聶榮恩

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的高爐均配備3座熱風(fēng)爐，主要操作方式為“兩燒一送”，即：兩座熱風(fēng)爐中任一座處于燃燒期或換爐期，第3 座處于送風(fēng)期［1］。因此需要通過(guò)熱風(fēng)爐換爐操作來(lái)為高爐持續(xù)送風(fēng)，而換爐過(guò)程中往往會(huì)使風(fēng)壓、風(fēng)量甚至風(fēng)溫產(chǎn)生波動(dòng)，對(duì)高爐穩(wěn)定順行產(chǎn)生極大影響［2］。因此降低熱風(fēng)爐換爐過(guò)程風(fēng)壓風(fēng)量波動(dòng)對(duì)高爐的影響，為高爐穩(wěn)產(chǎn)順產(chǎn)創(chuàng)造有利條件就顯得尤為重要，本研究針對(duì)天鋼聯(lián)合特鋼熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐技術(shù)進(jìn)行探究分析。

2 熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐技術(shù)的必要性

目前煉鐵行業(yè)高爐熱風(fēng)爐換爐技術(shù)普遍采用冷風(fēng)充壓方式，天鋼聯(lián)合特鋼熱風(fēng)爐在技改前采用同樣方式換爐。在充壓過(guò)程中，冷風(fēng)風(fēng)壓下降12 kPa 左右，每次換爐入爐風(fēng)量總量減少約2 400 m3，此過(guò)程相當(dāng)于高爐減風(fēng)生產(chǎn)，且日均操作32 次左右，如遇爐況異常，將加劇爐內(nèi)操作困難，影響和制約高爐的順行和穩(wěn)產(chǎn)。

行業(yè)內(nèi)有采用風(fēng)機(jī)恒壓鼓風(fēng)換爐模式［3-4］，經(jīng)調(diào)研，存在風(fēng)壓、風(fēng)量調(diào)節(jié)的滯后性，仍存在約5 kPa 左右風(fēng)壓及風(fēng)量波動(dòng)，以及風(fēng)機(jī)高頻次模式轉(zhuǎn)換帶來(lái)的隱患問(wèn)題。此外，定風(fēng)壓操作需要采用大風(fēng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，無(wú)疑會(huì)增加成本。

普通換爐需要考慮煤氣質(zhì)量、熱風(fēng)溫度及高爐操作3 個(gè)條件，大概每40 min 換一次爐，換爐過(guò)程大概需要10～15 min，這時(shí)高爐的操作是最限制環(huán)節(jié)。當(dāng)高爐處在出鐵、懸料或特殊情況時(shí)，保持低風(fēng)溫，不能換爐和加減風(fēng)。不能及時(shí)換爐導(dǎo)致?tīng)F爐過(guò)程變長(zhǎng)，增大熱損失，從而導(dǎo)致風(fēng)溫降低，進(jìn)而導(dǎo)致惡性循環(huán)。

天鋼聯(lián)合特鋼經(jīng)多次調(diào)研論證，決定創(chuàng)新采用壓縮空氣充壓換爐方式?？蓪?shí)現(xiàn)真正意義上的零擾動(dòng)換爐，同時(shí)可促進(jìn)高爐順行穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，提高產(chǎn)量，綜合效益可觀。

3 熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

3.1 系統(tǒng)組成

熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括充壓裝置和控制系統(tǒng)：1）3 座高爐公用充壓管道（DN150）。2）每座熱風(fēng)爐設(shè)置手動(dòng)DN125 截止閥1 個(gè)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1 個(gè)，電動(dòng)充壓閥1 個(gè)，氣源流量計(jì)1 個(gè)。3）每座高爐新增沖壓系統(tǒng)與原有設(shè)置壓力控制系統(tǒng)公用。4）為降低充壓時(shí)對(duì)氣源管網(wǎng)的沖擊，需加裝儲(chǔ)氣罐1個(gè)。

圖1 熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐裝置

3.2 工作原理及流程

天鋼聯(lián)合特鋼熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐技術(shù)的工作原理及流程如下所述：

1）選擇某座熱風(fēng)爐（具備換爐條件或接到換爐指令）進(jìn)入無(wú)擾動(dòng)換爐狀態(tài)并確認(rèn)。

2）控制系統(tǒng)按采集到的當(dāng)前冷風(fēng)壓力為最終充壓終止控制壓力（確認(rèn)壓空總管壓力＞0.6 MPa）。

3）控制系統(tǒng)發(fā)出打開(kāi)充壓閥指令，電動(dòng)充壓閥打開(kāi)后，充壓調(diào)節(jié)閥按比例緩慢打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行充壓，壓力跟蹤，接近最終壓力時(shí)按比例調(diào)節(jié)逐漸關(guān)閉閥門(mén)，直至壓力與設(shè)定壓力一致。

4）關(guān)閉調(diào)節(jié)閥后，關(guān)閉電動(dòng)充壓閥。

5）完成充壓后控制系統(tǒng)提示充壓完成，操作人員進(jìn)行換爐操作或轉(zhuǎn)入自動(dòng)換爐系統(tǒng)操作。

6）換爐完畢，等待下一個(gè)熱風(fēng)爐充壓過(guò)程。

7）遇特殊情況，如壓空壓力低于設(shè)限時(shí)及時(shí)投入原冷風(fēng)換爐操作。轉(zhuǎn)入原冷風(fēng)換爐前，必須將現(xiàn)場(chǎng)液壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和電控箱選擇開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)換到相應(yīng)位置狀態(tài)。

3.3 功能介紹

天鋼聯(lián)合特鋼高爐熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐系統(tǒng)在具有較為強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，其可以有效地應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同的生產(chǎn)狀況，其具體功能如下：

1）確保管網(wǎng)壓力無(wú)波動(dòng)。流量計(jì)控制流量，不能影響外網(wǎng)（總網(wǎng)）的流量，保證管網(wǎng)壓力（8 kPa）不會(huì)降低，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；充壓過(guò)高時(shí)，造成熱風(fēng)爐壓力超過(guò)冷風(fēng)壓力，快切閥會(huì)切斷；管網(wǎng)壓力低時(shí)，快切閥也會(huì)切斷；流量計(jì)和快切閥的協(xié)同配合，保證管網(wǎng)壓力無(wú)波動(dòng)。

2）零擾動(dòng)換爐體系與原換爐體系的智能保護(hù)功能。當(dāng)零擾動(dòng)換爐體系出現(xiàn)故障，無(wú)法順利運(yùn)行，液壓閥門(mén)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，換爐送風(fēng)體系會(huì)返回至原始換爐系統(tǒng)，整個(gè)過(guò)程僅需1～2 min。

3）智能充壓功能。根據(jù)流量情況自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證充壓完成的情況，當(dāng)冷風(fēng)壓力和熱風(fēng)爐壓力相差2 kPa時(shí)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉充壓閥。因?yàn)檫M(jìn)入熱風(fēng)爐的冷風(fēng)受熱會(huì)膨脹，所以留出氣體膨脹余量。

4 熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐技術(shù)應(yīng)用效果

天鋼聯(lián)合特鋼熱風(fēng)爐技改前采用冷風(fēng)充壓方式換爐，技改前每次冷風(fēng)充壓后出現(xiàn)冷風(fēng)、熱風(fēng)壓力降低約12 kPa，并伴隨著料速降低。采用無(wú)擾動(dòng)換爐后冷熱風(fēng)壓力、料速無(wú)變化。

此外，采用無(wú)擾動(dòng)換爐后，避免了每次換爐的相對(duì)減風(fēng)過(guò)程，風(fēng)壓風(fēng)量平穩(wěn)，更有利于高爐穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，日增產(chǎn)量40～50 t。

天鋼聯(lián)合特鋼經(jīng)調(diào)研論證和技術(shù)改造，采用壓縮空氣充壓換爐方式，提出了熱風(fēng)爐零擾動(dòng)換爐技術(shù)。能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐換爐時(shí)高爐風(fēng)壓零波動(dòng)，同時(shí)可促進(jìn)高爐順行穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，綜合效益可觀。