攀钢4号高炉出铁场大修改造设计

36 2010 年第 33 卷第 1 期 攀钢 4 号高炉出铁场 大修 改造 设计 吴和培 （攀钢集团设计研究院有限公司） 摘要： 结合 1、 2 号高炉大修经验和攀钢高炉生产实践，在攀钢 4 号高炉大修中使用摆动流嘴、 出铁场厂房顶吸 除尘等先进的工艺 及 设备，更好地满足了 4 号高炉持续高产的要求。 关键词： 出铁场 ； 渣铁沟 ； 开铁口机 ； 泥炮 ； 堵渣机 ； 除尘 1 概述 攀钢共有 5 座高炉， 1、 2、 3 号高炉 有效容积均为 1 200 4 号高炉为 1350 3 号高炉为 2000 4 号高炉于 1989 年 9 月投产，设计寿命 8 10 年，采用皮带上料和并罐无料钟炉 顶等先进设备。 钒 钛 磁铁 矿冶炼的特殊性要求缩短渣铁在炉内的停留时间。攀钢 1、 2、 3 号高炉为单出铁场、单出铁口，日出铁次数达 12 次。工人劳动强度大，铁口维护困难，有时不能正点出铁，限制了高炉产量的进一步提高。为增加出铁能力， 4 号高炉设计采用了双矩形出铁场、双出铁口，日出铁次数 14次。两个出铁场呈南北对称布置，每个出铁场配置液压泥炮、冲钻式开口机、 20/5 t 桥式吊车等设备 ；每个出铁场各 1 个 液压站 和 1 个 泥炮操作室。每个渣口配 1 台液压堵渣机。热风围管下设有环形电动葫芦。双出铁场场地开阔，机械化作业程度高，为出尽渣铁、提高产量 、降低能耗和减轻工人劳动强度提供了良好的条件。 每个出铁场设 3 个 140 t 铁水罐位，下渣设 4个 16.5 条上渣沟设 2 个 16.5 投产以来， 4 号高炉先后应用了多环布料，中心加焦，配加焦丁、硅石等新技术。至 2003 年， 4号高炉已连续生产了 14 年，高炉炉身中下部铜冷却壁已基本损坏，部分区域炉壳已出现开裂，炉底及炉缸温度偏高，严重威胁高炉生产的安全，维护费用逐年上升，急需大修。 为此，攀钢（集团）公司委托重 庆钢铁设计 院进行大修设计 。 重院 于 2001 年 11 月完成了 4 号高炉大修改造可行性研究 设计 ，于 2002 年 10 月完成了 4 号高炉大修工程初步设计，初步设计通过公司审查后，根据审查意见又于 2002 年 12 月完成了 4号高炉大修工程初步设计修改版。 攀钢集团设计研究 院在重院初步设计的基础上，结合攀钢的 生产实践 ，采用成熟、可靠、实用的先进工艺技术，使大修后的 4 号高炉总体工艺技术和装备水平达到国内同类型高炉的先进水平，为高炉实现“高产、优质、低耗、长寿、节能、环保”创造良好的条件。大修改造后高炉一代炉役无中修寿命大于 15 年。 2004年 4月 1日开始对 4号高炉进行停炉大修，并于 5 月 22 日顺利出铁。 针对高炉强 化冶炼的需要和钒钛磁铁矿冶炼的特点， 对 4 号高炉出铁场作了部分改造：提高了铁口和渣口中心线的标高 （ 均提高 100 ；取消了原来的 3 个 140 t 铁水罐位，增设摆动流嘴；缩短了主沟长度，加 大 主沟、铁沟、下渣沟的坡度；增设铁口上活动烟罩和砂口除尘等设施。 2 出铁场布局 改造后， 4 号高炉仍采用 2 个铁口、 2 个渣口的双矩形出铁场，两铁口分别位于高炉南北两侧，两上渣口则位于高炉东西两侧，其布置如图 1所示 。 攀 钢 技 术 37 图 1 4号高炉出铁场布置 示意 3 炉前设施 改造 口及渣口 两个铁口对称布置在高炉南北两侧，渣口布置在东西两侧，其标高相应提高了 100 4 号高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿 冶炼的 特点是“憋不住”，渣铁出不净，易 造成 炉渣 较粘， 应及时出净渣铁，及时造衬保护炉墙。操作过程中，要对铁口及渣口进行维护，延长其工作寿命，表 1 为 4 号高炉历年渣口破损及上下渣比 情况 。 表 1 4 号高炉历年渣口破损及上下渣比情况统计 年份 渣口破损 /个 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 数据可知，新炉操作未达到最佳炉况以及操作经验的缺乏，渣口破损呈上升趋势 。 但随着操作经验的积累和炉况趋于正常，渣口破损达到最优值；到了炉役后期，由于炉子老化，炉缸温度偏高，渣口损坏数量又呈上升趋势，需进行停炉大修。从 表还 可知，随着炉型的侵蚀和操作水平的提高，上下渣比在一定范围内波动并趋于稳定，控制合 适的上下渣比有利于高炉顺行和减少炉前工人的劳动强度。 铁沟改造及管理 随着高炉冶炼不断强化，使得渣铁通过主沟及渣沟的流量、时间相应增加，而修理时间相应减少，因此渣铁沟使用寿命长短对高炉生产影响很大。 铁沟结构改造 由于攀钢高炉冶炼渣量大，出铁后主沟清理频繁，工人需下沟进行清理，所以主沟设计为非贮铁式主沟。粘渣会影响高炉的连续出铁，且难于清理，也必将影响高炉生产 。 借鉴多年来的实践，对主沟进行了调整（见表 2）。此次大修铁口标高由 m 提高到 m，主沟长度由原来的 14 750 4 200 样一来也就相应增加了主沟的坡度，使主沟坡度由原来的 10%提高为现在的12%，渣沟也作相应调整。改造后，极大 地 改善了渣铁在主沟的流动速度，提高了渣铁沟的渣铁通过能力，保证高炉连续、正点出铁。 大修前主沟采用浇注料浇注成型，现在改为大型预制件，方便主沟更换及维护的同时也提高了渣铁沟的使用寿命。铁沟和主铁沟为焊接件，渣沟为铸铁件，渣沟上面仍然设水冷渣沟。东上渣采用水冲渣的同时，为减少干渣处理，南出铁口的下渣也采用水冲渣。 沟喷补 主沟损坏时需对其进行维护，以 保证正常出铁，特别是高钛渣较粘，主沟清理维护更显得重要。 主沟喷补采用热喷补，沟壁处在高温状态（呈红色，温度在 800 以上）时喷补效果最佳，喷完后盖起来，喷补自行干燥烧结， 1 h 后可以出铁，无需专门烘烤，但对喷补料有一定的要求。具体要求如下： （ 1）附着能力好，喷补施工反弹率低； （ 2）材料烧结性能好，能在较短时间内通过 38 2010 年第 33 卷第 1 期 表 2 渣铁沟改造前后对比 主沟 铁沟 渣沟 底部料层厚度 /坡度/% 钢壳外围 钢壳厚 /沟宽 /前 1.5 上口宽/底半径 /构 上口宽/底半径 /造前 10 黄沙 回填 20 1900 使用捣打料(易漏铁 ) 1300 190 沟泥捣打充实 720 175 无摆动流嘴 ( 个140 改造后 12 填沙加一层 墙 砖 20 1900 整体浇注(杜绝漏铁 ) 1300 190 整体 浇注 720 175 218416 烧结获得一定强度； （ 3）抗渣铁侵蚀，冲刷性能良好； （ 4）材料的体积稳定性好； （ 5）喷补作业中无有毒物挥发。 压泥炮 液压泥炮选用湖北福田液压气动股份公司生产的 液压泥炮，该设备适合 1200 1350 高炉使用，且泥炮基础不需要作较大改动。该液压泥炮的泥缸容积为 塞工作推力为 3080 铁口机 采用全液压开铁口机，回转退回时间 5 s，回转到位时间 10 s，钻杆送进速度 15 20 mm/s，最大铁口深度 3000 头直径为 50 80 装倾角与铁口角度一致。 动流嘴 南北出铁场均设一台摆动流嘴。铁水通过摆动流嘴顺利地流入各自的铁水罐内，正常生产时，摆动流嘴正常倾角为 8 10 ，最大约 16 。 渣机 采用折叠式液压堵渣机，堵头公称直径为 80 压缸工作压力为 10 压缸直径 /杆直径为 125 90 液压缸最大行程为 640 渣机堵头冷却水压力为 4 炉前出铁制度 4 号高炉日平均生产生铁量为： 3080 t，每日出铁次数为 12 次，每次出铁时间为 50 次出铁配 140 t 铁水罐 3 个，下渣配 4 个渣罐，上渣配 6 个渣罐。原设计考虑的主铁沟、支沟和撇渣器的沟盖，由于钒钛磁铁矿粘沟现象突出，需要频繁清沟，沟盖 带来操作上的不便，实际操作时被取消。 近年来，随着高炉冶炼钒钛磁铁矿技术的进步， 4 号高炉的利用系数在逐年提高， 见 表 3。 表 3 4#高炉历年的利用系数 年份 利用系数 /t（ d） 990 991 992 993 994 995 996 997 998 999 000 001 002 003 表可知，随着高炉冶炼钒钛磁铁矿 黏 渣问题的解决，以及先进技术的应用， 4 号高炉年平均利用系数在逐年上升，从开炉时的 t/（ d）提高到 2003 年的 t/（ d）， 2003 年 12 月一度攀升到 t/（ d），达到了国内领先水攀 钢 技 术 39 平。根据 1 号、 2 号高炉大修设计和攀钢高炉冶炼的实践经验，此次大修设计年平均利用系数为 2.2 t/（ d），最高为 2.4 t/（ d），使大修后的4 号高炉达到“优质、高产、低耗、长寿”这一设计目标。 5 出铁场除尘系统 出 铁场设有包括铁沟、铁罐、下渣沟、下渣罐的除尘系统和包括炉顶、铁口及主沟段屋顶的二次除尘系统。 高炉炼铁工序排入大气的颗粒物主要是供料系统的粉尘和出铁场的烟尘，前者粉尘的捕集与处理已基本解决，但 后者 烟尘的捕集仍是个有待解决的问题。出铁场烟尘主要是产生于液态渣铁流经处（尤其是有跌落物），据统计， 50%的烟尘产生于铁口、撇渣器、摆动流嘴、铁水罐等处 1。 出铁时，高温液态渣铁由铁口流出，由高压状态变为常压状态，渣铁中所含尘粒逸出并与空气发生反应，高温液态渣铁本身与相对较冷的泥料及空气接触反应，产生大量 烟尘，约占出铁场烟尘总量的 30%。烟尘成分为氧化铁、二氧化硅、石墨等，其中颗粒小于 10 m 的颗粒约占总粉尘的 60%2，其特点如下： 1）量大，吨铁烟尘量约为 2.5 2）颗粒细，其粒径大多在 10 m 以下，相当部分属于可吸入颗粒物； 3）难捕集，出铁场烟尘为阵发性无组织排放烟尘，尘源面积大。 目前国内外出铁场除尘多采用局部排风方式。在长流程钢铁厂中，高炉炼铁工序的颗粒物排放量占总排放量的 仅次于焦化工序 3。表 4 列出出铁场烟尘化学成分及质量分数。 表 4 出铁场 烟尘化学成分 % 2O 灰 其他 号高炉出铁场除尘系统存在的问题 出铁口排烟罩设置的位置太靠近铁沟，造成罩口堆渣和堵塞。渣罐排烟罩设置的位置太高，离尘源太远。屋顶罩容积量不够，最大烟尘量产生时，屋顶罩来 不及排走的烟尘因没有足够的空间容纳，只能向四周扩散。原有除尘设施因年久失修，半数的除尘罩已破损，有部分除尘管道因锈蚀与其连接的罩子已经断开，不能有效收尘。这说明铁口是出铁场主要产尘点，也是设计解决的重点。为改善工人的工作环境和减少环境污染，此次大修对铁前除尘系统进行了整体改造。 铁场一次除尘 铁口烟尘捕集方式 铁口 主要是靠出铁口 侧吸罩 除尘， 出铁场四周密封，下部留有 4m 不密封，这样既不影响二次粉尘收集，又可以增加出铁场的透气性和采光性，极大地改善了炉前工人的工作环境。 南北铁口侧吸罩 (每个铁口两个侧吸罩 )不同时使用；每个铁口抽风量 2 2 万 m3/h，采用水冷侧吸罩 (包括挡渣板 )，避免粘渣堵塞。除尘管径为 500 风速 28 m/s。 渣器烟尘捕集方式 撇渣器捕集罩采用半密闭伞形罩。南北出铁场撇渣器吸尘罩各一套，不同时使用，每个吸尘罩抽风量 5 万 m3/h，除尘管道直径为 800 风速 28 m/s。 动流嘴烟尘捕集方式 摆动流嘴捕集罩采用上密闭罩。南北出铁场摆动流嘴上密闭罩各一套，不同时使用 ， 每个吸尘罩抽风量 25 万 m3/h， 除尘管径为 1780 风速28m/s。 渣罐和下渣罐烟尘捕集方式 由于渣罐位产生烟尘较少，上渣罐采用上密闭罩 和 屋顶自然排风。下渣罐采用密闭罩，东西向各4 个渣罐，各有 2 个渣罐设置密闭罩 ， 不同时使用 ，每个吸尘罩抽风量 6 万 m3/h， 除尘管径为 870 速 28 m/s。 40 2010 年第 33 卷第 1 期 次烟尘捕集方式 利用屋面结构设计屋顶罩（长宽为 20 m 20 m）、高度与天窗齐平。并采取如下措施将铁口形成的烟尘限制在罩内：在构成屋顶罩两个端头的屋架处设置挡烟板，范围从屋面向下封闭至行车顶部；在靠高炉一侧，尽量将厂房和高炉之间的缝隙封闭；对 厂房外墙，将其底部 4 m 高的墙体做成可进气、挡雨、防风、采光的形式。对屋顶罩以外的屋面，恢复原天窗的自然通风功能。除尘管道从屋顶罩背天窗的一侧接出。主铁沟和支沟产生的烟尘不加盖板由屋顶罩捕集。渣口产生的烟尘由上悬固定罩捕集 ， 东西向各 1 个渣口 ， 同时使用。每点抽风量 3 万 m3/h， 除尘管径为 610 风速 28 m/s。 6 结语 号高炉出铁场大修改采用 摆动流嘴缩短了铁沟长度，降低铁损、减少了铁水温降，同时也改变了炉前拥挤的现象 。 主沟 侧吸 罩 及屋顶 除尘系统的应用极大地改善了出铁场的工作环境 。 主沟、铁沟、渣沟坡 度的改变更有利于提高渣铁的通过量