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，對裝料設(shè)備的性能提出了諸多要求，串罐式無料鐘爐頂在高爐冶煉上得到了青睞，能夠很好地滿足當(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料鐘爐頂設(shè)備，能夠靈活可靠地實現(xiàn)高爐的多種布料要求。

2 爐頂系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計基本參數(shù)

高爐年生鐵產(chǎn)量115萬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上，與高爐本體脫開，不同于稱量料罐支撐在爐體的方式，該方式可擴(kuò)大稱量料罐以下各層平臺的操作及檢修空間，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，實現(xiàn)布料器以上各無料鐘爐頂設(shè)備的部件與爐體脫開，防止?fàn)t體通脹對爐頂稱量及各層平臺造成影響。在爐頂框架兩側(cè)，設(shè)置了雙側(cè)樓梯，并與出鐵場共用設(shè)置了電梯，可直接上至爐頂大平臺、料罐平臺及受料斗平臺幾個主要操作平臺。

爐頂框架設(shè)多層檢修平臺，爐頂大平臺上布置氮氣罐、爐體軟水系統(tǒng)膨脹及脫氣罐、爐頂檢修用的自動點火設(shè)施、爐頂及粗煤氣設(shè)備的液壓站及智能潤滑站。在爐頂大平臺上均布了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上。

2.3 爐頂各個系統(tǒng)及主要裝備

2.3.1 無料鐘爐頂設(shè)備

無料鐘爐頂設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，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，物料可以通過稱量料罐精確計量。選用的無料鐘爐頂裝料設(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、溜槽檢修門以及溜槽更換裝置等組成，配套有無料鐘爐頂?shù)囊簤簼櫥?、水冷氮封等。通過受料斗和稱量料罐兩個罐體，實現(xiàn)高爐的循環(huán)分批裝料。無料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)如下頁表1所示。

表1 無料鐘爐頂設(shè)備主要性能參數(shù)

2.3.2 布料器布料設(shè)施

無料鐘爐頂設(shè)備給高爐爐內(nèi)裝料過程通過設(shè)置在布料溜槽上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和傾動裝置以及料流調(diào)節(jié)閥來控制實現(xiàn)，可滿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)動裝置及檢測裝置、傾動驅(qū)動裝置及檢測裝置、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，手動布料形式有單環(huán)、定點和扇形，其中單環(huán)布料還有自動布料形式，定點和扇形只有在特殊時候才采用。布料的環(huán)數(shù)可在任意一個傾角位置上選擇，溜槽的旋轉(zhuǎn)是按照時間來控制的。

2.3.3 水冷氮封系統(tǒng)

無料鐘爐頂設(shè)備布料器配置的水冷氮封系統(tǒng)，正常設(shè)計冷卻水消耗量為15 t/h，在檢測到布料器溫度升高時，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)過沉淀凈化后進(jìn)入爐身下層平臺的排水槽，實現(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)，向布料器通入氮氣，氮氣消耗量為500 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的緊急冷卻措施。另外，在下密封閥也接入了一路氮氣，在溫度進(jìn)一步升高時開啟氮氣控制閥，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)過程中，隨著布料器向高爐內(nèi)布料，一方面稱量料罐的爐料進(jìn)入高爐內(nèi)部，另一方面爐內(nèi)的煤氣也同時進(jìn)入到稱量料罐。在完成布料后，料罐內(nèi)物料排空，充滿了與高爐內(nèi)部等壓的高爐煤氣，在下次裝料前需要對該部分煤氣進(jìn)行回收處理。同樣，在稱量料罐內(nèi)完成一次裝料后，料罐內(nèi)的氣體壓力小于爐內(nèi)壓力，需要對稱量料罐進(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)自動化控制。在稱量料罐內(nèi)完成裝料后，先用高壓凈煤氣進(jìn)行一次均壓，再用氮氣進(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，料罐內(nèi)的煤氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，經(jīng)過旋風(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，打開均壓放散閥，放散至接近大氣壓力時，關(guān)閉均壓煤氣放散閥。這時可以開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)簡單，設(shè)備體積小，便于維護(hù)，筒體按照耐磨材料設(shè)計，使用壽命較長。

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，開始在除塵器內(nèi)做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，將煤氣中的大顆粒物料分離出來。含塵的的氣流在內(nèi)壁以旋轉(zhuǎn)的方式向下移動，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)移動的過程中，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，實現(xiàn)煤氣的凈化和煤氣灰的回收。

2.3.6 料面檢測裝置

爐頂受料斗設(shè)有雷達(dá)料位計。受料斗的物料全部裝入料罐后，關(guān)閉擋料閥和上密封閥，受料斗開始裝料。發(fā)出上料指令后，槽下稱量漏斗按排料程序指令依次開啟，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)出受料斗料滿信號，停止上料，完成裝料。料罐做好裝料準(zhǔn)備時，上密封閥已完全打開，發(fā)出擋料閥開啟指令，受料斗開始向料罐排料，直至受料斗料空，雷達(dá)料位計發(fā)出受料斗料空信號，此時料罐已滿，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)料位計和稱重裝置，用于檢測料罐內(nèi)的物料情況。料罐內(nèi)料重主要采用稱重的方式判定，只有在稱重故障時才采用雷達(dá)料位判斷。完成一次布料后，在下次裝料前需校核皮重，滿足設(shè)定值后再行開啟上密封閥加料，否則需要重置。料流調(diào)節(jié)閥接收到開啟指令后開始向爐內(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，發(fā)出料罐排空信號。

高爐內(nèi)部爐料通過設(shè)置在爐頂煤氣封罩上的2臺機(jī)械探料尺測定，其中1臺探測深度為0～12 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。

探料尺設(shè)有兩種工作制度，即點測工作制度和連續(xù)測定工作制度。點測工作制度：探料尺停在上部極限位置，需要進(jìn)行料面探測時，探料尺下降，探完料后立即提起。連續(xù)測定工作制度：探料尺在探料時隨料面下降，當(dāng)料面達(dá)到設(shè)定位置時，將探料尺提起，然后向高爐內(nèi)裝料。另外，設(shè)計一套雷達(dá)探尺探測爐內(nèi)料面，雷達(dá)探尺具有探測距離大、安裝維護(hù)簡單方便的特點。

在煤氣封罩位置設(shè)置了爐頂紅外成像。爐頂紅外成像可實時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)動狀態(tài)以及爐內(nèi)情況。紅外成像配套有氮氣吹掃和水冷裝置，用于保護(hù)裝置設(shè)備。

2.3.7 自動打水裝置

正常的高爐煤氣溫度一般控制在150～250℃，煤氣溫度過高，直接影響爐頂設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時會燒毀煤氣除塵器的布袋。在煤氣封罩處設(shè)1套自動打水降溫裝置，用于防止?fàn)t頂溫度過高，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自動噴水降溫。自動打水裝置共設(shè)了8支噴槍，噴水能力最大為100 t/h，水量能夠滿足高爐停爐輔助降溫需要。打水系統(tǒng)采用了獨立管道設(shè)計，布置在爐頂大平臺下層平臺，集成安裝了1套多級增壓泵以及PLC自動控制系統(tǒng)，經(jīng)增壓泵后的水通過平臺上的2套分流柜，采用氣動球閥，實現(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)置有專門的封蓋機(jī)構(gòu)，能夠在噴嘴工作時自動打開封蓋實現(xiàn)噴霧；停止工作時，自動關(guān)閉封蓋，實現(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、過濾器以及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 自動點火裝置

自動點火裝置設(shè)置在爐頂?shù)拇笃脚_上，點火燃料可采用焦?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)或檢修時使用。高爐正常生產(chǎn)時，點火槍體放置在高爐外側(cè)。點火時，打開煤氣封罩上的入孔，通過就近安裝的點火槍操控箱啟動電機(jī)，驅(qū)動點火槍槍體，槍體經(jīng)過壓輪和導(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)一步啟動點火控制按鈕，打開燃?xì)?、壓縮空氣及氧氣控制閥，實現(xiàn)高爐內(nèi)部煤氣的自動點火功能。

2.3.9 爐頂液壓潤滑系統(tǒng)

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

爐頂潤滑采用智能潤滑技術(shù)，放置在爐頂液壓站內(nèi)?？筛鶕?jù)設(shè)備工作狀態(tài)和現(xiàn)場環(huán)境溫度等不同條件，以及設(shè)備潤滑部位的不同要求，采用不同油脂以適應(yīng)單臺或多臺設(shè)備，能夠準(zhǔn)確、定量、可靠地滿足設(shè)備各種潤滑要求。爐頂液壓潤滑系統(tǒng)設(shè)自動控制和手動控制兩種狀態(tài)，自動運(yùn)行過程中可對每一潤滑點的給油狀況實現(xiàn)單獨控制，對每一潤滑點的供油量進(jìn)行自行設(shè)定，對每一潤滑點的運(yùn)行狀態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控，保證潤滑可靠。

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、10 t單梁吊及10 t和5 t的葫蘆組成，用來完成爐頂各設(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平臺設(shè)置1臺40 t起重機(jī)，起重機(jī)始終行駛在高爐中心線上，主要用來檢修上料主膠帶機(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。

2）溜槽的更換與檢修。在爐頂稱量料罐平臺下方配套了1臺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。爐頂稱量料罐平臺下方配套了4臺10 t的布料器檢修葫蘆，同時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5 t大放散閥的檢修葫蘆，該葫蘆還可用來檢修爐頂40 t行車、均壓閥等的吊裝。

3 結(jié)語

羅源閩光1 250 m3高爐爐頂?shù)脑O(shè)計，選用了國內(nèi)成熟、可靠的先進(jìn)裝備，工藝布置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝備現(xiàn)代化、自動化程度高。在充分滿足高爐生產(chǎn)要求的同時，在生產(chǎn)方面，串罐無料鐘爐頂裝備、煤氣均壓回收、料面檢測、料罐稱重以及液壓和智能潤滑均實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化操作。在檢修設(shè)施上，配置的爐頂自動打水裝置、爐頂點火槍，也實現(xiàn)了自動化操作。爐頂均壓煤氣回收，旋風(fēng)除塵器、消音器等設(shè)施的配套，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。生產(chǎn)實踐表明[3]，羅源閩光1 250 m3高爐各項生產(chǎn)指標(biāo)良好，爐頂能夠滿足生產(chǎn)需求。通過應(yīng)用這些先進(jìn)可靠的技術(shù)，能夠為高爐高效、低耗、環(huán)保、穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行做好有力保障。