高爐均壓系統及高爐爐頂裝料方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高爐爐頂裝料領域，具體設及一種高爐均壓系統及高爐爐頂裝料方 法。
【背景技術】
[0002] 高爐無鐘爐頂由盧森堡PW公司發明于1970年并應用至今，是高爐煉鐵技術發展 的一個最重要的里程碑。與被取代的鐘式爐頂相比，該技術使高爐的主要技術經濟指標有 了突破性的提升，設備的運行及檢修費用大大降低。經多年的應用及完善，現在無鐘爐頂設 備已臻于完善。但在實際使用過程中，一些無鐘爐頂設備在生產時溫度較高，易造成齒輪箱 水冷板結構損壞甚至失效、傾動軸軸瓦潤滑脂流失，傾動軸磨損甚至膠合、爐頂料罐電子稱 失準等。一直W來，業界將該些問題的原因歸結于維護方面的不當，一般采取加大下閥箱的 氮氣吹掃量來解決問題，該方式雖然也取得了一定的效果，但氮氣耗量很高，成本高。
[0003] W3200m3高爐為例，無鐘爐頂維持生產主要有=個氮氣用戶，一個是齒輪箱充氮 (吹掃氮氣）流量；300NmVh，用于齒輪箱內產生正壓，阻止含塵高溫的高爐爐頂煤氣從間 隙進入齒輪箱。該個氮氣用量較少，也不允許減量；第二個也是用量最大的一個，是下閥箱 的吹掃用氮，其作用是防止高爐爐頂的高溫含塵煤氣進入齒輪箱中屯、孔道。在實際生產中， 該處充氮流量一般調整到約2100NmVh，并且該流量調定后不變，即不隨裝料程的變化而改 變。一些廠礦為降低費用，簡單的將下閥箱吹掃氮氣流量調小，致使下閥箱設備及齒輪箱溫 度升高，造成設備故障及損傷。第=個是料罐的二次均壓。
[0004] 無二次均壓工序的裝料流程：
[0005] 下密閥及料流調節閥處于關閉狀態，料罐內壓力為零，均壓閥關閉，二次均壓閥關 閉，放散閥開啟，上密封閥開啟，上料閩開啟；
[0006] 爐料經由上密封閥、上料閩后落入料罐；
[0007] 關閉上料閩，關閉上密封閥；關閉放散閥；
[000引開啟均壓閥向料罐內充壓，罐內壓力一般充至低于爐內壓力0.OlMPa時關閉均壓 閥；
[0009] 開啟下密閥，開啟料流調節閥，料罐內爐料落入爐內；料空信號來，關閉料流調節 閥、關閉下密封閥；
[0010] 開啟均壓閥放散閥，料罐內壓力降至0,一個裝料周期結束。
[0011] 增加二次均壓后（參見圖1)，目前用于料罐二次均壓的煤氣為高爐爐頂煤氣除塵 后的半凈煤氣，該煤氣的壓力一般低于高爐爐頂0. 005~0. 015MPa，因此料罐內的壓力不 能充到與爐內壓力相等。由此而引起一個問題：在料罐開啟下密封閥時，由于爐頂與料罐 內壓差的存在，造成開閥需較大的開啟力，有時甚至無法開啟，并且在開啟的瞬間，高爐爐 頂煤氣由下高速沖入料罐內部，對下密封閥及密封造成很大沖擊，該是下密封閥臂桿、密封 圈、連接球頭等零部件損壞的主要原因。
[0012] 現有的解決辦法是，在料罐的均壓入口處并聯一個氮氣二次均壓系統，該個系統 的壓力高于高爐爐頂壓力，在對料罐進行均壓時，先開煤氣均壓閥，當料罐內煤氣壓力達到 一定數值時（〇.2MPa)，關閉煤氣均壓閥，開啟氮氣二次均壓系統，高壓氮氣進入料罐。將罐 內壓力充至與爐頂壓力相同后關閉氮氣二次均壓系統。
[0013] 因二次均壓消耗的氮氣量較少，所W該種工藝每年氮氣消耗費用略大于無二次均 壓工藝。
[0014] 采用二次均壓工藝后，料罐在向高爐放料時高溫煤氣進入料罐，是造成齒輪箱及 下閥箱溫度升高的真正原因。齒輪箱的中屯、通道的冷卻板經常因高溫而發生水管結垢堵塞 的現象。由于齒輪箱的特殊結構，使得現有的齒輪箱中屯、通道、旋轉底盤、傾動轉盤軸的冷 卻只能設計成僅依靠水的高差而流動的系統，因而壓力低、流速低，冷卻能力非常有限。當 該些冷卻板承受較高的溫度時，就會在管內形成水垢直至堵塞。在料罐不向高爐內排料時， 從中屯、喉管的出料口到下密封閥直至料罐是一個盲端，氣流幾乎是靜止的。高爐爐頂的溫 度及熱量僅靠熱傳導向上傳遞，因氣體的導熱率很低，傳熱過程很慢，在該個工序僅需在下 閥箱充入較少流量的氮氣即可阻止高溫煤氣進入該空間，并將被加熱的氣體持續頂出該空 間。從而維持該空間的溫度不致上升或較緩慢的上升。
[0015] 造成下閥箱及齒輪箱溫度升高的真正原因如下；料罐上部封閉，料罐在向高爐放 料排空的過程中，在料罐內形成抵壓，高爐爐內的高溫煤氣由中屯、喉管、下閥箱倒流進入料 罐，使齒輪箱及下密封閥被加熱至較高溫度。
[0016] 在料罐不向爐內排料時，下閥箱及中屯、喉管中的氣體是相對靜止的，爐內的熱量 主要靠熱傳導進入該兩個空間，因空氣的導熱系數較低，此時溫升速度不是很高。現有的W 固定流量向下閥箱充入氮氣的方法，一方面在料罐不向爐內排料時氮氣被浪費掉，另一方 面在料罐向高爐排料時氮氣流量有不足W完全補充爐料排出的空間，引起爐頂設備溫度升 局。
[0017] 在料罐沒有向高爐內排料時下閥箱無需充入很大流量的氮氣，但是必須在料罐向 高爐內排料時向料罐或下閥箱中充入足夠的氮氣。所述氮氣的流量要大于或等于單位時間 內排出的固體爐料的體積，使料罐內的壓力始終保持等于或大于爐頂的壓力，如此，高爐爐 頂的煤氣就無從進入料罐。下面計算排料補充氮氣的最低用量的理論計算。
[001引W3200m3高爐為例，每小時6. 5批料，爐頂壓力0. 25MPa，W氮氣價格0. 25元/N m3,年工作日為360天，每批裝料時間；9. 2min/批，焦炭及礦石放料時間約100秒，礦石每 批；9化，堆比重~1. 8t/m3,焦炭每批；2化，堆比重~0. 55t/m3。
[0019] 每批料礦石排出容積=90/1. 8 = 50m3
[0020] 放礦瞬時流量=50/100*3600*2. 5 = 4500Nm3/h
[0021] 每批料焦炭排出容積=20/0. 55 = 36m3
[0022]放焦炭瞬時流量=36/100*3600*2. 5 = 3240Nm3/h
[0023] 齒輪箱氮氣流量標準為200NmVh，實際約為300NmVh，下閥箱在不排料時氮氣流 量約為150NmVh，排料時該流量計入補充氮氣。
[0024] 一個裝料周期平均需補充氮氣流量（不含下閥箱通入的氮氣流量）=(50+36)*9 .2*2. 5+150*(1-9. 2*(100+100)/3600) = 2051Nm3/h
[0025]W上的計算量未考慮爐料的孔隙率，推定爐料進入高爐時，吸附在爐料孔隙中的 氣體隨同爐料一起進入高爐。
[0026] 基于上述研究及計算的結論，最佳均壓及爐頂設備充氮控制工藝如下：
[0027] 齒輪箱充氮（吹掃氮氣）流量；300NmVh，用于齒輪箱內產生正壓，阻止含塵高溫 的高爐爐頂煤氣從間隙進入齒輪箱。
[002引下閥箱長通氮氣流量約為150NmVh，用于在下密封閥至中屯、喉管的出料口之間產 生小正壓，阻止含塵高溫的高爐爐頂煤氣進入該空間，維持該空間的低溫度。
[0029] 有二次均壓的裝料工藝；
[0030] 下密閥及料流調節閥處于關閉狀態，料罐內壓力為零，均壓閥關閉，二次均壓閥關 閉，放散閥開啟。
[0031] 上密封閥開啟，上料閩開啟：
[0032] 爐料經由上密封閥、上料閩落入料罐；
[0033] 關閉上料閩，關閉上密封閥，關閉放散閥；
[0034] 開啟均壓閥向料罐內充壓，罐內壓力充至0. 2M化時關閉均壓閥，開啟二次均壓閥 至料罐內壓力與爐內壓力相同；
[0035] 關閉二次均壓閥。
[0036] 改進工序；開啟下密閥，開啟料流調節閥，開啟二次均壓閥并控制氮氣流量（當放 料為礦石時，氮氣流量為4500NmVh;當放料為焦炭時，氮氣流量為3240NmVh);料罐內的爐 料落入爐內；料空信號來，關閉二次均壓閥、關閉料流調節閥、關閉下密封閥；開啟均壓閥 放散閥，料罐內壓力降至0;-個裝料周期結束。
[0037]W上的氮氣補充量僅是基本值，具體值因物料的性質、高爐頂壓、料流大小的控制 的不同而有所差異。應用時W理論值為基數進行流量的調整，如果流量小于安全值，下閥箱 的溫度上升較快，此時適當增加補充氮氣的流量；實際上少量的高溫高爐煤氣進入料罐不 足W使設備溫升較高，因此補充氮氣流量可W在上述的基本值上下調一定的數值，目的是 降低一部分氮氣消耗費用。實踐證明，在放礦石時，將補充氮氣流量下調為3500NmVh，下閥 箱溫度不會超過60°
[003引與現有的控制工藝相比較，改進的放料補充氮氣控制工藝在料罐不放料時僅向下 閥箱充入少量的起頂出作用的氮氣，在放料時才補充一個適當的量。減少了不放料時無作 用的充氮量，而且有效的控制了裝料系統的溫升。
[0039]W上的二次均壓及放料補充工藝所使用的都是氮氣，氮氣的成本較高，并且進入 高爐煤氣后，會降低高爐煤氣的濃度。表1為上面=種裝料氮氣均壓及補充控制工藝的經 濟性比較。因布料齒輪箱吹掃用氮在所有工藝中不參與控制，因此表1中未計入該氮氣耗 量。
[0040]
[0041]上表中，爐頂壓力0.25MPa，W氮氣價