轉(zhuǎn)爐投料系統(tǒng)下料口密封優(yōu)化設(shè)計

黃光永，謝國進(jìn)，黃就軍

（1.廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州545006；2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)公司，廣西柳州545002）

轉(zhuǎn)爐投料系統(tǒng)下料口密封優(yōu)化設(shè)計

黃光永1，謝國進(jìn)1，黃就軍2

（1.廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州545006；2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)公司，廣西柳州545002）

介紹了柳鋼轉(zhuǎn)爐投料系統(tǒng)下料口密封改進(jìn)方法。針對原投料系統(tǒng)下料口密封方式的不足，采用氮氣與雙層翻板組合方式密封并用PLC聯(lián)鎖控制下料過程，其優(yōu)勢在于：密封性好，減少氮氣消耗，降低成本，提高煤氣回收。

氮氣密封；翻板；PLC；煤氣回收

轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼中產(chǎn)生的重要二次能源，轉(zhuǎn)爐煤氣主要成分:w（CO）60%~70%，w（CO2）15%~20%，w（N2）10%~20%[1]。在環(huán)境問題日益突出及鋼鐵危機(jī)雙重壓力下，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收，可減少污染、降低成本。轉(zhuǎn)爐煤氣回收占整個轉(zhuǎn)爐工序能源回收部分的80%以上，是實現(xiàn)負(fù)能煉鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。因此，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收各項指標(biāo)可以降低成本，提高企業(yè)競爭力。轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備條件、原料條件、空氣吸入量、回收條件、供氧強(qiáng)度等因素對轉(zhuǎn)爐煤氣回收量產(chǎn)生影響[3]。其中轉(zhuǎn)爐上方的輔原料投料系統(tǒng)下料口氮封的好壞會對煤氣回收產(chǎn)生影響，優(yōu)化下料口密封裝置可以降低氮氣消耗，同時提高煤氣回收。

1 原投料系統(tǒng)下料口密封方式不足

原投料系統(tǒng)是在煉鋼過程中完成加料功能的系統(tǒng)，是轉(zhuǎn)爐煉鋼主要的組成部分[4]。投料過程中需要根據(jù)煉鋼情況不斷添加燒結(jié)礦、冶金石灰、化渣劑、白云石等輔原料到轉(zhuǎn)爐內(nèi)。在煉鋼過程產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈺南铝瞎艿栏Z出，竄出的火苗會點燃輔原料甚至燒損料倉的設(shè)備，特別是高溫?zé)煔庵械拿簹獯罅恳莩鰢?yán)重影響安全生產(chǎn)。為防止上述現(xiàn)象發(fā)生，原投料系統(tǒng)下料溜管采用氮氣密封方式，即在與水平面成60°的下料溜管均布與下料方向成一定角度的氣孔，用高壓氮氣從氣孔吹入下料溜管中壓制往上竄的高溫?zé)煔?，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 原投料系統(tǒng)下料口密封方式結(jié)構(gòu)

目前150 t轉(zhuǎn)爐下料溜管氮氣密封壓力為1.6 MPa，最大流量達(dá)到1 600 Nm3/h.2015年7~12月份柳鋼7#轉(zhuǎn)爐氮氣密封所消耗氮氣量如表1所示。

表1 7#轉(zhuǎn)爐氮月消耗氮氣量

表1僅僅是氮氣密封所消耗氮氣量，由于氮氣價格為0.3元/Nm3，降低氮氣消耗對企業(yè)降低成本潛力很大。由于縮空氣價格0.12元/Nm3，在不影響安全生產(chǎn)的前提下可部分取代氮氣。目前氮氣只是在煉鋼吹煉過程使用；在未吹煉時使用壓縮空氣密封，其流量為170 Nm3/h.然而，原氮封方式仍存在以下不足：

（1）氮封氮氣量較小時，由于轉(zhuǎn)爐反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庋杆僭黾硬⒀叵铝狭锕芤莩?，?yán)重時燒損投料設(shè)備，同時轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生煤氣在投料閥門處聚集，存在嚴(yán)重的安全隱患，影響安全生產(chǎn)。

（2）出于安全考慮，氮封氮氣流量取值比安全值偏大，防止轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)劇烈時煙氣沖破氮封逸出。氮封氮氣量過大時又存在以下問題：1）在整個吹煉過程需要一直吹入高壓氮氣保證生產(chǎn)安全，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高；2）增加轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)除塵壓力，影響除塵效果；3）多余的氮氣經(jīng)下料溜管進(jìn)入冷卻煙道，導(dǎo)致回收的轉(zhuǎn)爐煤氣中氮氣含量過高，根據(jù)煤氣回收條件要求煤氣分析檢測CO的濃度要大于一定值，而過多氮氣進(jìn)入冷卻煙道會降低CO濃度影響煤氣回收[5]。因此，原氮氣密封方式消耗氮氣量較大，影響煤氣回收，降低了單位煤氣熱值，影響了煤氣品質(zhì)，需改進(jìn)密封方式以降低氮氣消耗、提高煤氣回收。

2 優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 下料口密封結(jié)構(gòu)

為解決上述問題，在保證生產(chǎn)安全的前提下氮封氮氣量盡可能降低。在實際煉鋼過程中，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬繒r刻變化，僅采用氮氣密封很難達(dá)到最佳的效果，因此，需要改進(jìn)原方案存在的不足?，F(xiàn)采用氮氣密封與雙層翻板組合方式密封的結(jié)構(gòu)方式，降低氮氣消耗，同時提高煤氣回收。

下料口密封結(jié)構(gòu)是在原氮封的溜管上下各加一個翻板，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 投料系統(tǒng)下料口密封方式結(jié)構(gòu)

下料口密封結(jié)構(gòu)包括：下料溜管1，雙層翻板2，氣缸3，杠桿4、6、7，以及溜管中部圓周均布的氣孔5，通過PLC控制氣缸3翻轉(zhuǎn)雙層翻板2，控制切斷閥9、10、11氣體流入，氣體與雙層翻板2組合方式密封高溫?zé)煔馍细Z，該結(jié)構(gòu)緊湊，密封良好，安全可靠。

其中氣孔5圓周均布在溜管中部，且所有氣孔5軸線與下料溜管1軸線向下傾斜一個角度，并與下料溜管1軸線相交于一點，讓氣體通過氣孔5匯聚于該點處。雙層翻板2旋轉(zhuǎn)軸分別固定有桿件6，桿件7，最后與桿件4鉸接；氣缸推桿8與桿件4鉸接，氣缸3控制雙層翻板2同時打開或同時關(guān)閉。采用雙層翻板主要考慮到進(jìn)入溜管的煙氣溫度高，容易使翻板受熱變形，采用雙層結(jié)構(gòu)同時在兩層閥板中間部分通入氮氣密封，防止轉(zhuǎn)爐煤氣從閥口逸出，此方案只需少量的氮氣可以達(dá)到很好的密封效果。由于下料過程中翻板一直受到原料的沖刷磨損而穿孔，因此在翻板上增加一層耐磨板延長翻板使用壽命。翻板的動力源選擇主要從容易控制、可靠性高角度考慮。由于重錘翻板在翻板受磨損使平衡系統(tǒng)失衡容易引起翻板堆積原料，同時重錘翻板的動作不能與控制系統(tǒng)聯(lián)鎖。從本廠的實際選擇氣缸做動力源可靠性較高又易與控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，同時現(xiàn)場已有高壓氣體管道為氣缸提供高壓氣體作為動力介質(zhì)。

2.2 下料口密封控制系統(tǒng)

下料口密封控制系統(tǒng)主要是通過控制各種切斷閥實現(xiàn)下料過程的自動，優(yōu)化下料過程的動作。采用高可靠性的西門子S7系列的PLC控制，控制系統(tǒng)是在原來的基礎(chǔ)上增加控制翻板動作及氣體的通斷，結(jié)合轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝過程，其控制流程如圖3所示。煉鋼工藝分為吹煉下料、吹煉不下料、不吹煉三種模式，由PLC控制切斷閥9、10、11開關(guān)、雙層翻板2翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)與三種模式相符的密封方式。在吹煉下料階段，切斷閥9開、切斷閥10關(guān)，切斷閥11關(guān)，雙層翻板2打開，采用較大的氮氣量密封，保證下料過程安全順利的進(jìn)行；吹煉不下料階段，切斷閥9關(guān)、切斷閥10開，切斷閥11關(guān)，雙層翻板2關(guān)閉，同時采用較小的氮氣量即可密封下料口；不吹煉階段，切斷閥9關(guān)、切斷閥10關(guān)，切斷閥11開，雙層翻板2關(guān)閉，只需少量氣體壓住高溫?zé)煔鈴牧锕芤莩?，此時采用較便宜的壓縮空氣密封即可。在改進(jìn)原下料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上運用PLC優(yōu)化控制下料過程，結(jié)合實際下料情況調(diào)節(jié)切斷閥打開關(guān)閉時間，進(jìn)一步降低氮氣消耗。2016年1~6月份柳鋼7#轉(zhuǎn)爐氮氣密封所消耗氮氣量如表2所示。從表2可知，下料口采用新的密封方式，氮氣消耗明顯減少。該密封方式的優(yōu)勢還在于具有比原方式更好的密封效果，減少氮氣進(jìn)入冷卻煙道，煤氣回收時間提前，提高煤氣品質(zhì)。

TH138

A

1672-545X（2016）11-0034-02

2016-08-05

黃光永（1985-），男，廣西賀州人，工學(xué)碩士，助理工程師，研究生方向為機(jī)電液一體化。