大高爐爐前設(shè)備配置探討
大高爐爐前設(shè)備配置探討周龍義U匕京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院）設(shè)備*佳配置問(wèn)題。
由于歷史原因，我國(guó)多數(shù)鋼鐵廠緊靠大中城市，鋼鐵廠產(chǎn)生的煙塵不但對(duì)廠內(nèi)員工有影響，對(duì)城區(qū)空氣質(zhì)量及居民生活也有一定影響，因而越來(lái)越受到地方政府及附近居民的關(guān)注。出鐵場(chǎng)（尤其是鐵口附近的爐前區(qū)域）是整個(gè)高爐車間操作人員*多、工作條件*差、自動(dòng)化程度*低的地方，也是高爐工序除塵的重點(diǎn)和難點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)it鐵水，出鐵場(chǎng)平均產(chǎn)生約22.5kg煙塵，即一座日產(chǎn)5000t鐵水的高爐其出鐵場(chǎng)的煙塵量超過(guò)10t/天，且部分煙塵粒徑很小，屬于微粒。隨著人們對(duì)生存、工作環(huán)境的重視，出鐵場(chǎng)煙塵控制已成為鋼鐵廠環(huán)保工作的重點(diǎn)之一。近年來(lái)關(guān)于鋼鐵廠煙塵對(duì)市區(qū)空氣質(zhì)量影響的爭(zhēng)論已成為公眾關(guān)注的話題之一。
04聯(lián)系人：周龍義高級(jí)工程師（100053）北京市宣武區(qū)北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院煉鐵室22 1999年處于某大城市上風(fēng)向的某鋼鐵廠被環(huán)保部門(mén)責(zé)令限期增設(shè)出鐵場(chǎng)除塵設(shè)施。受環(huán)保要求日益嚴(yán)格等因素影響，高爐如何以較低成本實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)已成為煉鐵工作者必須解決的問(wèn)題。
出鐵場(chǎng)主要揚(yáng)塵點(diǎn)是渣鐵流經(jīng)處，一半以上煙塵產(chǎn)生于鐵口、撇渣器、擺動(dòng)流嘴等處。主溝后段、撇渣器、鐵溝、渣溝和擺動(dòng)流嘴等處易于設(shè)固定溝蓋或煙罩，除塵比較容易。而包括鐵口和主溝前段的鐵口區(qū)因開(kāi)堵鐵口時(shí)泥炮、開(kāi)口機(jī)位于此處，和操作者需隨時(shí)監(jiān)視出鐵時(shí)鐵口情況等原因，無(wú)法設(shè)固定溝蓋或煙罩。另外，該處上方有風(fēng)口平臺(tái)、側(cè)面有泥炮、開(kāi)口機(jī)等設(shè)備，吸塵設(shè)施布置受到很大限制，鐵口區(qū)是出鐵場(chǎng)除塵的難點(diǎn)。爐前設(shè)備配置是否合理、選型是否合適不但與高爐正常生產(chǎn)、爐前操作密切相關(guān)，而且與除塵系統(tǒng)投資、運(yùn)行費(fèi)用、除塵效果等有直接關(guān)系。
爐前設(shè)備的基本功能是及時(shí)開(kāi)、堵鐵口，滿足高爐出鐵要求。現(xiàn)在一般所說(shuō)的爐前設(shè)備是指泥炮和開(kāi)口機(jī)，即爐前二大件。筆者認(rèn)為大高爐爐前設(shè)備應(yīng)具備開(kāi)、堵鐵口與吸塵的雙重功能，現(xiàn)有爐前設(shè)備能夠滿足開(kāi)、堵鐵口要求，而在吸塵方面有待改進(jìn)。本文在簡(jiǎn)述爐前設(shè)備現(xiàn)狀、分析鐵口區(qū)煙塵產(chǎn)生及分布情況的基礎(chǔ)上，從以較低的成本實(shí)現(xiàn)鐵口區(qū)煙塵控制角度，對(duì)爐前設(shè)備的選型與匹配問(wèn)題提出個(gè)人見(jiàn)解，供大家。
2鐵口區(qū)煙塵與爐前設(shè)備< 2.1鐵口區(qū)煙塵的特點(diǎn)與除塵的必要性高溫液態(tài)渣鐵從爐內(nèi)流出時(shí)，由高壓變到常壓，并在鐵口處有跌落，渣鐵中所含煙塵逸出，并與空氣發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)高溫液態(tài)渣鐵本身與相對(duì)較冷泥料及空氣接觸、反應(yīng)，產(chǎn)生大量煙塵。一般把正常出鐵期間產(chǎn)生的煙塵稱為一次煙塵，開(kāi)、堵鐵口時(shí)產(chǎn)生的煙塵稱為二次煙塵。鐵口區(qū)煙塵量約占出鐵場(chǎng)煙塵總量的30%，其中一次煙塵和二次煙塵大約各占一半，粒徑小于10fxm的約占三分之二。
鐵口區(qū)一次煙塵的特點(diǎn)是：產(chǎn)生速度（單位時(shí)間內(nèi)煙塵產(chǎn)生量）并不大，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；二次煙塵的特點(diǎn)是：煙塵產(chǎn)生速度較大，煙塵的塵粒很小，1Mm以下的占60%以上。
一般地，煙塵中粒徑大于10yin的稱為灰塵，沉降速度較快；粒徑在10.1ym的稱為塵霧，沉降速度很慢，能在空氣中浮游數(shù)天乃至數(shù)年。粒徑5以下的粉塵微粒為可吸人粉塵，對(duì)人體健康有直接危害。早在70.年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始控制微粒的排放，如美國(guó)、法國(guó)規(guī)定3fim以下的固體粒子為微粒，瑞士定為10以下，瑞典和德國(guó)定為7111以下。近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始重視微粒物的排放，一些大城市的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)中已將可吸人顆粒物一項(xiàng)列人其中。
鐵口區(qū)煙塵（尤其是二次煙塵）粒徑小，對(duì)環(huán)境和操作人員有一定影響。若不對(duì)其進(jìn)行捕集，彌漫在車間內(nèi)的煙塵只能靠廠房自然通風(fēng)外排。出鐵場(chǎng)廠房自然排風(fēng)可在一定程度上改善車間內(nèi)環(huán)境，但爐前作業(yè)環(huán)境改善不大，而且排到廠房外的煙塵對(duì)大氣環(huán)境仍有污染。完善出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)包括一次除塵和二次除塵兩部分，我國(guó)現(xiàn)有近50座1000m3以上大高爐中，多數(shù)高爐只有一次除塵。有二次除塵的很少，其主要原因是現(xiàn)有二次除塵系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用太高。我國(guó)的大鋼鐵廠幾乎都在大城市附近，大高爐設(shè)完善出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)是必然趨勢(shì)，關(guān)鍵問(wèn)題是如何降低二次除塵系統(tǒng)的投資及運(yùn)行費(fèi)用。
2.2鐵口區(qū)除塵與爐前設(shè)備設(shè)置國(guó)外從70年代開(kāi)始對(duì)出鐵場(chǎng)煙塵進(jìn)行全面控制，我國(guó)對(duì)出鐵場(chǎng)煙塵的全面控制始于寶鋼1號(hào)高爐。國(guó)內(nèi)外的出鐵場(chǎng)煙塵控制都是通過(guò)在揚(yáng)塵點(diǎn)加蓋、加罩和負(fù)壓抽風(fēng)實(shí)現(xiàn)的，蓋、罩的嚴(yán)密程度及抽風(fēng)點(diǎn)的設(shè)置方式與除塵系統(tǒng)的風(fēng)量、除塵效果、系統(tǒng)投資、運(yùn)行費(fèi)用、爐前設(shè)備的設(shè)置等都有直接關(guān)系。
鐵口區(qū)一次除塵方式與爐前設(shè)備三大件。大高爐正常出鐵時(shí)一次煙塵產(chǎn)生速度并不大，為減少抽風(fēng)量，一般將主溝前段加蓋，并設(shè)揭蓋機(jī)操作，正常出鐵時(shí)蓋上，開(kāi)、堵鐵口時(shí)移開(kāi)。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，主溝前段加蓋既能以較小風(fēng)量吸走主溝前段產(chǎn)生的一次煙塵，還能減少主溝溝邊濺渣。有些高爐主溝前段不加蓋，在風(fēng)口平臺(tái)下、主溝側(cè)上方設(shè)吸塵口，靠大風(fēng)量吸塵。與主溝前段加蓋相比，這種側(cè)吸塵方式達(dá)到同樣吸塵效果所需風(fēng)量要大得多，原因是：①吸氣氣流與煙塵氣流方向不一致；②揚(yáng)塵點(diǎn)有幾米長(zhǎng)而吸塵口相對(duì)較小且距揚(yáng)塵點(diǎn)較遠(yuǎn)。主溝前段加蓋并選用合適的揭蓋機(jī)是實(shí)現(xiàn)鐵口區(qū)一次除塵的較好方式。揭蓋機(jī)與泥炮、開(kāi)口機(jī)構(gòu)成爐前設(shè)備三大件。
鐵口區(qū)二次除塵與爐前設(shè)備四大件。吸塵設(shè)施是二次除塵系統(tǒng)的重要組成部分，它既受到泥炮、開(kāi)口機(jī)、揭蓋機(jī)的制約，又直接影響二次除塵系統(tǒng)的規(guī)模及除塵效果，并與爐前操作密切相關(guān)。設(shè)二次除塵系統(tǒng)，爐前設(shè)備就擴(kuò)展到泥炮、開(kāi)口機(jī)、揭蓋機(jī)和吸塵設(shè)施四大件。
3爐前設(shè)備的現(xiàn)狀泥炮與開(kāi)口機(jī)泥炮。目前在用的泥炮中比較典型的有DDS式、PW式、BG式、MHG式等，其中前兩種采用傾斜回轉(zhuǎn)軸，全部動(dòng)作由兩個(gè)液壓缸完成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度大。國(guó)外高爐采用DDS式、PW式泥炮較多，國(guó)內(nèi)有數(shù)座高爐采用了DDS式泥炮。
開(kāi)口機(jī)。國(guó)內(nèi)大高爐所用的開(kāi)口機(jī)形式很多：從安裝方式分有懸掛式和落地式（帶提升機(jī)構(gòu)或不帶提升機(jī)構(gòu)）；按安裝位置分有與泥炮同側(cè)和異側(cè)；按傳動(dòng)方式分有電動(dòng)、全氣動(dòng)、氣液動(dòng)、全液動(dòng)；按開(kāi)口方式分有單向振打加鉆孔和雙向振打插棒式開(kāi)孔等。國(guó)內(nèi)已有多座高爐采用了全液壓開(kāi)口機(jī)，80年代以來(lái)，我國(guó)新建、改建了數(shù)十座1OOO.m3以上大高爐，引進(jìn)了多種先進(jìn)的爐前設(shè)備，并在消化、移植和創(chuàng)新方面做了大量工作�，F(xiàn)有泥炮和開(kāi)口機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已趨于完善，近年來(lái)所作改進(jìn)主要在于設(shè)備的自動(dòng)化水平、機(jī)電液一體化程度、可靠性的提高。
揭蓋機(jī)國(guó)內(nèi)大高爐所用的揭蓋機(jī)形式較多，大都屬于懸臂吊類（墻式或落地式），與溝蓋間用鏈子或鋼絲繩等柔性件聯(lián)接。這類揭蓋機(jī)的缺點(diǎn)是：①操作中存在溝蓋晃動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)位操作較煩；②主溝上方風(fēng)口平臺(tái)局部較窄，該處風(fēng)口設(shè)備的維修更換不便。國(guó)外從70年代開(kāi)始用專用揭蓋機(jī)，它與溝蓋間采用硬聯(lián)接，不存在上述問(wèn)題。國(guó)外使用的專用揭蓋機(jī)有56種，其中橫移小車式和液壓連桿式揭蓋機(jī)應(yīng)用較多。寶鋼3號(hào)高爐采用了國(guó)產(chǎn)橫移小車揭蓋機(jī)（也稱移蓋機(jī)）。國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)都表明，采用專用揭蓋機(jī)吊運(yùn)溝蓋比用懸臂吊有很多優(yōu)點(diǎn)。揭蓋機(jī)性能與鐵口區(qū)除塵效果、爐前操作、鐵口能否按時(shí)開(kāi)、堵等都有24密切關(guān)系。國(guó)內(nèi)在揭蓋機(jī)引進(jìn)、開(kāi)發(fā)方面所做工作與泥炮、開(kāi)口機(jī)相比少得多，有待加強(qiáng)。3.3二次吸塵設(shè)施現(xiàn)有二次吸塵設(shè)施（方案）主要有以下幾種。
大垂幕。它由一面固定、三面可升降的垂幕在爐前形成一個(gè)大吸塵罩，垂幕頂部接吸風(fēng)管。垂幕下降后可吸走鐵口區(qū)煙塵。其特點(diǎn)是：①垂幕降下時(shí)二次除塵效果較好，但操作中一般作不到經(jīng)常升降垂幕；②垂幕下降后廠房吊車行程受到限制；③不能改善垂幕內(nèi)環(huán)境；④投資及運(yùn)行費(fèi)用高。
局部排煙罩。在熱風(fēng)圍管外側(cè)、主溝前段上方設(shè)吸塵罩。有時(shí)為不妨礙廠房吊車，將罩的一部分做成活動(dòng)的，即為局部活動(dòng)排煙罩。這種吸塵設(shè)施的投資低于大垂幕，對(duì)出鐵場(chǎng)吊車作業(yè)沒(méi)有影響。
局部密閉室。用隔墻把鐵口區(qū)圍成只有一面敞開(kāi)的小空間，泥炮、揭蓋機(jī)也在其中，通過(guò)抽風(fēng)管對(duì)該空間進(jìn)行抽風(fēng)排煙。這種吸塵方式要求泥炮、揭蓋機(jī)等爐前設(shè)備具有較高的裝備水平，如能遙控、維修量小等。
屋頂式集塵和回轉(zhuǎn)式吸塵罩。前者在廠房架上設(shè)隔板，利用上升氣流集塵；后者在風(fēng)口平臺(tái)外的主溝上方設(shè)回轉(zhuǎn)吸塵罩。
4爐前設(shè)備配置與經(jīng)濟(jì)的二次除塵4.1爐前設(shè)備配置、二次吸塵設(shè)施及其與-二次除塵系統(tǒng)間關(guān)系國(guó)內(nèi)大高爐多不設(shè)二次除塵系統(tǒng)的主要原因是投資高，動(dòng)力消耗大，如寶鋼1號(hào)高爐二次除塵系統(tǒng)占出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)總投資的半左右。投資高、動(dòng)力消耗大的直接原因是工次除塵所需風(fēng)量大，而決定二次除塵系統(tǒng)風(fēng)量大小及除塵效果的*主要因素是吸塵設(shè)施的形式。以寶鋼高爐為例，3座高爐鐵口區(qū)的工況基本相同，因吸塵設(shè)施形式不同，二次除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量相差很多。1號(hào)高爐大垂幕下口面積約為225m2，距出鐵場(chǎng)表面4分6m，設(shè)計(jì)風(fēng)量11局部活動(dòng)排煙罩罩口面積約40m2，高于出鐵場(chǎng)表面約7m，設(shè)計(jì)風(fēng)量10 000m3/min；3號(hào)高爐的局部密閉室只有一面敞開(kāi)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上可行的二次吸塵設(shè)施是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的二次除塵的前提，為此，必須從兩方面人手：①爐前設(shè)備選型時(shí)，泥炮、開(kāi)口機(jī)、揭蓋機(jī)的選型要在滿足各自工藝要求的同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)吸塵設(shè)施的“通、近、順、封、便”提供條件；②確定吸塵方式時(shí)，除考慮除塵系統(tǒng)自身的合理性外，還要考慮爐前設(shè)備的裝備水平和操作維護(hù)等是否與之相匹配。
以往在泥炮、開(kāi)口機(jī)、揭蓋機(jī)選型時(shí)對(duì)滿足工藝要求、操作維修方便等方面考慮較多，而在這三大件與二次吸塵設(shè)施間匹配關(guān)系上考慮較少。只有爐前四大件統(tǒng)籌兼顧，才可能使二次除塵系統(tǒng)取得投人少、除塵效果好、操作方便的效果。否則會(huì)事倍功半，國(guó)內(nèi)外這方面的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)都有。通過(guò)選擇合適的吸塵設(shè)施減少二次除塵系統(tǒng)的風(fēng)量，以較低的投入實(shí)現(xiàn)二次除塵是完全可能的。
4.2"對(duì)二次吸塵設(shè)施的設(shè)想理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)表明：①吸風(fēng)時(shí)，吸風(fēng)口外一點(diǎn)的氣流流速與該點(diǎn)至吸風(fēng)口的距離平方成反比，在距吸風(fēng)口僅1倍直徑處風(fēng)速就降到了吸風(fēng)口風(fēng)速的十分之一；②吹風(fēng)時(shí)，在距吹風(fēng)口30倍直徑處風(fēng)速才降至吹風(fēng)口風(fēng)速的十分之一。基于此，分析已有二次吸塵設(shè)施的特點(diǎn)，并受吹吸集塵罩和空氣幕門(mén)的啟發(fā)，筆者構(gòu)思了一種可回轉(zhuǎn)吹吸式吸塵方案：在主溝前段的兩側(cè)豎向吹風(fēng)形成風(fēng)幕阻止二次煙塵向兩側(cè)擴(kuò)散，在風(fēng)口平臺(tái)外側(cè)設(shè)可回轉(zhuǎn)吸風(fēng)罩將二次煙塵吸走，吸塵罩的回轉(zhuǎn)軸設(shè)在爐身框架柱上。新方案的特點(diǎn)是：（1）兩側(cè)風(fēng)幕、風(fēng)口平臺(tái)及出鐵場(chǎng)將主溝前段的上下左右四面圍住，鐵口上方及風(fēng)口平臺(tái)外側(cè)回轉(zhuǎn)吸風(fēng)罩將煙塵從兩邊吸走。
氣幕是透明和可通行的，對(duì)爐前操作無(wú)影響。
煙塵被圍在狹小區(qū)域內(nèi)，吸塵口離塵源較近。風(fēng)幕由正壓射流形成的，所需風(fēng)量比負(fù)壓抽風(fēng)少得多，可大幅度降低二次除塵系統(tǒng)的投資及運(yùn)行費(fèi)用。
吸塵罩為回轉(zhuǎn)式，其活動(dòng)范圍與爐前懸臂吊類似，對(duì)出鐵場(chǎng)吊車作業(yè)無(wú)影響。
風(fēng)幕吹風(fēng)口無(wú)機(jī)械傳動(dòng)件。吸塵罩的回轉(zhuǎn)軸在爐身框架柱上，前部無(wú)傳動(dòng)件，吸塵設(shè)施可靠性好。
國(guó)內(nèi)外高爐二次除塵均采用局部排風(fēng)方式，從爐前設(shè)備裝備水平、便于操作維護(hù)、減少配套設(shè)施投資等方面考慮，筆者認(rèn)為在多數(shù)情況下“傾斜回轉(zhuǎn)軸式泥炮+與泥炮位于主溝同側(cè)的開(kāi)口機(jī)+液壓連桿式揭蓋機(jī)+回轉(zhuǎn)吹吸式吸塵罩”是較佳組合。它們可共用一個(gè)液壓站，具有可靠性好、操作方便、吸塵效果與經(jīng)濟(jì)性均好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于渣鐵溝布置比較特殊的高爐，可通過(guò)選擇合適的爐前設(shè)備組合獲得同樣的效果。
S結(jié)語(yǔ)受多種因素影響，鋼鐵企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)。對(duì)于產(chǎn)品比較單一的煉鐵高爐而言，以低成本滿足環(huán)保要求是企業(yè)生存、發(fā)展的基礎(chǔ)。
二次煙塵對(duì)環(huán)境和操作人員的影響不容忽視，需對(duì)大高爐出鐵場(chǎng)煙塵進(jìn)行全面控制。吸塵設(shè)施的形式是影響二次除塵系統(tǒng)投資及運(yùn)行費(fèi)用的主要因素，并與爐前操作有很大關(guān)系。
為實(shí)施經(jīng)濟(jì)的二次除塵，大高爐爐前設(shè)備應(yīng)包括泥炮、開(kāi)口機(jī)、揭蓋機(jī)和二次吸塵設(shè)施四大件，設(shè)備選型要四大件統(tǒng)籌兼顧。
應(yīng)加強(qiáng)揭蓋機(jī)和二次吸塵設(shè)施的開(kāi)發(fā)，并加強(qiáng)對(duì)爐前設(shè)備匹配關(guān)系的研究。
根據(jù)其他行業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及鐵口區(qū)的特點(diǎn)，采用可回轉(zhuǎn)吹吸式吸塵方式有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的二次除塵，建議對(duì)此方案進(jìn)行深人研究。
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