高爐煉鐵10大系統(tǒng)介紹
高爐煉鐵工藝的系統(tǒng)組成:原料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、爐頂系統(tǒng)、爐體系統(tǒng)、粗煤氣及煤氣清洗系統(tǒng)、風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場(chǎng)系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)(鑄鐵機(jī)室及鐵水罐修理庫(kù)和碾泥機(jī)室)。高爐煉鐵主要工藝流程如圖1-1所示。
一.原料系統(tǒng)
(1)原料系統(tǒng)的主要任務(wù)。負(fù)責(zé)高爐冶煉所需的各種礦石及焦炭的貯存、配料、篩分、稱量,并把礦石和焦炭送至料車和主皮帶。
原料系統(tǒng)主要分礦槽、焦槽兩大部分。礦槽的作用是貯存各種礦石,主要包括燒結(jié)礦、塊礦、球團(tuán)礦、熔劑等,其礦槽槽數(shù)及大小應(yīng)根據(jù)各礦種配比及貯存時(shí)間確定,一般燒結(jié)礦貯存時(shí)間不小于10h,塊礦、球團(tuán)礦、熔劑等貯存時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng)一些。貯焦槽的作用是貯存焦炭,其槽數(shù)及大小根據(jù)焦比和貯存時(shí)間確定,一般焦炭貯存時(shí)間在8?12h。
(2)礦槽和焦槽的形狀及結(jié)構(gòu)。一般上部為正方體或長(zhǎng)方體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),下部為平截錐體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。也有的廠礦槽和焦槽為全鋼結(jié)構(gòu)。焦礦槽一般設(shè)有耐磨襯板,主要有鑄鐵襯板、鑄鋼襯板、合金襯板、陶瓷橡膠襯板、鑄石襯板等。其中,鑄石襯板采用的最為廣泛。
(3)原料來源及槽上運(yùn)輸方式。燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、焦炭分別來自燒結(jié)廠、球團(tuán)廠、焦化廠,塊礦、熔劑等來自原料廠,運(yùn)輸方式有膠帶運(yùn)輸機(jī)、汽車、火車和吊車等,后兩者已很少見了,用膠帶運(yùn)輸機(jī)的高爐最多。
(4)原料系統(tǒng)的工藝流程。焦炭、燒結(jié)礦等原料應(yīng)根據(jù)高爐爐料的配比及貯存時(shí)間的要求由皮帶機(jī)等輸送到焦、礦槽,焦、礦槽槽下根據(jù)高爐料批按程序組織供料,供料時(shí),槽下給料機(jī)將爐料輸送至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分,合格粒度的爐料進(jìn)入稱量漏斗稱量,返礦、返焦,由皮帶或小車輸送到返礦槽或返焦槽,再由皮帶機(jī)或汽車運(yùn)至燒結(jié)廠或焦化廠。爐料在稱量斗按料批大小進(jìn)行稱量后,由主供礦、供焦皮帶輸送至料車或主皮帶,再輸送至爐內(nèi)。為了節(jié)約焦炭資源,返焦一般還進(jìn)行二次篩分,將5mm以上的焦丁回收利用,隨燒結(jié)礦一起進(jìn)入爐內(nèi),代替部分焦炭。
(5)焦、礦槽的布置形式。焦、礦槽的布置形式多種多樣,采用斜橋料車上料的高爐其焦槽與礦槽一般采用一列式布置,也可以是并列式布置。采用皮帶上料的高爐,其焦槽、礦槽之間一般采用并列式布置,各自形成獨(dú)立系統(tǒng)。就焦槽、礦槽本身而言,可以是一列式,也可以是共柱并列式,實(shí)際情況以一列式布置為主。
(6)現(xiàn)代高爐焦礦槽的技術(shù)特點(diǎn):
1)完善的篩分設(shè)施,槽下設(shè)置高效的篩分系統(tǒng),不但焦炭、燒結(jié)礦槽下設(shè)置振動(dòng)篩,許多高爐甚至在球團(tuán)和塊礦槽下也設(shè)置有振動(dòng)篩,盡量減少粉礦、粉焦進(jìn)入爐內(nèi)給高爐帶來不利影響。
2)燒結(jié)礦分級(jí)入爐,燒結(jié)礦分級(jí)入爐能大大改善高爐透氣性。現(xiàn)代新設(shè)計(jì)的高爐一般均考慮了燒結(jié)礦分級(jí)入爐技術(shù),大部分設(shè)計(jì)在燒結(jié)廠進(jìn)行分級(jí),礦槽均配置有相應(yīng)粒度等級(jí)的礦槽。極個(gè)別高爐考慮的是在槽下直接進(jìn)行燒結(jié)礦分級(jí)。
3)焦丁回收,將焦篩下的篩下物進(jìn)行二次篩分,將5mm以上的焦丁進(jìn)行回收,既可改善爐內(nèi)氣流分布,又可節(jié)約寶貴的焦炭資源,可謂一舉兩得。
4)先進(jìn)的稱量系統(tǒng),現(xiàn)代高爐焦礦槽均設(shè)置有先進(jìn)可靠的稱量系統(tǒng),對(duì)于斜橋料車上料的高爐,一般均采用集中與分散稱量相結(jié)合的稱量方式。對(duì)于采用皮帶上料的高爐,若采用集中轉(zhuǎn)運(yùn)站,一般采用集中與分散稱量相結(jié)合的稱量方式。若取消集中轉(zhuǎn)運(yùn)站,則一般采用分散稱量方式,兩種稱量方式均進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
5)全面的除塵設(shè)施,槽上槽下各揚(yáng)塵點(diǎn)均設(shè)置抽風(fēng)除塵,確保焦礦槽的環(huán)保達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
二、上料系統(tǒng)
上料系統(tǒng)的作用是把貯存在礦槽和焦槽中的各種原料、燃料運(yùn)至高爐爐頂裝料設(shè)備中。高爐的上料方式主要有用斜橋料車和膠帶運(yùn)輸機(jī)兩種:
(1)斜橋料車上料方式。目前,我國(guó)幾乎所有中、小型高爐和部分大型高爐仍采用斜橋料車上料方式。斜橋料車上料方式又分單料車上料和雙料車上料兩種,單料車上料只適用于小高爐使用,已逐步趨于淘汰。300m3以上高爐以采用雙料車上料為主。
1)斜橋料車上料系統(tǒng)工藝組成,主要包括料坑、集中稱量系統(tǒng)、斜橋、料車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
2)斜橋料車上料方式(雙料車)工藝流程,電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī),通過鋼絲繩帶動(dòng)料車上下運(yùn)行。生產(chǎn)時(shí),當(dāng)一個(gè)料車上升到爐頂卸料時(shí),一個(gè)空料車下降到料坑,電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)上料料批要求,將集中稱量斗里的礦石或焦炭裝入料車,裝好料后,卷?yè)P(yáng)機(jī)將料車?yán)翣t頂卸料,同時(shí),另一個(gè)料車下降到料坑裝料,周而復(fù)始,完成上料過程。
3)斜橋料車上料工藝的優(yōu)缺點(diǎn),當(dāng)采用斜橋料車上料工藝時(shí),高爐及出鐵場(chǎng)和焦礦槽呈并列布置,卷?yè)P(yáng)機(jī)室一般布置在斜橋下方,也有部分高爐卷?yè)P(yáng)布置在料坑上方。斜橋料車上料工藝簡(jiǎn)單可靠,投資較少。由于焦礦槽系統(tǒng)與高爐間距有限,不利于總圖布置,不利于爐前渣處理設(shè)施和環(huán)保設(shè)施的布置,同時(shí)也不利于各種設(shè)備的檢修。另外,料車上料能力有限,一般2500m3以上高爐,采用斜橋料車上料難以滿足工藝要求。
(2)膠帶運(yùn)輸機(jī)上料工藝。新建大中型高爐多采用膠帶運(yùn)輸機(jī)上料工藝。
1)膠帶運(yùn)輸機(jī)上料工藝組成,主要由皮帶通廊、主皮帶、傳動(dòng)機(jī)房、電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。
2)工藝流程,主皮帶頭部與爐頂設(shè)備相接,尾部與槽下供料系統(tǒng)相聯(lián)系,由傳動(dòng)機(jī)房的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),電動(dòng)馬達(dá)共4臺(tái),同時(shí)工作,當(dāng)其中1臺(tái)故障時(shí),其余3臺(tái)能滿足正常工作的要求。正常生產(chǎn)時(shí),槽下設(shè)備、主皮帶、爐頂裝料設(shè)備由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)上料矩陣實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),高爐冶煉所需的各種原料由供礦、供焦皮帶輸送到主皮帶尾部(部分高爐由稱量漏斗直接將原料卸到主皮帶上),然后主皮帶將爐料送至爐頂裝料設(shè)備,爐頂設(shè)備根據(jù)程序進(jìn)行布料。
3)膠帶運(yùn)輸機(jī)上料工藝的優(yōu)缺點(diǎn),采用主皮帶上料方式,其缺點(diǎn)是投資較料車上料方式大,但采用此種上料方式,焦、礦槽系統(tǒng)可以遠(yuǎn)離高爐,布置靈活,總圖適應(yīng)性強(qiáng),可以騰出出鐵場(chǎng)區(qū)域附近的寶貴地方來布置爐渣處理設(shè)施和除塵環(huán)保設(shè)施,同時(shí)也方便高爐的檢修。另外,膠帶上料能力、趕料能力強(qiáng),特別適應(yīng)現(xiàn)代高爐高強(qiáng)度冶煉的要求。
三、爐頂裝料設(shè)備
爐頂裝料設(shè)備的作用是根據(jù)高爐的爐況把爐料合理地分布在高爐內(nèi)恰當(dāng)?shù)奈恢?。爐頂裝料設(shè)備的類型有鐘式爐頂裝料設(shè)備和無鐘爐頂裝料設(shè)備兩大類。大多數(shù)750m3以下的小型高爐使用鐘式爐頂裝料設(shè)備,大多數(shù)750m3以上的大中型高爐使用無料鐘爐頂裝料設(shè)備。
A鐘式爐頂裝料設(shè)備
(1)鐘式爐頂裝料設(shè)備主要有大、小料鐘和大、小料斗及大、小料鐘卷?yè)P(yáng)機(jī)及布料器等。
(2)鐘式爐頂工作原理,上料時(shí),關(guān)閉大鐘,料車(鐘式爐頂一般采用料車上料)將爐料斜入大料斗,然后開啟大鐘,爐料卸入小料斗,然后再關(guān)閉大鐘,均壓完畢后再開啟小鐘,通過布料器,爐料布入爐內(nèi),然后再關(guān)閉小鐘,進(jìn)行下個(gè)循環(huán)。
(3)鐘式爐頂裝料設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是,結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、制造容易、造價(jià)低。其缺點(diǎn)是,設(shè)備笨重,布料效果差,爐頂壓力低,煤氣利用差,新建高爐已幾乎不再采用鐘式爐頂,300m3級(jí)以上的高爐也逐步在大修時(shí)改造成無鐘爐頂形式。
B無料鐘爐頂裝料設(shè)備
(1)無料鐘爐頂裝料設(shè)備形式,分并罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備和串罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備。這兩種形式的裝料設(shè)備各有其優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)根據(jù)其具體情況確定選用何種無料鐘爐頂裝料設(shè)備。
(2)無料鐘爐頂裝料設(shè)備主要有上料罐、下料罐、上密封閥、下密封閥、料流調(diào)節(jié)閥、氣密箱、布料溜槽、均壓設(shè)備等。
(3)無料鐘爐頂裝料設(shè)備工作原理,料車或主皮帶將爐料輸送至上料罐,打開上密封閥后,爐料進(jìn)入下料罐,關(guān)閉上密封閥,進(jìn)行均壓,再打開下密封閥和料流調(diào)節(jié)閥,爐料經(jīng)過旋轉(zhuǎn)布料器布入爐內(nèi),然后關(guān)閉下密封閥和料流調(diào)節(jié)閥,下料罐排壓,再進(jìn)入下個(gè)裝料循環(huán)。
(4)并罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn),兩罐交替工作,互不影響,裝卸料能力比串罐大;當(dāng)一側(cè)料罐發(fā)生故障時(shí),另一側(cè)料罐仍能維持生產(chǎn);由于兩罐固定,設(shè)備檢修不需移罐,設(shè)備維護(hù)檢修工作相對(duì)方便。但并罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備兩罐均為高壓罐,且設(shè)備幾乎比串罐多一倍,維修量大;布料時(shí)圓周偏析較大,在中心喉管處料流易產(chǎn)生“蛇形”布料;中心喉管及上、下密封閥的磨損相對(duì)串罐較大;投資較串罐無料鐘設(shè)備貴。
(5)串罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn),下罐為高壓罐,上罐不需均壓,各種設(shè)備僅需一套,比并罐爐頂輕15%?25%,設(shè)備少,維修量小;由于下罐排料口在中心喉管正上方,布料時(shí)圓周偏析小,與并罐比較兩者圓周偏析比約為1:4;由于對(duì)中布料,下密封閥的開閉為兩步動(dòng)作,對(duì)設(shè)備磨損較小;投資較并罐無料鐘設(shè)備便宜。但串罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備同心布置,檢修需移罐,比并罐稍麻煩;上、下罐互相約束,裝卸料能力受到一定影響,要求上料系統(tǒng)能力較大。
總之,無料鐘爐頂裝料設(shè)備具有良好的高壓密封性能,靈活的布料手段,能使高爐充分利用煤氣能,保持高爐順行;同時(shí)運(yùn)行可靠,易損部件少,檢修方便快捷,因此,無鐘爐頂裝料設(shè)備在現(xiàn)代高爐得到了越來越普遍的應(yīng)用。
四、爐體系統(tǒng)
爐體系統(tǒng)是整個(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟部位,其他所有系統(tǒng)最終都是為爐體系統(tǒng)服務(wù)的,高爐煉鐵幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都在爐體完成,爐體系統(tǒng)的好壞直接決定了整個(gè)高爐煉鐵系統(tǒng)的成功與否,高爐一代爐役壽命實(shí)際上就是爐體系統(tǒng)的一代壽命,所以說爐體系統(tǒng)是整個(gè)高爐煉鐵最為重要的系統(tǒng)。
爐體系統(tǒng)除了最為重要的爐型外,還包括爐殼、內(nèi)襯、冷卻元件、冷卻介質(zhì)、外部管網(wǎng)以及風(fēng)口、送風(fēng)支管等附屬設(shè)備。
(1)高爐爐型。高爐爐型指的是高爐工作空間的形狀?，F(xiàn)代高爐的爐型為五段式爐型,自上而下由以下五部分組成:爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸。在爐喉上部還有爐頂錐臺(tái)和爐頂鋼圈。
五段式的爐型既滿足了爐料下降時(shí)受熱膨脹和還原熔化以及造渣過程的需要,也適應(yīng)了煤氣上升過程中冷卻收縮的情況。實(shí)踐已經(jīng)證明,五段式作為一個(gè)現(xiàn)代爐型結(jié)構(gòu)滿足了煉鐵生產(chǎn)的需要,并已取得明顯效果。高爐爐型作為一個(gè)外部條件對(duì)冶煉過程有很大影響,爐型各段在冶煉過程中的特征表現(xiàn)及作用如下:
1)爐喉,主要起著保護(hù)爐襯、合理布料和限制煤氣灰被氣體大量帶出的作用。在這里形成煤氣流的3次分布,由爐喉煤氣曲線可以從另一側(cè)面看出高爐的冶煉行為。其爐喉形狀大小隨高爐使用原料條件的變化而變化。一般爐喉直徑與爐腰直徑之比(4/D)為0.69?0.72,其高度在3m以內(nèi)。正常生產(chǎn)時(shí),爐喉溫度為200?500℃。由于爐料的撞擊和摩擦比較劇烈,鋼磚一般選用鑄鋼件。
1)爐喉,主要起著保護(hù)爐襯、合理布料和限制煤氣灰被氣體大量帶出的作用。在這里形成煤氣流的3次分布,由爐喉煤氣曲線可以從另一側(cè)面看出高爐的冶煉行為。其爐喉形狀大小隨高爐使用原料條件的變化而變化。一般爐喉直徑與爐腰直徑之比(4/D)為0.69?0.72,其高度在3m以內(nèi)。正常生產(chǎn)時(shí),爐喉溫度為200?500℃。由于爐料的撞擊和摩擦比較劇烈,鋼磚一般選用鑄鋼件。
2)爐身,主要起著爐料的預(yù)熱、加熱、還原和造渣的作用。在這里發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化。為了使?fàn)t料順利下降和煤氣不斷上升,爐身要有一定的傾斜度(通常用爐身角^表示),以利于邊緣煤氣有適當(dāng)發(fā)展。當(dāng)爐身角太大時(shí),邊緣煤氣不發(fā)展,便會(huì)發(fā)生懸料事故,造成高爐不順行;反之,爐身角太小,大量的煤氣會(huì)從邊緣跑掉,煤氣能量利用變差,礦石就得不到充分的加熱和還原,以致焦比上升。因此,合適的爐身角很重要,一般以80°?85°30′為宜,小高爐的料柱低,為了充分利用煤氣的熱能和化學(xué)能,爐身角應(yīng)稍大些;反之,爐身角應(yīng)稍小些。
3)爐腰,起著緩沖上升煤氣流的作用。爐料在這里已部分還原造渣,透氣性較差,故爐腰直徑有擴(kuò)大之勢(shì),爐腰高度則不宜過高,大高爐一般為2m左右,如某廠1000m3高爐,其爐腰高度僅616mm。另外,因?yàn)闋t腰部位的物料沖刷嚴(yán)重,所以爐腰是高爐的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
4)爐腹,連接著爐缸和爐腰。其上大下小,也正適應(yīng)氣體體積增加和爐料變成渣鐵后體積縮小的需要。爐腹的傾斜度(用《角)也應(yīng)適宜。為了改善此處爐料的透氣性(該部位既有液態(tài)的渣鐵,又有固態(tài)的焦炭),爐腹角也有擴(kuò)大的趨勢(shì),一般大中型高爐爐腹角在76°?82°之間。另外,爐腹部位溫度很高,并有大量熔渣形成,所以渣蝕嚴(yán)重,又是高爐部位的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
5)爐底、爐缸,主要起著燃燒焦炭和儲(chǔ)存渣鐵的作用。隨著冶煉強(qiáng)度提高,爐缸直徑也在擴(kuò)大。爐缸部位工作環(huán)境最為惡劣。特別是風(fēng)口區(qū)溫度是高爐內(nèi)溫度最高的地方,內(nèi)襯除受高溫作用外,還受渣鐵的化學(xué)侵蝕和沖刷。爐底主要受到渣鐵特別是鐵水的侵蝕,侵蝕形成一般為蒜頭狀爐底。由于爐缸、爐底內(nèi)襯的侵蝕不易修補(bǔ),所以爐缸、爐底壽命的長(zhǎng)短往往決定著一代高爐壽命的長(zhǎng)短。
高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎(chǔ),爐型的好壞不但關(guān)系到高爐是否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),也關(guān)系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小,同時(shí),也對(duì)高爐壽命的長(zhǎng)短起著重要作用。
高爐爐型應(yīng)該根據(jù)爐容大小、礦石品種、品位、熟料率、球團(tuán)率、焦炭質(zhì)量以及內(nèi)襯和冷卻壁的形式等多種因素共同確定。一般而言,爐容越大、品位越高、熟料率越高、球團(tuán)比越大、內(nèi)襯越薄、爐型相對(duì)越矮胖,反之爐型越瘦長(zhǎng)。在我國(guó),隨著各鋼鐵企業(yè)大力提高礦石品位、提高熟料率及球團(tuán)比以及薄壁內(nèi)襯的盛行,高爐有逐漸矮胖的趨勢(shì)。
(2)內(nèi)襯。內(nèi)襯系指高爐內(nèi)砌筑的耐火材料。高爐爐內(nèi)不同部位的耐火材料所接觸的物質(zhì)和溫度是不同的,在設(shè)計(jì)高爐時(shí),應(yīng)根據(jù)高爐的部位破損及蝕損機(jī)理,合理選擇砌筑內(nèi)襯的耐火材料。
高爐常用的耐火材料主要有黏土質(zhì)類、高鋁質(zhì)類、鋁碳質(zhì)類、碳化硅質(zhì)類、剛玉質(zhì)類、炭質(zhì)和石墨質(zhì)類。
隨著對(duì)高爐爐體壽命要求越來越高,人們對(duì)爐腹及其以上區(qū)域和爐缸區(qū)域的內(nèi)襯要求有了更深的認(rèn)識(shí)。在爐腹及其以上區(qū)域,再好的內(nèi)襯對(duì)延長(zhǎng)爐體壽命的作用也是有限的,提高壽命主要靠可靠的冷卻元件和有效的冷卻系統(tǒng),因此,現(xiàn)代高爐對(duì)在爐腹及其以上區(qū)域的內(nèi)襯材質(zhì)不作過分高的要求,且內(nèi)襯厚度趨勢(shì)是越來越薄。在爐缸區(qū)域,內(nèi)襯材質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)爐體壽命有極大影響,所以爐缸部位的內(nèi)襯材質(zhì)越來越高檔,陶瓷杯、各種高品質(zhì)炭磚、石墨質(zhì)磚已普遍在現(xiàn)代高爐爐缸中應(yīng)用。
(3)冷卻設(shè)備。由于高爐內(nèi)的工況非常惡劣,僅靠?jī)?nèi)襯是不能保證高爐長(zhǎng)期正常工作的,必須設(shè)置合理的冷卻設(shè)備,方能達(dá)到此目的。
高爐使用的冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻板和冷卻箱。冷卻箱現(xiàn)已被淘汰。根據(jù)高爐爐腹及以上區(qū)域冷卻元件使用方式的不同,高爐冷卻設(shè)備主要有三大類別:冷卻壁形式、冷卻板形式、板壁結(jié)合形式。其中冷卻壁使用最廣泛,冷卻板次之,只有很少的高爐使用板壁結(jié)合形式。冷卻壁、冷卻板的材質(zhì)一般為鑄鐵、鑄鋼和銅。
(4)冷卻介質(zhì)。高爐的冷卻設(shè)備還需使用好的冷卻介質(zhì)才能保證高爐長(zhǎng)期正常工作,冷卻水是影響高爐長(zhǎng)壽的一個(gè)重要因素。冷卻元件的破損原因多為冷卻水通道產(chǎn)生水垢和汽膜,使冷卻元件過熱而燒損。
高爐冷卻設(shè)備常用的冷卻水有工業(yè)水及工業(yè)凈化水、蒸汽、空氣、純水、軟水等。使用工業(yè)水及工業(yè)凈化水不能保證高爐長(zhǎng)期正常工作,蒸汽冷卻及空氣冷卻目前已基本不再采用。為了能保證高爐長(zhǎng)期正常工作,一般使用軟水或純水。
長(zhǎng)期的實(shí)踐證明,在我國(guó)大部分地區(qū),普通工業(yè)水或工業(yè)凈化水難以滿足高爐長(zhǎng)壽要求。高爐要進(jìn)一步長(zhǎng)壽,冷卻水質(zhì)必須有一個(gè)大的飛躍。軟水(或純水),由于去掉了水中的Ca2+、Mg2+離子及懸浮物,杜絕了水垢的形成,大大改善了冷卻效果,是冷卻系統(tǒng)最理想的介質(zhì)。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)密封性好、泄漏少、水質(zhì)穩(wěn)定、管道腐蝕率低、能源消耗少,對(duì)水資源不足或水質(zhì)不好的地區(qū),采用這一系統(tǒng)是非常必要的。因此,軟水密閉循環(huán)冷卻是現(xiàn)代長(zhǎng)壽高爐冷卻的發(fā)展趨勢(shì)。
采用軟水密閉循環(huán)冷卻應(yīng)不僅僅局限冷卻壁系統(tǒng),事實(shí)上,風(fēng)口及熱風(fēng)閥在采用工業(yè)水冷卻時(shí),同樣經(jīng)常因?yàn)榻Y(jié)垢而損壞,頻繁的休風(fēng)更換風(fēng)口及熱風(fēng)閥勢(shì)必影響高爐正常生產(chǎn)和長(zhǎng)壽。另外,爐底冷卻的可靠性對(duì)于整個(gè)高爐長(zhǎng)壽非常重要,爐底冷卻效果差,勢(shì)必降低整個(gè)炭磚陶瓷杯的壽命,因此,風(fēng)口、熱風(fēng)閥及爐底采用軟水冷卻也是非常必要的。
(5)外部管網(wǎng)。高爐冷卻設(shè)備均配置有復(fù)雜而龐大的外部管網(wǎng),對(duì)于采用工業(yè)水冷卻的高爐,由于采用開路循環(huán),冷卻水具有可觀性,相對(duì)而言對(duì)外部管網(wǎng)的要求不是特別高。對(duì)于采用軟水冷卻的高爐而言,外部管網(wǎng)配置形式、布管走向、控制設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、檢漏設(shè)施設(shè)置等對(duì)高爐冷卻具有重大的影響。為了便于檢漏和水量均勻分配,軟水一般采用分區(qū)形式,以冷卻壁供水為例,沿圓周方向一般采用4個(gè)分區(qū),每區(qū)又分4個(gè)小區(qū),對(duì)應(yīng)于冷卻壁的4根水管,總共形成16個(gè)小區(qū)。為了便于控制、檢測(cè)、檢漏,整個(gè)管網(wǎng)還需設(shè)置大量的壓力、溫度、流量、檢漏設(shè)施。另外,軟水管網(wǎng)還必須遵循“步步高”的原則,不允許向下折返,以利于系統(tǒng)排氣。在總回水管還設(shè)置有脫氣罐、膨脹罐,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行脫氣和壓力控制。
(6)爐體附屬設(shè)備。爐體附屬設(shè)備包括爐喉十字測(cè)溫裝置、爐喉灑水裝置、料面監(jiān)測(cè)裝置、煤氣取樣分析儀、送風(fēng)裝置、風(fēng)口裝置、爐喉鋼磚等。
爐體一般設(shè)有完善的檢測(cè)系統(tǒng),加強(qiáng)對(duì)高爐各系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。軟水冷卻系統(tǒng)設(shè)有溫度、流量、壓力、水位檢測(cè)元件,以確保冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
五、粗煤氣系統(tǒng)
粗煤氣系統(tǒng)由煤氣導(dǎo)出管、上升管、下降管、放散閥、除塵器、排灰及清灰加濕裝置等組成。
高爐產(chǎn)生的高爐煤氣含有大量灰塵,必須把高爐煤氣中的灰塵除去后成凈化煤氣方可使用。
(1)設(shè)置粗煤氣系統(tǒng),對(duì)粗煤氣進(jìn)行粗除塵,經(jīng)粗除塵后的高爐煤氣成半凈煤氣;半凈煤氣通過煤氣管進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)中進(jìn)行精除塵,成為凈化煤氣。凈化煤氣通過凈化煤氣管進(jìn)入各用戶。
(2)除塵器排出的高爐煤氣灰由火車、汽車運(yùn)往燒結(jié)工序作燒結(jié)原料。
(3)上升管、下降管有3種結(jié)構(gòu)形式:雙“辮”式、單“辮”式、單“辮”球式。
1)雙“辮”式,此種形式在我國(guó)傳統(tǒng)高爐使用最為普遍。其特點(diǎn)是4個(gè)煤氣導(dǎo)出管在上升過程中二合一,形成兩根上升管,再與兩根下降管相接,兩根下降管在下降過程中合二為一,形成一根下降管,再與除塵器連接。采用此種結(jié)構(gòu)形式時(shí)除塵器布置不夠靈活,新建高爐已很少采用。
2)單“辮”式,4個(gè)煤氣導(dǎo)出管在上升過程中二合一,形成兩根上升管,兩根上升管再進(jìn)行二合一,形成一根上升管,再與一根下降管相接。采用此種結(jié)構(gòu)形式時(shí)除塵器布置靈活,新建高爐大部分采用此種結(jié)構(gòu)。
3)單“辮”球式,4個(gè)煤氣導(dǎo)出管連接4根上升管,4根上升管在頂部與一個(gè)圓球形結(jié)構(gòu)相接,采用一根下降管上部與球形結(jié)構(gòu)相接,下部與除塵器連接。采用此種結(jié)構(gòu)形式,降低爐頂總高度節(jié)省材料,降低投資,便于爐頂結(jié)構(gòu)及均排壓設(shè)備的布置,同時(shí)除塵器布置靈活,但球形結(jié)構(gòu)加工制作及安裝均較困難,新建高爐已有采用此種結(jié)構(gòu)形式的。
(4)粗煤氣系統(tǒng)的除塵器目前主要有兩種形式:重力除塵器和旋風(fēng)除塵器。
1)重力除塵器中部為直桶形,上下為錐形,除塵器中心有一喇叭口,喇叭口上部與下降管相連,高爐煤氣通過喇叭管進(jìn)入重力除塵器突然減速,大顆?；覊m在重力作用下下落,進(jìn)入除塵器下部錐體,定期排出。煤氣沿喇叭口和除塵器殼體間的環(huán)縫上行,進(jìn)上部出口進(jìn)入下道煤氣清洗工藝。重力除塵器簡(jiǎn)單可靠,維護(hù)方便,是我國(guó)大部分高爐所采用的粗煤氣除塵方式,其缺點(diǎn)是除塵效率較低。
2)旋風(fēng)除塵器形狀為一痩長(zhǎng)直桶形,下部為錐形,在除塵器直桶上部設(shè)置有許多旋流板,高爐煤氣經(jīng)過旋流板產(chǎn)生旋流,煤氣灰塵在向心力的作用下流向殼體邊緣,最后落入下部錐體。旋風(fēng)除塵器投資較大,但除塵效果好,穩(wěn)定可靠,目前在新建大高爐中有較多采用。
六、風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場(chǎng)系統(tǒng)
(1)風(fēng)口平臺(tái)。風(fēng)口平臺(tái)的作用在于提供更換風(fēng)口、觀察爐況和檢修的場(chǎng)所。
風(fēng)口平臺(tái)一般為鋼結(jié)構(gòu),也可以混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的組合。風(fēng)口平臺(tái)面層一般敷設(shè)一層耐火磚,平臺(tái)與爐殼之間的間隙用鋼蓋板蓋住。
(2)出鐵場(chǎng)。出鐵場(chǎng)的作用在于處理高爐產(chǎn)生的鐵水和爐渣。
1)出鐵場(chǎng)的主要設(shè)備,爐前吊車、泥炮、開口機(jī)、堵渣機(jī),現(xiàn)代大高爐一般還設(shè)有擺動(dòng)流嘴和揭蓋機(jī)。鐵水盛裝設(shè)備主要有鐵水罐及罐車、混鐵車及罐車。
2)出鐵場(chǎng)的形式,有矩形出鐵場(chǎng)和環(huán)形出鐵場(chǎng)兩種形式:
①矩形出鐵場(chǎng),此種出鐵場(chǎng)適應(yīng)幾乎所有高爐,我國(guó)絕大多數(shù)高爐均采用矩形出鐵場(chǎng)。矩形出鐵場(chǎng)形式多樣,布置靈活,出鐵場(chǎng)寬敞、作業(yè)面大、通風(fēng)透氣效果好。不足之處是吊車不能互為備用,并存在作業(yè)盲區(qū)。
②環(huán)形出鐵場(chǎng),此種出鐵場(chǎng)適應(yīng)3個(gè)以上多鐵口的大高爐,優(yōu)點(diǎn)是吊車能360°回轉(zhuǎn)工作,作業(yè)面大,兩臺(tái)吊車可互為備用,再加主吊和副吊的相互配合,吊車在整個(gè)出鐵場(chǎng)不存在作業(yè)盲區(qū)。缺點(diǎn)是吊車需進(jìn)口,國(guó)產(chǎn)吊車不能滿足全部工藝要求。另外,出鐵場(chǎng)面積受吊車跨距限制,不能做得很大,不如矩形出鐵場(chǎng)寬敞。另外,其內(nèi)部通風(fēng)透氣效果不如矩形出鐵場(chǎng)好。此種出鐵場(chǎng)在我國(guó)部分大高爐有所采用。
3)出鐵場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì):①出鐵場(chǎng)平坦化。整個(gè)出鐵場(chǎng)坡度很小或沒有坡度,出鐵場(chǎng)顯得寬敞整潔,便于生產(chǎn)維護(hù)和管理。②設(shè)置出鐵場(chǎng)棧橋,汽車等多種車輛可直接上出鐵場(chǎng)平臺(tái),方便各種物料的運(yùn)輸和爐前設(shè)備的檢修。③全面的通風(fēng)除塵。
七、渣處理系統(tǒng)
渣處理系統(tǒng)的作用在于把高爐產(chǎn)生的液態(tài)爐渣制成干渣和水渣。干渣一般用作建筑骨料,有的干渣還有一些特殊用途。水渣可出售給水泥廠作生產(chǎn)水泥的原料。
(1)干渣的生產(chǎn)方法。干渣有兩種生產(chǎn)方法:渣罐車法和干渣坑法。
1)渣罐車法,渣罐車把液態(tài)爐渣從出鐵場(chǎng)下運(yùn)至棄渣場(chǎng),把盛有液態(tài)爐渣的渣罐傾翻,使液態(tài)爐渣倒在棄渣場(chǎng)上,讓其自然冷卻成干渣后,鏟起破碎與篩分。
2)干渣坑法,液態(tài)爐渣從出鐵場(chǎng)的渣溝流入出鐵場(chǎng)旁的干渣坑內(nèi),用水冷卻成干渣后,鏟起破碎與篩分。
(2)水渣的生產(chǎn)方法。水渣有兩種生產(chǎn)方法:泡渣法和爐前沖渣法。
1)泡渣法,渣罐車把液態(tài)爐渣從出鐵場(chǎng)下運(yùn)至泡渣池旁,把盛有液態(tài)爐渣的渣罐傾翻,使液態(tài)爐渣倒在泡渣池內(nèi)形成水渣,用抓斗把水渣抓出裝車運(yùn)出廠外。
2)爐前沖渣法,液態(tài)爐渣在出鐵場(chǎng)用高壓水沖制成水渣后,把水渣和水的混合物中的大部分水脫除,用抓斗把水渣抓出裝車運(yùn)出廠外。
(3)水渣和水的混合物脫水的方法按渣水分離的方式分為“過濾法”和“沉淀法”。
1)“沉淀法”,水渣和水的混合物經(jīng)水渣溝流入沉淀池,渣和水的混合物在沉淀池中利用重力分離,水渣沉入池底,用抓斗把水渣抓出裝車運(yùn)出廠外。
2)“過濾法”,水渣和水的混合物流入過濾設(shè)施或設(shè)備內(nèi)脫水后,把水渣裝車運(yùn)出廠外?！斑^濾法”中又有“底濾法”、“側(cè)濾法”、“圖拉法”(輪法)和“INBA法”等。
①“底濾法”、“側(cè)濾法”,屬于傳統(tǒng)的水沖渣工藝,工藝落后,水量消耗大,環(huán)保效果差,新建大中型現(xiàn)代高爐已很少采用。
②INBA法,爐前的紅渣通過?；哿；??；蟮乃M(jìn)入脫水轉(zhuǎn)鼓脫水,脫水后的水渣由水渣皮帶運(yùn)送至水渣場(chǎng)。由于INBA法的可靠性高、水渣質(zhì)量好及工作業(yè)績(jī)多,因此,大多數(shù)新建大中型高爐采用INBA法。INBA法又分熱INBA和冷INBA,其主要區(qū)別是?；郛a(chǎn)生的蒸汽是否回收,不回收的稱熱INBA,冷凝回收的稱冷熱INBA或者環(huán)保熱INBA。
③“圖拉法”(輪法),“圖拉法”最早應(yīng)用于烏克蘭,國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)其進(jìn)行深度改造而重新申請(qǐng)專利的稱之為“輪法”,其工作原理是在脫水轉(zhuǎn)鼓前設(shè)置一快速轉(zhuǎn)動(dòng)的?；?紅渣經(jīng)粒化輪?；?緊接著經(jīng)多組噴頭噴水快速深度冷卻,再經(jīng)脫水轉(zhuǎn)鼓脫水,水渣經(jīng)皮帶運(yùn)往水渣場(chǎng)?！皥D拉法”或“輪法”相對(duì)較便宜,國(guó)內(nèi)大中小高爐均有所采用。
另外,還有許多其他的爐渣處理方法。
八、熱風(fēng)爐系統(tǒng)
(1)熱風(fēng)爐在煉鐵工序中的作用。把鼓風(fēng)機(jī)送出的冷風(fēng),加熱成高風(fēng)溫的熱風(fēng)后送入高爐,可節(jié)省大量焦炭,因此,熱風(fēng)爐是煉鐵工序中的一個(gè)重要的節(jié)能降耗、降低成本的最有效設(shè)施。
(2)熱風(fēng)爐使用燃料。以高爐煤氣為主,可摻焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和天然氣提高煤氣的發(fā)熱值。
(3)按熱風(fēng)爐傳熱方式,熱風(fēng)爐可分為換熱式和蓄熱式兩種形式,現(xiàn)代高爐已完全淘汰了換熱式熱風(fēng)爐,僅使用蓄熱式熱風(fēng)爐。
1)蓄熱式熱風(fēng)爐的主要組成部分,熱風(fēng)爐本體主要由燃燒室、蓄熱室和爐頂?shù)炔糠纸M成。
2)蓄熱式熱風(fēng)爐的形式,按照燃燒室、蓄熱室設(shè)置方式的不同,熱風(fēng)爐有外燃式、內(nèi)燃式和頂燃式。
①外燃式熱風(fēng)爐,燃燒室和蓄熱室分別設(shè)置在兩個(gè)筒體內(nèi),每個(gè)室都有各自的爐頂,兩爐頂間用連接管連接。由于燃燒室和蓄熱室相對(duì)獨(dú)立,因此,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,燃燒能力大,蓄熱能力強(qiáng),適應(yīng)高風(fēng)溫的要求。從理論上講,外燃式適應(yīng)所有級(jí)別高爐,但外燃式熱風(fēng)爐占地面積大,投資高,較適合超大型高爐。目前,國(guó)內(nèi)超大型高爐和少部分大型高爐采用外燃式熱風(fēng)爐。
②內(nèi)燃式熱風(fēng)爐,燃燒室和蓄熱室同置于一個(gè)筒體內(nèi),且兩室的頂面標(biāo)高接近,熱風(fēng)爐僅有一個(gè)爐頂。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐蓄熱室的利用率不如外燃式。燃燒室根據(jù)燃燒器的形狀又分為圓形燃燒室和“眼睛”形燃燒室兩種,其中采用圓形燃燒室時(shí)使蓄熱室的利用率進(jìn)一步降低,因此,新建高爐已很少采用?！把劬Α毙稳紵也捎镁匦翁沾扇紵?蓄熱室利用率大大提高?，F(xiàn)代高風(fēng)溫內(nèi)燃式熱風(fēng)爐由于普遍采用了懸鏈線形爐頂、“眼睛”形燃燒室、矩形陶瓷燃燒器、自立式隔墻以及采用膨脹結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)結(jié)構(gòu)、鎖緊結(jié)構(gòu)、組合磚結(jié)構(gòu)、模塊結(jié)構(gòu)等多種先進(jìn)合理的內(nèi)襯砲筑結(jié)構(gòu)形式,具備了占地少、投資省、風(fēng)溫高、壽命長(zhǎng)等很多優(yōu)點(diǎn),因此國(guó)內(nèi)新建大級(jí)別高爐絕大部分采用高風(fēng)溫內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。
③頂燃式熱風(fēng)爐,燃燒室和蓄熱室同置于一個(gè)筒體內(nèi),燃燒室位于爐頂處,蓄熱室位于爐頂之下。從理論上講,頂燃式熱風(fēng)爐具有外燃式和內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的綜合優(yōu)點(diǎn),但其整個(gè)工藝技術(shù)還有待改進(jìn)。目前,較先進(jìn)的為卡魯金形式的頂燃式熱風(fēng)爐,在國(guó)內(nèi)部分高爐已開始使用。
除以上3種熱風(fēng)爐外,還有一種球式熱風(fēng)爐,由于送風(fēng)能力有限、風(fēng)溫不高、壽命較短,僅在450m3以下高爐使用。
(4)熱風(fēng)爐工作程序。熱風(fēng)爐是一種周期工作的設(shè)施。它有兩種工作狀態(tài):“燃燒”和“送風(fēng)”,這兩種工作狀態(tài)周期地輪換。熱風(fēng)爐在“燃燒”狀態(tài)時(shí),煤氣進(jìn)入熱風(fēng)爐的燃燒室內(nèi)燃燒,產(chǎn)生高溫?zé)煔?高溫?zé)煔鈴男顭崾疑喜窟M(jìn)入蓄熱室內(nèi),把蓄熱室內(nèi)的格子磚加熱,煙氣在加熱格子磚時(shí)自身的溫度下降,經(jīng)過煙道和煙囪排入大氣中。熱風(fēng)爐在“送風(fēng)”狀態(tài)時(shí),鼓風(fēng)機(jī)送出的冷風(fēng)從蓄熱室的下部進(jìn)入蓄熱室內(nèi),鼓風(fēng)向上運(yùn)動(dòng),被格子磚加熱成熱風(fēng)后,經(jīng)熱風(fēng)管道從高爐風(fēng)口進(jìn)入高爐。
(5)熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要設(shè)備。助燃風(fēng)機(jī)、能源介質(zhì)管道用閥門和補(bǔ)償器、檢修設(shè)備、回收熱風(fēng)爐廢氣余熱的換熱器、支撐格子磚的爐箅子及支柱等。熱風(fēng)爐基本尺寸見表1-2。
九、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)
(1)系統(tǒng)的功能作用。把煤塊磨成細(xì)粉并且烘干煤中的水分,把干燥的煤粉輸送至高爐風(fēng)口處,然后,從高爐風(fēng)口噴入高爐內(nèi),代替部分焦炭。高爐噴煤是以煤代焦、節(jié)約焦炭資源、降低生鐵的生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染的一項(xiàng)重要措施。
(2)系統(tǒng)組成。由煤粉制備系列和噴吹系列組成。
1)煤粉制備系列,選用磨煤機(jī)一臺(tái)或多臺(tái),煤種可以是煙煤或無煙煤。磨煤機(jī)將其磨成細(xì)粉,再進(jìn)行干燥,干燥劑由高爐熱風(fēng)爐廢氣與高溫?zé)煔饣旌隙伞Ｃ總€(gè)制粉系列配置1臺(tái)引風(fēng)機(jī),1座高溫?zé)煔獍l(fā)生爐,采用布袋除塵器作為制粉系統(tǒng)收粉設(shè)備,制備好的煤粉進(jìn)入煤粉倉(cāng)。為了防止意外,煤粉制備系列一般設(shè)有完善的安全措施。
2)噴吹系列,該系列設(shè)有稱量罐、噴吹罐、煤粉輸送管道、閥門和爐前煤粉分配器等。噴吹時(shí),稱量過的煤粉經(jīng)過噴吹罐輸送到噴吹總管,再經(jīng)分配器進(jìn)入支管,由風(fēng)口噴入爐內(nèi)。噴吹系列一般也設(shè)有完善的安全措施。
3)煤粉噴吹有直接噴吹和間接噴吹兩種形式,煤粉制備系列及噴吹系列合建在一起時(shí),稱為直接噴吹。煤粉制備系列及噴吹系列相互獨(dú)立,存在一定距離時(shí),稱為間接噴吹。實(shí)際生產(chǎn)中,兩種形式均有利用。
十、輔助設(shè)施輔助系統(tǒng)
(1)鑄鐵機(jī)室。為處理高爐點(diǎn)火開爐初期生產(chǎn)的不適宜煉鋼的鐵水及煉鋼工序定期檢修時(shí)生產(chǎn)的鐵水,采用鑄鐵與用鐵水罐作為臨時(shí)貯存工具的工藝。
根據(jù)所需鑄鐵量,在鑄鐵機(jī)室內(nèi)設(shè)置若干條鑄鐵機(jī),此外,還要設(shè)置傾翻卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊車等設(shè)備。
(2)碾泥機(jī)室。現(xiàn)代大型高爐爐頂壓力高,高爐出鐵后需用高質(zhì)量無水炮泥來堵鐵口。此外,高爐休風(fēng)時(shí)堵風(fēng)口用的堵口泥、修補(bǔ)渣鐵溝用的泥料和鐵口套泥等,均需由碾泥機(jī)室生產(chǎn)出來。
碾泥機(jī)室內(nèi)設(shè)有貯料、稱量、配料設(shè)備,并設(shè)置若干臺(tái)碾泥機(jī)和一臺(tái)成型機(jī),各種泥料碾制出后,由成型機(jī)成型并打包,送往高爐出鐵場(chǎng)。
來源:冶金工貿(mào)安全
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