羅源閩光1 250 m3高爐爐頂設(shè)計(jì)實(shí)踐

楊緒平

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019）

1 羅源閩光1 250 m3高爐概述

高爐煉鐵中，爐頂裝料設(shè)備是一種非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，在高爐煉鐵中起到將爐料按照高爐冶煉要求，均勻穩(wěn)定地裝入到高爐爐內(nèi)的作用。隨著高爐冶金水平的提高，對(duì)裝料設(shè)備的性能提出了諸多要求，串罐式無(wú)料鐘爐頂在高爐冶煉上得到了青睞，能夠很好地滿(mǎn)足當(dāng)今高爐冶煉要求。從20世紀(jì)70年代[1]發(fā)展至今，串罐式無(wú)料鐘爐頂設(shè)備已經(jīng)在現(xiàn)有高爐上得到了廣泛的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式較為簡(jiǎn)單，具有良好的密封性和靈活的布料方式，檢修和維護(hù)均比較方便，投資較少，對(duì)保證高爐穩(wěn)定操作和爐況順行均有利。羅源閩光1 250 m3高爐爐頂選用了串罐無(wú)料鐘爐頂設(shè)備，能夠靈活可靠地實(shí)現(xiàn)高爐的多種布料要求。

2 爐頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)

高爐年生鐵產(chǎn)量115萬(wàn)t；利用系數(shù)3.6 t/（m3·d）；燃料比520 kg/t；焦比360 kg/t；頂壓為0.25 MPa；頂溫≤250℃，能夠在最高溫度600℃情況下持續(xù)約30 min；爐喉直徑6.5 m；爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦的占比分別為80%、5%和15%；料批基本組成O↓C↓或O↓C↓Os↓或m O↓C↓+n O↓C↓Os↓。

2.2 爐頂結(jié)構(gòu)

設(shè)備的受料斗、料罐分別支撐在爐頂各自的平臺(tái)上，與高爐本體脫開(kāi)，不同于稱(chēng)量料罐支撐在爐體的方式，該方式可擴(kuò)大稱(chēng)量料罐以下各層平臺(tái)的操作及檢修空間，便于放置探尺、布料器等設(shè)備的液壓潤(rùn)滑及操控箱等設(shè)施。布料溜槽、布料器、探尺直接置于封罩上，其中布料器上方設(shè)置有波紋補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)布料器以上各無(wú)料鐘爐頂設(shè)備的部件與爐體脫開(kāi)，防止?fàn)t體通脹對(duì)爐頂稱(chēng)量及各層平臺(tái)造成影響。在爐頂框架兩側(cè)，設(shè)置了雙側(cè)樓梯，并與出鐵場(chǎng)共用設(shè)置了電梯，可直接上至爐頂大平臺(tái)、料罐平臺(tái)及受料斗平臺(tái)幾個(gè)主要操作平臺(tái)。

爐頂框架設(shè)多層檢修平臺(tái)，爐頂大平臺(tái)上布置氮?dú)夤?、爐體軟水系統(tǒng)膨脹及脫氣罐、爐頂檢修用的自動(dòng)點(diǎn)火設(shè)施、爐頂及粗煤氣設(shè)備的液壓站及智能潤(rùn)滑站。在爐頂大平臺(tái)上均布了4根煤氣上升管，連接高爐煤氣封罩上的4根煤氣導(dǎo)出管，在4根煤氣導(dǎo)出管上分別設(shè)置有波紋補(bǔ)償器，用于消除高爐通脹產(chǎn)生的應(yīng)力。高爐煤氣經(jīng)過(guò)4根導(dǎo)出管匯聚到五通球，最后合并成一路下降管，煤氣經(jīng)過(guò)重力除塵器以及干法除塵凈化后，凈煤氣進(jìn)入煤氣管網(wǎng)。布料器和下閥箱的設(shè)備檢修梁布置在稱(chēng)量料罐下部，該梁下方也設(shè)置了布料溜槽檢修用單梁吊。均排壓設(shè)施支撐在爐頂框架平臺(tái)上。

2.3 爐頂各個(gè)系統(tǒng)及主要裝備

2.3.1 無(wú)料鐘爐頂設(shè)備

無(wú)料鐘爐頂設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，密封性能良好，能夠適應(yīng)爐頂?shù)母邏翰僮?，而且布料均壓，調(diào)節(jié)靈活，物料可以通過(guò)稱(chēng)量料罐精確計(jì)量。選用的無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備主要由固定受料斗、擋料閥、上密封閥、稱(chēng)量料罐、料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥、波紋管、布料器、爐喉水冷鋼圈、溜槽、溜槽檢修門(mén)以及溜槽更換裝置等組成，配套有無(wú)料鐘爐頂?shù)囊簤簼?rùn)滑、水冷氮封等。通過(guò)受料斗和稱(chēng)量料罐兩個(gè)罐體，實(shí)現(xiàn)高爐的循環(huán)分批裝料。無(wú)料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)如下頁(yè)表1所示。

表1 無(wú)料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)

2.3.2 布料器布料設(shè)施

無(wú)料鐘爐頂設(shè)備給高爐爐內(nèi)裝料過(guò)程通過(guò)設(shè)置在布料溜槽上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和傾動(dòng)裝置以及料流調(diào)節(jié)閥來(lái)控制實(shí)現(xiàn)，可滿(mǎn)足高爐的多種布料需求。布料器主要由中心喉管、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及檢測(cè)裝置、傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置及檢測(cè)裝置、布料器本體等組成。爐頂布料可采用單環(huán)、多環(huán)、扇形、定點(diǎn)布料以及螺旋和中心加焦布料的幾種方式，其中多環(huán)布料是最為基本的布料方式。在幾種布料形式中，手動(dòng)布料形式有單環(huán)、定點(diǎn)和扇形，其中單環(huán)布料還有自動(dòng)布料形式，定點(diǎn)和扇形只有在特殊時(shí)候才采用。布料的環(huán)數(shù)可在任意一個(gè)傾角位置上選擇，溜槽的旋轉(zhuǎn)是按照時(shí)間來(lái)控制的。

2.3.3 水冷氮封系統(tǒng)

無(wú)料鐘爐頂設(shè)備布料器配置的水冷氮封系統(tǒng)，正常設(shè)計(jì)冷卻水消耗量為15 t/h，在檢測(cè)到布料器溫度升高時(shí)，可提高冷卻強(qiáng)度，達(dá)到最大25 t/h的消耗量，這能夠保證布料器適應(yīng)爐頂高溫。布料器的回水為無(wú)壓回水，回水管設(shè)置在水冷鋼法蘭上，各回水接口匯總后接入就近的水汽分離器，水汽分離器將回水管道中的氣體接入布料器，回水直接通入至高爐地基附近的沉淀罐，經(jīng)過(guò)沉淀凈化后進(jìn)入爐身下層平臺(tái)的排水槽，實(shí)現(xiàn)布料器冷卻水的U型水封。為減少爐塵及煤氣進(jìn)入爐頂布料器內(nèi)，向布料器通入氮?dú)?，氮?dú)庀牧繛?00 m3/h，一方面能夠保持爐內(nèi)壓力稍高于爐頂壓力，另一方面可作為布料器冷卻水故障時(shí)的緊急冷卻措施。另外，在下密封閥也接入了一路氮?dú)猓跍囟冗M(jìn)一步升高時(shí)開(kāi)啟氮?dú)饪刂崎y，用于降低溫度。

2.3.4 爐頂均排壓及煤氣回收系統(tǒng)

在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，隨著布料器向高爐內(nèi)布料，一方面稱(chēng)量料罐的爐料進(jìn)入高爐內(nèi)部，另一方面爐內(nèi)的煤氣也同時(shí)進(jìn)入到稱(chēng)量料罐。在完成布料后，料罐內(nèi)物料排空，充滿(mǎn)了與高爐內(nèi)部等壓的高爐煤氣，在下次裝料前需要對(duì)該部分煤氣進(jìn)行回收處理。同樣，在稱(chēng)量料罐內(nèi)完成一次裝料后，料罐內(nèi)的氣體壓力小于爐內(nèi)壓力，需要對(duì)稱(chēng)量料罐進(jìn)行均壓，達(dá)到與高爐爐內(nèi)相同的壓力。

高爐一次均排壓配置兩路系統(tǒng)，互為備用，均排壓系統(tǒng)的控制設(shè)備為液壓設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。在稱(chēng)量料罐內(nèi)完成裝料后，先用高壓凈煤氣進(jìn)行一次均壓，再用氮?dú)膺M(jìn)行二次均壓。均壓系統(tǒng)使處于待卸料狀態(tài)的料罐內(nèi)壓力與爐頂壓力達(dá)到均衡，下密封閥方可以開(kāi)啟，向爐內(nèi)加料。排壓系統(tǒng)將排空料的料罐在下密封閥關(guān)閉后，排放罐內(nèi)高壓氣體，使其壓力接近大氣壓力。排壓時(shí)，料罐內(nèi)的煤氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器初步除塵后進(jìn)入煤氣回收管道，然后接到干法除塵，最后進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)排壓煤氣的回收。罐內(nèi)煤氣壓力降至設(shè)定值后，關(guān)閉回收閥，打開(kāi)均壓放散閥，放散至接近大氣壓力時(shí)，關(guān)閉均壓煤氣放散閥。這時(shí)可以開(kāi)啟上料閘和上密封閥準(zhǔn)備加料[2]。

兩路均排壓的設(shè)置能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。均排壓管道上的消音器和旋風(fēng)除塵器，能夠有效降低煤氣中的粉塵含量，降低放散噪音。

2.3.5 旋風(fēng)除塵器裝置

從爐頂料罐中排出的荒煤氣及進(jìn)口煤氣流速度一般為15～25 m/s，含塵質(zhì)量濃度可達(dá)20 g/m3，灰塵含量高。在爐頂料罐出口的管道上，兩路均排壓管道上均設(shè)有旋風(fēng)除塵器，除去部分大顆?；覊m后直接進(jìn)入到稱(chēng)量料罐進(jìn)行回收，可有效降低煤氣中的含塵濃度，減少含塵煤氣對(duì)管道的磨損。爐頂管道上設(shè)置的旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，便于維護(hù)，筒體按照耐磨材料設(shè)計(jì)，使用壽命較長(zhǎng)。

在高爐料罐裝料結(jié)束后，含塵的高爐煤氣在高壓下進(jìn)入均壓回收管道上的旋風(fēng)除塵器除塵，由于氣流流速較高，開(kāi)始在除塵器內(nèi)做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，將煤氣中的大顆粒物料分離出來(lái)。含塵的的氣流在內(nèi)壁以旋轉(zhuǎn)的方式向下移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流運(yùn)行到錐體底部后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，形成上升氣流，最后從旋風(fēng)除塵器豎直的頂部管口排出。煤氣中的大顆粒物料在旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的過(guò)程中，在離心力的作用下，沉降到除塵器內(nèi)壁上，在氣流旋轉(zhuǎn)和重力的作用下，下降到旋風(fēng)除塵器錐體下部空間，最后進(jìn)入料罐，實(shí)現(xiàn)煤氣的凈化和煤氣灰的回收。

2.3.6 料面檢測(cè)裝置

爐頂受料斗設(shè)有雷達(dá)料位計(jì)。受料斗的物料全部裝入料罐后，關(guān)閉擋料閥和上密封閥，受料斗開(kāi)始裝料。發(fā)出上料指令后，槽下稱(chēng)量漏斗按排料程序指令依次開(kāi)啟，由上料主膠帶機(jī)向爐頂受料斗供料。當(dāng)受料斗雷達(dá)料位計(jì)顯示受料斗內(nèi)所裝物料已達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，發(fā)出受料斗料滿(mǎn)信號(hào)，停止上料，完成裝料。料罐做好裝料準(zhǔn)備時(shí)，上密封閥已完全打開(kāi)，發(fā)出擋料閥開(kāi)啟指令，受料斗開(kāi)始向料罐排料，直至受料斗料空，雷達(dá)料位計(jì)發(fā)出受料斗料空信號(hào)，此時(shí)料罐已滿(mǎn)，可進(jìn)行下一步的受料斗裝料程序。

爐頂料罐設(shè)有雷達(dá)料位計(jì)和稱(chēng)重裝置，用于檢測(cè)料罐內(nèi)的物料情況。料罐內(nèi)料重主要采用稱(chēng)重的方式判定，只有在稱(chēng)重故障時(shí)才采用雷達(dá)料位判斷。完成一次布料后，在下次裝料前需校核皮重，滿(mǎn)足設(shè)定值后再行開(kāi)啟上密封閥加料，否則需要重置。料流調(diào)節(jié)閥接收到開(kāi)啟指令后開(kāi)始向爐內(nèi)裝料，料罐的料重隨著爐料不斷流入爐內(nèi)而減少，當(dāng)料重不再減少時(shí)，發(fā)出料罐排空信號(hào)。

高爐內(nèi)部爐料通過(guò)設(shè)置在爐頂煤氣封罩上的2臺(tái)機(jī)械探料尺測(cè)定，其中1臺(tái)探測(cè)深度為0～12 m，另一臺(tái)探測(cè)深度為0～24 m，探尺提升速度為0.6 m/s，下降速度為0.3 m/s。

探料尺設(shè)有兩種工作制度，即點(diǎn)測(cè)工作制度和連續(xù)測(cè)定工作制度。點(diǎn)測(cè)工作制度：探料尺停在上部極限位置，需要進(jìn)行料面探測(cè)時(shí)，探料尺下降，探完料后立即提起。連續(xù)測(cè)定工作制度：探料尺在探料時(shí)隨料面下降，當(dāng)料面達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，將探料尺提起，然后向高爐內(nèi)裝料。另外，設(shè)計(jì)一套雷達(dá)探尺探測(cè)爐內(nèi)料面，雷達(dá)探尺具有探測(cè)距離大、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)。

在煤氣封罩位置設(shè)置了爐頂紅外成像。爐頂紅外成像可實(shí)時(shí)觀察溜槽的工作情況、溜槽的襯板形態(tài)、溜槽的下料和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及爐內(nèi)情況。紅外成像配套有氮?dú)獯祾吆退溲b置，用于保護(hù)裝置設(shè)備。

2.3.7 自動(dòng)打水裝置

正常的高爐煤氣溫度一般控制在150～250℃，煤氣溫度過(guò)高，直接影響爐頂設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀煤氣除塵器的布袋。在煤氣封罩處設(shè)1套自動(dòng)打水降溫裝置，用于防止?fàn)t頂溫度過(guò)高，以達(dá)到保護(hù)爐頂設(shè)備的目的。本裝置在煤氣封罩上設(shè)置了霧化噴嘴，根據(jù)爐況的變化，在爐頂溫度異常升高時(shí)自動(dòng)噴水降溫。自動(dòng)打水裝置共設(shè)了8支噴槍?zhuān)瑖娝芰ψ畲鬄?00 t/h，水量能夠滿(mǎn)足高爐停爐輔助降溫需要。打水系統(tǒng)采用了獨(dú)立管道設(shè)計(jì)，布置在爐頂大平臺(tái)下層平臺(tái)，集成安裝了1套多級(jí)增壓泵以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)增壓泵后的水通過(guò)平臺(tái)上的2套分流柜，采用氣動(dòng)球閥，實(shí)現(xiàn)主控室遠(yuǎn)程控制。爐頂打水裝置的噴槍采用了全封閉結(jié)構(gòu)，噴嘴端設(shè)置有專(zhuān)門(mén)的封蓋機(jī)構(gòu)，能夠在噴嘴工作時(shí)自動(dòng)打開(kāi)封蓋實(shí)現(xiàn)噴霧；停止工作時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉封蓋，實(shí)現(xiàn)噴嘴與粉塵的隔離。噴槍的控制采用分組控制，每支噴槍均配有控制閥門(mén)、過(guò)濾器以及PLC控制系統(tǒng)。噴嘴在非工作狀態(tài)下，密封性能良好。

2.3.8 自動(dòng)點(diǎn)火裝置

自動(dòng)點(diǎn)火裝置設(shè)置在爐頂?shù)拇笃脚_(tái)上，點(diǎn)火燃料可采用焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或液化氣，配套有助燃的壓縮空氣及氧氣。爐頂點(diǎn)火裝置由減速電機(jī)、電控箱、氣控閥柜、機(jī)架、壓輪、導(dǎo)輪、槍體、安裝支座、膠管總成等組成，在高爐休風(fēng)或檢修時(shí)使用。高爐正常生產(chǎn)時(shí)，點(diǎn)火槍體放置在高爐外側(cè)。點(diǎn)火時(shí)，打開(kāi)煤氣封罩上的入孔，通過(guò)就近安裝的點(diǎn)火槍操控箱啟動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火槍槍體，槍體經(jīng)過(guò)壓輪和導(dǎo)輪，沿設(shè)定的軌道方向伸進(jìn)高爐內(nèi)部設(shè)定位置，進(jìn)一步啟動(dòng)點(diǎn)火控制按鈕，打開(kāi)燃?xì)?、壓縮空氣及氧氣控制閥，實(shí)現(xiàn)高爐內(nèi)部煤氣的自動(dòng)點(diǎn)火功能。

2.3.9 爐頂液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)

爐頂液壓站設(shè)置在爐頂大平臺(tái)上，用于各液壓設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，由液壓泵、閥臺(tái)、蓄能器、中間管線(xiàn)配管、電氣控制柜等組成。這些操作均可通過(guò)PLC或閥臺(tái)操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。

爐頂潤(rùn)滑采用智能潤(rùn)滑技術(shù)，放置在爐頂液壓站內(nèi)。可根據(jù)設(shè)備工作狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度等不同條件，以及設(shè)備潤(rùn)滑部位的不同要求，采用不同油脂以適應(yīng)單臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備，能夠準(zhǔn)確、定量、可靠地滿(mǎn)足設(shè)備各種潤(rùn)滑要求。爐頂液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種狀態(tài)，自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中可對(duì)每一潤(rùn)滑點(diǎn)的給油狀況實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，對(duì)每一潤(rùn)滑點(diǎn)的供油量進(jìn)行自行設(shè)定，對(duì)每一潤(rùn)滑點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證潤(rùn)滑可靠。

2.3.10 爐頂主要檢修設(shè)施

爐頂檢修設(shè)施主要由40 t吊車(chē)、10 t單梁吊及10 t和5 t的葫蘆組成，用來(lái)完成爐頂各設(shè)備的檢修和吊裝。

1）爐頂設(shè)備的檢修及吊裝。在爐頂?shù)跹b平臺(tái)設(shè)置1臺(tái)40 t起重機(jī)，起重機(jī)始終行駛在高爐中心線(xiàn)上，主要用來(lái)檢修上料主膠帶機(jī)的頭輪，以及將爐頂?shù)母髟O(shè)備從地面吊裝到爐頂大平臺(tái)。

2）溜槽的更換與檢修。在爐頂稱(chēng)量料罐平臺(tái)下方配套了1臺(tái)10 t的布料溜槽更換和檢修單梁起重機(jī)，用于溜槽的拆卸和安裝。

3）布料器檢修。爐頂稱(chēng)量料罐平臺(tái)下方配套了4臺(tái)10 t的布料器檢修葫蘆，同時(shí)還可用于檢修附近的探尺。

4）上密封閥、密封閥板檢修。在上密封閥、上密封閥板附近分別設(shè)置了5 t檢修葫蘆，用于完成上密封閥以及上密封閥板的更換檢修。

5）爐頂大放散檢修。在爐頂框架頂部設(shè)置了1臺(tái)5 t大放散閥的檢修葫蘆，該葫蘆還可用來(lái)檢修爐頂40 t行車(chē)、均壓閥等的吊裝。

3 結(jié)語(yǔ)

羅源閩光1 250 m3高爐爐頂?shù)脑O(shè)計(jì)，選用了國(guó)內(nèi)成熟、可靠的先進(jìn)裝備，工藝布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝備現(xiàn)代化、自動(dòng)化程度高。在充分滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)要求的同時(shí)，在生產(chǎn)方面，串罐無(wú)料鐘爐頂裝備、煤氣均壓回收、料面檢測(cè)、料罐稱(chēng)重以及液壓和智能潤(rùn)滑均實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化操作。在檢修設(shè)施上，配置的爐頂自動(dòng)打水裝置、爐頂點(diǎn)火槍?zhuān)矊?shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作。爐頂均壓煤氣回收，旋風(fēng)除塵器、消音器等設(shè)施的配套，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。生產(chǎn)實(shí)踐表明[3]，羅源閩光1 250 m3高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)良好，爐頂能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。通過(guò)應(yīng)用這些先進(jìn)可靠的技術(shù)，能夠?yàn)楦郀t高效、低耗、環(huán)保、穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行做好有力保障。