秦冶爐頂在熱礦型高爐爐頂項目上的應用

馮文強 李東生 王強 磨向軍

摘 要：從秦冶爐頂技術的發展、熱礦型無料鐘爐頂設備設計的關鍵點以及秦冶熱礦型爐頂的技術優勢等方面進行了闡述和分析。BFT系統為秦冶高爐無料鐘爐頂裝料設備簡稱，近年來秦冶在以BCQS型布料器“溜槽傾動采用液力平衡控制技術，溜槽旋轉采用變頻控制技術”為標志的擁有自主知識產權的高爐項目上取得了突出成果，相關爐頂技術和使用經驗有了大量的積累。憑借成熟的爐頂技術、爐頂產品良好的應用業績、及時有效的交流和溝通，獲得了烏克蘭麥特集團亞速鋼鐵3號熱礦型高爐大修項目的認可。針對熱礦型無料鐘爐頂設備的需求，秦冶為其量身定制了成套無料鐘爐頂設備，為能夠更好地滿足工藝生產需要提供了解決方案，同時該項目的成功充實了秦冶自主知識產權產品的系列，也為即將開發的俄羅斯等亞洲地區、歐洲地區等爐頂項目樹立了新典型。

關鍵詞：無料鐘爐頂設備；旋直傳動型；熱礦型；耐熱型布料溜槽；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

國內外煉鐵高爐模型試驗和高爐解體研究結果表明，高爐內軟熔帶以上的所有區間，礦、焦相對比例大體與爐喉相近，所以礦石和焦炭在爐喉水平面上各點的比例，就成為影響煤氣流分布的重要因素[1]。煉鐵生產單位以提高高爐煉鐵的產量、降低能耗、提高高爐壽命為發展理念，控制和實現合理的煤氣流分布，充分利用煤氣能量，是考察選取爐頂裝料設備的重要因素。

作為無料鐘爐頂裝料設備的核心設備－－布料器，是無料鐘爐頂裝料系統中調節高爐內爐料分布的唯一手段。對爐料從料罐向高爐內均勻、合理的分布起著控制和保持的重要作用。布料器的形式具有多種結構，市場占有率較高的有兩種——國外某公司為代表的星減傳動型和以秦冶公司為代表的旋直傳動型。秦冶型布料器在高爐生產操作過程中實現了減小布料檔位切換時的螺旋段長度，精細化布料以及同一個焦批的中心加焦操作，一定程度上提高了布料的均勻性和煤氣流的合理分布，為用戶高爐增產降耗、穩定順行提供了必要保證。秦冶擁有的大型無料鐘爐頂關鍵工藝技術在2017年12月被中國金屬學會專家委員會評價為國際領先水平。這一技術的優越性體現在結構設計簡單、設備抗高溫性能良好、成套設備檢測與控制精度高、成套設備維護檢修方便等方面[2]，采用該技術生產的無料鐘爐頂設備已涵蓋了300 ～ 6 000 m3爐容范圍，同時能夠為國內外市場煉鐵高爐定制設計各種爐頂成套設備。

當前俄羅斯、哈薩克斯坦、烏克蘭等國家現有約30多座1 500～2 000 m3級高爐逐步到大修期，面臨升級改造。高爐一般采用燒結礦和球團礦作為主要礦料，燒結礦占比高且燒結礦的裝入溫度大多為350 ～500 ℃，也就是我們常說的熱礦入爐。此次專為烏克蘭熱礦型高爐設計定制了熱礦型無料鐘爐頂設備，設備驗收合格后發到了現場，通過設備安裝調試，現已投產使用運行中。

1? ? 熱礦型無料鐘爐頂技術

烏克蘭麥特集團亞速鋼鐵公司目前所擁有的高爐爐容以1 500～2 000 m3級為主，現有5座高爐，其中4座高爐（3座料鐘式爐頂，1座無料鐘爐頂）正在投產使用。亞速公司計劃對3號高爐（已停產）進行改造升級。該項目是在原地址大修改造，高爐于20世紀90年代投入使用，原為料鐘式爐頂。在21世紀初由國外某公司進行了改造，設計成無料鐘爐頂設備，2015年停產至今。現高爐的主要設備均已拆除，2019年3月份開始安裝調試秦冶爐頂設備，6月份爐頂設備安裝調試完畢，7月初高爐開始投產運行。

1.1? ? 溜槽更換技術的設計

原布料器的溜槽卡掛可直接從布料器檢修門進行布料溜槽的更換，但因更換困難原因，不再采用此種結構。

原有爐頂主框架平臺在爐頂鋼圈下沿位置，現有鋼結構對溜槽的更換影響較大。因業主不再對現有鋼結構主體進行改動，只能進行小范圍的局部調整，須校核溜槽更換空間是否滿足，同時因烏克蘭國家對檢修更換有特殊要求，須考慮更換方式是否合適，是該項目的難點之一。

根據業主提供的鋼結構布置圖紙，結合現場平臺情況，借用現有爐頂料斗以上平臺的100 t主吊車和高架式10 t副吊車，作為更換布料溜槽的起吊動力。同時新建三維模型，運用三維模擬現場更換過程，出具了解決方案。同時改進布料溜槽與布料器溜槽托架的卡掛結構，防止溜槽脫落，獲得了業主的認可。

布料溜槽和布料器制作完后，在車間已搭建好的試驗平臺上進行了實物模擬試驗。按業主提供的鋼結構平臺布置，臨時設置了等同高度的障礙，用車間的起重機，與業主人員一同觀看了和檢驗了實際模擬布料溜槽更換全過程，并錄像存檔。試驗過程順利，效果良好，符合設計理念，獲得了業主的好評。

1.2? ? 耐熱型布料溜槽的設計

原高爐爐頂溫度：300 ～ 400 ℃（邊緣200 ℃以下），最大600 ℃。高爐爐頂異常高溫時采用打入水蒸汽降溫。

原高爐安裝了兩個十字測溫：第一個裝在零料位上方～0.3 m，一般溫度為300 ℃左右；第二個裝在料線～1.8 m處（正常工藝控制料線為1.5 m），處于埋在料中，一般溫度為500 ℃左右；布料溜槽的工況較國內高爐情況復雜。僅工況溫度就超出了一般材料的抵抗強度，同時業主對布料溜槽的壽命提出了過料量300萬t（相當于一年）的考核要求，是該項目的難點之一。

結合公司原有布料溜槽的技術已在同等級別高爐實際應用的平均壽命為11個月左右的情況，我們又對此布料溜槽進行了改進升級。根據業主的工況要求，改進了溜槽殼體的鑄造材料為更好的耐熱型。模擬下料過程，結合布料溜槽的磨損形式和特點，對主要磨損部位進行了加強，提高薄弱點抗磨損壽命。與硬質合金供貨商共同對耐磨硬質合金的浸潤焊型襯板進行研究，改采用耐高溫型硬質合金，同時改進浸潤焊型工藝處理過程，提高硬質合金襯板的整體抗溫性能。

第一套布料溜槽從2019年7月使用到2020年12月下線，滿足過料量360萬t的考核要求，獲得了業主的好評。

1.3? ? ?氮冷氮封型布料器的設計

由于亞速鋼鐵廠不能提供冷卻水，只能用氮氣作為冷卻介質，天然氣作為備用冷卻介質，壓縮空氣作為維修期間安全氣源，這是該項目的突出難點。

我們結合布料器的使用經驗和布料器工作原理，改進氮氣吹掃密封和冷卻的管路設計，分三路獨立控制氮氣進入布料器，同時按不同工況合理分配氮氣的耗量，使布料器能夠更好的適應高爐工況。

首先，對布料器的喉管部件進行獨立冷卻管路設計，環冷式結構，直吹至溜槽托架處，能夠隔絕爐頂高溫對上回轉支承的溫度輻射影響，同時還能對溜槽托架及布料溜槽的工況溫度起到降溫作用。

其次，對布料器箱體進行獨立冷卻管路設計，除箱體內部必須有的冷卻管路外，在頂蓋上增加氮氣管路，通過環管結構對旋轉套筒進行整體冷卻，保證與爐頂溫度接觸的旋轉套筒的有效降溫和隔熱。

對布料器底盤進行獨立冷卻管路設計，按盤式閥冷卻原理，設計冷卻管路，排出點直接對著溜槽托架和布料溜槽的工作區域，還能對溜槽托架及布料溜槽的工況溫度起到降溫作用。

我們還改進了與高爐爐頂溫度接觸部件的耐材固定結構，增強耐材和部件整體抗高溫能力。像溜槽托架等重要部件進行了改進設計，提高抗高溫能力。

布料器制作完成后，先進行了冷態試車。在試驗平臺上，對布料器的一些主要運行參數進行了檢測，同時對布料器主要部件的一些運行狀態進行了監測和檢查。冷態試車合格后，在車間用秦冶氣體公司空壓機作為氣源，用特殊定制的電加熱型底座等作為熱源，對氮冷氮封型布料器進行了熱態模擬試驗。試驗結果驗證了該項目布料器研發設計的理念，完善了秦冶布料器設計與驗證過程，同時也為烏克蘭業主在線使用提供了經驗。

1.4? ? 熱礦型料流調節閥的設計

因業主要求接口和空間按原有部件不變，根據業主提供的信息（原結構為雙油缸同時驅動的結構），秦冶新設計了單擺動型料流調節閥。同時根據業主提供的信息，新設計了偏心型擺臂，防止卡料。采用新技術新材料的軸端密封結構，增強設備密封性能和使用壽命。新設計了導流板結構，防止氮氣直接吹，造成磨損。優化設計支撐結構和驅動結構，更有利于安裝和檢修維護。

1.5? ? 熱礦型上下密封閥的設計

因業主要求接口和空間按原有部件不變，根據業主提供的信息（原結構為雙油缸同時驅動的結構），秦冶新設計了單液壓缸型上下密封閥。上下密封閥的閥座與閥板采用接觸表面堆焊硬質合金的金屬密封結構。上下密封閥的閥板設計成調心結構，易保證密封。上下密封閥的閥座和閥板之間增加氮氣吹掃，盡量防止積灰。當檢修期間液壓缸失效時，新設計了鎖緊裝置保證密封閥的氣密性，同時可用于運輸時鎖緊。

1.6? ? 熱礦型上料閘的設計

因業主要求接口和空間按原有部件不變，秦冶新設計了上料閘。根據業主提供的信息，新設計了偏心型擺臂，防止卡料。采用新技術新材料的軸端密封結構，增強設備密封性能和使用壽命。優化設計了檢修門結構，方便現場維護。優化支撐結構和驅動結構，更有利于安裝和檢修維護。

1.7? ? 配套液壓站、潤滑站、傾動電氣控制系統的設計

原有一個獨立的位置用于放置液壓站，位于40 m平臺，泵站、閥臺、蓄能器組、泵站就地控制柜、潤滑泵組放置在此位置。原有閥臺設計和布置為老式結構，原有三個液壓泵、雙油箱互為備用，操作維護復雜。

按秦冶高配型液壓站、潤滑站、傾動電氣控制系統進行設計供貨，各種液壓、潤滑、電氣新型號新產品新技術等的應用，體現了秦冶爐頂技術的特色和優越性，也體現了工業時代的進步性。

2? ? 秦冶熱礦型無料鐘爐頂設備的優勢

鑒于原有技術無料鐘爐頂的劣勢，溜槽更換困難、上下密封閥閥板和閥座易損壞、上料閘易卡死、料流調節閥易卡死、一些部件尤其是布料溜槽的使用壽命低、軸端密封泄漏無法在線更換等，秦冶熱礦型無料鐘爐頂設備具備更多優勢：

1）簡單方便的更換布料溜槽的方案，極大節約了檢修維護時間；

2）可靠的耐熱型布料溜槽的設計，能夠延長溜槽使用壽命；

3）可靠的秦冶型布料器、料流調節閥、上下密封閥、上料閘的設計，能夠提高各部件使用壽命，同時節約設備檢修維護時間；

4）溜槽傾動角度定位精度±0.1°，提高了布料精確度，有利于高爐布料的準確性，能夠更好的滿足布料工藝要求，促進高爐增產增效；

5）溜槽傾動速度更快，減小了布料檔位切換時的螺旋段長度，有利于提高布料的均勻性，促進高爐增產增效；

6）低潤滑等能源介質消耗、低備件成本，能夠為業主節約能耗，節約備件成本等，符合產業節能減排的發展戰略要求。

3? ? 結? ? 語

高爐爐頂裝料系統是高爐煉鐵的八大系統之一。無料鐘爐頂裝料設備研發也是一項系統工程，其涉及的內容涵蓋煉鐵工藝、機械設計與制造、液壓潤滑及控制、電氣及自動控制等各個專業。發展具有我國自主知識產權的大型高爐無料鐘爐頂裝料設備技術，不再受制于人，同時國產大型無料鐘爐頂的成功開發和應用，也可以為國內鋼鐵企業節省大量的資金和外匯。

該項目爐頂成套設備的順利、穩定運行2年，標志著秦冶正式打開了烏克蘭市場。同時該項目的成功，也為即將開發的俄羅斯等亞洲地區、歐洲地區等爐頂項目樹立了新典型，在秦冶爐頂市場的騰飛上添上了濃濃的一筆。

參考文獻

[1]? ? 項鐘鏞，王筱留.高爐設計——煉鐵工藝設計理論與實踐[M].北京：冶金工業出版社，2007，11：117.

[2]? ? 許振東，王耀祖，馬富濤，等. 秦冶大型無料鐘爐頂裝備技術在浦項印尼3 800m3高爐的應用[A].2017年全國高爐煉鐵學術年會論文集（下）[C].2017：44-49.