王冰，孟淑敏，劉洋，賈利軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

萊鋼3#3 200m3高爐爐頂系統(tǒng)設計特點

王冰，孟淑敏，劉洋，賈利軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

萊鋼3#3 200m3高爐爐頂設備設計采用技術先進、性能良好的引進PW串罐式無料鐘爐頂。生產實踐證明，無料鐘爐頂設備的采用對優(yōu)化高爐生產爐況、改善高爐生產技術經濟指標、提高設備壽命、減少工人維護工作量及確保節(jié)能環(huán)保要求等方面均具有重要意義。該設備的采用，為實現(xiàn)高爐“高效、優(yōu)質、低耗、長壽、環(huán)保”的目標打下了堅實的基礎。

大型高爐；設計；無料鐘爐頂

高爐爐頂設備是高爐煉鐵生產的重要和關鍵設備，近年來，隨著我國鋼鐵工業(yè)的飛速發(fā)展，各種新工藝，新裝備也在各鋼鐵廠應運而生，尤其是爐頂設備，無料鐘爐頂設備是為適應高爐大型化、高壓化、長壽化、現(xiàn)代化而出現(xiàn)的先進設備，無料鐘爐頂設備從70年代發(fā)展至今現(xiàn)已日益完善，其在各級別高爐，尤其是大型高爐中占據(jù)絕對主導地位。萊鋼3#3 200m3高爐于2010年3月建成投產，爐頂設備設計采用技術先進，性能良好的引進PW串罐式無料鐘爐頂。生產實踐證明，無料鐘爐頂設備的采用對優(yōu)化高爐生產爐況，改善高爐生產技術經濟指標，提高設備壽命，減少工人維護工作量，確保節(jié)能環(huán)保要求等方面均具有重要意義。

1 無料鐘爐頂設備的特點及選擇

無料鐘爐頂設備具有布料均勻，調劑靈活、密封性能好、能夠承受較高爐頂壓力，運行平穩(wěn)，安全可靠，結構簡單，便于維修，使用壽命長等特點[1]。

目前，無料鐘爐頂型式主要有串罐、并罐及三罐之分，三種型式各有其優(yōu)缺點，都能滿足高爐正常生產要求。從串、并罐無料鐘的特點來看，在裝料能力滿足高爐生產的前提下，中心卸料式串罐無料鐘爐頂有以下優(yōu)點：

（1）串罐無料鐘爐頂爐喉圓周布料更加均勻、且爐料無偏析；

（2）串罐無料鐘爐頂比并罐少一套上下密封和均排壓系統(tǒng)，設備重量較輕，可節(jié)省投資，具有更高的性價比；

（3）從爐頂框架結構布置來看，串罐無料鐘爐頂平臺比較寬敞，檢修維護相對簡單、方便、安全；

（4）串罐無料鐘爐頂稱量料罐的準確性較好。

隨著高爐裝備水平的現(xiàn)代化及操作水平的提高，高爐操作越來越趨于穩(wěn)定，串罐無料鐘爐頂裝料設備完全可以滿足大型高爐操作及趕料的要求。中國各鋼鐵廠大型高爐已成功地采用了串罐無料鐘許多年，而且萊鋼現(xiàn)有高爐全部采用的都是串罐無料鐘爐頂，對串罐無料鐘有著豐富的操作和維護經驗。

2 萊鋼3#高爐主要設計參數(shù)及控制要求

2.1 爐頂主要設計參數(shù)

裝料裝置形式：串罐無料鐘爐頂

上料方式：皮帶上料

裝入方式：C↓O↓

焦比：310 kg/t

礦石比：1 630 kg/t

爐頂壓力：正常0.25MPa，最高0.3MPa

布料方式：采用時間法、重量法布料方式，可以實現(xiàn)多環(huán)布料、扇形布料、定點布料

爐頂溫度：150～250℃

根據(jù)爐喉直徑（Ф9 400mm）、焦比310 kg/t及最高日產9 600 t生鐵的設計條件，使爐喉保持適當?shù)牧蠈雍穸取⒈３诌m當?shù)娜丈狭吓鷶?shù)及適應爐況的要求,料罐有效容積選擇為80m3,根據(jù)設計計算,按C↓O↓的裝料制度在最大產鐵量前提下串罐爐頂設備參數(shù)的選擇滿足不同料批裝料制度和最高日產量時趕料的要求。

2.2 爐頂裝料設備控制要求

爐頂系統(tǒng)的控制要求可實現(xiàn)自動控制，并能夠手動控制和機旁操作（檢修調試用），三種方式能互相切換，在自動控制下，爐頂?shù)倪\作是完全自動進行的，裝料、布料等參數(shù)、狀態(tài)和程序均可通過鍵盤輸入或者由計算機給出。在手動控制下，可通過控制臺上的不同按鈕及選擇開關控制工藝過程。爐頂系統(tǒng)（包括噴水降溫設施）納入高爐可編程自動控制系統(tǒng)中。整個系統(tǒng)可以采用下列任一方式操作：

（1）全自動化操作。即完全由程序控制，包括向料罐內裝料、向爐內布料（包括趕料線操作）、設備的潤滑以及噴水降溫操作均由程序控制。

（2）計算機鍵盤手動操作。即在主控室內通過操作人員操作鍵盤來控制設備的全部或幾個動作。

（3）強制鍵盤手動操作。在特殊情況下，解除設備聯(lián)鎖，手動操作各設備。

（4）機旁操作。爐頂液壓站、干油潤滑站在主控室授權的條件下，可以在站內對各液壓驅動設備實現(xiàn)操作。

3 爐頂結構及主要設備參數(shù)

（1）萊鋼3#高爐爐頂結構：爐頂大框架設置在煤氣上升管外，用于支撐爐頂80 t安裝起重機、上料皮帶輸送機頭部段及上部料罐。上部料罐采用多流嘴式料流分配器加固定料罐的型式，該方式不僅解決了上部料罐固定時爐料在料罐內的偏析問題及原來采用旋轉料罐時旋轉機構較難的維護保養(yǎng)問題，而且該方式的采用取消了原來采用旋轉料罐時制造難度大、加工要求高、安裝不便的爐頂受料罐支撐環(huán)梁，固定式受料罐結構的采用大大簡化了爐頂結構，平臺布置寬敞，為操作維護帶來方便。

上料閘采用封閉式結構，油缸放在箱體外，避免灰塵直接侵入，上下罐間無粉塵外泄，可改善上料閘的工作環(huán)境。上料閘與上部料罐分段獨立設置，并在箱體外設置如下閥箱類似的檢修梁，檢修時可將上閥箱沿檢修梁移出高爐中心線進行整體更換[2]。該結構同時解決了上料閘檢修困難的問題。如圖1所示。

圖1 上閥箱示意圖

稱量料罐通過4根獨立于爐頂大框架的支柱支撐在爐殼外封罩上，簡化了稱量料罐的安裝，使爐頂結構及平臺布置更加簡潔。下閥箱采用小車移動式結構，布料溜槽傳動齒輪箱和自立式探尺直接支于外封罩上。在稱量料罐下部設有齒輪箱、下閥箱安裝檢修梁，該梁同時還用作布料溜槽檢修專用吊車走行支撐梁。四根煤氣上升管支撐在爐頂大平臺上。爐頂液壓站也布置在爐頂大平臺上。爐頂大框架布置在四根煤氣上升管的外側，在0°和180°方向上部收縮成“A”型結構，在90°和270°方向大框架為矩形結構。爐頂均、排壓設備及管道支撐在上升管上的各層平臺上。爐頂樓梯間位于高爐的270°方向。爐頂大平臺上還設有更換布料溜槽專用平板車，有利于縮短布料溜槽的更換時間。

（2）串罐無料鐘爐頂裝料設備分為九個主要部分∶橡膠軟連接、固定受料罐（含多流嘴分配器）、上料閘、稱量料罐（包括上密封閥）、下閥箱（包括下密封閥、料流調節(jié)閥）、波紋管、液壓眼鏡閥、布料裝置、爐頂鋼圈。主要設備參數(shù)見表1。

表1 萊鋼3#高爐爐頂裝料設備主要設備參數(shù)表

4 爐頂附屬系統(tǒng)組成及介紹

爐頂裝料附屬系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、干油潤滑系統(tǒng)、均壓放散系統(tǒng)、水冷氣密齒輪箱冷卻系統(tǒng)、噴水降溫系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)、探尺系統(tǒng)、爐頂點火系統(tǒng)、爐頂框架結構、爐頂檢修設施等組成。

4.1 爐頂均壓放散系統(tǒng)

均壓放散系統(tǒng)設置了均壓閥2臺、旋風除塵器1臺、放散閥2臺、粉塵回收閥1臺，爐頂放散用消音器1臺等設施。當采用高壓操作時，稱量料罐的均壓采用半凈煤氣進行一次均壓，用氮氣進行二次均壓，放散時通過排壓閥、旋風除塵器和消音器放散。旋風除塵器用于料罐排壓時除去部分煤氣中大顆粒灰塵，減少爐頂消音器的灰負荷及改善環(huán)境。

4.2 爐頂液壓、潤滑系統(tǒng)

爐頂液壓站由油箱、泵、蓄能器、閥臺和連接管線組成，系統(tǒng)工作壓力為16～20 MPa，該液壓站向爐頂液壓設備的執(zhí)行機構提供動力油，站內的蓄能器可保證爐頂系統(tǒng)斷電時全部液壓設備動作一次。

爐頂潤滑裝置為爐頂各設備供給潤滑油脂，45 min和8 h潤滑回路分開設置，共用3臺油泵，其中1臺為備用泵，可以在另外2臺油泵之間切換。

為了確保爐頂液壓站的正常工作和安全，液壓介質采用難燃礦物油。潤滑裝置位于液壓站內一角，站內設有消防、通風設施。

4.3 噴水降溫系統(tǒng)

為控制爐頂溫度，保護爐頂設備，在煤氣封罩處設自動噴霧降溫裝置一套，共10組（每組2支）噴槍，噴頭可自動伸縮，系統(tǒng)最大打水量240 t/h，打水壓力1.6 MPa。該系統(tǒng)可根據(jù)煤氣量、煤氣溫度進行準確判斷，自動控制啟停、打水部位、打水量等。

4.4 水冷氣密齒輪箱冷卻系統(tǒng)

溜槽傳動齒輪箱的冷卻采用閉路循環(huán)水冷的方式。在爐體大平臺下設有爐頂水冷站。循環(huán)水量為25 m3/h左右。為減少爐內煤氣及粉塵竄入齒輪箱內，減少積灰，向齒輪箱中連續(xù)通入500 m3/h（事故時1 000m3/h）左右的N2進行密封。

4.5 蒸汽加熱系統(tǒng)

為提高橡膠密封圈的使用壽命，在上、下閥座內通入蒸汽以加熱密封圈，保持密封圈的干燥。

4.6 探尺系統(tǒng)

爐頂煤氣封罩設三臺機械探料尺，其中兩臺探測深度為0～6 m，另一臺探測深度為0～24 m，探尺提升速度為0.6 m/s，下降速度為0.3 m/s。設計改進了探尺的支承結構，增加傳動裝置的支承，從而避免探尺因傳動軸偏載導致運行中出現(xiàn)的卡阻現(xiàn)象。機械探尺在高爐正常工作時為連續(xù)工作制，在開爐調試及事故狀態(tài)下為點測工作制。另外，設計一套雷達探尺，雷達探尺具有探測距離大，精度高，安裝維護簡單方便的特點。

4.7 爐頂點火系統(tǒng)

在爐頂大平臺設有爐頂點火裝置一套，電機驅動，點火采用液化石油氣或天燃氣。

4.8 爐頂檢修設施

（1）為了便于檢修及安裝爐頂設備，在爐頂大框架梁上設有一臺起重量為80 t的爐頂起重機。為了檢修上料主皮帶頭輪，在爐頂框架上設有主皮帶頭輪檢修梁，可通過單軌小車和爐頂起重機進行主皮帶頭輪的拆裝。

（2）為了便于檢修及更換布料溜槽，在爐頂平臺上設有一臺起重量為16 t的布料溜槽更換專用吊車。在爐頂平臺上還設有布料溜槽拆卸用臺車，為布料溜槽的快速拆卸創(chuàng)造條件。

（3）在爐頂上、下閥箱位置設有專門的軌道，用于上、下閥箱的整體移出檢修。

（4）在爐頂檢修設施中考慮有無料鐘設備檢修用特殊吊具，如布料溜槽更換裝置、上密封閥驅動裝置拆卸臂等。

（5）均、排壓閥的檢修設有一臺3 t電動葫蘆，上密封閥、下密封閥、下料閘以及探尺均設有專門的單軌梁進行檢修吊裝。

（6）由于爐頂大放散閥位于爐頂最高處，而爐頂大吊車位置較低，不能將爐頂大放散閥吊運到最高點位置，因此，在爐頂平臺上設置一臺5 t電動卷揚，通過倒運吊裝實現(xiàn)爐頂大放散閥的快速檢修。

4.9 爐頂框架結構

爐頂框架設計采用鋼結構。爐頂平臺的分層以方便維護，易于設備吊裝檢修為設計原則，每層平臺均設置雙向走梯。出鐵場1.5 t客貨兩用電梯最高可到達主皮帶頭輪平臺。

5 結語

萊鋼3#高爐設計采用了PW串罐無料鐘爐頂先進裝備技術，并且在設計過程中完善優(yōu)化了爐頂各附屬系統(tǒng)的設計方案，高爐投產至今，各系統(tǒng)運行正常、穩(wěn)定，設備易損部件少，檢修方便快捷，目前，3#高爐各項技術經濟指標已進入了國內外先進行列。

通過實踐證明設計采用的爐頂系統(tǒng)新技術有利于高爐實現(xiàn)高產、穩(wěn)產、低耗和長壽的目標，滿足萊鋼“工藝現(xiàn)代化、裝備大型化、操作自動化、管理信息化、經濟效益最優(yōu)化、節(jié)能環(huán)?！钡墓こ添椖拷ㄔO要求，同時也體現(xiàn)了萊鋼高爐設計、生產實踐的不斷進步。

∶

[1]項鐘庸，王筱留.高爐設計——煉鐵工藝設計理論與實踐[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2014.

[2]熊拾根.大型高爐采用無料鐘技術幾個問題的探討[J].煉鐵，2005，24（1）：47-49.

Design Features of Laiwu Steel 3#3 200m3Blast Furnace Top System

WANG Bing,MENG Shumin,LIU Yang,JIA Lijun
（Shandong Province Metalurgical Engineering Co.,Ltd,Jinan 250101,China）

The PW string tank bell-less top,which technology was advanced and has good performance,was used in the design of Laiwu Steel 3#3 200 m3blast furnace top equipment.The practice has proved that bell-less top equipment were of great significance for optimizing the use of blast furnace production conditions,improving technical and economic indicators of blast furnace production,increasing equipment life,reducing maintenance workload of workers,ensuring energy saving and environmental protection requirements,etc.The adoption of the equipment laid a solid foundation for the realization of the blast furnace goals for‘efficient,high quality,low consumption,long life,environmental protection’.

large-scale blast furnace;design;bell-less top

TF572

B

1001-6988（2016）05-0030-04

2016-06-02

王冰（1983—），男，工程師，主要從事高爐工藝設計及管理工作.