莱钢3#3 200m3高炉炉顶系统设计特点

王冰，孟淑敏，刘洋，贾利军

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

莱钢3#3 200m3高炉炉顶系统设计特点

王冰，孟淑敏，刘洋，贾利军

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

莱钢3#3 200m3高炉炉顶设备设计采用技术先进、性能良好的引进PW串罐式无料钟炉顶。生产实践证明，无料钟炉顶设备的采用对优化高炉生产炉况、改善高炉生产技术经济指标、提高设备寿命、减少工人维护工作量及确保节能环保要求等方面均具有重要意义。该设备的采用，为实现高炉“高效、优质、低耗、长寿、环保”的目标打下了坚实的基础。

大型高炉；设计；无料钟炉顶

高炉炉顶设备是高炉炼铁生产的重要和关键设备，近年来，随着我国钢铁工业的飞速发展，各种新工艺，新装备也在各钢铁厂应运而生，尤其是炉顶设备，无料钟炉顶设备是为适应高炉大型化、高压化、长寿化、现代化而出现的先进设备，无料钟炉顶设备从70年代发展至今现已日益完善，其在各级别高炉，尤其是大型高炉中占据绝对主导地位。莱钢3#3 200m3高炉于2010年3月建成投产，炉顶设备设计采用技术先进，性能良好的引进PW串罐式无料钟炉顶。生产实践证明，无料钟炉顶设备的采用对优化高炉生产炉况，改善高炉生产技术经济指标，提高设备寿命，减少工人维护工作量，确保节能环保要求等方面均具有重要意义。

1 无料钟炉顶设备的特点及选择

无料钟炉顶设备具有布料均匀，调剂灵活、密封性能好、能够承受较高炉顶压力，运行平稳，安全可靠，结构简单，便于维修，使用寿命长等特点[1]。

目前，无料钟炉顶型式主要有串罐、并罐及三罐之分，三种型式各有其优缺点，都能满足高炉正常生产要求。从串、并罐无料钟的特点来看，在装料能力满足高炉生产的前提下，中心卸料式串罐无料钟炉顶有以下优点：

（1）串罐无料钟炉顶炉喉圆周布料更加均匀、且炉料无偏析；

（2）串罐无料钟炉顶比并罐少一套上下密封和均排压系统，设备重量较轻，可节省投资，具有更高的性价比；

（3）从炉顶框架结构布置来看，串罐无料钟炉顶平台比较宽敞，检修维护相对简单、方便、安全；

（4）串罐无料钟炉顶称量料罐的准确性较好。

随着高炉装备水平的现代化及操作水平的提高，高炉操作越来越趋于稳定，串罐无料钟炉顶装料设备完全可以满足大型高炉操作及赶料的要求。中国各钢铁厂大型高炉已成功地采用了串罐无料钟许多年，而且莱钢现有高炉全部采用的都是串罐无料钟炉顶，对串罐无料钟有着丰富的操作和维护经验。

2 莱钢3#高炉主要设计参数及控制要求

2.1 炉顶主要设计参数

装料装置形式：串罐无料钟炉顶

上料方式：皮带上料

装入方式：C↓O↓

焦比：310 kg/t

矿石比：1 630 kg/t

炉顶压力：正常0.25MPa，最高0.3MPa

布料方式：采用时间法、重量法布料方式，可以实现多环布料、扇形布料、定点布料

炉顶温度：150～250℃

根据炉喉直径（Ф9 400mm）、焦比310 kg/t及最高日产9 600 t生铁的设计条件，使炉喉保持适当的料层厚度、保持适当的日上料批数及适应炉况的要求,料罐有效容积选择为80m3,根据设计计算,按C↓O↓的装料制度在最大产铁量前提下串罐炉顶设备参数的选择满足不同料批装料制度和最高日产量时赶料的要求。

2.2 炉顶装料设备控制要求

炉顶系统的控制要求可实现自动控制，并能够手动控制和机旁操作（检修调试用），三种方式能互相切换，在自动控制下，炉顶的运作是完全自动进行的，装料、布料等参数、状态和程序均可通过键盘输入或者由计算机给出。在手动控制下，可通过控制台上的不同按钮及选择开关控制工艺过程。炉顶系统（包括喷水降温设施）纳入高炉可编程自动控制系统中。整个系统可以采用下列任一方式操作：

（1）全自动化操作。即完全由程序控制，包括向料罐内装料、向炉内布料（包括赶料线操作）、设备的润滑以及喷水降温操作均由程序控制。

（2）计算机键盘手动操作。即在主控室内通过操作人员操作键盘来控制设备的全部或几个动作。

（3）强制键盘手动操作。在特殊情况下，解除设备联锁，手动操作各设备。

（4）机旁操作。炉顶液压站、干油润滑站在主控室授权的条件下，可以在站内对各液压驱动设备实现操作。

3 炉顶结构及主要设备参数

（1）莱钢3#高炉炉顶结构：炉顶大框架设置在煤气上升管外，用于支撑炉顶80 t安装起重机、上料皮带输送机头部段及上部料罐。上部料罐采用多流嘴式料流分配器加固定料罐的型式，该方式不仅解决了上部料罐固定时炉料在料罐内的偏析问题及原来采用旋转料罐时旋转机构较难的维护保养问题，而且该方式的采用取消了原来采用旋转料罐时制造难度大、加工要求高、安装不便的炉顶受料罐支撑环梁，固定式受料罐结构的采用大大简化了炉顶结构，平台布置宽敞，为操作维护带来方便。

上料闸采用封闭式结构，油缸放在箱体外，避免灰尘直接侵入，上下罐间无粉尘外泄，可改善上料闸的工作环境。上料闸与上部料罐分段独立设置，并在箱体外设置如下阀箱类似的检修梁，检修时可将上阀箱沿检修梁移出高炉中心线进行整体更换[2]。该结构同时解决了上料闸检修困难的问题。如图1所示。

图1 上阀箱示意图

称量料罐通过4根独立于炉顶大框架的支柱支撑在炉壳外封罩上，简化了称量料罐的安装，使炉顶结构及平台布置更加简洁。下阀箱采用小车移动式结构，布料溜槽传动齿轮箱和自立式探尺直接支于外封罩上。在称量料罐下部设有齿轮箱、下阀箱安装检修梁，该梁同时还用作布料溜槽检修专用吊车走行支撑梁。四根煤气上升管支撑在炉顶大平台上。炉顶液压站也布置在炉顶大平台上。炉顶大框架布置在四根煤气上升管的外侧，在0°和180°方向上部收缩成“A”型结构，在90°和270°方向大框架为矩形结构。炉顶均、排压设备及管道支撑在上升管上的各层平台上。炉顶楼梯间位于高炉的270°方向。炉顶大平台上还设有更换布料溜槽专用平板车，有利于缩短布料溜槽的更换时间。

（2）串罐无料钟炉顶装料设备分为九个主要部分∶橡胶软连接、固定受料罐（含多流嘴分配器）、上料闸、称量料罐（包括上密封阀）、下阀箱（包括下密封阀、料流调节阀）、波纹管、液压眼镜阀、布料装置、炉顶钢圈。主要设备参数见表1。

表1 莱钢3#高炉炉顶装料设备主要设备参数表

4 炉顶附属系统组成及介绍

炉顶装料附属系统主要由液压系统、干油润滑系统、均压放散系统、水冷气密齿轮箱冷却系统、喷水降温系统、蒸汽加热系统、探尺系统、炉顶点火系统、炉顶框架结构、炉顶检修设施等组成。

4.1 炉顶均压放散系统

均压放散系统设置了均压阀2台、旋风除尘器1台、放散阀2台、粉尘回收阀1台，炉顶放散用消音器1台等设施。当采用高压操作时，称量料罐的均压采用半净煤气进行一次均压，用氮气进行二次均压，放散时通过排压阀、旋风除尘器和消音器放散。旋风除尘器用于料罐排压时除去部分煤气中大颗粒灰尘，减少炉顶消音器的灰负荷及改善环境。

4.2 炉顶液压、润滑系统

炉顶液压站由油箱、泵、蓄能器、阀台和连接管线组成，系统工作压力为16～20 MPa，该液压站向炉顶液压设备的执行机构提供动力油，站内的蓄能器可保证炉顶系统断电时全部液压设备动作一次。

炉顶润滑装置为炉顶各设备供给润滑油脂，45 min和8 h润滑回路分开设置，共用3台油泵，其中1台为备用泵，可以在另外2台油泵之间切换。

为了确保炉顶液压站的正常工作和安全，液压介质采用难燃矿物油。润滑装置位于液压站内一角，站内设有消防、通风设施。

4.3 喷水降温系统

为控制炉顶温度，保护炉顶设备，在煤气封罩处设自动喷雾降温装置一套，共10组（每组2支）喷枪，喷头可自动伸缩，系统最大打水量240 t/h，打水压力1.6 MPa。该系统可根据煤气量、煤气温度进行准确判断，自动控制启停、打水部位、打水量等。

4.4 水冷气密齿轮箱冷却系统

溜槽传动齿轮箱的冷却采用闭路循环水冷的方式。在炉体大平台下设有炉顶水冷站。循环水量为25 m3/h左右。为减少炉内煤气及粉尘窜入齿轮箱内，减少积灰，向齿轮箱中连续通入500 m3/h（事故时1 000m3/h）左右的N2进行密封。

4.5 蒸汽加热系统

为提高橡胶密封圈的使用寿命，在上、下阀座内通入蒸汽以加热密封圈，保持密封圈的干燥。

4.6 探尺系统

炉顶煤气封罩设三台机械探料尺，其中两台探测深度为0～6 m，另一台探测深度为0～24 m，探尺提升速度为0.6 m/s，下降速度为0.3 m/s。设计改进了探尺的支承结构，增加传动装置的支承，从而避免探尺因传动轴偏载导致运行中出现的卡阻现象。机械探尺在高炉正常工作时为连续工作制，在开炉调试及事故状态下为点测工作制。另外，设计一套雷达探尺，雷达探尺具有探测距离大，精度高，安装维护简单方便的特点。

4.7 炉顶点火系统

在炉顶大平台设有炉顶点火装置一套，电机驱动，点火采用液化石油气或天燃气。

4.8 炉顶检修设施

（1）为了便于检修及安装炉顶设备，在炉顶大框架梁上设有一台起重量为80 t的炉顶起重机。为了检修上料主皮带头轮，在炉顶框架上设有主皮带头轮检修梁，可通过单轨小车和炉顶起重机进行主皮带头轮的拆装。

（2）为了便于检修及更换布料溜槽，在炉顶平台上设有一台起重量为16 t的布料溜槽更换专用吊车。在炉顶平台上还设有布料溜槽拆卸用台车，为布料溜槽的快速拆卸创造条件。

（3）在炉顶上、下阀箱位置设有专门的轨道，用于上、下阀箱的整体移出检修。

（4）在炉顶检修设施中考虑有无料钟设备检修用特殊吊具，如布料溜槽更换装置、上密封阀驱动装置拆卸臂等。

（5）均、排压阀的检修设有一台3 t电动葫芦，上密封阀、下密封阀、下料闸以及探尺均设有专门的单轨梁进行检修吊装。

（6）由于炉顶大放散阀位于炉顶最高处，而炉顶大吊车位置较低，不能将炉顶大放散阀吊运到最高点位置，因此，在炉顶平台上设置一台5 t电动卷扬，通过倒运吊装实现炉顶大放散阀的快速检修。

4.9 炉顶框架结构

炉顶框架设计采用钢结构。炉顶平台的分层以方便维护，易于设备吊装检修为设计原则，每层平台均设置双向走梯。出铁场1.5 t客货两用电梯最高可到达主皮带头轮平台。

5 结语

莱钢3#高炉设计采用了PW串罐无料钟炉顶先进装备技术，并且在设计过程中完善优化了炉顶各附属系统的设计方案，高炉投产至今，各系统运行正常、稳定，设备易损部件少，检修方便快捷，目前，3#高炉各项技术经济指标已进入了国内外先进行列。

通过实践证明设计采用的炉顶系统新技术有利于高炉实现高产、稳产、低耗和长寿的目标，满足莱钢“工艺现代化、装备大型化、操作自动化、管理信息化、经济效益最优化、节能环保”的工程项目建设要求，同时也体现了莱钢高炉设计、生产实践的不断进步。

∶

[1]项钟庸，王筱留.高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践[M].2版.北京：冶金工业出版社，2014.

[2]熊拾根.大型高炉采用无料钟技术几个问题的探讨[J].炼铁，2005，24（1）：47-49.

Design Features of Laiwu Steel 3#3 200m3Blast Furnace Top System

WANG Bing,MENG Shumin,LIU Yang,JIA Lijun
（Shandong Province Metalurgical Engineering Co.,Ltd,Jinan 250101,China）

The PW string tank bell-less top,which technology was advanced and has good performance,was used in the design of Laiwu Steel 3#3 200 m3blast furnace top equipment.The practice has proved that bell-less top equipment were of great significance for optimizing the use of blast furnace production conditions,improving technical and economic indicators of blast furnace production,increasing equipment life,reducing maintenance workload of workers,ensuring energy saving and environmental protection requirements,etc.The adoption of the equipment laid a solid foundation for the realization of the blast furnace goals for‘efficient,high quality,low consumption,long life,environmental protection’.

large-scale blast furnace;design;bell-less top

TF572

B

1001-6988（2016）05-0030-04

2016-06-02

王冰（1983—），男，工程师，主要从事高炉工艺设计及管理工作.