大高炉炉前设备配置探讨

　　大高炉炉前设备配置探讨周龙义U匕京钢铁设计研究总院）设备最佳配置问题。

　　由于历史原因，我国多数钢铁厂紧靠大中城市，钢铁厂产生的烟尘不但对厂内员工有影响，对城区空气质量及居民生活也有一定影响，因而越来越受到地方政府及附近居民的关注。出铁场（尤其是铁口附近的炉前区域）是整个高炉车间操作人员最多、工作条件最差、自动化程度最低的地方，也是高炉工序除尘的重点和难点。据统计，每生产it铁水，出铁场平均产生约22.5kg烟尘，即一座日产5000t铁水的高炉其出铁场的烟尘量超过10t/天，且部分烟尘粒径很小，属于微粒。随着人们对生存、工作环境的重视，出铁场烟尘控制已成为钢铁厂环保工作的重点之一。近年来关于钢铁厂烟尘对市区空气质量影响的争论已成为公众关注的话题之一。

　　04联系人：周龙义高级工程师（100053）北京市宣武区北京钢铁设计研究总院炼铁室221999年处于某大城市上风向的某钢铁厂被环保部门责令限期增设出铁场除尘设施。受环保要求日益严格等因素影响，高炉如何以较低成本实现清洁生产已成为炼铁工作者必须解决的问题。

　　出铁场主要扬尘点是渣铁流经处，一半以上烟尘产生于铁口、撇渣器、摆动流嘴等处。主沟后段、撇渣器、铁沟、渣沟和摆动流嘴等处易于设固定沟盖或烟罩，除尘比较容易。而包括铁口和主沟前段的铁口区因开堵铁口时泥炮、开口机位于此处，和操作者需随时监视出铁时铁口情况等原因，无法设固定沟盖或烟罩。另外，该处上方有风口平台、侧面有泥炮、开口机等设备，吸尘设施布置受到很大限制，铁口区是出铁场除尘的难点。炉前设备配置是否合理、选型是否合适不但与高炉正常生产、炉前操作密切相关，而且与除尘系统投资、运行费用、除尘效果等有直接关系。

　　炉前设备的基本功能是及时开、堵铁口，满足高炉出铁要求。现在一般所说的炉前设备是指泥炮和开口机，即炉前二大件。笔者认为大高炉炉前设备应具备开、堵铁口与吸尘的双重功能，现有炉前设备能够满足开、堵铁口要求，而在吸尘方面有待改进。本文在简述炉前设备现状、分析铁口区烟尘产生及分布情况的基础上，从以较低的成本实现铁口区烟尘控制角度，对炉前设备的选型与匹配问题提出个人见解，供大家。

　　2铁口区烟尘与炉前设备<2.1铁口区烟尘的特点与除尘的必要性高温液态渣铁从炉内流出时，由高压变到常压，并在铁口处有跌落，渣铁中所含烟尘逸出，并与空气发生反应，同时高温液态渣铁本身与相对较冷泥料及空气接触、反应，产生大量烟尘。一般把正常出铁期间产生的烟尘称为一次烟尘，开、堵铁口时产生的烟尘称为二次烟尘。铁口区烟尘量约占出铁场烟尘总量的30%，其中一次烟尘和二次烟尘大约各占一半，粒径小于10fxm的约占三分之二。

　　铁口区一次烟尘的特点是：产生速度（单位时间内烟尘产生量）并不大，持续时间相对较长；二次烟尘的特点是：烟尘产生速度较大，烟尘的尘粒很小，1Mm以下的占60%以上。

　　一般地，烟尘中粒径大于10yin的称为灰尘，沉降速度较快；粒径在10.1ym的称为尘雾，沉降速度很慢，能在空气中浮游数天乃至数年。粒径5以下的粉尘微粒为可吸人粉尘，对人体健康有直接危害。早在70.年代，一些发达国家就开始控制微粒的排放，如美国、法国规定3fim以下的固体粒子为微粒，瑞士定为10以下，瑞典和德国定为7111以下。近年来我国开始重视微粒物的排放，一些大城市的空气质量日报中已将可吸人颗粒物一项列人其中。

　　铁口区烟尘（尤其是二次烟尘）粒径小，对环境和操作人员有一定影响。若不对其进行捕集，弥漫在车间内的烟尘只能靠厂房自然通风外排。出铁场厂房自然排风可在一定程度上改善车间内环境，但炉前作业环境改善不大，而且排到厂房外的烟尘对大气环境仍有污染。完善出铁场除尘系统包括一次除尘和二次除尘两部分，我国现有近50座1000m3以上大高炉中，多数高炉只有一次除尘。有二次除尘的很少，其主要原因是现有二次除尘系统的建设及运行费用太高。我国的大钢铁厂几乎都在大城市附近，大高炉设完善出铁场除尘系统是必然趋势，关键问题是如何降低二次除尘系统的投资及运行费用。

　　2.2铁口区除尘与炉前设备设置国外从70年代开始对出铁场烟尘进行全面控制，我国对出铁场烟尘的全面控制始于宝钢1号高炉。国内外的出铁场烟尘控制都是通过在扬尘点加盖、加罩和负压抽风实现的，盖、罩的严密程度及抽风点的设置方式与除尘系统的风量、除尘效果、系统投资、运行费用、炉前设备的设置等都有直接关系。

　　铁口区一次除尘方式与炉前设备三大件。大高炉正常出铁时一次烟尘产生速度并不大，为减少抽风量，一般将主沟前段加盖，并设揭盖机操作，正常出铁时盖上，开、堵铁口时移开。生产经验表明，主沟前段加盖既能以较小风量吸走主沟前段产生的一次烟尘，还能减少主沟沟边溅渣。有些高炉主沟前段不加盖，在风口平台下、主沟侧上方设吸尘口，靠大风量吸尘。与主沟前段加盖相比，这种侧吸尘方式达到同样吸尘效果所需风量要大得多，原因是：①吸气气流与烟尘气流方向不一致；②扬尘点有几米长而吸尘口相对较小且距扬尘点较远。主沟前段加盖并选用合适的揭盖机是实现铁口区一次除尘的较好方式。揭盖机与泥炮、开口机构成炉前设备三大件。

　　铁口区二次除尘与炉前设备四大件。吸尘设施是二次除尘系统的重要组成部分，它既受到泥炮、开口机、揭盖机的制约，又直接影响二次除尘系统的规模及除尘效果，并与炉前操作密切相关。设二次除尘系统，炉前设备就扩展到泥炮、开口机、揭盖机和吸尘设施四大件。

　　3炉前设备的现状泥炮与开口机泥炮。目前在用的泥炮中比较典型的有DDS式、PW式、BG式、MHG式等，其中前两种采用倾斜回转轴，全部动作由两个液压缸完成，结构简单，刚度大。国外高炉采用DDS式、PW式泥炮较多，国内有数座高炉采用了DDS式泥炮。

　　开口机。国内大高炉所用的开口机形式很多：从安装方式分有悬挂式和落地式（带提升机构或不带提升机构）；按安装位置分有与泥炮同侧和异侧；按传动方式分有电动、全气动、气液动、全液动；按开口方式分有单向振打加钻孔和双向振打插棒式开孔等。国内已有多座高炉采用了全液压开口机，80年代以来，我国新建、改建了数十座1OOO.m3以上大高炉，引进了多种先进的炉前设备，并在消化、移植和创新方面做了大量工作。现有泥炮和开口机的机械结构已趋于完善，近年来所作改进主要在于设备的自动化水平、机电液一体化程度、可靠性的提高。

　　揭盖机国内大高炉所用的揭盖机形式较多，大都属于悬臂吊类（墙式或落地式），与沟盖间用链子或钢丝绳等柔性件联接。这类揭盖机的缺点是：①操作中存在沟盖晃动现象，对位操作较烦；②主沟上方风口平台局部较窄，该处风口设备的维修更换不便。国外从70年代开始用专用揭盖机，它与沟盖间采用硬联接，不存在上述问题。国外使用的专用揭盖机有56种，其中横移小车式和液压连杆式揭盖机应用较多。宝钢3号高炉采用了国产横移小车揭盖机（也称移盖机）。国内外的生产经验都表明，采用专用揭盖机吊运沟盖比用悬臂吊有很多优点。揭盖机性能与铁口区除尘效果、炉前操作、铁口能否按时开、堵等都有24密切关系。国内在揭盖机引进、开发方面所做工作与泥炮、开口机相比少得多，有待加强。3.3二次吸尘设施现有二次吸尘设施（方案）主要有以下几种。

　　大垂幕。它由一面固定、三面可升降的垂幕在炉前形成一个大吸尘罩，垂幕顶部接吸风管。垂幕下降后可吸走铁口区烟尘。其特点是：①垂幕降下时二次除尘效果较好，但操作中一般作不到经常升降垂幕；②垂幕下降后厂房吊车行程受到限制；③不能改善垂幕内环境；④投资及运行费用高。

　　局部排烟罩。在热风围管外侧、主沟前段上方设吸尘罩。有时为不妨碍厂房吊车，将罩的一部分做成活动的，即为局部活动排烟罩。这种吸尘设施的投资低于大垂幕，对出铁场吊车作业没有影响。

　　局部密闭室。用隔墙把铁口区围成只有一面敞开的小空间，泥炮、揭盖机也在其中，通过抽风管对该空间进行抽风排烟。这种吸尘方式要求泥炮、揭盖机等炉前设备具有较高的装备水平，如能遥控、维修量小等。

　　屋顶式集尘和回转式吸尘罩。前者在厂房架上设隔板，利用上升气流集尘；后者在风口平台外的主沟上方设回转吸尘罩。

　　4炉前设备配置与经济的二次除尘4.1炉前设备配置、二次吸尘设施及其与-二次除尘系统间关系国内大高炉多不设二次除尘系统的主要原因是投资高，动力消耗大，如宝钢1号高炉二次除尘系统占出铁场除尘系统总投资的半左右。投资高、动力消耗大的直接原因是工次除尘所需风量大，而决定二次除尘系统风量大小及除尘效果的最主要因素是吸尘设施的形式。以宝钢高炉为例，3座高炉铁口区的工况基本相同，因吸尘设施形式不同，二次除尘系统设计风量相差很多。1号高炉大垂幕下口面积约为225m2，距出铁场表面4分6m，设计风量11局部活动排烟罩罩口面积约40m2，高于出铁场表面约7m，设计风量10000m3/min；3号高炉的局部密闭室只有一面敞开，设计开发出技术上先进、经济上可行的二次吸尘设施是实现经济的二次除尘的前提，为此，必须从两方面人手：①炉前设备选型时，泥炮、开口机、揭盖机的选型要在满足各自工艺要求的同时，为实现吸尘设施的通、近、顺、封、便提供条件；②确定吸尘方式时，除考虑除尘系统自身的合理性外，还要考虑炉前设备的装备水平和操作维护等是否与之相匹配。

　　以往在泥炮、开口机、揭盖机选型时对满足工艺要求、操作维修方便等方面考虑较多，而在这三大件与二次吸尘设施间匹配关系上考虑较少。只有炉前四大件统筹兼顾，才可能使二次除尘系统取得投人少、除尘效果好、操作方便的效果。否则会事倍功半，国内外这方面的经验、教训都有。通过选择合适的吸尘设施减少二次除尘系统的风量，以较低的投入实现二次除尘是完全可能的。

　　4.2"对二次吸尘设施的设想理论计算及实验表明：①吸风时，吸风口外一点的气流流速与该点至吸风口的距离平方成反比，在距吸风口仅1倍直径处风速就降到了吸风口风速的十分之一；②吹风时，在距吹风口30倍直径处风速才降至吹风口风速的十分之一。基于此，分析已有二次吸尘设施的特点，并受吹吸集尘罩和空气幕门的启发，笔者构思了一种可回转吹吸式吸尘方案：在主沟前段的两侧竖向吹风形成风幕阻止二次烟尘向两侧扩散，在风口平台外侧设可回转吸风罩将二次烟尘吸走，吸尘罩的回转轴设在炉身框架柱上。新方案的特点是：（1）两侧风幕、风口平台及出铁场将主沟前段的上下左右四面围住，铁口上方及风口平台外侧回转吸风罩将烟尘从两边吸走。

　　气幕是透明和可通行的，对炉前操作无影响。

　　烟尘被围在狭小区域内，吸尘口离尘源较近。风幕由正压射流形成的，所需风量比负压抽风少得多，可大幅度降低二次除尘系统的投资及运行费用。

　　吸尘罩为回转式，其活动范围与炉前悬臂吊类似，对出铁场吊车作业无影响。

　　风幕吹风口无机械传动件。吸尘罩的回转轴在炉身框架柱上，前部无传动件，吸尘设施可靠性好。