高爐均壓系統(tǒng)及高爐爐頂裝料方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高爐爐頂裝料領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高爐均壓系統(tǒng)及高爐爐頂裝料方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐無鐘爐頂由盧森堡PW公司發(fā)明于1970年并應(yīng)用至今，是高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展 的一個(gè)最重要的里程碑。與被取代的鐘式爐頂相比，該技術(shù)使高爐的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有 了突破性的提升，設(shè)備的運(yùn)行及檢修費(fèi)用大大降低。經(jīng)多年的應(yīng)用及完善，現(xiàn)在無鐘爐頂設(shè) 備已臻于完善。但在實(shí)際使用過程中，一些無鐘爐頂設(shè)備在生產(chǎn)時(shí)溫度較高，易造成齒輪箱 水冷板結(jié)構(gòu)損壞甚至失效、傾動(dòng)軸軸瓦潤(rùn)滑脂流失，傾動(dòng)軸磨損甚至膠合、爐頂料罐電子稱 失準(zhǔn)等。一直W來，業(yè)界將該些問題的原因歸結(jié)于維護(hù)方面的不當(dāng)，一般采取加大下閥箱的 氮?dú)獯祾吡縼斫鉀Q問題，該方式雖然也取得了一定的效果，但氮?dú)夂牧亢芨撸杀靖摺?br>[0003] W3200m3高爐為例，無鐘爐頂維持生產(chǎn)主要有=個(gè)氮?dú)庥脩?，一個(gè)是齒輪箱充氮 (吹掃氮?dú)猓┝髁浚?00NmVh，用于齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生正壓，阻止含塵高溫的高爐爐頂煤氣從間 隙進(jìn)入齒輪箱。該個(gè)氮?dú)庥昧枯^少，也不允許減量；第二個(gè)也是用量最大的一個(gè)，是下閥箱 的吹掃用氮，其作用是防止高爐爐頂?shù)母邷睾瑝m煤氣進(jìn)入齒輪箱中屯、孔道。在實(shí)際生產(chǎn)中， 該處充氮流量一般調(diào)整到約2100NmVh，并且該流量調(diào)定后不變，即不隨裝料程的變化而改 變。一些廠礦為降低費(fèi)用，簡(jiǎn)單的將下閥箱吹掃氮?dú)饬髁空{(diào)小，致使下閥箱設(shè)備及齒輪箱溫 度升高，造成設(shè)備故障及損傷。第=個(gè)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(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，料罐內(nèi)壓力為零，均壓閥關(guān)閉，二次均壓閥關(guān) 閉，放散閥開啟，上密封閥開啟，上料閩開啟；
[0006] 爐料經(jīng)由上密封閥、上料閩后落入料罐；
[0007] 關(guān)閉上料閩，關(guān)閉上密封閥；關(guān)閉放散閥；
[000引開啟均壓閥向料罐內(nèi)充壓，罐內(nèi)壓力一般充至低于爐內(nèi)壓力0.OlMPa時(shí)關(guān)閉均壓 閥；
[0009] 開啟下密閥，開啟料流調(diào)節(jié)閥，料罐內(nèi)爐料落入爐內(nèi)；料空信號(hào)來，關(guān)閉料流調(diào)節(jié) 閥、關(guān)閉下密封閥；
[0010] 開啟均壓閥放散閥，料罐內(nèi)壓力降至0,一個(gè)裝料周期結(jié)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(nèi)的壓力不 能充到與爐內(nèi)壓力相等。由此而引起一個(gè)問題：在料罐開啟下密封閥時(shí)，由于爐頂與料罐 內(nèi)壓差的存在，造成開閥需較大的開啟力，有時(shí)甚至無法開啟，并且在開啟的瞬間，高爐爐 頂煤氣由下高速?zèng)_入料罐內(nèi)部，對(duì)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(xiàn)有的解決辦法是，在料罐的均壓入口處并聯(lián)一個(gè)氮?dú)舛尉鶋合到y(tǒng)，該個(gè)系統(tǒng) 的壓力高于高爐爐頂壓力，在對(duì)料罐進(jìn)行均壓時(shí)，先開煤氣均壓閥，當(dāng)料罐內(nèi)煤氣壓力達(dá)到 一定數(shù)值時(shí)（〇.2MPa)，關(guān)閉煤氣均壓閥，開啟氮?dú)舛尉鶋合到y(tǒng)，高壓氮?dú)膺M(jìn)入料罐。將罐 內(nèi)壓力充至與爐頂壓力相同后關(guān)閉氮?dú)舛尉鶋合到y(tǒng)。
[0013] 因二次均壓消耗的氮?dú)饬枯^少，所W該種工藝每年氮?dú)庀馁M(fèi)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(shí)高溫煤氣進(jìn)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(jīng)常因高溫而發(fā)生水管結(jié)垢堵塞 的現(xiàn)象。由于齒輪箱的特殊結(jié)構(gòu)，使得現(xiàn)有的齒輪箱中屯、通道、旋轉(zhuǎn)底盤、傾動(dòng)轉(zhuǎn)盤軸的冷 卻只能設(shè)計(jì)成僅依靠水的高差而流動(dòng)的系統(tǒng)，因而壓力低、流速低，冷卻能力非常有限。當(dāng) 該些冷卻板承受較高的溫度時(shí)，就會(huì)在管內(nèi)形成水垢直至堵塞。在料罐不向高爐內(nèi)排料時(shí)， 從中屯、喉管的出料口到下密封閥直至料罐是一個(gè)盲端，氣流幾乎是靜止的。高爐爐頂?shù)臏?度及熱量?jī)H靠熱傳導(dǎo)向上傳遞，因氣體的導(dǎo)熱率很低，傳熱過程很慢，在該個(gè)工序僅需在下 閥箱充入較少流量的氮?dú)饧纯勺柚垢邷孛簹膺M(jìn)入該空間，并將被加熱的氣體持續(xù)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(nèi)形成抵壓，高爐爐內(nèi)的高溫煤氣由中屯、喉管、下閥箱倒流進(jìn)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(nèi)排料時(shí)，下閥箱及中屯、喉管中的氣體是相對(duì)靜止的，爐內(nèi)的熱量 主要靠熱傳導(dǎo)進(jìn)入該兩個(gè)空間，因空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，此時(shí)溫升速度不是很高?，F(xiàn)有的W 固定流量向下閥箱充入氮?dú)獾姆椒ǎ环矫嬖诹瞎薏幌驙t內(nèi)排料時(shí)氮?dú)獗焕速M(fèi)掉，另一方 面在料罐向高爐排料時(shí)氮?dú)饬髁坑胁蛔鉝完全補(bǔ)充爐料排出的空間，引起爐頂設(shè)備溫度升 局。
[0017] 在料罐沒有向高爐內(nèi)排料時(shí)下閥箱無需充入很大流量的氮?dú)猓潜仨氃诹瞎尴?高爐內(nèi)排料時(shí)向料罐或下閥箱中充入足夠的氮?dú)?。所述氮?dú)獾牧髁恳笥诨虻扔趩挝粫r(shí)間 內(nèi)排出的固體爐料的體積，使料罐內(nèi)的壓力始終保持等于或大于爐頂?shù)膲毫?，如此，高爐爐 頂?shù)拿簹饩蜔o從進(jìn)入料罐。下面計(jì)算排料補(bǔ)充氮?dú)獾淖畹陀昧康睦碚撚?jì)算。
[001引W3200m3高爐為例，每小時(shí)6. 5批料，爐頂壓力0. 25MPa，W氮?dú)鈨r(jià)格0. 25元/N m3,年工作日為360天，每批裝料時(shí)間；9. 2min/批，焦炭及礦石放料時(shí)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(shí)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(shí)流量=36/100*3600*2. 5 = 3240Nm3/h
[0023] 齒輪箱氮?dú)饬髁繕?biāo)準(zhǔn)為200NmVh，實(shí)際約為300NmVh，下閥箱在不排料時(shí)氮?dú)饬?量約為150NmVh，排料時(shí)該流量計(jì)入補(bǔ)充氮?dú)狻?br>[0024] 一個(gè)裝料周期平均需補(bǔ)充氮?dú)饬髁浚ú缓麻y箱通入的氮?dú)饬髁浚?(50+36)*9 .2*2. 5+150*(1-9. 2*(100+100)/3600) = 2051Nm3/h
[0025]W上的計(jì)算量未考慮爐料的孔隙率，推定爐料進(jìn)入高爐時(shí)，吸附在爐料孔隙中的 氣體隨同爐料一起進(jìn)入高爐。
[0026] 基于上述研究及計(jì)算的結(jié)論，最佳均壓及爐頂設(shè)備充氮控制工藝如下：
[0027] 齒輪箱充氮（吹掃氮?dú)猓┝髁浚?00NmVh，用于齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生正壓，阻止含塵高溫 的高爐爐頂煤氣從間隙進(jìn)入齒輪箱。
[002引下閥箱長(zhǎng)通氮?dú)饬髁考s為150NmVh，用于在下密封閥至中屯、喉管的出料口之間產(chǎn) 生小正壓，阻止含塵高溫的高爐爐頂煤氣進(jìn)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(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，料罐內(nèi)壓力為零，均壓閥關(guān)閉，二次均壓閥關(guān) 閉，放散閥開啟。
[0031] 上密封閥開啟，上料閩開啟：
[0032] 爐料經(jīng)由上密封閥、上料閩落入料罐；
[0033] 關(guān)閉上料閩，關(guān)閉上密封閥，關(guān)閉放散閥；
[0034] 開啟均壓閥向料罐內(nèi)充壓，罐內(nèi)壓力充至0. 2M化時(shí)關(guān)閉均壓閥，開啟二次均壓閥 至料罐內(nèi)壓力與爐內(nèi)壓力相同；
[0035] 關(guān)閉二次均壓閥。
[0036] 改進(jìn)工序；開啟下密閥，開啟料流調(diào)節(jié)閥，開啟二次均壓閥并控制氮?dú)饬髁浚ó?dāng)放 料為礦石時(shí)，氮?dú)饬髁繛?500NmVh;當(dāng)放料為焦炭時(shí)，氮?dú)饬髁繛?240NmVh);料罐內(nèi)的爐 料落入爐內(nèi)；料空信號(hào)來，關(guān)閉二次均壓閥、關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥、關(guān)閉下密封閥；開啟均壓閥 放散閥，料罐內(nèi)壓力降至0;-個(gè)裝料周期結(jié)束。
[0037]W上的氮?dú)庋a(bǔ)充量?jī)H是基本值，具體值因物料的性質(zhì)、高爐頂壓、料流大小的控制 的不同而有所差異。應(yīng)用時(shí)W理論值為基數(shù)進(jìn)行流量的調(diào)整，如果流量小于安全值，下閥箱 的溫度上升較快，此時(shí)適當(dāng)增加補(bǔ)充氮?dú)獾牧髁浚粚?shí)際上少量的高溫高爐煤氣進(jìn)入料罐不 足W使設(shè)備溫升較高，因此補(bǔ)充氮?dú)饬髁靠蒞在上述的基本值上下調(diào)一定的數(shù)值，目的是 降低一部分氮?dú)庀馁M(fèi)用。實(shí)踐證明，在放礦石時(shí)，將補(bǔ)充氮?dú)饬髁肯抡{(diào)為3500NmVh，下閥 箱溫度不會(huì)超過60°
[003引與現(xiàn)有的控制工藝相比較，改進(jìn)的放料補(bǔ)充氮?dú)饪刂乒に囋诹瞎薏环帕蠒r(shí)僅向下 閥箱充入少量的起頂出作用的氮?dú)?，在放料時(shí)才補(bǔ)充一個(gè)適當(dāng)?shù)牧?。減少了不放料時(shí)無作 用的充氮量，而且有效的控制了裝料系統(tǒng)的溫升。
[0039]W上的二次均壓及放料補(bǔ)充工藝所使用的都是氮?dú)?，氮?dú)獾某杀据^高，并且進(jìn)入 高爐煤氣后，會(huì)降低高爐煤氣的濃度。表1為上面=種裝料氮?dú)饩鶋杭把a(bǔ)充控制工藝的經(jīng) 濟(jì)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(jì)入該氮?dú)夂?量。
[0040]
[0041]上表中，爐頂壓力0.25MPa，W氮?dú)鈨r(jià)