高炉上料炉顶自动工艺与实践

高炉上料炉顶自动工艺与实践

李大金

新疆天山钢铁巴州有限公司  新疆巴州  841300

摘要：近年来，为积极应对气候变化和生态恶化等一系列问题，世界各国纷纷出台了绿色减排计划，“十四五”规划也明确规定了中国实现“碳达峰，碳中和”的愿景和目标。可见，节能减排在国家发展战略中占有突出地位。

关键词：高炉；上料炉顶；自动工艺

引言

作为高能耗高排放行业，钢铁制造业在我国的能源消费中占比11%左右，其二氧化碳排放量在31个制造业门类中占比高达15%左右。近几年来，钢铁产能过剩，加之受自然资源短缺、能源供应短缺、环保等因素的限制，迫使其开始向着低碳环保的方向发展。传统钢铁冶炼大多采用老式长流程生产模式，原料经烧结球团工艺整合后进入高炉，然后进行铁水预处理、转炉炼钢、连铸等繁琐步骤，最终生产出各种产品。在这一过程中，高炉冶炼能耗占比高达70%左右。随着两化融合技术支撑的成熟与“十四五”规划目标远景的发布，当前高炉炼铁工序开始实施智能制造工程，充分利用智能体系助力绿色钢铁制造，推动传统高炉炼铁向装备智能化、工艺绿色化、产品高质化与供给衔接化方向转型。

1高炉炉顶监测

众所周知，高炉冶炼是在炉料自上而下、煤气自下而上的两个相互逆向运动过程中进行的，合理的炉料分布使煤气流分布合理，从而充分利用煤气能量，达到高炉顺行、高效生产。对料面的流动状况进行准确地监测，有利于控制煤气流的分配、提高生产效率。因此，为探测炉料表面形态和煤气流分布状态的炉顶热成像监测系统应用而生。通过红外摄像仪监测炉料和煤气的温度分布情况，通过利用CCD技术将红外辐射能量转为电信号再变成视频信号，经过计算机处理得到温度分布状况，该摄像监测系统能够直观看到煤气流实时状况，指导操作人员及时调整布料。将红外摄像仪及计算机图像处理系统的第三代技术引进高炉工艺中，采用带有CCD芯片的微型摄像机进行图像采集，该技术能正确及时地记录料面煤气流的分布情况。某公司安装了一系列测量设备来监视高炉炉顶，如二维炉顶气体温度剖面测量设备、三维炉料表面扫描设备以及炉顶气体中粉尘浓度的在线测量设备等。综上所述，上述技术具有实时在线、检测精度高和性能稳定的特点，解决了目前高炉料面高度和表面形状难以精准测量的技术难题。

2转底炉产品金属化球团用作高炉原料

转底炉工艺是一种非高炉炼铁工艺，主要设备源于轧钢的环形加热炉，既可以用于铁精矿的煤基直接还原，生产海绵体或粒铁，又可以处理钢铁厂的含铁尘泥，综合利用钢厂固废中锌、铅、铁、碳等资源。长期以来，钢铁企业高锌的高炉重力灰、高炉布袋灰和炼钢除尘灰等，直接在钢铁内部循环或堆存处理，造成了资源的浪费，且在铁前系统内锌和碱金属没有很好的排出，在铁前系统内“大循环”和高炉内“小循环”，影响烧结、球团的产品质量的同时造成高炉能耗上升和设备寿命下降。转底炉处理冶金含锌尘泥工艺，以含铁含锌含碳尘泥为原料，配入适量黏结剂经混合后造球或压球成球，生球经烘干脱水后布置于转底炉炉底，通常铺设1～2层球的料层厚度，转底炉内主要通过辐射传热方式将含碳球团加热，当转底炉转动时生球被加热到1250～1300℃，含碳球团中的锌氧化物、铁氧化物在高温下被其中的碳素还原。经还原后的单质锌（沸点907℃）经蒸发并随烟气一起排出，通过冷却系统时被氧化成细小的固体粉末而沉积在布袋除尘器内并回收，转炉炉排出的金属化铁产品经热压或冷却后作业冶金原料。转底炉金属化球团化学成分具有高金属铁、高FeO、高碱金属、高硫、高锌且强度较低等不利于高炉顺行的因素，高炉配加转底炉金属化球团时应及时调控，提前做好配料测算，生产过程中注意煤气利用率和高炉炉渣碱度的参数控制。

3无组织排放粉尘控制

高炉炼铁是钢铁制造过程的前端工序之一，是目前主流的炼铁工艺，高炉平稳运行是钢铁企业可持续发展的必要前提。虽然高炉炼铁具有工艺简单、产量大等优点，但也是高污染工序之一。据统计，高炉炼铁工艺颗粒物产生量约占整个钢铁流程的20%～30%，具有很大的减排潜力。炼铁工艺中颗粒物无组织排放主要集中在出铁场系统、上料系统、喷吹系统等，无组织排放严重影响周边大气中悬浮颗粒物的含量，引发呼吸系统疾病，对人体造成危害密封技术是将主要产尘点进行密封，有效阻止粉尘外泄，减少粉尘无组织排放。密封技术主要在原料堆场、出铁场的点面源排放、材料输送中的粉尘外逸控制中应用。原料堆场主要是采用密封料场结构，阻止粉尘与风的接触，减少扬尘产生，同时也切断扬尘向外传播途径，减少粉尘无组织排放。密封结构一般采用钢架结构或者膜结构。与钢结构相比，膜结构具有造价低、建造周期短、能耗小等优势，目前应用较广泛，但缺点也比较明显，夏天内部温度很高，需要考虑通风问题。为了避免原料输送过程中产生的扬尘，一般采用密封装置进行运输，比如运输车加盖帐篷、密封皮带运输等。密封技术可以有效避免扬尘产生，是实现超低排放的措施之一。

4炉顶均压煤气全回收系统

鉴于当前更高的环保和低碳冶炼的要求，对高炉炉顶料罐均压放散的煤气实施“全回收”势在必行。中冶京诚将原有高炉炉顶均压煤气回收专利技术进行改进和升级，成功研发了“高炉炉顶均压煤气全回收技术”，将煤气回收率从70%～80%提升至100%。炉顶均压煤气全回收技术是在原有煤气部分回收系统的基础上，增加了引射器、引射阀、相关阀门及管道等配套设施和控制系统。当自然回收结束时，通过引射器对料罐内剩余的少量低压煤气进行引射强制回收。引射用高压工作气体采用炉顶料罐均压使用的高压净煤气。通过引射器强制回收，使料罐内的压力在短时间内降至微正压，然后可直接打开上密封阀和上料闸进行装料，避免了煤气二次放散，从而实现炉顶均压煤气的“全回收”，煤气和粉尘零排放。均压煤气回收过程时间≤12s，对装料作业率无影响；回收煤气含尘量低至≤5mg/Nm3；消除煤气放散噪音，延长消音器设备使用寿命；回收过程对净煤气管网无影响，管网无压力波动。另外高炉炉顶均压煤气全回收系统配套的电控系统，可以在高炉控制室内实现系统的集中控制和显示，操作简便。如果该全回收系统出现故障时，能够简便、快捷地切换至原系统进行生产，不影响高炉的正常运行。

5炉顶润滑系统

炉顶采用双路集中润滑系统。一路为每45min润滑一次（传动齿轮箱、行星齿轮）；另一路为每8h润滑一次（密封阀、料闸、探尺、均压/放散阀、粉尘回收阀、煤气放散阀等）。炉顶润滑站与炉顶液压站一起布置在炉顶大平台上，站内设有消防设施和火灾自动警报，确保安全。

结语

总之，高炉上料系统采用了主皮带上料、无料钟炉顶装料工艺，延长了热风炉使用寿命；同时有效地保障了高炉生产的安全、稳定运行。

参考文献

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