郭 戌，吳志宏

（中冶京誠工程技術有限公司，北京，100176）

0 引言

高爐出鐵口處煙塵受自身特性及工藝操作的因素，成為整個出鐵場除塵治理的重點及難點，為此眾多冶金工作者開展了大量的研究，尤其是隨著對環(huán)保的日益重視，國內各大鋼廠根據(jù)各自的生產實踐開發(fā)出適合自身發(fā)展的鐵口除塵技術，取得了較大的進步，但然存在因捕集罩設置不合理、風量分配不合理、密閉不嚴導致煙塵外溢，設備維護量大，運行成本高等不足。本文在總結各鋼廠出鐵口煙塵治理改造經驗的基礎上，推薦采用鐵口強力抽風+爐前密閉設計的組合式捕集模式，實現(xiàn)鐵口煙塵高效捕集，滿足工作崗位濃度要求。

1 高爐出鐵口煙塵治理的必要性

據(jù)統(tǒng)計，高爐出鐵場煙塵平均每生產1 t 鐵水就散發(fā)2.5 kg[1]，受原材料及冶煉工藝的影響，部分鋼廠產塵量要遠遠高于2.5 kg，而出鐵口處作為出鐵場主要產塵點，產塵量可達出鐵場總產塵量的30%左右。

出鐵口煙氣主要由正常出鐵時產生的“一次煙塵”以及開堵鐵口時產生的“二次煙塵”組成，“一次煙塵”較容易捕集，“二次煙塵”則受熱壓及爐壓的共同作用，呈現(xiàn)出溫度高、流速快、射程遠、噴射瞬時量大、擴散面積大、煙塵顆粒小等特點，導致煙塵的捕集難度大，而且一旦失去控制就會迅速擴散至整個出鐵場內，并會長時間在空氣中飄散無法沉降，對出鐵場工作環(huán)境造成很大的污染，同時對人體健康也存在很大的隱患[2]。

隨著環(huán)保要求的日益嚴格，加強鐵口煙塵治理，實現(xiàn)鐵口高效除塵，成為爐前工作的重點內容之一。

2 國內鋼廠鐵口除塵技術應用實踐

在國內鋼廠煙塵治理的應用實踐中表明，除塵器的凈化效率已經滿足粉塵排放要求，而煙塵的捕集效率成為煙塵治理的限制性環(huán)節(jié)，而要想獲得良好捕集效率，關鍵在于對產塵點處捕集罩的布置以及風量的分配。國內各鋼廠根據(jù)各自的工藝布置特點，引進或開發(fā)了適應本廠鐵口煙塵的捕集模式，形成了各具特色鐵口煙塵捕集方式。

2.1 屋頂罩的應用

屋頂罩設置出鐵場廠房頂部，其布置受廠房屋頂結構的影響，但因其不影響工藝操作，曾經被廣泛用于出鐵場“二次煙塵”的捕集，同時在出鐵口設置頂吸罩、側吸罩，實現(xiàn)鐵口煙塵的捕集。但隨著除塵技術的發(fā)展，各大高爐在實施出鐵場煙塵治理中，均逐步取消了屋頂罩，僅有部分小高爐仍保留屋頂罩除塵。

攀鋼[3-4]作為大型鋼鐵企業(yè)，對出鐵場煙塵的治理一直進行著摸索，取得很大的進步。但因攀鋼冶煉釩鈦磁鐵礦的特殊工藝，與普通高爐相比，其出鐵場煙塵溫度更高，噸鐵產塵量更大，因此在多次高爐出鐵場煙塵治理中均保留了屋頂罩捕集技術，并將風量增大到50～60 萬m3/h，新3 號高爐更是增加到140 萬m3/h，還加大了屋頂罩口尺寸，同時根據(jù)現(xiàn)場實際條件，采用了吊車移動罩、可移動式頂吸罩等形式頂吸罩，并加強鐵口周圍的封閉處理，提高頂吸罩風量，最大的提高到～60 萬m3/h，同時對側吸罩位置也進行了改進，使出鐵場環(huán)境得到了較大的改善。

可以說攀鋼因其高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的工藝特點，以提高出鐵口頂吸及側吸除塵風量，設置屋頂“二次除塵”系統(tǒng)，換取較好的出鐵場工作環(huán)境，但既增加了一次投資，又提高了后期運行成本，實屬無奈之舉。

2.2 垂幕罩的應用

垂幕罩是引進日本技術，其工作原理是將煙氣限制在鐵口區(qū)域范圍內，然后借助引風機的負壓作用，在頂吸罩處實現(xiàn)對煙塵的捕集。垂幕罩需要在出鐵時降下來，出完鐵后再升起來，操作較頻繁。首鋼2#高爐（已拆除）[5]、寶鋼 1#高爐[6]及攀鋼新 3#高爐[3]曾采用垂幕罩捕集出鐵場二次煙塵，但應用實踐表明，受鐵口區(qū)域惡劣環(huán)境的影響，垂幕容易燒壞，傳動結構容易損壞，設備維護量大，嚴重時會影響工藝操作，進而影響高爐生產，因此也逐漸被淘汰。

攀鋼新3#高爐鐵口除塵經過改造形成了出鐵口雙側吸罩（分配12+12 萬m3/h 風量）+頂吸罩（分配50 萬m3/h 風量）+屋頂除塵罩（分配140 萬m3/h風量）的鐵口煙塵捕集模式[4]。

寶鋼1#高爐出鐵口除塵也經過多次改造形成了側吸+小垂幕擋簾+集塵擋板的捕集模式，捕集效率有了很大的提高[6]。而寶鋼3#、4#高爐出鐵口煙塵捕集則采用頂吸+兩側吸的方式，頂吸采用獨立的除塵管道系統(tǒng)，確保頂吸除塵風量，除塵效率高，可有效避免開堵口過程黃煙溢出[7]。寶鋼高爐也均設有獨立二次除塵系統(tǒng)，運行成本也較高。

2.3 鐵口強力抽風捕集的應用

鐵口強力抽風煙塵捕集模式，就是將一、二次煙塵捕集合并，設置側吸與頂吸，分配較大的除塵風量，同時利用風口平臺，設置適當?shù)膰鷵?，在出鐵口與吸塵罩之間形成一個負壓環(huán)境，為煙氣捕集創(chuàng)造條件，強化出鐵口區(qū)域的煙塵捕集模式[8-10]。

表1 列舉了國內部分鋼廠出鐵口捕集罩設置及風量分配，此外萊鋼3200 m3高爐[14]，宣鋼2500 m3高爐，寧鋼2500 m3高爐等也均采用了鐵口強力抽風模式，從國內鋼廠改造的效果來看，各鋼廠高爐均設置了頂吸罩，并分配了較大的捕集風量，在不影響工藝操作的情況下，頂吸罩采用了固定式、上下移動及左右移動多種形式，同時為了獲取較好的捕集效果，盡量增大頂吸罩的罩口面積，可以實現(xiàn)對鐵口區(qū)域的煙塵的有效捕集，避免了開、堵鐵口時煙塵向出鐵場區(qū)域的擴散，基本滿足了國家對操作崗位粉塵濃度的要求。

表1 出鐵口捕集罩設置及風量分配[11-13]

對比屋頂罩、垂幕罩及鐵口強力捕集模式，前兩種需單獨設置二次除塵系統(tǒng)，一次性投資大，后期運行成本、維護成本都比較高，國內鋼廠已經很少使用，而鐵口強力捕集模式將一次除塵與二次除塵合并，降低了一次投資，還可實現(xiàn)煙塵的高效捕集，滿足出鐵場環(huán)境除塵要求，在國內高爐出鐵口煙塵治理過程中得到了廣泛的應用。

3 鐵口強力抽風+爐前密閉設計的應用實踐

伴隨著環(huán)境友好、資源節(jié)約口號的提出，對出鐵場除塵，特別是鐵口煙塵的控制提出了更高的要求，即在滿足工藝操作的前提下，合理布置吸塵罩，有效封閉塵源點，盡量做到以較小的風量實現(xiàn)對鐵口煙塵的有效控制及捕集。不影響工藝操作是前提，捕集罩設置及風量分配是關鍵，爐前密閉設計是保障。

3.1 側吸罩與頂吸罩設置

研究出鐵口煙塵的流動擴散規(guī)律，是確定出鐵口捕集罩的基礎。從生產實踐來看，側吸罩罩口頂部應緊貼風口平臺梁底，側面距離出鐵口側以1～1.5 m 為宜，同時還要與鐵口框、爐前封板、主溝上風口平臺護板相互配合，實現(xiàn)鐵口區(qū)的有效封閉；頂吸罩則應在滿足爐前設備操作的條件下，與風口平臺和爐前密閉設計統(tǒng)一考慮，隨著風口平臺的加寬，頂吸罩一般布置在風口平臺外側，罩口下部可與風口平臺平齊。

對于出鐵口的風量分配理論上講越大越好，可以避免煙塵的外溢，但是風量大能耗高，不經濟，此外風量大會吸入一些大顆粒，加快除塵管道的磨損，同時也會導致主溝鐵水溫降較大，為此出鐵口區(qū)域總除塵風量建議為35～40 萬m3/h，其中當設置雙側吸罩時，每點分配風量為5～10 萬m3/h，當設置單側吸罩時，風量可提升至10～15 萬m3/h；頂吸罩分配15～20 萬m3/除塵風量為宜。

在高爐出鐵過程中，側吸罩一方面實現(xiàn)對煙塵在出鐵口近端一次捕集，另一方面削弱煙氣力度，改變氣流方向，為頂吸罩的二次捕集創(chuàng)造條件，頂吸罩則借助煙氣本身的熱動力作用和負壓作用實現(xiàn)對煙氣的二次捕集。合理的側吸罩及頂吸罩布置，再輔以適當?shù)娘L量，完成鐵口煙氣的高效捕集。

3.2 爐前密閉設計

爐前密閉設計是實現(xiàn)鐵口煙塵高捕集效率的保障，就是將煙塵限制在有限的空間內，即使側吸與頂吸一時無法將所有煙塵捕集，也不至于擴散到整個出鐵場。爐前密閉設計是擴大了的“密閉小室”，是利用風口平臺，同時在出鐵場平臺上設立柱，將泥炮、開鐵口機和主溝前段全部封閉，靠近高爐本體側也進行封閉，爐前操作在密閉小房中進行，在封閉小房屋頂設置頂吸罩，與通風主管連接，捕集到的煙塵進入出鐵場環(huán)境除塵系統(tǒng)。

爐前封閉設計具體要求如下：

（1）密閉小屋凈高要求5 m，在泥炮開口機側設置檢修門，用于工人進行開鐵口機換桿及裝炮泥和清理炮嘴作業(yè)；將泥炮開口機上部屋頂設置為活動蓋板，滿足泥炮開口機檢修設備吊裝的需要；正對出鐵口側設置固定封板，主溝兩側則設置活動門，凈高3 m，凈寬3 m，滿足主溝解體機進入密閉小屋進行主溝解體作業(yè)。檢修門及活動門均可作為疏散門。

（2）封閉小屋靠近風口平臺側應保證與風口平臺間密封，另一側封閉至撇渣器除塵罩處，建議撇渣器除塵罩伸進封閉小屋100～200 mm，形成一個整體的密閉空間。

（3）封閉小屋設置通風降溫照明設施，增設軸流風機用于臨時降溫，照明設備要求耐熱防爆。

（4）為保證封閉小屋使用壽命，要求小屋側封板及頂蓋板均進行耐熱噴涂處理，也可在封板上設置水冷管。

（5）設置相應的安全措施。

以上列舉了爐前密閉設計的基本原則，對于改造項目可根據(jù)具體實際情況進行修改，目的是在不影響爐前操作及保證安全的條件下，實現(xiàn)爐前的有效密閉，煙塵捕集效率極大提高。

3.3 工程設計案例

以國內某鋼廠高爐設計為例，對煙氣捕集罩的設置、鐵口風量分配及爐前密閉設計進行說明。

高爐基本情況如下：

高爐有效容積2300 m3，產量189 萬t/a ，雙出鐵場，兩個鐵口，鐵口夾角180，2 個出鐵場交替出鐵，鐵水溫度 1350～1460 ℃，出鐵次數(shù) 12～13 次/d ，主溝及渣鐵溝均為澆注料，上部設有溝蓋。采用雙側吸罩+頂吸罩+爐前密閉設計，每個鐵口的捕集罩風量分配見表2。

表2 鐵口捕集罩風量分配

圖1、圖2、圖3 為出鐵口捕集罩及爐前密閉設計布置示意圖，密閉小屋凈高5 m，設置檢修門兩個，主溝兩側設置活動門兩個，泥炮開口機處屋頂為活動蓋板，其它地方均為固定封板，封板及蓋板上均噴涂50 mm 厚耐火噴涂料；設置側吸罩兩個，側吸罩與風口平臺梁及爐前護板配合密封，頂吸罩與密閉小屋統(tǒng)一設計，罩口尺寸為4.7 m×6 m，寬度上覆蓋主溝，密閉小屋靠近風口平臺側設置封板進行密封，撇渣器除塵罩伸進密閉小屋，使鐵口區(qū)域形成完整的密封區(qū)域。

目前，爐前密閉設計已成功應用到江陰興澄特鋼、泰鋼、河北縱橫豐南鋼鐵、邢臺德龍等多座改造或新建高爐中，取得良好的應用效果。

圖1 鐵口捕集罩平面布置示意圖

圖2 側吸罩斷面示意圖

4 結論

（1）采用鐵口強力抽風+爐前密閉設計是一種有效的鐵口煙氣捕集模式，煙塵捕集效率高，極大改善出鐵場工作環(huán)境。

（2）側吸罩罩口頂應靠近風口平臺梁布置，頂吸罩應借助風口平臺，布置在風口平臺外側。

（3）出鐵口區(qū)域總除塵風量建議為35～40 萬m3/h，其中當設置雙側吸罩時，每點分配風量為5～10 萬m3/h，當設置單側吸罩時，風量可提升至10～15 萬m3/h；頂吸罩分配15～20 萬m3/h 除塵風量為宜。

圖3 頂吸罩斷面示意圖

（4）爐前密閉設計是鐵口區(qū)域獲得較好捕集效率的保障，前提是不能影響爐前作業(yè)，應與頂吸罩統(tǒng)一考慮。