衢州元立金属制品有限公司1280m³高炉是山东省冶金设计院股份有限公司EPC总承包的重点工程（以下简称：山冶设计）。该项目采用“淘汰并新建 改造并提升”的模式，拆除原有两座450m³高炉，在原区域新建一座1280m³高炉，最大程度上实现“低投入、快见效、高产出”。项目应用了山冶设计自有的一系列先进实用、成熟可靠、绿色低碳、清洁环保的综合技术，实现了高炉“高端化、智能化、绿色化”的升级改造；并充分结合现有场地、优化总图布置，创新性地采用了国内外首创的“离线组装 高炉与炉顶框架设备一体化整体推移安装技术”，大大提高工程建设效率，缩短高炉置换周期。

1 主要先进技术和装备

1.1 采用山冶设计研发的高效低耗高炉内型

山冶设计凭借多年深耕高炉设计领域积累的丰富经验和卓越业绩，积极探索、优化提升高炉内型设计。以炉腹煤气量指数为核心理论基础，统计分析了近年来高产低耗高炉的生产指标和设计特点，突破专家推荐的炉腹煤气量指数上限的要求，将“大矿批、高顶压、高富氧”作为重点研究方向，在充分结合用户的原燃料条件及操作的基础上，优化炉型设计。根据现代高炉内型的发展趋势，通过对比分析法、经验公式法、数理统计法等相结合的方式，在理论计算的基础上，结合大量实际生产数据进行挖掘分析；兼顾设计内型与操作内型的协同统一优化、动态过渡平衡，确保高炉在一代炉役期间保持合理的操作炉型；以适应经济炉料、提高炉料透气性、改善煤气能量利用、促进高炉稳定顺行为目的进行内型设计优化。

1.2 构建协同集成的高炉长寿、高效、低碳技术体系

采用山冶设计创新专利技术——“自适应操作型炉缸炉底”结构，建立合理的炉缸传热体系，动态“引导”炉底向相对有利于整体长寿锅底状侵蚀趋势发展，保证炉缸长期稳定形成自保护性渣铁凝滞层，减小环流对侧壁的冲刷，提高炉底炉缸寿命。

采用山冶设计创新专利技术——安全可靠的炉缸炉腹过渡衔接技术，将炉缸炉腹衔接部位“隔离”在漏斗状侵蚀线以外，解决炉缸和炉腹冷却壁衔接部位烧损的问题。采用全覆盖薄壁内衬技术，实现炉体无冷却盲区，镶砖结构采用凹凸式，利于形成稳定的渣皮；优化铁口处冷却壁设计，冷却壁之间的冷却盲区避开铁口下易侵蚀部位。

采用山冶设计专利技术——改进型顶燃式热风炉，自动换炉、自寻优烧炉，空气煤气双预热，纯烧高炉煤气实现风温1250℃。

采用高风温、高风速结合大喷煤、高富氧、高顶压集成耦合技术。高风温高富氧促进提高煤粉燃烧率，实现大喷煤，利于改善高炉透气性、提高煤气利用率；同时优化炉缸和风口参数，选取较高的风速，补偿因高富氧、大喷煤、高顶压导致的燃烧带缩短和循环区的缩小，保证炉缸的活跃；炉顶压力向大型高炉看齐，达到0.26MPa以上，高顶压可减少吨铁炉腹煤气量和增加煤气通过能力；以上技术的集成耦合，是高炉节本降耗、强化冶炼的优秀组合。

山冶设计研究形成多种成熟先进的炉体冷却工艺流程，可根据用户的水质条件和操作习惯进行灵活选择，亦可结合用户要求进行“定制设计”。本项目在传统的串联软水密闭循环冷却工艺的基础上进行了“定制式创新设计”，实现高炉本体和热风炉软水系统的串联运行、热风炉软水系统的独立运行等不同工况的需求。

完善高炉监测系统，结合高炉数字化技术，实现炉况诊断和“黑箱”可视化。建立炉缸炉底侵蚀模型，动态直观监测、及时预警；设置水温差及热流强度在线检测，监测高炉不同区域的热流强度和热负荷，量化炉体高温区的挂渣能力，模拟操作炉型及挂渣厚度，为操作人员随时掌控炉况提供参考依据。

融合先进工艺技术和装备，包括高炉精料和布料控制技术、平坦化出铁场综合技术、环保底滤法渣处理技术、高炉煤气前脱硫技术、炉顶均压煤气全回收技术、全自动煤粉喷吹技术、矿焦槽“无人值守”全自动控制技术等，助力高炉高效低耗生产。

1.3 深度融合数字化技术，实现炼铁智能化

运用新一代自动化、信息化及智能化技术及装备，以实现高炉在炉料、气流、炉型、炉温、安全方面的智能感知和优化操作为目标，按照生产稳定性、效益最大化的原则，协同上下游工序进行高效集中的生产组织，实现高炉整体可视化、可预测及炼铁工序的整体优化。

智能集控：设计高炉系统一体化管控平台，以工序数字化生产为基础，实现生产、能源、物流、设备的协同管控。

智能监控：机器视觉代替人工监控，通过各类算法构建数学模型，实现高炉各区域生产状态的可视化，主要包括炉顶热成像、风口成像、原燃料粒度及粒级智能检测系统、送风装置监测预警系统等。

智能诊断：在设备运行状态在线监控的基础上，采用数据挖掘和人工智能算法，结合数理模型，在设备发生故障之前进行智能预测和预警，主要包括侵蚀监测预警系统、热流强度监测预警系统、风口小套检漏系统、送风装置监测预警系统、智能主沟系统等。

智能操作：全面提升装备的自动化、智能化水平，减少人工干预环节，提高工序衔接自动化程度，主要包括水渣智能抓渣系统、出铁管理模型、质能平衡模型、送风制度模型、配料模型、移动应用APP等。

2 离线组装 高炉与炉顶框架设备一体化整体推移安装技术

此次推移的关键环节除了推移过程中稳定性的控制之外，还有一个最重要的环节就是高炉框架柱推移部分和高炉基础结合部位的处理。方案讨论阶段，项目管理团队通过多次视频及现场专题会议，技术人员结合各方专家的意见，最终形成了两个方案，方案一：高炉框架柱预先埋入基础，柱头高出基础面300mm左右，柱头采用法兰方式与推移部分的框架柱相连接；方案二：高炉基础预留框架柱杯口，杯口部分的框架柱定位后不灌浆，方便对中，推移部分框架柱设置4个钢结构支墩用来推移部分就位后的支撑及找平、对中之用。经过充分研讨比较之后，最终采用方案二。

国内外高炉大修常规采用的“离线组装及整体推移”技术应用很多也很成熟，是自高炉炉顶设备起点即炉顶法兰以下进行离线组装 整体推移，这种大修情况下改造内容一般仅限于高炉炉体炉内及出铁场等，高炉框架、炉顶框架及炉顶设备等一般不进行大修改造，即便上述内容都大修，大多也是以炉顶法兰为界面分部分段实施；而衢州元立新建1280m³高炉为了积极响应业主“最大限度降低生产经济损失”诉求、力争延迟原有高炉停炉时间，同时确保新高炉投产时间不变，最大限度减少对生产的影响并在合理范围内缩短施工建设周期，据此项目管理团队在传统高炉大修方案基础上集思广益、大胆创新，采用了自高炉基础以上至炉顶框架、炉体炉顶所有设备、上升管、五通球及最高处的大放散检修平台和检修葫芦等所有高炉立体范围内的结构、设备、管道等内容全部离线拼装且确保施工质量验收合格的基础上，一次性整体推移就位完成。本项目整体推移相关数据经过项目团队和专业队伍精准核算：推移总重量3912.28t、总高度84.57m、最大宽度23m、整体重心高度22.142m、运输模块车设置108个顶升点、高炉主框架系统最大变形11.8mm满足规范要求（经计算小于40mm即可）、高炉主框架系统最大应力90.7MPa、最大应力比为0.435（小于1.0），筏板抗冲切验算最大承载力比为0.413（小于1.0），满足使用和安全性要求（以上计算数据来自设计文件和施工单位）。

在原有高炉正常生产期间，山冶设计于停产前四个月组织施工单位和相关设备快速进场，在旧高炉西侧协调场地后从新高炉的桩基、基础开始，到高炉炉顶最高点离线组装全部完成，历时约计7个月（旧高炉拆除期间，新高炉的离线组装施工正常进行），施工安装内容涵盖了炉底及炉壳焊接、冷却壁安装、炉壳附件安装、炉体冷却水管安装、炉体仪表电气设备及桥架安装、机械探尺、炉顶气密箱、上下密封阀、料罐、主皮带头部部件、炉顶行车、上升管、五通球、均排压系统管道和设备、三电桥架电缆等，据此使得施工主线作业量减少70%。同时组织施工单位通过BIM技术三维模拟施工全流程，提前策划旧高炉拆除顺序及每天拆除内容、机械物流双运输通道、拆除物存放场地、拆解及运输需要的人员机械等，以及拆除后的地基处理、基础施工养护，单独讨论了新高炉运输路线中新构筑物的基础施工与运输路线地基特殊处理的要求和时机，确保旧系统拆除、新系统基础及运输路线处理、新高炉离线组装完成并推移等工序间实现无缝衔接，较传统施工模式拼抢出了4个月工期，为7月份项目系统性投产奠定了基础。

作为全国首例带炉顶框架整体推移技术，管理团队研发三大核心创新：一是采用“刚性连接 智能监测”结构加固，通过高强度螺栓锁定炉体与框架连接节点，在平台四个方位立体布设4G振弦应力计、倾角仪与位移计，在推移过程中通过搭设的运输过程检测平台（全景数字孪生模型）集合各种智能设备，实时显示高炉全姿态状况，实时监测运输过程中相关变形量、倾斜角度、位移轨迹等相关数据，确保推移过程安全可控；二是应用18轴智能化SPMT模块车，每轴24个轮，合计432个轮可同步实现前进后退转向等动作，通过全液压同步控制系统实现5000吨级荷载平稳移动，2小时内完成115米距离推移；三是创新“激光定位 预抬升补偿”就位技术，利用激光系统动态校准轨迹，提前通过BIM模拟基础沉降量，设置3mm预抬升量，最终就位偏差仅2.8mm，完美满足对接要求。（李庆洋 石小钊 魏淑超）