攀鋼4號高爐出鐵場大修改造設(shè)計

36 2010 年第 33 卷第 1 期 攀鋼 4 號高爐出鐵場 大修 改造 設(shè)計 吳和培 （攀鋼集團設(shè)計研究院有限公司） 摘要： 結(jié)合 1、 2 號高爐大修經(jīng)驗和攀鋼高爐生產(chǎn)實踐，在攀鋼 4 號高爐大修中使用擺動流嘴、 出鐵場廠房頂吸 除塵等先進的工藝 及 設(shè)備，更好地滿足了 4 號高爐持續(xù)高產(chǎn)的要求。 關(guān)鍵詞： 出鐵場 ； 渣鐵溝 ； 開鐵口機 ； 泥炮 ； 堵渣機 ； 除塵 1 概述 攀鋼共有 5 座高爐， 1、 2、 3 號高爐 有效容積均為 1 200 4 號高爐為 1350 3 號高爐為 2000 4 號高爐于 1989 年 9 月投產(chǎn)，設(shè)計壽命 8 10 年，采用皮帶上料和并罐無料鐘爐 頂?shù)认冗M設(shè)備。 釩 鈦 磁鐵 礦冶煉的特殊性要求縮短渣鐵在爐內(nèi)的停留時間。攀鋼 1、 2、 3 號高爐為單出鐵場、單出鐵口，日出鐵次數(shù)達 12 次。工人勞動強度大，鐵口維護困難，有時不能正點出鐵，限制了高爐產(chǎn)量的進一步提高。為增加出鐵能力， 4 號高爐設(shè)計采用了雙矩形出鐵場、雙出鐵口，日出鐵次數(shù) 14次。兩個出鐵場呈南北對稱布置，每個出鐵場配置液壓泥炮、沖鉆式開口機、 20/5 t 橋式吊車等設(shè)備 ；每個出鐵場各 1 個 液壓站 和 1 個 泥炮操作室。每個渣口配 1 臺液壓堵渣機。熱風(fēng)圍管下設(shè)有環(huán)形電動葫蘆。雙出鐵場場地開闊，機械化作業(yè)程度高，為出盡渣鐵、提高產(chǎn)量 、降低能耗和減輕工人勞動強度提供了良好的條件。 每個出鐵場設(shè) 3 個 140 t 鐵水罐位，下渣設(shè) 4個 16.5 條上渣溝設(shè) 2 個 16.5 投產(chǎn)以來， 4 號高爐先后應(yīng)用了多環(huán)布料，中心加焦，配加焦丁、硅石等新技術(shù)。至 2003 年， 4號高爐已連續(xù)生產(chǎn)了 14 年，高爐爐身中下部銅冷卻壁已基本損壞，部分區(qū)域爐殼已出現(xiàn)開裂，爐底及爐缸溫度偏高，嚴(yán)重威脅高爐生產(chǎn)的安全，維護費用逐年上升，急需大修。 為此，攀鋼（集團）公司委托重 慶鋼鐵設(shè)計 院進行大修設(shè)計 。 重院 于 2001 年 11 月完成了 4 號高爐大修改造可行性研究 設(shè)計 ，于 2002 年 10 月完成了 4 號高爐大修工程初步設(shè)計，初步設(shè)計通過公司審查后，根據(jù)審查意見又于 2002 年 12 月完成了 4號高爐大修工程初步設(shè)計修改版。 攀鋼集團設(shè)計研究 院在重院初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合攀鋼的 生產(chǎn)實踐 ，采用成熟、可靠、實用的先進工藝技術(shù)，使大修后的 4 號高爐總體工藝技術(shù)和裝備水平達到國內(nèi)同類型高爐的先進水平，為高爐實現(xiàn)“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、節(jié)能、環(huán)?！眲?chuàng)造良好的條件。大修改造后高爐一代爐役無中修壽命大于 15 年。 2004年 4月 1日開始對 4號高爐進行停爐大修，并于 5 月 22 日順利出鐵。 針對高爐強 化冶煉的需要和釩鈦磁鐵礦冶煉的特點， 對 4 號高爐出鐵場作了部分改造：提高了鐵口和渣口中心線的標(biāo)高 （ 均提高 100 ；取消了原來的 3 個 140 t 鐵水罐位，增設(shè)擺動流嘴；縮短了主溝長度，加 大 主溝、鐵溝、下渣溝的坡度；增設(shè)鐵口上活動煙罩和砂口除塵等設(shè)施。 2 出鐵場布局 改造后， 4 號高爐仍采用 2 個鐵口、 2 個渣口的雙矩形出鐵場，兩鐵口分別位于高爐南北兩側(cè)，兩上渣口則位于高爐東西兩側(cè)，其布置如圖 1所示 。 攀 鋼 技 術(shù) 37 圖 1 4號高爐出鐵場布置 示意 3 爐前設(shè)施 改造 口及渣口 兩個鐵口對稱布置在高爐南北兩側(cè)，渣口布置在東西兩側(cè)，其標(biāo)高相應(yīng)提高了 100 4 號高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦 冶煉的 特點是“憋不住”，渣鐵出不凈，易 造成 爐渣 較粘， 應(yīng)及時出凈渣鐵，及時造襯保護爐墻。操作過程中，要對鐵口及渣口進行維護，延長其工作壽命，表 1 為 4 號高爐歷年渣口破損及上下渣比 情況 。 表 1 4 號高爐歷年渣口破損及上下渣比情況統(tǒng)計 年份 渣口破損 /個 上下渣比 1993 167 994 161 995 183 996 285 997 214 998 78 999 68 000 106 001 88 002 88 003 99 表 1 數(shù)據(jù)可知，新爐操作未達到最佳爐況以及操作經(jīng)驗的缺乏，渣口破損呈上升趨勢 。 但隨著操作經(jīng)驗的積累和爐況趨于正常，渣口破損達到最優(yōu)值；到了爐役后期，由于爐子老化，爐缸溫度偏高，渣口損壞數(shù)量又呈上升趨勢，需進行停爐大修。從 表還 可知，隨著爐型的侵蝕和操作水平的提高，上下渣比在一定范圍內(nèi)波動并趨于穩(wěn)定，控制合 適的上下渣比有利于高爐順行和減少爐前工人的勞動強度。 鐵溝改造及管理 隨著高爐冶煉不斷強化，使得渣鐵通過主溝及渣溝的流量、時間相應(yīng)增加，而修理時間相應(yīng)減少，因此渣鐵溝使用壽命長短對高爐生產(chǎn)影響很大。 鐵溝結(jié)構(gòu)改造 由于攀鋼高爐冶煉渣量大，出鐵后主溝清理頻繁，工人需下溝進行清理，所以主溝設(shè)計為非貯鐵式主溝。粘渣會影響高爐的連續(xù)出鐵，且難于清理，也必將影響高爐生產(chǎn) 。 借鑒多年來的實踐，對主溝進行了調(diào)整（見表 2）。此次大修鐵口標(biāo)高由 m 提高到 m，主溝長度由原來的 14 750 4 200 樣一來也就相應(yīng)增加了主溝的坡度，使主溝坡度由原來的 10%提高為現(xiàn)在的12%，渣溝也作相應(yīng)調(diào)整。改造后，極大 地 改善了渣鐵在主溝的流動速度，提高了渣鐵溝的渣鐵通過能力，保證高爐連續(xù)、正點出鐵。 大修前主溝采用澆注料澆注成型，現(xiàn)在改為大型預(yù)制件，方便主溝更換及維護的同時也提高了渣鐵溝的使用壽命。鐵溝和主鐵溝為焊接件，渣溝為鑄鐵件，渣溝上面仍然設(shè)水冷渣溝。東上渣采用水沖渣的同時，為減少干渣處理，南出鐵口的下渣也采用水沖渣。 溝噴補 主溝損壞時需對其進行維護，以 保證正常出鐵，特別是高鈦渣較粘，主溝清理維護更顯得重要。 主溝噴補采用熱噴補，溝壁處在高溫狀態(tài)（呈紅色，溫度在 800 以上）時噴補效果最佳，噴完后蓋起來，噴補自行干燥燒結(jié)， 1 h 后可以出鐵，無需專門烘烤，但對噴補料有一定的要求。具體要求如下： （ 1）附著能力好，噴補施工反彈率低； （ 2）材料燒結(jié)性能好，能在較短時間內(nèi)通過 38 2010 年第 33 卷第 1 期 表 2 渣鐵溝改造前后對比 主溝 鐵溝 渣溝 底部料層厚度 /坡度/% 鋼殼外圍 鋼殼厚 /溝寬 /前 1.5 上口寬/底半徑 /構(gòu) 上口寬/底半徑 /造前 10 黃沙 回填 20 1900 使用搗打料(易漏鐵 ) 1300 190 溝泥搗打充實 720 175 無擺動流嘴 ( 個140 改造后 12 填沙加一層 墻 磚 20 1900 整體澆注(杜絕漏鐵 ) 1300 190 整體 澆注 720 175 218416 燒結(jié)獲得一定強度； （ 3）抗渣鐵侵蝕，沖刷性能良好； （ 4）材料的體積穩(wěn)定性好； （ 5）噴補作業(yè)中無有毒物揮發(fā)。 壓泥炮 液壓泥炮選用湖北福田液壓氣動股份公司生產(chǎn)的 液壓泥炮，該設(shè)備適合 1200 1350 高爐使用，且泥炮基礎(chǔ)不需要作較大改動。該液壓泥炮的泥缸容積為 塞工作推力為 3080 鐵口機 采用全液壓開鐵口機，回轉(zhuǎn)退回時間 5 s，回轉(zhuǎn)到位時間 10 s，鉆桿送進速度 15 20 mm/s，最大鐵口深度 3000 頭直徑為 50 80 裝傾角與鐵口角度一致。 動流嘴 南北出鐵場均設(shè)一臺擺動流嘴。鐵水通過擺動流嘴順利地流入各自的鐵水罐內(nèi)，正常生產(chǎn)時，擺動流嘴正常傾角為 8 10 ，最大約 16 。 渣機 采用折疊式液壓堵渣機，堵頭公稱直徑為 80 壓缸工作壓力為 10 壓缸直徑 /桿直徑為 125 90 液壓缸最大行程為 640 渣機堵頭冷卻水壓力為 4 爐前出鐵制度 4 號高爐日平均生產(chǎn)生鐵量為： 3080 t，每日出鐵次數(shù)為 12 次，每次出鐵時間為 50 次出鐵配 140 t 鐵水罐 3 個，下渣配 4 個渣罐，上渣配 6 個渣罐。原設(shè)計考慮的主鐵溝、支溝和撇渣器的溝蓋，由于釩鈦磁鐵礦粘溝現(xiàn)象突出，需要頻繁清溝，溝蓋 帶來操作上的不便，實際操作時被取消。 近年來，隨著高爐冶煉釩鈦磁鐵礦技術(shù)的進步， 4 號高爐的利用系數(shù)在逐年提高， 見 表 3。 表 3 4#高爐歷年的利用系數(shù) 年份 利用系數(shù) /t（ d） 990 991 992 993 994 995 996 997 998 999 000 001 002 003 表可知，隨著高爐冶煉釩鈦磁鐵礦 黏 渣問題的解決，以及先進技術(shù)的應(yīng)用， 4 號高爐年平均利用系數(shù)在逐年上升，從開爐時的 t/（ d）提高到 2003 年的 t/（ d）， 2003 年 12 月一度攀升到 t/（ d），達到了國內(nèi)領(lǐng)先水攀 鋼 技 術(shù) 39 平。根據(jù) 1 號、 2 號高爐大修設(shè)計和攀鋼高爐冶煉的實踐經(jīng)驗，此次大修設(shè)計年平均利用系數(shù)為 2.2 t/（ d），最高為 2.4 t/（ d），使大修后的4 號高爐達到“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽”這一設(shè)計目標(biāo)。 5 出鐵場除塵系統(tǒng) 出 鐵場設(shè)有包括鐵溝、鐵罐、下渣溝、下渣罐的除塵系統(tǒng)和包括爐頂、鐵口及主溝段屋頂?shù)亩纬龎m系統(tǒng)。 高爐煉鐵工序排入大氣的顆粒物主要是供料系統(tǒng)的粉塵和出鐵場的煙塵，前者粉塵的捕集與處理已基本解決，但 后者 煙塵的捕集仍是個有待解決的問題。出鐵場煙塵主要是產(chǎn)生于液態(tài)渣鐵流經(jīng)處（尤其是有跌落物），據(jù)統(tǒng)計， 50%的煙塵產(chǎn)生于鐵口、撇渣器、擺動流嘴、鐵水罐等處 1。 出鐵時，高溫液態(tài)渣鐵由鐵口流出，由高壓狀態(tài)變?yōu)槌籂顟B(tài)，渣鐵中所含塵粒逸出并與空氣發(fā)生反應(yīng)，高溫液態(tài)渣鐵本身與相對較冷的泥料及空氣接觸反應(yīng)，產(chǎn)生大量 煙塵，約占出鐵場煙塵總量的 30%。煙塵成分為氧化鐵、二氧化硅、石墨等，其中顆粒小于 10 m 的顆粒約占總粉塵的 60%2，其特點如下： 1）量大，噸鐵煙塵量約為 2.5 2）顆粒細(xì)，其粒徑大多在 10 m 以下，相當(dāng)部分屬于可吸入顆粒物； 3）難捕集，出鐵場煙塵為陣發(fā)性無組織排放煙塵，塵源面積大。 目前國內(nèi)外出鐵場除塵多采用局部排風(fēng)方式。在長流程鋼鐵廠中，高爐煉鐵工序的顆粒物排放量占總排放量的 僅次于焦化工序 3。表 4 列出出鐵場煙塵化學(xué)成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 表 4 出鐵場 煙塵化學(xué)成分 % 2O 灰 其他 號高爐出鐵場除塵系統(tǒng)存在的問題 出鐵口排煙罩設(shè)置的位置太靠近鐵溝，造成罩口堆渣和堵塞。渣罐排煙罩設(shè)置的位置太高，離塵源太遠(yuǎn)。屋頂罩容積量不夠，最大煙塵量產(chǎn)生時，屋頂罩來 不及排走的煙塵因沒有足夠的空間容納，只能向四周擴散。原有除塵設(shè)施因年久失修，半數(shù)的除塵罩已破損，有部分除塵管道因銹蝕與其連接的罩子已經(jīng)斷開，不能有效收塵。這說明鐵口是出鐵場主要產(chǎn)塵點，也是設(shè)計解決的重點。為改善工人的工作環(huán)境和減少環(huán)境污染，此次大修對鐵前除塵系統(tǒng)進行了整體改造。 鐵場一次除塵 鐵口煙塵捕集方式 鐵口 主要是靠出鐵口 側(cè)吸罩 除塵， 出鐵場四周密封，下部留有 4m 不密封，這樣既不影響二次粉塵收集，又可以增加出鐵場的透氣性和采光性，極大地改善了爐前工人的工作環(huán)境。 南北鐵口側(cè)吸罩 (每個鐵口兩個側(cè)吸罩 )不同時使用；每個鐵口抽風(fēng)量 2 2 萬 m3/h，采用水冷側(cè)吸罩 (包括擋渣板 )，避免粘渣堵塞。除塵管徑為 500 風(fēng)速 28 m/s。 渣器煙塵捕集方式 撇渣器捕集罩采用半密閉傘形罩。南北出鐵場撇渣器吸塵罩各一套，不同時使用，每個吸塵罩抽風(fēng)量 5 萬 m3/h，除塵管道直徑為 800 風(fēng)速 28 m/s。 動流嘴煙塵捕集方式 擺動流嘴捕集罩采用上密閉罩。南北出鐵場擺動流嘴上密閉罩各一套，不同時使用 ， 每個吸塵罩抽風(fēng)量 25 萬 m3/h， 除塵管徑為 1780 風(fēng)速28m/s。 渣罐和下渣罐煙塵捕集方式 由于渣罐位產(chǎn)生煙塵較少，上渣罐采用上密閉罩 和 屋頂自然排風(fēng)。下渣罐采用密閉罩，東西向各4 個渣罐，各有 2 個渣罐設(shè)置密閉罩 ， 不同時使用 ，每個吸塵罩抽風(fēng)量 6 萬 m3/h， 除塵管徑為 870 速 28 m/s。 40 2010 年第 33 卷第 1 期 次煙塵捕集方式 利用屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計屋頂罩（長寬為 20 m 20 m）、高度與天窗齊平。并采取如下措施將鐵口形成的煙塵限制在罩內(nèi)：在構(gòu)成屋頂罩兩個端頭的屋架處設(shè)置擋煙板，范圍從屋面向下封閉至行車頂部；在靠高爐一側(cè)，盡量將廠房和高爐之間的縫隙封閉；對 廠房外墻，將其底部 4 m 高的墻體做成可進氣、擋雨、防風(fēng)、采光的形式。對屋頂罩以外的屋面，恢復(fù)原天窗的自然通風(fēng)功能。除塵管道從屋頂罩背天窗的一側(cè)接出。主鐵溝和支溝產(chǎn)生的煙塵不加蓋板由屋頂罩捕集。渣口產(chǎn)生的煙塵由上懸固定罩捕集 ， 東西向各 1 個渣口 ， 同時使用。每點抽風(fēng)量 3 萬 m3/h， 除塵管徑為 610 風(fēng)速 28 m/s。 6 結(jié)語 號高爐出鐵場大修改采用 擺動流嘴縮短了鐵溝長度，降低鐵損、減少了鐵水溫降，同時也改變了爐前擁擠的現(xiàn)象 。 主溝 側(cè)吸 罩 及屋頂 除塵系統(tǒng)的應(yīng)用極大地改善了出鐵場的工作環(huán)境 。 主溝、鐵溝、渣溝坡 度的改變更有利于提高渣鐵的通過量