【中聯學苑】高爐煉鐵工藝的10大系統,讓你更了解高爐!

發布時間:2019-02-23 02:34              

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高爐煉鐵工藝的系統組成:原料系統、上料系統、爐頂系統、爐體系統、粗煤氣及煤氣清洗系統、風口平臺及出鐵場系統、渣處理系統、熱風爐系統、煤粉制備及噴吹系統、輔助系統(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

(1)原料系統的主要任務。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。

(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。

(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。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。

二、上料系統

上料系統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。300m

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以上高爐以采用雙料車上料為主。


(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。

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750m

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以下的小型高爐使用鐘式爐頂裝料設備,大多數750m

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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。

(3)鐘式爐頂裝料設備的優點是,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,300m

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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閥,下料罐排壓,再進入下個裝料循環。

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,無料鐘爐頂裝料設備在現代高爐得到了越來越普遍的應用。

四、爐體系統

爐體系統是整個高爐煉鐵系統的心臟部位,其他所有系統最終都是為爐體系統服務的,高爐煉鐵幾乎所有的化學反應都在爐體完成,爐體系統的好壞直接決定了整個高爐煉鐵系統的成功與否,高爐一代爐役壽命實際上就是爐體系統的一代壽命,所以說爐體系統是整個高爐煉鐵最為重要的系統。

爐體系統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,五段式作為一個現代爐型結構滿足了煉鐵生產的需要,并已取得明顯效果

(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域和爐缸區域的內襯要求有了更深的認識。在爐腹及其以上區域,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,因此,現代高爐對在爐腹及其以上區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。冷卻箱現已被淘汰。根據高爐爐腹及以上區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水及工業凈化水、蒸汽、空氣、純水、軟水等。使用工業水及工業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。

(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,對于采用工業水冷卻的高爐,由于采用開路循環,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,軟水一般采用分區形式,以冷卻壁供水為例,沿圓周方向一般采用4個分區,每區又分4個小區,對應于冷卻壁的4根水管,總共形成16個小區。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,以利于系統排氣。在總回水管還設置有脫氣罐、膨脹罐,對整個系統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,加強對高爐各系統的監測。軟水冷卻系統設有溫度、流量、壓力、水位檢測元件,以確保冷卻系統的正常運行。

五、粗煤氣系統

粗煤氣系統由煤氣導出管、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,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

(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,并存在作業盲區。

②環形出鐵場,此種出鐵場適應3個以上多鐵口的大高爐,優點是吊車能360°回轉工作,作業面大,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盲區。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

渣處理系統的作用在于把高爐產生的液態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,渣罐車把液態爐渣從出鐵場下運至棄渣場,把盛有液態爐渣的渣罐傾翻,使液態爐渣倒在棄渣場上,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,渣罐車把液態爐渣從出鐵場下運至泡渣池旁,把盛有液態爐渣的渣罐傾翻,使液態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”,屬于傳統的水沖渣工藝,工藝落后,水量消耗大,環保效果差,新建大中型現代高爐已很少采用。

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或者環保熱INBA。

③“圖拉法”(輪法),“圖拉法”最早應用于烏克蘭,國內企業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

(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,可節省大量焦炭,因此,熱風爐是煉鐵工序中的一個重要的節能降耗、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。

(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:“燃燒”和“送風”,這兩種工作狀態周期地輪換。

(5)熱風爐系統主要設備。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

(1)系統的功能作用。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、節約焦炭資源、降低生鐵的生產成本、減少環境污染的一項重要措施。

(2)系統組成。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座高溫煙氣發生爐,采用布袋除塵器作為制粉系統收粉設備,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

(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。

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