秦冶炉顶在热矿型高炉炉顶项目上的应用

冯文强 李东生 王强 磨向军

摘 要：从秦冶炉顶技术的发展、热矿型无料钟炉顶设备设计的关键点以及秦冶热矿型炉顶的技术优势等方面进行了阐述和分析。BFT系统为秦冶高炉无料钟炉顶装料设备简称，近年来秦冶在以BCQS型布料器“溜槽倾动采用液力平衡控制技术，溜槽旋转采用变频控制技术”为标志的拥有自主知识产权的高炉项目上取得了突出成果，相关炉顶技术和使用经验有了大量的积累。凭借成熟的炉顶技术、炉顶产品良好的应用业绩、及时有效的交流和沟通，获得了乌克兰麦特集团亚速钢铁3号热矿型高炉大修项目的认可。针对热矿型无料钟炉顶设备的需求，秦冶为其量身定制了成套无料钟炉顶设备，为能够更好地满足工艺生产需要提供了解决方案，同时该项目的成功充实了秦冶自主知识产权产品的系列，也为即将开发的俄罗斯等亚洲地区、欧洲地区等炉顶项目树立了新典型。

关键词：无料钟炉顶设备；旋直传动型；热矿型；耐热型布料溜槽；氮冷氮封型布料器

APPLICATION OF QINYE FURNACE ROOF IN HOT ORE BLAST FURNACE ROOF PROJECT

Feng Wenqiang    Li Dongsheng    Wang Qiang    Mo Xiangjun

（Hebei Province Intelligent Furnace Top Equipment Engineering Research Center，Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co.， Ltd.    Qinhuangdao    066318，China）

Abstract：This article mainly elaborates and analyzes the development of Qinye's furnace top technology， the key points in the design of hot ore bellless furnace top equipment， and the technical advantages of Qinye's hot ore furnace top. The BFT system is the abbreviation for the bell less top charging equipment of the Qinye blast furnace. In recent years， Qinye has achieved outstanding results in blast furnace projects with independent intellectual property rights， marked by the BCQS type distributor， which adopts hydraulic balance control technology for chute tilting and variable frequency control technology for chute rotation. The relevant top technology and usage experience have been accumulated extensively. With mature furnace top technology， excellent application performance of furnace top products， and timely and effective communication， we have been recognized for the major repair project of the No. 3 hot ore blast furnace of Ukraine Mette Group's Yasu Steel. In response to the demand for hot mineral bellless furnace top equipment， Qinye has customized a complete set of bellless furnace top equipment， providing a solution to better meet the production needs of the process. At the same time， the success of this project enriches the series of Qinye's independent intellectual property products and sets a new model for furnace top projects to be developed in Asia， Europe， and other regions such as Russia.

Key words：bellless furnace top equipment;rotary drive type;hot mineral type;heat-resistant fabric chute;nitrogen cold nitrogen sealing type fabric distributor

0    前    言

国内外炼铁高炉模型试验和高炉解体研究结果表明，高炉内软熔带以上的所有区间，矿、焦相对比例大体与炉喉相近，所以矿石和焦炭在炉喉水平面上各点的比例，就成为影响煤气流分布的重要因素[1]。炼铁生产单位以提高高炉炼铁的产量、降低能耗、提高高炉寿命为发展理念，控制和实现合理的煤气流分布，充分利用煤气能量，是考察选取炉顶装料设备的重要因素。

作为无料钟炉顶装料设备的核心设备－－布料器，是无料钟炉顶装料系统中调节高炉内炉料分布的唯一手段。对炉料从料罐向高炉内均匀、合理的分布起着控制和保持的重要作用。布料器的形式具有多种结构，市场占有率较高的有两种——国外某公司为代表的星减传动型和以秦冶公司为代表的旋直传动型。秦冶型布料器在高炉生产操作过程中实现了减小布料档位切换时的螺旋段长度，精细化布料以及同一个焦批的中心加焦操作，一定程度上提高了布料的均匀性和煤气流的合理分布，为用户高炉增产降耗、稳定顺行提供了必要保证。秦冶拥有的大型无料钟炉顶关键工艺技术在2017年12月被中国金属学会专家委员会评价为国际领先水平。这一技术的优越性体现在结构设计简单、设备抗高温性能良好、成套设备检测与控制精度高、成套设备维护检修方便等方面[2]，采用该技术生产的无料钟炉顶设备已涵盖了300 ～ 6 000 m3炉容范围，同时能够为国内外市场炼铁高炉定制设计各种炉顶成套设备。

当前俄罗斯、哈萨克斯坦、乌克兰等国家现有约30多座1 500～2 000 m3级高炉逐步到大修期，面临升级改造。高炉一般采用烧结矿和球团矿作为主要矿料，烧结矿占比高且烧结矿的装入温度大多为350 ～500 ℃，也就是我们常说的热矿入炉。此次专为乌克兰热矿型高炉设计定制了热矿型无料钟炉顶设备，设备验收合格后发到了现场，通过设备安装调试，现已投产使用运行中。

1    热矿型无料钟炉顶技术

乌克兰麦特集团亚速钢铁公司目前所拥有的高炉炉容以1 500～2 000 m3级为主，现有5座高炉，其中4座高炉（3座料钟式炉顶，1座无料钟炉顶）正在投产使用。亚速公司计划对3号高炉（已停产）进行改造升级。该项目是在原地址大修改造，高炉于20世纪90年代投入使用，原为料钟式炉顶。在21世纪初由国外某公司进行了改造，设计成无料钟炉顶设备，2015年停产至今。现高炉的主要设备均已拆除，2019年3月份开始安装调试秦冶炉顶设备，6月份炉顶设备安装调试完毕，7月初高炉开始投产运行。

1.1    溜槽更换技术的设计

原布料器的溜槽卡挂可直接从布料器检修门进行布料溜槽的更换，但因更换困难原因，不再采用此种结构。

原有炉顶主框架平台在炉顶钢圈下沿位置，现有钢结构对溜槽的更换影响较大。因业主不再对现有钢结构主体进行改动，只能进行小范围的局部调整，须校核溜槽更换空间是否满足，同时因乌克兰国家对检修更换有特殊要求，须考虑更换方式是否合适，是该项目的难点之一。

根据业主提供的钢结构布置图纸，结合现场平台情况，借用现有炉顶料斗以上平台的100 t主吊车和高架式10 t副吊车，作为更换布料溜槽的起吊动力。同时新建三维模型，运用三维模拟现场更换过程，出具了解决方案。同时改进布料溜槽与布料器溜槽托架的卡挂结构，防止溜槽脱落，获得了业主的认可。

布料溜槽和布料器制作完后，在车间已搭建好的试验平台上进行了实物模拟试验。按业主提供的钢结构平台布置，临时设置了等同高度的障碍，用车间的起重机，与业主人员一同观看了和检验了实际模拟布料溜槽更换全过程，并录像存档。试验过程顺利，效果良好，符合设计理念，获得了业主的好评。

1.2    耐热型布料溜槽的设计

原高炉炉顶温度：300 ～ 400 ℃（边缘200 ℃以下），最大600 ℃。高炉炉顶异常高温时采用打入水蒸汽降温。

原高炉安装了两个十字测温：第一个装在零料位上方～0.3 m，一般温度为300 ℃左右；第二个装在料线～1.8 m处（正常工艺控制料线为1.5 m），处于埋在料中，一般温度为500 ℃左右；布料溜槽的工况较国内高炉情况复杂。仅工况温度就超出了一般材料的抵抗强度，同时业主对布料溜槽的寿命提出了过料量300万t（相当于一年）的考核要求，是该项目的难点之一。

结合公司原有布料溜槽的技术已在同等级别高炉实际应用的平均寿命为11个月左右的情况，我们又对此布料溜槽进行了改进升级。根据业主的工况要求，改进了溜槽壳体的铸造材料为更好的耐热型。模拟下料过程，结合布料溜槽的磨损形式和特点，对主要磨损部位进行了加强，提高薄弱点抗磨损寿命。与硬质合金供货商共同对耐磨硬质合金的浸润焊型衬板进行研究，改采用耐高温型硬质合金，同时改进浸润焊型工艺处理过程，提高硬质合金衬板的整体抗温性能。

第一套布料溜槽从2019年7月使用到2020年12月下线，满足过料量360万t的考核要求，获得了业主的好评。

1.3     氮冷氮封型布料器的设计

由于亚速钢铁厂不能提供冷却水，只能用氮气作为冷却介质，天然气作为备用冷却介质，压缩空气作为维修期间安全气源，这是该项目的突出难点。

我们结合布料器的使用经验和布料器工作原理，改进氮气吹扫密封和冷却的管路设计，分三路独立控制氮气进入布料器，同时按不同工况合理分配氮气的耗量，使布料器能够更好的适应高炉工况。

首先，对布料器的喉管部件进行独立冷却管路设计，环冷式结构，直吹至溜槽托架处，能够隔绝炉顶高温对上回转支承的温度辐射影响，同时还能对溜槽托架及布料溜槽的工况温度起到降温作用。

其次，对布料器箱体进行独立冷却管路设计，除箱体内部必须有的冷却管路外，在顶盖上增加氮气管路，通过环管结构对旋转套筒进行整体冷却，保证与炉顶温度接触的旋转套筒的有效降温和隔热。

对布料器底盘进行独立冷却管路设计，按盘式阀冷却原理，设计冷却管路，排出点直接对着溜槽托架和布料溜槽的工作区域，还能对溜槽托架及布料溜槽的工况温度起到降温作用。

我们还改进了与高炉炉顶温度接触部件的耐材固定结构，增强耐材和部件整体抗高温能力。像溜槽托架等重要部件进行了改进设计，提高抗高温能力。

布料器制作完成后，先进行了冷态试车。在试验平台上，对布料器的一些主要运行参数进行了检测，同时对布料器主要部件的一些运行状态进行了监测和检查。冷态试车合格后，在车间用秦冶气体公司空压机作为气源，用特殊定制的电加热型底座等作为热源，对氮冷氮封型布料器进行了热态模拟试验。试验结果验证了该项目布料器研发设计的理念，完善了秦冶布料器设计与验证过程，同时也为乌克兰业主在线使用提供了经验。

1.4    热矿型料流调节阀的设计

因业主要求接口和空间按原有部件不变，根据业主提供的信息（原结构为双油缸同时驱动的结构），秦冶新设计了单摆动型料流调节阀。同时根据业主提供的信息，新设计了偏心型摆臂，防止卡料。采用新技术新材料的轴端密封结构，增强设备密封性能和使用寿命。新设计了导流板结构，防止氮气直接吹，造成磨损。优化设计支撑结构和驱动结构，更有利于安装和检修维护。

1.5    热矿型上下密封阀的设计

因业主要求接口和空间按原有部件不变，根据业主提供的信息（原结构为双油缸同时驱动的结构），秦冶新设计了单液压缸型上下密封阀。上下密封阀的阀座与阀板采用接触表面堆焊硬质合金的金属密封结构。上下密封阀的阀板设计成调心结构，易保证密封。上下密封阀的阀座和阀板之间增加氮气吹扫，尽量防止积灰。当检修期间液压缸失效时，新设计了锁紧装置保证密封阀的气密性，同时可用于运输时锁紧。

1.6    热矿型上料闸的设计

因业主要求接口和空间按原有部件不变，秦冶新设计了上料闸。根据业主提供的信息，新设计了偏心型摆臂，防止卡料。采用新技术新材料的轴端密封结构，增强设备密封性能和使用寿命。优化设计了检修门结构，方便现场维护。优化支撑结构和驱动结构，更有利于安装和检修维护。

1.7    配套液压站、润滑站、倾动电气控制系统的设计

原有一个独立的位置用于放置液压站，位于40 m平台，泵站、阀台、蓄能器组、泵站就地控制柜、润滑泵组放置在此位置。原有阀台设计和布置为老式结构，原有三个液压泵、双油箱互为备用，操作维护复杂。

按秦冶高配型液压站、润滑站、倾动电气控制系统进行设计供货，各种液压、润滑、电气新型号新产品新技术等的应用，体现了秦冶炉顶技术的特色和优越性，也体现了工业时代的进步性。

2    秦冶热矿型无料钟炉顶设备的优势

鉴于原有技术无料钟炉顶的劣势，溜槽更换困难、上下密封阀阀板和阀座易损坏、上料闸易卡死、料流调节阀易卡死、一些部件尤其是布料溜槽的使用寿命低、轴端密封泄漏无法在线更换等，秦冶热矿型无料钟炉顶设备具备更多优势：

1）简单方便的更换布料溜槽的方案，极大节约了检修维护时间；

2）可靠的耐热型布料溜槽的设计，能够延长溜槽使用寿命；

3）可靠的秦冶型布料器、料流调节阀、上下密封阀、上料闸的设计，能够提高各部件使用寿命，同时节约设备检修维护时间；

4）溜槽倾动角度定位精度±0.1°，提高了布料精确度，有利于高炉布料的准确性，能够更好的满足布料工艺要求，促进高炉增产增效；

5）溜槽倾动速度更快，减小了布料档位切换时的螺旋段长度，有利于提高布料的均匀性，促进高炉增产增效；

6）低润滑等能源介质消耗、低备件成本，能够为业主节约能耗，节约备件成本等，符合产业节能减排的发展战略要求。

3    结    语

高炉炉顶装料系统是高炉炼铁的八大系统之一。无料钟炉顶装料设备研发也是一项系统工程，其涉及的内容涵盖炼铁工艺、机械设计与制造、液压润滑及控制、电气及自动控制等各个专业。发展具有我国自主知识产权的大型高炉无料钟炉顶装料设备技术，不再受制于人，同时国产大型无料钟炉顶的成功开发和应用，也可以为国内钢铁企业节省大量的资金和外汇。

该项目炉顶成套设备的顺利、稳定运行2年，标志着秦冶正式打开了乌克兰市场。同时该项目的成功，也为即将开发的俄罗斯等亚洲地区、欧洲地区等炉顶项目树立了新典型，在秦冶炉顶市场的腾飞上添上了浓浓的一笔。

参考文献

[1]    项钟镛，王筱留.高炉设计——炼铁工艺设计理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，2007，11：117.

[2]    许振东，王耀祖，马富涛，等. 秦冶大型无料钟炉顶装备技术在浦项印尼3 800m3高炉的应用[A].2017年全国高炉炼铁学术年会论文集（下）[C].2017：44-49.