐粗煤氣下降管順利在百米高空對接就位，粗煤氣下降管是高爐煤氣出口的主要通道，且是整個高爐施工最重的構件之一，管徑3400毫米，長度為58米，重約120噸。5月5日正式開始耐材砌筑，6月25日高爐爐底耐材全部砌筑完成。共完成4層爐底炭磚，2層陶瓷墊磚，5層環(huán)形炭磚及爐底保護磚鋪設任務。7月9日，全廠35千伏動力、鼓風機站10千伏、主泵房10千伏、主控樓10千伏系統(tǒng)成功送電。9月，高爐鼓風機站系統(tǒng)試車成功，該設備電機重達123噸，額定功率60000千瓦，是目前世界最大的鼓風機。2009年9月20日12時28分，華盛5860高爐開始烘爐，標志著工程完成設備安裝，進入負荷試車階段。華盛5860高爐投產后，將使沙鋼煉鐵產能提高近三分之一。除華盛高爐技改項目外，沙鋼集團還在全力推進焦爐技改、榮盛轉爐技改、榮盛軋鋼技改和5米寬厚板技改項目。五大技改項目總投資190億元，預計2010年正式投產。日本JFE鋼鐵千葉廠（原川崎制鐵千葉廠）1號高爐模型高爐煉鐵流程高爐是形似保齡球的圓形豎爐，用高強度鋼板作爐殼，殼內砌耐火磚內襯，自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。爐頂開有進料口和四根爐頂排氣管，這四根排氣管在爐外接合為一根降流管，與除塵設備相連，用于清除爐頂氣的粉塵。爐底設有出鐵口和出渣口，沿爐缸四周開有數(shù)量不等的進風口，與熱風爐用管道相連。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭/煤粉、石灰石和空氣。從爐頂裝料，爐底鼓風，形成爐料下降，和煤氣上升的相對運動，將礦石還原成生鐵。從礦山采出來的鐵礦石包括赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等種類，富礦經加工可以直接入高爐冶煉，貧礦由于含鐵量較低，必須經過研磨、選礦等工序，提取含鐵量較高的部分，制成精礦粉。由于精礦粉太細，不能直接入爐，必須通過燒結機制成燒結礦，或經過豎爐制成球團礦。球團成塊后的礦粉具有高氣孔率，有利于利于煉鐵造渣，提高煉鐵效率。高爐煉鐵時，將礦粉制成的燒結礦/球團礦，與焦炭、造渣熔劑（石灰石）等原料，按規(guī)定稱重配比，從爐頂進料口分批裝入爐身。將冷空氣用鼓風機吹入熱風爐內，加熱到800-1350攝氏度，用管道送入高爐底部四周的進風口，并向風口噴入焦炭/煤粉/重油等助燃劑。高溫空氣與焦炭/煤粉發(fā)生燃燒，產生2000℃以上的熾熱煤氣。高溫煤氣以60-120米/秒的速度，從底部風口連續(xù)穩(wěn)定地吹入高爐內，使溫度達到上千度。爐頂裝入的焦炭和礦石在下降過程中，一直保持交替分層的結構。爐料降到爐身上部還原區(qū)時，被預熱到300℃，水份蒸發(fā)排出，礦石與CO氣體發(fā)生反應。爐料降到爐腰還原區(qū)時，加熱到900℃，氧化鐵還原為固態(tài)海綿鐵，石灰石快速分解為氧化鈣并與脈石結合。爐料降到爐腹熔融帶時，加熱到1350-2000℃，除焦炭外，其它爐料全部熔融，鐵液熔化滴落到爐缸，爐渣逐步形成。爐料降到爐底時，焦炭在風口前燃燒氣化。風口前有一個袋形的焦炭回旋區(qū)，焦炭在這里遇空氣強烈地回旋和燃燒，放出大量的熱并生成一氧化碳與二氧化碳，這里是爐內熱量和氣體還原劑的主要產生地。一氧化碳在上升過程中，與鐵礦石中的氧反應成二氧化碳和鐵，二氧化碳氣體上升，跟爐料中的炙熱焦炭反應，再次生成一氧化碳，繼續(xù)跟從爐頂不斷裝入的爐料反應。爐料在下降過程中，絕大部分鐵的氧化物被還原成鐵?；煸阼F礦石里的錳、硅、硫、磷等元素也會被碳或一氧化碳從它們的化合物中還原出來。少量的碳、錳、硅、硫、磷等在高溫下熔合在鐵里，成為生鐵。鐵礦石里還含有難熔化的脈石，爐料中加入石灰石就是用于除去脈石。石灰石主要成份為碳酸鈣，與脈石里的二氧化硅反應，生成硅酸鈣和二氧化碳，從礦石里分離出來。還原后的生鐵和爐渣，聚集在爐缸中，定期從出鐵口、出渣口放出。生鐵是煉鋼的主要原料，礦渣是生產礦渣水泥的原料。上升到爐頂?shù)母邷孛簹饬鲃t逐漸冷卻，從爐頂排出；經除塵后作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等設備的氣體燃料。爐頂氣含塵量非常高，一座日產3000噸的高爐，僅每天從爐頂氣分離的塵埃就高達70噸。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，導出部分煤氣用于發(fā)電。根據(jù)鐵礦石品味，高爐煉鐵通常需要1.5-2噸鐵礦石、0.3-0.6噸焦炭/煤粉、0.2-0.4噸熔劑，2000m3空氣，才能冶煉出一噸生鐵。生鐵性能堅硬但較脆，含碳量在2-4.3%之間，按用途可分為煉鋼生鐵（白口鐵）、鑄造生鐵（灰口鐵）、球墨鑄鐵以及合金生鐵。煉鐵廠生產的鐵水用鐵水罐轉運到煉鋼車間，與廢鋼、石灰等造渣料一起，投入轉爐吹氧冶煉成鋼，將含碳量降低到0.2-2%，脫除硅、磷、硫等雜質，鋼水精煉后鑄成板坯鋼錠，供后續(xù)流程軋制成鋼材。含碳量在0.2%以下的稱為熟鐵，由于缺乏碳素，性能較軟，強度和硬度均較低。大型高爐一旦點火后就不能輕易停止運行，否則會使爐體受到嚴重損傷。在經濟不景氣的情況下，企業(yè)壓縮生產又不能?；穑灾荒芙档蜖t溫，使高爐處于保溫狀態(tài)，延長產品出爐的時間，減少營運成本。這被稱為悶爐。為了保證高爐生產的連續(xù)性，必須要儲備足夠數(shù)量的原料。如寶鋼1號4063m3高爐，日產生鐵超過10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。煉鐵是能耗大戶，高爐、燒結、煉焦三個工序的能耗在鋼鐵企業(yè)總能耗中約占70%，單是高爐的能耗即占50%左右。煉鐵又是鋼鐵企業(yè)環(huán)境污染的重點戶。高爐和燒結的煙塵，焦化的廢水和煙塵對環(huán)境污染都比較嚴重，故它又是鋼鐵企業(yè)進行環(huán)境治理的重點部門，近年來高爐設備都在向環(huán)保節(jié)能化發(fā)展。11-15世紀使用的煉鐵風箱高爐煉鐵發(fā)展概況高爐煉鐵起源于煉鐵豎爐，煉鐵豎爐由煉銅豎爐發(fā)展而來，當時鐵是煉銅時的副產品。公元前4000年的古埃及和兩河流域，出現(xiàn)極少量隕鐵制品。公元前1400年，小亞細亞的西臺王國（今土耳其境內）掌握了原始的冶鐵技術。即在土中挖一坑洞，周圍堆上石塊，以木柴為燃料，利用自然風力燒煉礦石，產品為類似塊狀的海綿鐵。西臺王國被腓尼基所滅后，冶鐵技術逐漸向中東、非洲、歐洲傳播，這個過程延續(xù)了上千年。中國煉鐵始于2500年前的春秋、戰(zhàn)國之交，當時鐵廣泛應用于武器、農具和生活用具。漢武帝時(公元前110年)，將煉鐵收歸官營，先后設立了49個鐵官。在鄭州古滎鎮(zhèn)出土的西漢中晚期冶鐵遺址中，煉鐵豎爐爐缸長軸約4米，短軸約2.8米。有專家估算這樣的豎爐有效容積為50立方米，兩側各有2個風口，設鼓風器4具，日產量約500公斤。東漢時發(fā)明了以水力代替人力鼓風，有力地推動了煉鐵生產的發(fā)展。煉鐵技術逐步由中國傳入朝鮮、日本等國。歐洲直到12世紀初，才在瑞典出現(xiàn)豎爐煉鐵。15世紀時由于鑄造火炮的需要，煉鐵技術得到較快發(fā)展，到16世紀歐洲已普遍采用豎爐冶煉。歐洲早期的豎爐多呈方形，用石塊砌成，爐身較矮。由于不懂得加熔劑，因而往往不能獲得流動性良好的爐渣，渣中鐵的含量也相當高。到16世紀中葉時，爐缸邊長1米多，有一個鼓風口和一個流出口，日產量不到1噸。到17世紀爐子明顯加大增高，各項指標都有顯著改善。然而由于生鐵難以鍛造，經過把生鐵和礦石一起裝爐再一次熔煉，便得到熟鐵，同時產量增加，自此形成了煉鐵的二步操作法。左圖為14世紀德國使用的煉鐵豎爐，右圖為17世紀歐洲出現(xiàn)的水車鼓風煉鐵爐，日產鐵水可達到1噸。18世紀中葉的英國工業(yè)革命大大推動了煉鐵技術發(fā)展。早期冶鐵一般采用木炭為原料，隨著產量擴大，歐洲當時森林砍伐過度，便嘗試用煤作為高爐燃料。由于煤中含硫，使生產的鐵較脆，于是用干餾的方法除去煤中的硫成為焦炭。1735年英國人達爾比(Darby)用焦炭煉鐵獲得成功。這樣不僅解決了燃料問題，而且焦炭質地堅硬，可以承受較大的壓力，使爐子能夠加高增大，產量大幅度提高。焦炭多孔透氣，有利于煉鐵過程中化學反應進行，所以是極為理想的燃料和還原劑，自那時起一直使用至今。1755-1765年間，英國和俄國人出現(xiàn)以蒸汽機驅動的鼓風機，為高爐大型化創(chuàng)造了條件。1788年，英國的生鐵產量為61300噸，