点击下载——新一代大型高炉无料钟炉顶系统开发与应用.doc

 

新一代大型高炉无料钟炉顶系统开发与应用

郑军1，王蜀生1，邹忠平1，熊拾根1，蔡松伯1，许振东2

(1．中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122；2．秦冶重工有限公司，秦皇岛066318)

摘 要：高炉一直向着大型化的趋势发展，炉顶压力、温度不断提高，同时伴随着各种强化冶炼手段的不断涌现，对高炉炉顶装料系统提出了更高、更严格的要求。近年来，CISDI开发出了新一代大型高炉无料钟炉顶系统，经过试验测试及工程应用表明，该炉顶系统控制精度高、性能可靠、对温度适应性强、操作维护方便，完全满足大型高炉的使用要求。

关 键 词：无料钟炉顶；液压传动布料器；炉顶试验

1简介

高炉无料钟炉顶装料设备是二十世纪七十年代初出现的新技术，该设备具有布料灵活、密封性能好、设备投资省、运转费用低、便于维修、高效、环保等特点，逐步被全世界绝大多数高炉(尤其是大中型高炉)所采用，目前已经成为高炉炉顶装料的技术主流[1]。

作为一家国际工程技术公司，CISDI迄今为止共承担了超过160座钟式炉顶高炉和无料钟炉顶高炉的设计和大修工程。同时还完成了多项钟式炉顶更新为无料钟炉顶的改造项目。

早在1989年，CISDI转化设计的无料钟炉顶设备就已在中国攀钢4号高炉(1350m3)、重钢5号高炉(1200m3)上投入使用。近年来，CISDI紧跟高炉大型化的发展趋势[2]，通过不断创新开发出新一代大型无料钟炉项装备并投入工程应用，取得良好效果。

2 CISDI无料钟炉顶技术

长期以来，CISDI一直致力于无料钟炉顶技术开发。经过近三十年的研究创新，目前CISDI拥有独立知识产权的全套无料钟炉顶专利和专有技术，能为客户提供各种级别新建、改造高炉项目无料钟炉顶设计、多种形式炉顶装料设备供货以及炉顶液压、润滑、冷却、电气控制等辅助系统设计及设备供货。

CISDI无料钟炉顶设备主要特点包括：

·  炉顶设备布置紧凑，适用于各种级别炉容高炉炉顶的新建及改造；

·  炉顶布料均匀，布料偏析小；

·  炉顶设备控制精度高；

·  炉顶设备对高炉炉顶高温的适应能力强；

·  炉项设备结构简单、重量轻、检修维护方便；

·  炉顶设备投资低。

3 CISDI新一代大型无料钟炉顶开发

近年来，CISDI紧跟高炉大型化的发展趋势，开发出具有自主知识产权的新一代大型无料钟炉顶技术及装备，该技术产品的主要技术指标达到国际一流水平。

3．1布料器

基于垂直平动轴承结构的布料器出现于二十世纪八十年代，由僧全松教授发明[3]。近三十年来，该形式布料器在中国小型高炉上得到了数百套的应用，但在大型高炉上尚无实际应用业绩。近年来，CISDI联合宝钢、秦冶重工，在原布料器结构基础上对油缸同步控制、水冷结构、密封结构等系统进行了大量革命性的改进和创新，成功开发出新一代高精度、高可靠性的适用于大型高炉的BCQ布料器。BCQ布料器主要特点包括：

·  采用液压缸驱动实现布料溜槽倾动动作，布料溜槽旋转和倾动动作分开；

·  采用开式水冷方式，可利用工业水直接冷却，冷却效率高；

·  布料溜槽倾动速度0—3°／s可调，有利于减小布料档位切换时的螺旋段长度，提高布料均匀性；

·  对炉顶高温适应性强，不易卡死，可在500℃的炉项温度下长时间运行；

·  结构简单，构件少，内部空间大，检修维护方便；

·  布料溜槽采用卡挂式联接结构，安装拆卸方便。

为更好的满足大型高炉的使用要求，CISDI专门开发了布料器的倾动油缸复合同步控制系统[4]，对每一个驱动油缸配置一个比例阀进行控制，利用液压和电气同步替代原机械同步，彻底解决了原结构中的油缸同步问题，有效提高了布料溜槽倾动角度的控制精度，同时驱动更加平稳可靠。

3．2料流调节阀(MCG)

CISDI开发了适用于大型高炉的新型料流调节阀，其采用液压缸驱动、平行轴传动，结构简单，制造容易，维修方便，能精确实现料流量控制，Y角控制精度可达±0．1°。

3．3炉顶控制系统及布料模型

CISDI开发了集成于CISDI高炉专家系统的炉顶装料和布料模型，可实现高炉炉内炉料运动轨迹动态跟踪、炉料分布在线监测、料面变形仿真模拟、料面下降过程模拟以及炉内矿焦比值在线监测等功能，能充分发挥高炉上部调节的作用，有效保证炉料分布结构的合理性、炉料良好的透气性以及炉料下降的稳定性，改善高炉冶炼状况，降低焦比，为高炉能优质、低耗、高产、长寿、稳定地生产提供了

3．4其他炉顶设备

CISDI还开发了针对串罐、并罐形式的多种其他炉顶专利设备及技术，设计过程中，CISDI注重设备的精度、寿命、可靠性方面的研究，尤其在炉顶防止布料偏析方面应用了多种技术手段和技术诀窍，达到较好的效果。

4大型高炉无料钟炉顶试验

为验证无料钟炉顶设备实际效果，搭建了无料钟炉顶1：1试验平台，该试验平台满足

1000m3—6000m3高炉炉顶试验测试。该平台集成了炉顶装料系统的主要设备，包括料罐(100m3)、料流调节阀、导料管(模拟下阀箱)、布料器、布料溜槽，以及炉顶上料、称重、液压、电控、润滑、冷却、加热、除尘、监控等相关配套系统。

在该试验平台上，CISDI针对5000m3高炉炉顶开展了1：1试验测试，测试内容包括：

·  炉顶冷态功能测试

·  布料器热态性能测试

·  炉顶布料测试

·  布料器同步控制测试

功能测试中，各炉顶设备运行良好，能实现多环、单环、扇形、螺旋、定点布料功能，布料器可实现平均2—3°／s的倾动速度。经测试BCQ布料器油缸同步控制效果明显，布料溜槽倾动角度控制精度较高，测试精度达到±0．1°以内。

热态测试中采用了底部加热装置产生高温烟气模拟高炉炉喉工况。测试结果显示，仅10～15t／h冷却水量即能满足炉顶正常工况条件下的布料器冷却强度；布料器在超过500℃炉顶温度下能长时间保证正常运行，各项指标正常，同时能保证与冷态工况下相同的控制精度；布料器在超过800℃的炉顶温度下仍能保持较长时间的正常工作，无卡阻等现象出现，表现出对炉顶高温的良好适应性。另外，当炉顶出现短时断水情况时，布料器仍能维持正常生产1小时以上。

布料测试中，测试了炉顶料流调节阀的MCG曲线、不同布料角度下的料流轨迹曲线、料面形状、粒度分布等内容，为大型高炉实际生产操作提供了有效的参考数据。特别的，测试平台中炉顶为并罐形式，试验炉喉直径为11．3m，基于良好的炉项设备防布料偏析设计措施，实际布料结果其料面堆尖半径差小于200mm，体现出良好的布料均匀性。

5工程应用及效果

CISDI大型无料钟炉顶设备已于2009年和2011年在宝钢1号高炉(第3代，4966m3)、水钢4号高炉(2500m3)高炉上成功应用，取得良好效果，同时还完成在包钢2×4150m3、台塑2×5050m3高炉上的推广，并于2011年联合秦冶重工中标浦项(印尼)3800m3高炉炉顶项目。

宝钢1号高炉原为钟阀式炉顶，2008年底完成快速大修，整个高炉大修周期78天，大修后高炉炉容从4063m3扩容到4966m3，是中国国内第一座5000m3级高炉。

宝钢1号高炉(第3代)大修后改为无料钟炉顶结构，采用了CISDI新型并罐无料钟炉顶装料设型[5]，炉顶设备实现全国产化，由CISDI完成高炉炉顶系统自主集成并进行技术总负责。

宝钢1号高炉(第3代)于2009年2月15日重新投产。投产后高炉炉况平稳，产量增加，各项操作指标均得到明显提高。高炉平均利用系数提高近10％，高炉平均日产生铁量突破1．15万吨。近年来在高炉焦炭质量下降、高炉利用系数提高的条件下，高炉燃料比并无增加甚至有所降低，同时高炉煤气利用率也保持在较高水平。

使用3年多以来，CISDI新型并罐炉顶装料设备运行情况良好，故障率低，设备寿命延长，炉顶维护费用大幅降低。同时，由于合理的炉顶工艺结构布置及设备结构设计，炉项设备能实现方便快捷更换，料流阀、下部阀箱更换时间小于6小时，布料溜槽更换少于4小时，为高炉炉顶设备操作和维护带来了极大的便利，有效减少了高炉休风时间。

6结论

结合160多座高炉的设计大修经验和超过20年的无料钟炉项的设计研发历史，CISDI开发出适用于大型高炉的新一代无料钟系统技术和产品。经试验测试及宝钢、水钢高炉的工程应用证明，CISDI提供的大型高炉无料钟炉顶系统技术先进、性能可靠、操作维护方便，各项主要技术指标已全面达到国际先进水平，部分关键指标(如a角控制精度、控制响应性、对炉顶高温的适应性等)相比国内外同类产品更具有独特的优势，可为客户提供一种全新的、值得信赖的大型高炉无料钟炉顶产品选择。

7致谢

本文作者衷心感谢宝钢、秦冶重工以及僧全松教授的帮助与支持。

参 考 文 献：

[1]   中国冶金设备总公司．现代大型高炉设备及制造技术[M]，北京：冶金工业出版社，1996．

[2]   朱仁良，朱锦明等．大型化高炉的发展状况与探讨[J]．世界钢铁．2010，5：33—39．

[3]   僧全松，姚志绵等．液压传动布料装置：中国，85109284[P]．1985—02—27．

[4]   吴卫，刘勋等．一种高炉炉顶布料器复合液压控制系统：中国，200910191551．X[P]．2009—11—24．

[5]   陈永明，王世彬．宝钢1号高炉大修新技术的应用[J]．宝钢技术．2010，5：1—5．