高炉均压系统及高炉炉顶装料方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高炉炉顶装料领域，具体设及一种高炉均压系统及高炉炉顶装料方 法。
【背景技术】
[0002] 高炉无钟炉顶由卢森堡PW公司发明于1970年并应用至今，是高炉炼铁技术发展 的一个最重要的里程碑。与被取代的钟式炉顶相比，该技术使高炉的主要技术经济指标有 了突破性的提升，设备的运行及检修费用大大降低。经多年的应用及完善，现在无钟炉顶设 备已臻于完善。但在实际使用过程中，一些无钟炉顶设备在生产时温度较高，易造成齿轮箱 水冷板结构损坏甚至失效、倾动轴轴瓦润滑脂流失，倾动轴磨损甚至胶合、炉顶料罐电子称 失准等。一直W来，业界将该些问题的原因归结于维护方面的不当，一般采取加大下阀箱的 氮气吹扫量来解决问题，该方式虽然也取得了一定的效果，但氮气耗量很高，成本高。
[0003] W3200m3高炉为例，无钟炉顶维持生产主要有=个氮气用户，一个是齿轮箱充氮 (吹扫氮气）流量；300NmVh，用于齿轮箱内产生正压，阻止含尘高温的高炉炉顶煤气从间 隙进入齿轮箱。该个氮气用量较少，也不允许减量；第二个也是用量最大的一个，是下阀箱 的吹扫用氮，其作用是防止高炉炉顶的高温含尘煤气进入齿轮箱中屯、孔道。在实际生产中， 该处充氮流量一般调整到约2100NmVh，并且该流量调定后不变，即不随装料程的变化而改 变。一些厂矿为降低费用，简单的将下阀箱吹扫氮气流量调小，致使下阀箱设备及齿轮箱温 度升高，造成设备故障及损伤。第=个是料罐的二次均压。
[0004] 无二次均压工序的装料流程：
[0005] 下密阀及料流调节阀处于关闭状态，料罐内压力为零，均压阀关闭，二次均压阀关 闭，放散阀开启，上密封阀开启，上料闽开启；
[0006] 炉料经由上密封阀、上料闽后落入料罐；
[0007] 关闭上料闽，关闭上密封阀；关闭放散阀；
[000引开启均压阀向料罐内充压，罐内压力一般充至低于炉内压力0.OlMPa时关闭均压 阀；
[0009] 开启下密阀，开启料流调节阀，料罐内炉料落入炉内；料空信号来，关闭料流调节 阀、关闭下密封阀；
[0010] 开启均压阀放散阀，料罐内压力降至0,一个装料周期结束。
[0011] 增加二次均压后（参见图1)，目前用于料罐二次均压的煤气为高炉炉顶煤气除尘 后的半净煤气，该煤气的压力一般低于高炉炉顶0. 005~0. 015MPa，因此料罐内的压力不 能充到与炉内压力相等。由此而引起一个问题：在料罐开启下密封阀时，由于炉顶与料罐 内压差的存在，造成开阀需较大的开启力，有时甚至无法开启，并且在开启的瞬间，高炉炉 顶煤气由下高速冲入料罐内部，对下密封阀及密封造成很大冲击，该是下密封阀臂杆、密封 圈、连接球头等零部件损坏的主要原因。
[0012] 现有的解决办法是，在料罐的均压入口处并联一个氮气二次均压系统，该个系统 的压力高于高炉炉顶压力，在对料罐进行均压时，先开煤气均压阀，当料罐内煤气压力达到 一定数值时（〇.2MPa)，关闭煤气均压阀，开启氮气二次均压系统，高压氮气进入料罐。将罐 内压力充至与炉顶压力相同后关闭氮气二次均压系统。
[0013] 因二次均压消耗的氮气量较少，所W该种工艺每年氮气消耗费用略大于无二次均 压工艺。
[0014] 采用二次均压工艺后，料罐在向高炉放料时高温煤气进入料罐，是造成齿轮箱及 下阀箱温度升高的真正原因。齿轮箱的中屯、通道的冷却板经常因高温而发生水管结垢堵塞 的现象。由于齿轮箱的特殊结构，使得现有的齿轮箱中屯、通道、旋转底盘、倾动转盘轴的冷 却只能设计成仅依靠水的高差而流动的系统，因而压力低、流速低，冷却能力非常有限。当 该些冷却板承受较高的温度时，就会在管内形成水垢直至堵塞。在料罐不向高炉内排料时， 从中屯、喉管的出料口到下密封阀直至料罐是一个盲端，气流几乎是静止的。高炉炉顶的温 度及热量仅靠热传导向上传递，因气体的导热率很低，传热过程很慢，在该个工序仅需在下 阀箱充入较少流量的氮气即可阻止高温煤气进入该空间，并将被加热的气体持续顶出该空 间。从而维持该空间的温度不致上升或较缓慢的上升。
[0015] 造成下阀箱及齿轮箱温度升高的真正原因如下；料罐上部封闭，料罐在向高炉放 料排空的过程中，在料罐内形成抵压，高炉炉内的高温煤气由中屯、喉管、下阀箱倒流进入料 罐，使齿轮箱及下密封阀被加热至较高温度。
[0016] 在料罐不向炉内排料时，下阀箱及中屯、喉管中的气体是相对静止的，炉内的热量 主要靠热传导进入该两个空间，因空气的导热系数较低，此时温升速度不是很高。现有的W 固定流量向下阀箱充入氮气的方法，一方面在料罐不向炉内排料时氮气被浪费掉，另一方 面在料罐向高炉排料时氮气流量有不足W完全补充炉料排出的空间，引起炉顶设备温度升 局。
[0017] 在料罐没有向高炉内排料时下阀箱无需充入很大流量的氮气，但是必须在料罐向 高炉内排料时向料罐或下阀箱中充入足够的氮气。所述氮气的流量要大于或等于单位时间 内排出的固体炉料的体积，使料罐内的压力始终保持等于或大于炉顶的压力，如此，高炉炉 顶的煤气就无从进入料罐。下面计算排料补充氮气的最低用量的理论计算。
[001引W3200m3高炉为例，每小时6. 5批料，炉顶压力0. 25MPa，W氮气价格0. 25元/N m3,年工作日为360天，每批装料时间；9. 2min/批，焦炭及矿石放料时间约100秒，矿石每 批；9化，堆比重~1. 8t/m3,焦炭每批；2化，堆比重~0. 55t/m3。
[0019] 每批料矿石排出容积=90/1. 8 = 50m3
[0020] 放矿瞬时流量=50/100*3600*2. 5 = 4500Nm3/h
[0021] 每批料焦炭排出容积=20/0. 55 = 36m3
[0022]放焦炭瞬时流量=36/100*3600*2. 5 = 3240Nm3/h
[0023] 齿轮箱氮气流量标准为200NmVh，实际约为300NmVh，下阀箱在不排料时氮气流 量约为150NmVh，排料时该流量计入补充氮气。
[0024] 一个装料周期平均需补充氮气流量（不含下阀箱通入的氮气流量）=(50+36)*9 .2*2. 5+150*(1-9. 2*(100+100)/3600) = 2051Nm3/h
[0025]W上的计算量未考虑炉料的孔隙率，推定炉料进入高炉时，吸附在炉料孔隙中的 气体随同炉料一起进入高炉。
[0026] 基于上述研究及计算的结论，最佳均压及炉顶设备充氮控制工艺如下：
[0027] 齿轮箱充氮（吹扫氮气）流量；300NmVh，用于齿轮箱内产生正压，阻止含尘高温 的高炉炉顶煤气从间隙进入齿轮箱。
[002引下阀箱长通氮气流量约为150NmVh，用于在下密封阀至中屯、喉管的出料口之间产 生小正压，阻止含尘高温的高炉炉顶煤气进入该空间，维持该空间的低温度。
[0029] 有二次均压的装料工艺；
[0030] 下密阀及料流调节阀处于关闭状态，料罐内压力为零，均压阀关闭，二次均压阀关 闭，放散阀开启。
[0031] 上密封阀开启，上料闽开启：
[0032] 炉料经由上密封阀、上料闽落入料罐；
[0033] 关闭上料闽，关闭上密封阀，关闭放散阀；
[0034] 开启均压阀向料罐内充压，罐内压力充至0. 2M化时关闭均压阀，开启二次均压阀 至料罐内压力与炉内压力相同；
[0035] 关闭二次均压阀。
[0036] 改进工序；开启下密阀，开启料流调节阀，开启二次均压阀并控制氮气流量（当放 料为矿石时，氮气流量为4500NmVh;当放料为焦炭时，氮气流量为3240NmVh);料罐内的炉 料落入炉内；料空信号来，关闭二次均压阀、关闭料流调节阀、关闭下密封阀；开启均压阀 放散阀，料罐内压力降至0;-个装料周期结束。
[0037]W上的氮气补充量仅是基本值，具体值因物料的性质、高炉顶压、料流大小的控制 的不同而有所差异。应用时W理论值为基数进行流量的调整，如果流量小于安全值，下阀箱 的温度上升较快，此时适当增加补充氮气的流量；实际上少量的高温高炉煤气进入料罐不 足W使设备温升较高，因此补充氮气流量可W在上述的基本值上下调一定的数值，目的是 降低一部分氮气消耗费用。实践证明，在放矿石时，将补充氮气流量下调为3500NmVh，下阀 箱温度不会超过60°
[003引与现有的控制工艺相比较，改进的放料补充氮气控制工艺在料罐不放料时仅向下 阀箱充入少量的起顶出作用的氮气，在放料时才补充一个适当的量。减少了不放料时无作 用的充氮量，而且有效的控制了装料系统的温升。
[0039]W上的二次均压及放料补充工艺所使用的都是氮气，氮气的成本较高，并且进入 高炉煤气后，会降低高炉煤气的浓度。表1为上面=种装料氮气均压及补充控制工艺的经 济性比较。因布料齿轮箱吹扫用氮在所有工艺中不参与控制，因此表1中未计入该氮气耗 量。
[0040]
[0041]上表中，炉顶压力0.25MPa，W氮气价