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)、風口平臺及出鐵場系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)(鑄鐵機室及鐵水罐修理庫和碾泥機室)。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。負責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,主要包括燒結礦、塊礦、球團礦、熔劑等,其礦槽槽數及大小應根據各礦種配比及貯存時間確定,一般燒結礦貯存時間不小于10h,塊礦、球團礦、熔劑等貯存時間相對更長一些。貯焦槽的作用是貯存焦炭,其槽數及大小根據焦比和貯存時間確定,一般焦炭貯存時間在8?12h。
(2)礦槽和焦槽的形狀及結構。一般上部為正方體或長方體鋼筋混凝土結構,下部為平截錐體鋼筋混凝土結構或鋼結構。也有的廠礦槽和焦槽為全鋼結構。焦礦槽一般設有耐磨襯板,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)原料來源及槽上運輸方式。燒結礦、球團礦、焦炭分別來自燒結廠、球團廠、焦化廠,塊礦、熔劑等來自原料廠,運輸方式有膠帶運輸機、汽車、火車和吊車等,后兩者已很少見了,用膠帶運輸機的高爐最多。
(4)原料系統(tǒng)的工藝流程。焦炭、燒結礦等原料應根據高爐爐料的配比及貯存時間的要求由皮帶機等輸送到焦、礦槽,焦、礦槽槽下根據高爐料批按程序組織供料,供料時,槽下給料機將爐料輸送至振動篩進行篩分,合格粒度的爐料進入稱量漏斗稱量,返礦、返焦,由皮帶或小車輸送到返礦槽或返焦槽,再由皮帶機或汽車運至燒結廠或焦化廠。爐料在稱量斗按料批大小進行稱量后,由主供礦、供焦皮帶輸送至料車或主皮帶,再輸送至爐內。為了節(jié)約焦炭資源,返焦一般還進行二次篩分,將5mm以上的焦丁回收利用,隨燒結礦一起進入爐內,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,實際情況以一列式布置為主。
(6)現(xiàn)代高爐焦礦槽的技術特點:
1)完善的篩分設施,槽下設置高效的篩分系統(tǒng),不但焦炭、燒結礦槽下設置振動篩,許多高爐甚至在球團和塊礦槽下也設置有振動篩,盡量減少粉礦、粉焦進入爐內給高爐帶來不利影響。
2)燒結礦分級入爐,燒結礦分級入爐能大大改善高爐透氣性。現(xiàn)代新設計的高爐一般均考慮了燒結礦分級入爐技術,大部分設計在燒結廠進行分級,礦槽均配置有相應粒度等級的礦槽。極個別高爐考慮的是在槽下直接進行燒結礦分級。
3)焦丁回收,將焦篩下的篩下物進行二次篩分,將5mm以上的焦丁進行回收,既可改善爐內氣流分布,又可節(jié)約寶貴的焦炭資源,可謂一舉兩得。
4)先進的稱量系統(tǒng),現(xiàn)代高爐焦礦槽均設置有先進可靠的稱量系統(tǒng),對于斜橋料車上料的高爐,一般均采用集中與分散稱量相結合的稱量方式。對于采用皮帶上料的高爐,若采用集中轉運站,一般采用集中與分散稱量相結合的稱量方式。若取消集中轉運站,則一般采用分散稱量方式,兩種稱量方式均進行自動補償。
5)全面的除塵設施,槽上槽下各揚塵點均設置抽風除塵,確保焦礦槽的環(huán)保達到國家標準。
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、燃料運至高爐爐頂裝料設備中。高爐的上料方式主要有用斜橋料車和膠帶運輸機兩種:
(1)斜橋料車上料方式。目前,我國幾乎所有中、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、卷揚機、電氣自動化控制系統(tǒng)。
2)斜橋料車上料方式(雙料車)工藝流程,電動馬達驅動卷揚機,通過鋼絲繩帶動料車上下運行。生產時,當一個料車上升到爐頂卸料時,一個空料車下降到料坑,電氣自動化控制系統(tǒng)應根據上料料批要求,將集中稱量斗里的礦石或焦炭裝入料車,裝好料后,卷揚機將料車拉至爐頂卸料,同時,另一個料車下降到料坑裝料,周而復始,完成上料過程。
3)斜橋料車上料工藝的優(yōu)缺點,當采用斜橋料車上料工藝時,高爐及出鐵場和焦礦槽呈并列布置,卷揚機室一般布置在斜橋下方,也有部分高爐卷揚布置在料坑上方。斜橋料車上料工藝簡單可靠,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施和環(huán)保設施的布置,同時也不利于各種設備的檢修。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)膠帶運輸機上料工藝。新建大中型高爐多采用膠帶運輸機上料工藝。
1)膠帶運輸機上料工藝組成,主要由皮帶通廊、主皮帶、傳動機房、電氣自動化控制系統(tǒng)組成。
2)工藝流程,主皮帶頭部與爐頂設備相接,尾部與槽下供料系統(tǒng)相聯(lián)系,由傳動機房的電動機驅動,電動馬達共4臺,同時工作,當其中1臺故障時,其余3臺能滿足正常工作的要求。正常生產時,槽下設備、主皮帶、爐頂裝料設備由計算機系統(tǒng)根據上料矩陣實現(xiàn)聯(lián)動,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備,爐頂設備根據程序進行布料。
3)膠帶運輸機上料工藝的優(yōu)缺點,采用主皮帶上料方式,其缺點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)可以遠離高爐,布置靈活,總圖適應性強,可以騰出出鐵場區(qū)域附近的寶貴地方來布置爐渣處理設施和除塵環(huán)保設施,同時也方便高爐的檢修。另外,膠帶上料能力、趕料能力強,特別適應現(xiàn)代高爐高強度冶煉的要求。
三、爐頂裝料設備
爐頂裝料設備的作用是根據高爐的爐況把爐料合理地分布在高爐內恰當的位置。爐頂裝料設備的類型有鐘式爐頂裝料設備和無鐘爐頂裝料設備兩大類。大多數750m3以下的小型高爐使用鐘式爐頂裝料設備,大多數750m3以上的大中型高爐使用無料鐘爐頂裝料設備。
A鐘式爐頂裝料設備
(1)鐘式爐頂裝料設備主要有大、小料鐘和大、小料斗及大、小料鐘卷揚機及布料器等。
(2)鐘式爐頂工作原理,上料時,關閉大鐘,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,然后再關閉大鐘,均壓完畢后再開啟小鐘,通過布料器,爐料布入爐內,然后再關閉小鐘,進行下個循環(huán)。
(3)鐘式爐頂裝料設備的優(yōu)點是,結構較為簡單、制造容易、造價低。其缺點是,設備笨重,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級以上的高爐也逐步在大修時改造成無鐘爐頂形式。
B無料鐘爐頂裝料設備
(1)無料鐘爐頂裝料設備形式,分并罐無料鐘爐頂裝料設備和串罐無料鐘爐頂裝料設備。這兩種形式的裝料設備各有其優(yōu)缺點,應根據其具體情況確定選用何種無料鐘爐頂裝料設備。
(2)無料鐘爐頂裝料設備主要有上料罐、下料罐、上密封閥、下密封閥、料流調節(jié)閥、氣密箱、布料溜槽、均壓設備等。
(3)無料鐘爐頂裝料設備工作原理,料車或主皮帶將爐料輸送至上料罐,打開上密封閥后,爐料進入下料罐,關閉上密封閥,進行均壓,再打開下密封閥和料流調節(jié)閥,爐料經過旋轉布料器布入爐內,然后關閉下密封閥和料流調節(jié)閥,下料罐排壓,再進入下個裝料循環(huán)。
(4)并罐無料鐘爐頂裝料設備優(yōu)缺點,兩罐交替工作,互不影響,裝卸料能力比串罐大;當一側料罐發(fā)生故障時,另一側料罐仍能維持生產;由于兩罐固定,設備檢修不需移罐,設備維護檢修工作相對方便。但并罐無料鐘爐頂裝料設備兩罐均為高壓罐,且設備幾乎比串罐多一倍,維修量大;布料時圓周偏析較大,在中心喉管處料流易產生“蛇形”布料;中心喉管及上、下密封閥的磨損相對串罐較大;投資較串罐無料鐘設備貴。
(5)串罐無料鐘爐頂裝料設備的優(yōu)缺點,下罐為高壓罐,上罐不需均壓,各種設備僅需一套,比并罐爐頂輕15%?25%,設備少,維修量小;由于下罐排料口在中心喉管正上方,布料時圓周偏析小,與并罐比較兩者圓周偏析比約為1:4;由于對中布料,下密封閥的開閉為兩步動作,對設備磨損較小;投資較并罐無料鐘設備便宜。但串罐無料鐘爐頂裝料設備同心布置,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;同時運行可靠,易損部件少,檢修方便快捷,因此,無鐘爐頂裝料設備在現(xiàn)代高爐得到了越來越普遍的應用。
四、爐體系統(tǒng)
爐體系統(tǒng)是整個高爐煉鐵系統(tǒng)的心臟部位,其他所有系統(tǒng)最終都是為爐體系統(tǒng)服務的,高爐煉鐵幾乎所有的化學反應都在爐體完成,爐體系統(tǒng)的好壞直接決定了整個高爐煉鐵系統(tǒng)的成功與否,高爐一代爐役壽命實際上就是爐體系統(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、內襯、冷卻元件、冷卻介質、外部管網以及風口、送風支管等附屬設備。
(1)高爐爐型。高爐爐型指的是高爐工作空間的形狀。現(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和爐頂鋼圈。
五段式的爐型既滿足了爐料下降時受熱膨脹和還原熔化以及造渣過程的需要,也適應了煤氣上升過程中冷卻收縮的情況。實踐已經證明,五段式作為一個現(xiàn)代爐型結構滿足了煉鐵生產的需要,并已取得明顯效果。高爐爐型作為一個外部條件對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。正常生產時,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。正常生產時,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變化。為了使爐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發(fā)展。當爐身角太大時,邊緣煤氣不發(fā)展,便會發(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能,爐身角應稍大些;反之,爐身角應稍小些。
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,故爐腰直徑有擴大之勢,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,因為爐腰部位的物料沖刷嚴重,所以爐腰是高爐的一個薄弱環(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),爐腹角也有擴大的趨勢,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,所以渣蝕嚴重,又是高爐部位的一個薄弱環(huán)節(jié)。
5)爐底、爐缸,主要起著燃燒焦炭和儲存渣鐵的作用。隨著冶煉強度提高,爐缸直徑也在擴大。爐缸部位工作環(huán)境最為惡劣。特別是風口區(qū)溫度是高爐內溫度最高的地方,內襯除受高溫作用外,還受渣鐵的化學侵蝕和沖刷。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、爐底內襯的侵蝕不易修補,所以爐缸、爐底壽命的長短往往決定著一代高爐壽命的長短。
高爐爐型是爐體系統(tǒng)的基礎,爐型的好壞不但關系到高爐是否高產穩(wěn)產,也關系到高爐煤氣利用的好壞和燃料比的大小,同時,也對高爐壽命的長短起著重要作用。
高爐爐型應該根據爐容大小、礦石品種、品位、熟料率、球團率、焦炭質量以及內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、球團比越大、內襯越薄、爐型相對越矮胖,反之爐型越瘦長。在我國,隨著各鋼鐵企業(yè)大力提高礦石品位、提高熟料率及球團比以及薄壁內襯的盛行,高爐有逐漸矮胖的趨勢。
(2)內襯。內襯系指高爐內砌筑的耐火材料。高爐爐內不同部位的耐火材料所接觸的物質和溫度是不同的,在設計高爐時,應根據高爐的部位破損及蝕損機理,合理選擇砌筑內襯的耐火材料。
高爐常用的耐火材料主要有黏土質類、高鋁質類、鋁碳質類、碳化硅質類、剛玉質類、炭質和石墨質類。
隨著對高爐爐體壽命要求越來越高,人們對爐腹及其以上區(qū)域和爐缸區(qū)域的內襯要求有了更深的認識。在爐腹及其以上區(qū)域,再好的內襯對延長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)代高爐對在爐腹及其以上區(qū)域的內襯材質不作過分高的要求,且內襯厚度趨勢是越來越薄。在爐缸區(qū)域,內襯材質和結構對爐體壽命有極大影響,所以爐缸部位的內襯材質越來越高檔,陶瓷杯、各種高品質炭磚、石墨質磚已普遍在現(xiàn)代高爐爐缸中應用。
(3)冷卻設備。由于高爐內的工況非常惡劣,僅靠內襯是不能保證高爐長期正常工作的,必須設置合理的冷卻設備,方能達到此目的。
高爐使用的冷卻設備有冷卻壁、冷卻板和冷卻箱。冷卻箱現(xiàn)已被淘汰。根據高爐爐腹及以上區(qū)域冷卻元件使用方式的不同,高爐冷卻設備主要有三大類別:冷卻壁形式、冷卻板形式、板壁結合形式。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合形式。冷卻壁、冷卻板的材質一般為鑄鐵、鑄鋼和銅。
(4)冷卻介質。高爐的冷卻設備還需使用好的冷卻介質才能保證高爐長期正常工作,冷卻水是影響高爐長壽的一個重要因素。冷卻元件的破損原因多為冷卻水通道產生水垢和汽膜,使冷卻元件過熱而燒損。
高爐冷卻設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。為了能保證高爐長期正常工作,一般使用軟水或純水。
長期的實踐證明,在我國大部分地區(qū),普通工業(yè)水或工業(yè)凈化水難以滿足高爐長壽要求。高爐要進一步長壽,冷卻水質必須有一個大的飛躍。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。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)密封性好、泄漏少、水質穩(wěn)定、管道腐蝕率低、能源消耗少,對水資源不足或水質不好的地區(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)代長壽高爐冷卻的發(fā)展趨勢。
采用軟水密閉循環(huán)冷卻應不僅僅局限冷卻壁系統(tǒng),事實上,風口及熱風閥在采用工業(yè)水冷卻時,同樣經常因為結垢而損壞,頻繁的休風更換風口及熱風閥勢必影響高爐正常生產和長壽。另外,爐底冷卻的可靠性對于整個高爐長壽非常重要,爐底冷卻效果差,勢必降低整個炭磚陶瓷杯的壽命,因此,風口、熱風閥及爐底采用軟水冷卻也是非常必要的。
(5)外部管網。高爐冷卻設備均配置有復雜而龐大的外部管網,對于采用工業(yè)水冷卻的高爐,由于采用開路循環(huán),冷卻水具有可觀性,相對而言對外部管網的要求不是特別高。對于采用軟水冷卻的高爐而言,外部管網配置形式、布管走向、控制設備、檢測設備、檢漏設施設置等對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個分區(qū),每區(qū)又分4個小區(qū),對應于冷卻壁的4根水管,總共形成16個小區(qū)。為了便于控制、檢測、檢漏,整個管網還需設置大量的壓力、溫度、流量、檢漏設施。另外,軟水管網還必須遵循“步步高”的原則,不允許向下折返,以利于系統(tǒng)排氣。在總回水管還設置有脫氣罐、膨脹罐,對整個系統(tǒng)進行脫氣和壓力控制。
(6)爐體附屬設備。爐體附屬設備包括爐喉十字測溫裝置、爐喉灑水裝置、料面監(jiān)測裝置、煤氣取樣分析儀、送風裝置、風口裝置、爐喉鋼磚等。
爐體一般設有完善的檢測系統(tǒng),加強對高爐各系統(tǒng)的監(jiān)測。軟水冷卻系統(tǒng)設有溫度、流量、壓力、水位檢測元件,以確保冷卻系統(tǒng)的正常運行。
五、粗煤氣系統(tǒng)
粗煤氣系統(tǒng)由煤氣導出管、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)設置粗煤氣系統(tǒng),對粗煤氣進行粗除塵,經粗除塵后的高爐煤氣成半凈煤氣;半凈煤氣通過煤氣管進入煤氣凈化系統(tǒng)中進行精除塵,成為凈化煤氣。凈化煤氣通過凈化煤氣管進入各用戶。
(2)除塵器排出的高爐煤氣灰由火車、汽車運往燒結工序作燒結原料。
(3)上升管、下降管有3種結構形式:雙“辮”式、單“辮”式、單“辮”球式。
1)雙“辮”式,此種形式在我國傳統(tǒng)高爐使用最為普遍。其特點是4個煤氣導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。采用此種結構形式時除塵器布置不夠靈活,新建高爐已很少采用。
2)單“辮”式,4個煤氣導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。采用此種結構形式時除塵器布置靈活,新建高爐大部分采用此種結構。
3)單“辮”球式,4個煤氣導出管連接4根上升管,4根上升管在頂部與一個圓球形結構相接,采用一根下降管上部與球形結構相接,下部與除塵器連接。采用此種結構形式,降低爐頂總高度節(jié)省材料,降低投資,便于爐頂結構及均排壓設備的布置,同時除塵器布置靈活,但球形結構加工制作及安裝均較困難,新建高爐已有采用此種結構形式的。
(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入重力除塵器突然減速,大顆粒灰塵在重力作用下下落,進入除塵器下部錐體,定期排出。煤氣沿喇叭口和除塵器殼體間的環(huán)縫上行,進上部出口進入下道煤氣清洗工藝。重力除塵器簡單可靠,維護方便,是我國大部分高爐所采用的粗煤氣除塵方式,其缺點是除塵效率較低。
2)旋風除塵器形狀為一痩長直桶形,下部為錐形,在除塵器直桶上部設置有許多旋流板,高爐煤氣經過旋流板產生旋流,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、風口平臺及出鐵場系統(tǒng)
(1)風口平臺。風口平臺的作用在于提供更換風口、觀察爐況和檢修的場所。
風口平臺一般為鋼結構,也可以混凝土結構或鋼結構與混凝土結構的組合。風口平臺面層一般敷設一層耐火磚,平臺與爐殼之間的間隙用鋼蓋板蓋住。
(2)出鐵場。出鐵場的作用在于處理高爐產生的鐵水和爐渣。
1)出鐵場的主要設備,爐前吊車、泥炮、開口機、堵渣機,現(xiàn)代大高爐一般還設有擺動流嘴和揭蓋機。鐵水盛裝設備主要有鐵水罐及罐車、混鐵車及罐車。
2)出鐵場的形式,有矩形出鐵場和環(huán)形出鐵場兩種形式:
①矩形出鐵場,此種出鐵場適應幾乎所有高爐,我國絕大多數高爐均采用矩形出鐵場。矩形出鐵場形式多樣,布置靈活,出鐵場寬敞、作業(yè)面大、通風透氣效果好。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,此種出鐵場適應3個以上多鐵口的大高爐,優(yōu)點是吊車能360°回轉工作,作業(yè)面大,兩臺吊車可互為備用,再加主吊和副吊的相互配合,吊車在整個出鐵場不存在作業(yè)盲區(qū)。缺點是吊車需進口,國產吊車不能滿足全部工藝要求。另外,出鐵場面積受吊車跨距限制,不能做得很大,不如矩形出鐵場寬敞。另外,其內部通風透氣效果不如矩形出鐵場好。此種出鐵場在我國部分大高爐有所采用。
3)出鐵場的發(fā)展趨勢:①出鐵場平坦化。整個出鐵場坡度很小或沒有坡度,出鐵場顯得寬敞整潔,便于生產維護和管理。②設置出鐵場棧橋,汽車等多種車輛可直接上出鐵場平臺,方便各種物料的運輸和爐前設備的檢修。③全面的通風除塵。
七、渣處理系統(tǒng)
渣處理系統(tǒng)的作用在于把高爐產生的液態(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水泥的原料。
(1)干渣的生產方法。干渣有兩種生產方法:渣罐車法和干渣坑法。
1)渣罐車法,渣罐車把液態(tài)爐渣從出鐵場下運至棄渣場,把盛有液態(tài)爐渣的渣罐傾翻,使液態(tài)爐渣倒在棄渣場上,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)爐渣從出鐵場的渣溝流入出鐵場旁的干渣坑內,用水冷卻成干渣后,鏟起破碎與篩分。
(2)水渣的生產方法。水渣有兩種生產方法:泡渣法和爐前沖渣法。
1)泡渣法,渣罐車把液態(tài)爐渣從出鐵場下運至泡渣池旁,把盛有液態(tài)爐渣的渣罐傾翻,使液態(tài)爐渣倒在泡渣池內形成水渣,用抓斗把水渣抓出裝車運出廠外。
2)爐前沖渣法,液態(tài)爐渣在出鐵場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出廠外。
2)“過濾法”,水渣和水的混合物流入過濾設施或設備內脫水后,把水渣裝車運出廠外。“過濾法”中又有“底濾法”、“側濾法”、“圖拉法”(輪法)和“INBA法”等。
①“底濾法”、“側濾法”,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,爐前的紅渣通過粒化槽粒化,粒化后的水渣進入脫水轉鼓脫水,脫水后的水渣由水渣皮帶運送至水渣場。由于INBA法的可靠性高、水渣質量好及工作業(yè)績多,因此,大多數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)別是粒化槽產生的蒸汽是否回收,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”最早應用于烏克蘭,國內企業(yè)對其進行深度改造而重新申請專利的稱之為“輪法”,其工作原理是在脫水轉鼓前設置一快速轉動的粒化輪,紅渣經粒化輪粒化后,緊接著經多組噴頭噴水快速深度冷卻,再經脫水轉鼓脫水,水渣經皮帶運往水渣場。“圖拉法”或“輪法”相對較便宜,國內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、熱風爐系統(tǒng)
(1)熱風爐在煉鐵工序中的作用。把鼓風機送出的冷風,加熱成高風溫的熱風后送入高爐,可節(jié)省大量焦炭,因此,熱風爐是煉鐵工序中的一個重要的節(jié)能降耗、降低成本的最有效設施。
(2)熱風爐使用燃料。以高爐煤氣為主,可摻焦爐煤氣、轉爐煤氣和天然氣提高煤氣的發(fā)熱值。
(3)按熱風爐傳熱方式,熱風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爐,僅使用蓄熱式熱風爐。
1)蓄熱式熱風爐的主要組成部分,熱風爐本體主要由燃燒室、蓄熱室和爐頂等部分組成。
2)蓄熱式熱風爐的形式,按照燃燒室、蓄熱室設置方式的不同,熱風爐有外燃式、內燃式和頂燃式。
①外燃式熱風爐,燃燒室和蓄熱室分別設置在兩個筒體內,每個室都有各自的爐頂,兩爐頂間用連接管連接。由于燃燒室和蓄熱室相對獨立,因此,結構穩(wěn)定性好,燃燒能力大,蓄熱能力強,適應高風溫的要求。從理論上講,外燃式適應所有級別高爐,但外燃式熱風爐占地面積大,投資高,較適合超大型高爐。目前,國內超大型高爐和少部分大型高爐采用外燃式熱風爐。
②內燃式熱風爐,燃燒室和蓄熱室同置于一個筒體內,且兩室的頂面標高接近,熱風爐僅有一個爐頂。內燃式熱風爐蓄熱室的利用率不如外燃式。燃燒室根據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使蓄熱室的利用率進一步降低,因此,新建高爐已很少采用。“眼睛”形燃燒室采用矩形陶瓷燃燒器,蓄熱室利用率大大提高。現(xiàn)代高風溫內燃式熱風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構、滑動結構、鎖緊結構、組合磚結構、模塊結構等多種先進合理的內襯砲筑結構形式,具備了占地少、投資省、風溫高、壽命長等很多優(yōu)點,因此國內新建大級別高爐絕大部分采用高風溫內燃式熱風爐。
③頂燃式熱風爐,燃燒室和蓄熱室同置于一個筒體內,燃燒室位于爐頂處,蓄熱室位于爐頂之下。從理論上講,頂燃式熱風爐具有外燃式和內燃式熱風爐的綜合優(yōu)點,但其整個工藝技術還有待改進。目前,較先進的為卡魯金形式的頂燃式熱風爐,在國內部分高爐已開始使用。
除以上3種熱風爐外,還有一種球式熱風爐,由于送風能力有限、風溫不高、壽命較短,僅在450m3以下高爐使用。
(4)熱風爐工作程序。熱風爐是一種周期工作的設施。它有兩種工作狀態(tài):“燃燒”和“送風”,這兩種工作狀態(tài)周期地輪換。熱風爐在“燃燒”狀態(tài)時,煤氣進入熱風爐的燃燒室內燃燒,產生高溫煙氣,高溫煙氣從蓄熱室上部進入蓄熱室內,把蓄熱室內的格子磚加熱,煙氣在加熱格子磚時自身的溫度下降,經過煙道和煙囪排入大氣中。熱風爐在“送風”狀態(tài)時,鼓風機送出的冷風從蓄熱室的下部進入蓄熱室內,鼓風向上運動,被格子磚加熱成熱風后,經熱風管道從高爐風口進入高爐。
(5)熱風爐系統(tǒng)主要設備。助燃風機、能源介質管道用閥門和補償器、檢修設備、回收熱風爐廢氣余熱的換熱器、支撐格子磚的爐箅子及支柱等。熱風爐基本尺寸見表1-2。
九、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)
(1)系統(tǒng)的功能作用。把煤塊磨成細粉并且烘干煤中的水分,把干燥的煤粉輸送至高爐風口處,然后,從高爐風口噴入高爐內,代替部分焦炭。高爐噴煤是以煤代焦、節(jié)約焦炭資源、降低生鐵的生產成本、減少環(huán)境污染的一項重要措施。
(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,選用磨煤機一臺或多臺,煤種可以是煙煤或無煙煤。磨煤機將其磨成細粉,再進行干燥,干燥劑由高爐熱風爐廢氣與高溫煙氣混合而成。每個制粉系列配置1臺引風機,1座高溫煙氣發(fā)生爐,采用布袋除塵器作為制粉系統(tǒng)收粉設備,制備好的煤粉進入煤粉倉。為了防止意外,煤粉制備系列一般設有完善的安全措施。
2)噴吹系列,該系列設有稱量罐、噴吹罐、煤粉輸送管道、閥門和爐前煤粉分配器等。噴吹時,稱量過的煤粉經過噴吹罐輸送到噴吹總管,再經分配器進入支管,由風口噴入爐內。噴吹系列一般也設有完善的安全措施。
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,稱為直接噴吹。煤粉制備系列及噴吹系列相互獨立,存在一定距離時,稱為間接噴吹。實際生產中,兩種形式均有利用。
十、輔助設施輔助系統(tǒng)
(1)鑄鐵機室。為處理高爐點火開爐初期生產的不適宜煉鋼的鐵水及煉鋼工序定期檢修時生產的鐵水,采用鑄鐵與用鐵水罐作為臨時貯存工具的工藝。
根據所需鑄鐵量,在鑄鐵機室內設置若干條鑄鐵機,此外,還要設置傾翻卷揚機和吊車等設備。
(2)碾泥機室。現(xiàn)代大型高爐爐頂壓力高,高爐出鐵后需用高質量無水炮泥來堵鐵口。此外,高爐休風時堵風口用的堵口泥、修補渣鐵溝用的泥料和鐵口套泥等,均需由碾泥機室生產出來。
碾泥機室內設有貯料、稱量、配料設備,并設置若干臺碾泥機和一臺成型機,各種泥料碾制出后,由成型機成型并打包,送往高爐出鐵場。
來源:冶金工貿安全
