楊緒平

（中冶華天工程技術有限公司，江蘇 南京 210019）

1 羅源閩光1 250 m3高爐概述

高爐煉鐵中，爐頂裝料設備是一種非常重要的生產(chǎn)設備，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的作用。隨著高爐冶金水平的提高，對裝料設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，能夠很好地滿足當今高爐冶煉要求。從20世紀70年代[1]發(fā)展至今，串罐式無料鐘爐頂設備已經(jīng)在現(xiàn)有高爐上得到了廣泛的應用，結構形式較為簡單，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)設計

2.1 設計基本參數(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；爐料結構中燒結礦、球團礦、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 爐頂結構

設備的受料斗、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、布料器等設備的液壓潤滑及操控箱等設施。布料溜槽、布料器、探尺直接置于封罩上，其中布料器上方設置有波紋補償器，實現(xiàn)布料器以上各無料鐘爐頂設備的部件與爐體脫開，防止爐體通脹對爐頂稱量及各層平臺造成影響。在爐頂框架兩側，設置了雙側樓梯，并與出鐵場共用設置了電梯，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施、爐頂及粗煤氣設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根煤氣導出管，在4根煤氣導出管上分別設置有波紋補償器，用于消除高爐通脹產(chǎn)生的應力。高爐煤氣經(jīng)過4根導出管匯聚到五通球，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，凈煤氣進入煤氣管網(wǎng)。布料器和下閥箱的設備檢修梁布置在稱量料罐下部，該梁下方也設置了布料溜槽檢修用單梁吊。均排壓設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 無料鐘爐頂設備

無料鐘爐頂設備結構簡單，容易維護，密封性能良好，能夠適應爐頂?shù)母邏翰僮?，而且布料均壓，調節(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備主要由固定受料斗、擋料閥、上密封閥、稱量料罐、料流調節(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。無料鐘爐頂設備主要性能參數(shù)如下頁表1所示。

表1 無料鐘爐頂設備主要性能參數(shù)

2.3.2 布料器布料設施

無料鐘爐頂設備給高爐爐內裝料過程通過設置在布料溜槽上的旋轉機構和傾動裝置以及料流調節(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、旋轉驅動裝置及檢測裝置、傾動驅動裝置及檢測裝置、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)

無料鐘爐頂設備布料器配置的水冷氮封系統(tǒng)，正常設計冷卻水消耗量為15 t/h，在檢測到布料器溫度升高時，可提高冷卻強度，達到最大25 t/h的消耗量，這能夠保證布料器適應爐頂高溫。布料器的回水為無壓回水，回水管設置在水冷鋼法蘭上，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入爐頂布料器內，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布料，一方面稱量料罐的爐料進入高爐內部，另一方面爐內的煤氣也同時進入到稱量料罐。在完成布料后，料罐內物料排空，充滿了與高爐內部等壓的高爐煤氣，在下次裝料前需要對該部分煤氣進行回收處理。同樣，在稱量料罐內完成一次裝料后，料罐內的氣體壓力小于爐內壓力，需要對稱量料罐進行均壓，達到與高爐爐內相同的壓力。

高爐一次均排壓配置兩路系統(tǒng)，互為備用，均排壓系統(tǒng)的控制設備為液壓設備，能夠實現(xiàn)自動化控制。在稱量料罐內完成裝料后，先用高壓凈煤氣進行一次均壓，再用氮氣進行二次均壓。均壓系統(tǒng)使處于待卸料狀態(tài)的料罐內壓力與爐頂壓力達到均衡，下密封閥方可以開啟，向爐內加料。排壓系統(tǒng)將排空料的料罐在下密封閥關閉后，排放罐內高壓氣體，使其壓力接近大氣壓力。排壓時，料罐內的煤氣進入旋風除塵器，經(jīng)過旋風除塵器初步除塵后進入煤氣回收管道，然后接到干法除塵，最后進入凈煤氣管網(wǎng)，實現(xiàn)排壓煤氣的回收。罐內煤氣壓力降至設定值后，關閉回收閥，打開均壓放散閥，放散至接近大氣壓力時，關閉均壓煤氣放散閥。這時可以開啟上料閘和上密封閥準備加料[2]。

兩路均排壓的設置能夠保證生產(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 旋風除塵器裝置

從爐頂料罐中排出的荒煤氣及進口煤氣流速度一般為15～25 m/s，含塵質量濃度可達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有旋風除塵器，除去部分大顆?；覊m后直接進入到稱量料罐進行回收，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。爐頂管道上設置的旋風除塵器結構簡單，設備體積小，便于維護，筒體按照耐磨材料設計，使用壽命較長。

在高爐料罐裝料結束后，含塵的高爐煤氣在高壓下進入均壓回收管道上的旋風除塵器除塵，由于氣流流速較高，開始在除塵器內做高速旋轉運動，通過旋轉產(chǎn)生離心力，將煤氣中的大顆粒物料分離出來。含塵的的氣流在內壁以旋轉的方式向下移動，旋轉氣流運行到錐體底部后繼續(xù)旋轉，形成上升氣流，最后從旋風除塵器豎直的頂部管口排出。煤氣中的大顆粒物料在旋轉移動的過程中，在離心力的作用下，沉降到除塵器內壁上，在氣流旋轉和重力的作用下，下降到旋風除塵器錐體下部空間，最后進入料罐，實現(xiàn)煤氣的凈化和煤氣灰的回收。

2.3.6 料面檢測裝置

爐頂受料斗設有雷達料位計。受料斗的物料全部裝入料罐后，關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，由上料主膠帶機向爐頂受料斗供料。當受料斗雷達料位計顯示受料斗內所裝物料已達到預先設定值，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，雷達料位計發(fā)出受料斗料空信號，此時料罐已滿，可進行下一步的受料斗裝料程序。

爐頂料罐設有雷達料位計和稱重裝置，用于檢測料罐內的物料情況。料罐內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，滿足設定值后再行開啟上密封閥加料，否則需要重置。料流調節(jié)閥接收到開啟指令后開始向爐內裝料，料罐的料重隨著爐料不斷流入爐內而減少，當料重不再減少時，發(fā)出料罐排空信號。

高爐內部爐料通過設置在爐頂煤氣封罩上的2臺機械探料尺測定，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，當料面達到設定位置時，將探料尺提起，然后向高爐內裝料。另外，設計一套雷達探尺探測爐內料面，雷達探尺具有探測距離大、安裝維護簡單方便的特點。

在煤氣封罩位置設置了爐頂紅外成像。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)、溜槽的下料和運動狀態(tài)以及爐內情況。紅外成像配套有氮氣吹掃和水冷裝置，用于保護裝置設備。

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，直接影響爐頂設備的正常工作，嚴重時會燒毀煤氣除塵器的布袋。在煤氣封罩處設1套自動打水降溫裝置，用于防止爐頂溫度過高，以達到保護爐頂設備的目的。本裝置在煤氣封罩上設置了霧化噴嘴，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)主控室遠程控制。爐頂打水裝置的噴槍采用了全封閉結構，噴嘴端設置有專門的封蓋機構，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

自動點火裝置設置在爐頂?shù)拇笃脚_上，點火燃料可采用焦爐煤氣、轉爐煤氣或液化氣，配套有助燃的壓縮空氣及氧氣。爐頂點火裝置由減速電機、電控箱、氣控閥柜、機架、壓輪、導輪、槍體、安裝支座、膠管總成等組成，在高爐休風或檢修時使用。高爐正常生產(chǎn)時，點火槍體放置在高爐外側。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，驅動點火槍槍體，槍體經(jīng)過壓輪和導輪，沿設定的軌道方向伸進高爐內部設定位置，進一步啟動點火控制按鈕，打開燃氣、壓縮空氣及氧氣控制閥，實現(xiàn)高爐內部煤氣的自動點火功能。

2.3.9 爐頂液壓潤滑系統(tǒng)

爐頂液壓站設置在爐頂大平臺上，用于各液壓設備的驅動，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，放置在爐頂液壓站內。可根據(jù)設備工作狀態(tài)和現(xiàn)場環(huán)境溫度等不同條件，以及設備潤滑部位的不同要求，采用不同油脂以適應單臺或多臺設備，能夠準確、定量、可靠地滿足設備各種潤滑要求。爐頂液壓潤滑系統(tǒng)設自動控制和手動控制兩種狀態(tài)，自動運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行自行設定，對每一潤滑點的運行狀態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控，保證潤滑可靠。

2.3.10 爐頂主要檢修設施

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

1）爐頂設備的檢修及吊裝。在爐頂?shù)跹b平臺設置1臺40 t起重機，起重機始終行駛在高爐中心線上，主要用來檢修上料主膠帶機的頭輪，以及將爐頂?shù)母髟O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，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 結語

羅源閩光1 250 m3高爐爐頂?shù)脑O計，選用了國內成熟、可靠的先進裝備，工藝布置結構簡單緊湊，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，旋風除塵器、消音器等設施的配套，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)指標良好，爐頂能夠滿足生產(chǎn)需求。通過應用這些先進可靠的技術，能夠為高爐高效、低耗、環(huán)保、穩(wěn)定的生產(chǎn)運行做好有力保障。