秦冶爐頂在熱礦型高爐爐頂項目上的應(yīng)用

馮文強(qiáng) 李東生 王強(qiáng) 磨向軍

摘 要：從秦冶爐頂技術(shù)的發(fā)展、熱礦型無料鐘爐頂設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵點以及秦冶熱礦型爐頂?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢等方面進(jìn)行了闡述和分析。BFT系統(tǒng)為秦冶高爐無料鐘爐頂裝料設(shè)備簡稱，近年來秦冶在以BCQS型布料器“溜槽傾動采用液力平衡控制技術(shù)，溜槽旋轉(zhuǎn)采用變頻控制技術(shù)”為標(biāo)志的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高爐項目上取得了突出成果，相關(guān)爐頂技術(shù)和使用經(jīng)驗有了大量的積累。憑借成熟的爐頂技術(shù)、爐頂產(chǎn)品良好的應(yīng)用業(yè)績、及時有效的交流和溝通，獲得了烏克蘭麥特集團(tuán)亞速鋼鐵3號熱礦型高爐大修項目的認(rèn)可。針對熱礦型無料鐘爐頂設(shè)備的需求，秦冶為其量身定制了成套無料鐘爐頂設(shè)備，為能夠更好地滿足工藝生產(chǎn)需要提供了解決方案，同時該項目的成功充實了秦冶自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的系列，也為即將開發(fā)的俄羅斯等亞洲地區(qū)、歐洲地區(qū)等爐頂項目樹立了新典型。

關(guān)鍵詞：無料鐘爐頂設(shè)備；旋直傳動型；熱礦型；耐熱型布料溜槽；氮冷氮封型布料器

APPLICATION OF QINYE FURNACE ROOF IN HOT ORE BLAST FURNACE ROOF PROJECT

Feng Wenqiang? ? Li Dongsheng? ? Wang Qiang? ? Mo Xiangjun

（Hebei Province Intelligent Furnace Top Equipment Engineering Research Center，Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd.? ? Qinhuangdao? ? 066318，China）

Abstract：This article mainly elaborates and analyzes the development of Qinye's furnace top technology， the key points in the design of hot ore bellless furnace top equipment， and the technical advantages of Qinye's hot ore furnace top. The BFT system is the abbreviation for the bell less top charging equipment of the Qinye blast furnace. In recent years， Qinye has achieved outstanding results in blast furnace projects with independent intellectual property rights， marked by the BCQS type distributor， which adopts hydraulic balance control technology for chute tilting and variable frequency control technology for chute rotation. The relevant top technology and usage experience have been accumulated extensively. With mature furnace top technology， excellent application performance of furnace top products， and timely and effective communication， we have been recognized for the major repair project of the No. 3 hot ore blast furnace of Ukraine Mette Group's Yasu Steel. In response to the demand for hot mineral bellless furnace top equipment， Qinye has customized a complete set of bellless furnace top equipment， providing a solution to better meet the production needs of the process. At the same time， the success of this project enriches the series of Qinye's independent intellectual property products and sets a new model for furnace top projects to be developed in Asia， Europe， and other regions such as Russia.

Key words：bellless furnace top equipment;rotary drive type;hot mineral type;heat-resistant fabric chute;nitrogen cold nitrogen sealing type fabric distributor

0? ? 前? ? 言

國內(nèi)外煉鐵高爐模型試驗和高爐解體研究結(jié)果表明，高爐內(nèi)軟熔帶以上的所有區(qū)間，礦、焦相對比例大體與爐喉相近，所以礦石和焦炭在爐喉水平面上各點的比例，就成為影響煤氣流分布的重要因素[1]。煉鐵生產(chǎn)單位以提高高爐煉鐵的產(chǎn)量、降低能耗、提高高爐壽命為發(fā)展理念，控制和實現(xiàn)合理的煤氣流分布，充分利用煤氣能量，是考察選取爐頂裝料設(shè)備的重要因素。

作為無料鐘爐頂裝料設(shè)備的核心設(shè)備－－布料器，是無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)中調(diào)節(jié)高爐內(nèi)爐料分布的唯一手段。對爐料從料罐向高爐內(nèi)均勻、合理的分布起著控制和保持的重要作用。布料器的形式具有多種結(jié)構(gòu)，市場占有率較高的有兩種——國外某公司為代表的星減傳動型和以秦冶公司為代表的旋直傳動型。秦冶型布料器在高爐生產(chǎn)操作過程中實現(xiàn)了減小布料檔位切換時的螺旋段長度，精細(xì)化布料以及同一個焦批的中心加焦操作，一定程度上提高了布料的均勻性和煤氣流的合理分布，為用戶高爐增產(chǎn)降耗、穩(wěn)定順行提供了必要保證。秦冶擁有的大型無料鐘爐頂關(guān)鍵工藝技術(shù)在2017年12月被中國金屬學(xué)會專家委員會評價為國際領(lǐng)先水平。這一技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、設(shè)備抗高溫性能良好、成套設(shè)備檢測與控制精度高、成套設(shè)備維護(hù)檢修方便等方面[2]，采用該技術(shù)生產(chǎn)的無料鐘爐頂設(shè)備已涵蓋了300 ～ 6 000 m3爐容范圍，同時能夠為國內(nèi)外市場煉鐵高爐定制設(shè)計各種爐頂成套設(shè)備。

當(dāng)前俄羅斯、哈薩克斯坦、烏克蘭等國家現(xiàn)有約30多座1 500～2 000 m3級高爐逐步到大修期，面臨升級改造。高爐一般采用燒結(jié)礦和球團(tuán)礦作為主要礦料，燒結(jié)礦占比高且燒結(jié)礦的裝入溫度大多為350 ～500 ℃，也就是我們常說的熱礦入爐。此次專為烏克蘭熱礦型高爐設(shè)計定制了熱礦型無料鐘爐頂設(shè)備，設(shè)備驗收合格后發(fā)到了現(xiàn)場，通過設(shè)備安裝調(diào)試，現(xiàn)已投產(chǎn)使用運(yùn)行中。

1? ? 熱礦型無料鐘爐頂技術(shù)

烏克蘭麥特集團(tuán)亞速鋼鐵公司目前所擁有的高爐爐容以1 500～2 000 m3級為主，現(xiàn)有5座高爐，其中4座高爐（3座料鐘式爐頂，1座無料鐘爐頂）正在投產(chǎn)使用。亞速公司計劃對3號高爐（已停產(chǎn)）進(jìn)行改造升級。該項目是在原地址大修改造，高爐于20世紀(jì)90年代投入使用，原為料鐘式爐頂。在21世紀(jì)初由國外某公司進(jìn)行了改造，設(shè)計成無料鐘爐頂設(shè)備，2015年停產(chǎn)至今?，F(xiàn)高爐的主要設(shè)備均已拆除，2019年3月份開始安裝調(diào)試秦冶爐頂設(shè)備，6月份爐頂設(shè)備安裝調(diào)試完畢，7月初高爐開始投產(chǎn)運(yùn)行。

1.1? ? 溜槽更換技術(shù)的設(shè)計

原布料器的溜槽卡掛可直接從布料器檢修門進(jìn)行布料溜槽的更換，但因更換困難原因，不再采用此種結(jié)構(gòu)。

原有爐頂主框架平臺在爐頂鋼圈下沿位置，現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)對溜槽的更換影響較大。因業(yè)主不再對現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行改動，只能進(jìn)行小范圍的局部調(diào)整，須校核溜槽更換空間是否滿足，同時因烏克蘭國家對檢修更換有特殊要求，須考慮更換方式是否合適，是該項目的難點之一。

根據(jù)業(yè)主提供的鋼結(jié)構(gòu)布置圖紙，結(jié)合現(xiàn)場平臺情況，借用現(xiàn)有爐頂料斗以上平臺的100 t主吊車和高架式10 t副吊車，作為更換布料溜槽的起吊動力。同時新建三維模型，運(yùn)用三維模擬現(xiàn)場更換過程，出具了解決方案。同時改進(jìn)布料溜槽與布料器溜槽托架的卡掛結(jié)構(gòu)，防止溜槽脫落，獲得了業(yè)主的認(rèn)可。

布料溜槽和布料器制作完后，在車間已搭建好的試驗平臺上進(jìn)行了實物模擬試驗。按業(yè)主提供的鋼結(jié)構(gòu)平臺布置，臨時設(shè)置了等同高度的障礙，用車間的起重機(jī)，與業(yè)主人員一同觀看了和檢驗了實際模擬布料溜槽更換全過程，并錄像存檔。試驗過程順利，效果良好，符合設(shè)計理念，獲得了業(yè)主的好評。

1.2? ? 耐熱型布料溜槽的設(shè)計

原高爐爐頂溫度：300 ～ 400 ℃（邊緣200 ℃以下），最大600 ℃。高爐爐頂異常高溫時采用打入水蒸汽降溫。

原高爐安裝了兩個十字測溫：第一個裝在零料位上方～0.3 m，一般溫度為300 ℃左右；第二個裝在料線～1.8 m處（正常工藝控制料線為1.5 m），處于埋在料中，一般溫度為500 ℃左右；布料溜槽的工況較國內(nèi)高爐情況復(fù)雜。僅工況溫度就超出了一般材料的抵抗強(qiáng)度，同時業(yè)主對布料溜槽的壽命提出了過料量300萬t（相當(dāng)于一年）的考核要求，是該項目的難點之一。

結(jié)合公司原有布料溜槽的技術(shù)已在同等級別高爐實際應(yīng)用的平均壽命為11個月左右的情況，我們又對此布料溜槽進(jìn)行了改進(jìn)升級。根據(jù)業(yè)主的工況要求，改進(jìn)了溜槽殼體的鑄造材料為更好的耐熱型。模擬下料過程，結(jié)合布料溜槽的磨損形式和特點，對主要磨損部位進(jìn)行了加強(qiáng)，提高薄弱點抗磨損壽命。與硬質(zhì)合金供貨商共同對耐磨硬質(zhì)合金的浸潤焊型襯板進(jìn)行研究，改采用耐高溫型硬質(zhì)合金，同時改進(jìn)浸潤焊型工藝處理過程，提高硬質(zhì)合金襯板的整體抗溫性能。

第一套布料溜槽從2019年7月使用到2020年12月下線，滿足過料量360萬t的考核要求，獲得了業(yè)主的好評。

1.3? ? ?氮冷氮封型布料器的設(shè)計

由于亞速鋼鐵廠不能提供冷卻水，只能用氮氣作為冷卻介質(zhì)，天然氣作為備用冷卻介質(zhì)，壓縮空氣作為維修期間安全氣源，這是該項目的突出難點。

我們結(jié)合布料器的使用經(jīng)驗和布料器工作原理，改進(jìn)氮氣吹掃密封和冷卻的管路設(shè)計，分三路獨立控制氮氣進(jìn)入布料器，同時按不同工況合理分配氮氣的耗量，使布料器能夠更好的適應(yīng)高爐工況。

首先，對布料器的喉管部件進(jìn)行獨立冷卻管路設(shè)計，環(huán)冷式結(jié)構(gòu)，直吹至溜槽托架處，能夠隔絕爐頂高溫對上回轉(zhuǎn)支承的溫度輻射影響，同時還能對溜槽托架及布料溜槽的工況溫度起到降溫作用。

其次，對布料器箱體進(jìn)行獨立冷卻管路設(shè)計，除箱體內(nèi)部必須有的冷卻管路外，在頂蓋上增加氮氣管路，通過環(huán)管結(jié)構(gòu)對旋轉(zhuǎn)套筒進(jìn)行整體冷卻，保證與爐頂溫度接觸的旋轉(zhuǎn)套筒的有效降溫和隔熱。

對布料器底盤進(jìn)行獨立冷卻管路設(shè)計，按盤式閥冷卻原理，設(shè)計冷卻管路，排出點直接對著溜槽托架和布料溜槽的工作區(qū)域，還能對溜槽托架及布料溜槽的工況溫度起到降溫作用。

我們還改進(jìn)了與高爐爐頂溫度接觸部件的耐材固定結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)耐材和部件整體抗高溫能力。像溜槽托架等重要部件進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，提高抗高溫能力。

布料器制作完成后，先進(jìn)行了冷態(tài)試車。在試驗平臺上，對布料器的一些主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了檢測，同時對布料器主要部件的一些運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測和檢查。冷態(tài)試車合格后，在車間用秦冶氣體公司空壓機(jī)作為氣源，用特殊定制的電加熱型底座等作為熱源，對氮冷氮封型布料器進(jìn)行了熱態(tài)模擬試驗。試驗結(jié)果驗證了該項目布料器研發(fā)設(shè)計的理念，完善了秦冶布料器設(shè)計與驗證過程，同時也為烏克蘭業(yè)主在線使用提供了經(jīng)驗。

1.4? ? 熱礦型料流調(diào)節(jié)閥的設(shè)計

因業(yè)主要求接口和空間按原有部件不變，根據(jù)業(yè)主提供的信息（原結(jié)構(gòu)為雙油缸同時驅(qū)動的結(jié)構(gòu)），秦冶新設(shè)計了單擺動型料流調(diào)節(jié)閥。同時根據(jù)業(yè)主提供的信息，新設(shè)計了偏心型擺臂，防止卡料。采用新技術(shù)新材料的軸端密封結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)設(shè)備密封性能和使用壽命。新設(shè)計了導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，防止氮氣直接吹，造成磨損。優(yōu)化設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，更有利于安裝和檢修維護(hù)。

1.5? ? 熱礦型上下密封閥的設(shè)計

因業(yè)主要求接口和空間按原有部件不變，根據(jù)業(yè)主提供的信息（原結(jié)構(gòu)為雙油缸同時驅(qū)動的結(jié)構(gòu)），秦冶新設(shè)計了單液壓缸型上下密封閥。上下密封閥的閥座與閥板采用接觸表面堆焊硬質(zhì)合金的金屬密封結(jié)構(gòu)。上下密封閥的閥板設(shè)計成調(diào)心結(jié)構(gòu)，易保證密封。上下密封閥的閥座和閥板之間增加氮氣吹掃，盡量防止積灰。當(dāng)檢修期間液壓缸失效時，新設(shè)計了鎖緊裝置保證密封閥的氣密性，同時可用于運(yùn)輸時鎖緊。

1.6? ? 熱礦型上料閘的設(shè)計

因業(yè)主要求接口和空間按原有部件不變，秦冶新設(shè)計了上料閘。根據(jù)業(yè)主提供的信息，新設(shè)計了偏心型擺臂，防止卡料。采用新技術(shù)新材料的軸端密封結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)設(shè)備密封性能和使用壽命。優(yōu)化設(shè)計了檢修門結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場維護(hù)。優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，更有利于安裝和檢修維護(hù)。

1.7? ? 配套液壓站、潤滑站、傾動電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

原有一個獨立的位置用于放置液壓站，位于40 m平臺，泵站、閥臺、蓄能器組、泵站就地控制柜、潤滑泵組放置在此位置。原有閥臺設(shè)計和布置為老式結(jié)構(gòu)，原有三個液壓泵、雙油箱互為備用，操作維護(hù)復(fù)雜。

按秦冶高配型液壓站、潤滑站、傾動電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計供貨，各種液壓、潤滑、電氣新型號新產(chǎn)品新技術(shù)等的應(yīng)用，體現(xiàn)了秦冶爐頂技術(shù)的特色和優(yōu)越性，也體現(xiàn)了工業(yè)時代的進(jìn)步性。

2? ? 秦冶熱礦型無料鐘爐頂設(shè)備的優(yōu)勢

鑒于原有技術(shù)無料鐘爐頂?shù)牧觿?，溜槽更換困難、上下密封閥閥板和閥座易損壞、上料閘易卡死、料流調(diào)節(jié)閥易卡死、一些部件尤其是布料溜槽的使用壽命低、軸端密封泄漏無法在線更換等，秦冶熱礦型無料鐘爐頂設(shè)備具備更多優(yōu)勢：

1）簡單方便的更換布料溜槽的方案，極大節(jié)約了檢修維護(hù)時間；

2）可靠的耐熱型布料溜槽的設(shè)計，能夠延長溜槽使用壽命；

3）可靠的秦冶型布料器、料流調(diào)節(jié)閥、上下密封閥、上料閘的設(shè)計，能夠提高各部件使用壽命，同時節(jié)約設(shè)備檢修維護(hù)時間；

4）溜槽傾動角度定位精度±0.1°，提高了布料精確度，有利于高爐布料的準(zhǔn)確性，能夠更好的滿足布料工藝要求，促進(jìn)高爐增產(chǎn)增效；

5）溜槽傾動速度更快，減小了布料檔位切換時的螺旋段長度，有利于提高布料的均勻性，促進(jìn)高爐增產(chǎn)增效；

6）低潤滑等能源介質(zhì)消耗、低備件成本，能夠為業(yè)主節(jié)約能耗，節(jié)約備件成本等，符合產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略要求。

3? ? 結(jié)? ? 語

高爐爐頂裝料系統(tǒng)是高爐煉鐵的八大系統(tǒng)之一。無料鐘爐頂裝料設(shè)備研發(fā)也是一項系統(tǒng)工程，其涉及的內(nèi)容涵蓋煉鐵工藝、機(jī)械設(shè)計與制造、液壓潤滑及控制、電氣及自動控制等各個專業(yè)。發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型高爐無料鐘爐頂裝料設(shè)備技術(shù)，不再受制于人，同時國產(chǎn)大型無料鐘爐頂?shù)某晒﹂_發(fā)和應(yīng)用，也可以為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)節(jié)省大量的資金和外匯。

該項目爐頂成套設(shè)備的順利、穩(wěn)定運(yùn)行2年，標(biāo)志著秦冶正式打開了烏克蘭市場。同時該項目的成功，也為即將開發(fā)的俄羅斯等亞洲地區(qū)、歐洲地區(qū)等爐頂項目樹立了新典型，在秦冶爐頂市場的騰飛上添上了濃濃的一筆。

參考文獻(xiàn)

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