炼铁高炉机械设备的技术性分析

2024-01-16王学胜

中国设备工程 2024年1期

王学胜

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东济南 271104）

在炼铁过程中，高炉起到了至关重要的作用，虽然当前的炼铁技术一直在进步，但是，其重要性仍然无法被替代，一直以来，都是当前生铁生产中最重要的生产工具和生产设备。高炉炼铁具有产能大、生产效率高、生产成本低等优势，再加上当前自动化技术的不断发展，这就导致了其在生产过程中的自动化程度也在不断地提高，因此，对冶炼过程中的效率和品质都有了更大的提升。但是，由于在高炉的冶炼中，还存在矿石资源、风力、电力、水资源等多种资源的大量浪费，因此，当前的情况下，为了保证高炉冶炼设备在生产中的稳定与安全，降低设备的运转能量，提升高炉的生产效率与产品的品质，我们还应进一步加大对高炉冶炼技术的研发力度。

1 高炉的主要组成部位及炼铁工艺简述

1.1 高炉结构

高炉主要由炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉和物料调节阀六个主体组成，见图1。在炼铁机的正前方上部装有一个物料调节阀门，它的主要作用是调节炼铁厂物料的进给量和进料速度；在高炉主体的最顶部，外形呈圆形的一段就是炉喉，是高炉原料供应的进口，它也是煤气的引导出口，在炼钢的时候，炉喉的第一个功能就是对炉料和煤气展开有效的控制和调节，在炉喉里存在一块炉喉护板，它可以阻止原材料对炉喉形状的破坏，让炉喉维持在一个正常的水准，并与原材料调节阀门一起发挥功能。因此，高炉能够很好地保障炼铁的高效性；高炉是一氧化碳将自然矿石还原成一氧化碳的重要场所，当原材料被加热到一定温度后，其表层会持续产生气泡，如同沸腾的水一样，高炉倾斜角度将会直接影响原材料下降时的阻力和气流分布；天然矿石、焦炭和生石灰主要在炉膛内溶解和生成渣，使炉膛内的热区处于一个较好的状态，使空气流动更加均匀；高炉炉膛是高炉渣的重要反应部位，它要经受着高炉渣与煤气的物理化学作用，因此，高炉渣的力学性能需要得到及时的监测，保证高炉渣的力学性能达到设计指标。

图1 高炉设备结构示意图

在炉身上，还有一个炉壳，炉壳是炉身的冷却装置，它的密封性能够保证炉身的坚固性，保证炉身的使用寿命，因为在炉身内一旦开起的化学反应是无法被人类控制的，它会在一定程度上阻止炉身的破坏，保证炉身的强度，保证炉身的安全。在炉体外，还可以看到炉体内部的衬里，它的功能是降低炉体内部的热量损耗，防止炉体内部的某些金属部分因高温、化学反应而受损。

1.2 炼铁工艺流程

炼铁高炉是一种非常复杂的、专门的机械设备，所以炼铁的过程也是非常的烦琐，本文对有关的生产工艺和流程进行了简要的介绍。我们将天然矿石、焦炭、CaO 等原材料，以一定的比例，以一定的速率，经过高炉的最高处，经过高炉热风炉，不断地将热风送入焦炭，或喷射煤粉、焦油等辅助燃料，加速焦炭的燃烧，使得焦炭与鼓入的热风中的O2产生CO和H2，在熔炼的过程中，物料发生熔化、还原脱炭等一系列的反应，最终形成成品生铁，将炉内的铁水装入铁水罐车，然后运送出去。此外，将所生成的高炉气体过滤，用作热风炉和加热炉的燃料，并将熔渣从渣眼中排出，经过水淬法，可用作制备混凝土的原材料。

2 炼铁高炉机械设备的技术研究

2.1 高炉物料进给设备

一般情况下，高炉炉槽下部区的烧结矿和块矿溜槽与矿槽的倾角一般都在30°～60°，进料速率一般在40 ～400t/h，由于材料的不规则形状和烧结矿中的高硬点材料对炉膛的撞击，导致炉膛的磨损率很高，这也是为什么磁力炉膛被广泛使用的原因，它具有重量轻、耐磨、可携带等优点：在炉膛内装有永磁材料，利用永磁材料的作用，让炉膛表面吸收一层细小的磁力材料，在炉膛工作时，不断吸收材料，在炉膛表面形成一层材料保护层，达到动态平衡，在合适的情况下，炉膛表面会形成一层材料保护层，使炉膛在工作时，不会被材料撞击，也就大大增加了炉膛的使用寿命。复式SiC 衬板机是另外一种常用的进料装置，该装置常应用于高炉下焦系统中的焦槽、焦斗等部件的防磨防护，可有效地解决灰绿岩村板机投资周期长的问题，并可在高温、高压、强冲击等恶劣条件下长期发挥作用。

在设备维护方面，铁素体和碳化硅体是高炉进料装置的重要组成部分，具有耐磨、轻量化、高稳定性等特点。然而，应指出，在供应矿料时，首先，由于人为原因，使矿料硬化，使大颗粒矿料对熔炼炉产生较大的冲击，进而引起以上衬板的疲劳损伤及结构变形，必须对该现象进行阶段性的装置检查及更换。其次，是为了防止材料在基片装置上大量的附着，进而造成磁衬装置和碳化硅衬片装置的失效，并要及时除去污物。

2.2 高炉炉体设备

高炉炉腔是钢铁生产中最主要的反应场所，也是最主要的反应场所。其中，对炉内温度的控制最重要。由于其强大的传热性和迅速形成的渣层，通常被用来冷却较高温度的产品。但是，为了确保铜板的耐久性，就需要精确地控制铜板的冷却温度。目前，我国高炉冷却壁的冷却方式为成组串接，通过测定各组冷壁的进出水温差及冷却水水量，将其传送至电脑，由电脑计算出热负载，再人工调节。人工调整的最大缺点是需要大量的维修工作量和调整的可靠性。温差自力式调节阀装置可以很好地解决这个问题，它在已有的高炉温度调整数据的基础上，可以有效地实时调整冷却用水的水量，并且操作简便。低耗能特性。高炉炉顶煤气封盖是高炉气体流动变化最剧烈的地方，煤气封盖上的绝热材料很容易受到侵蚀，假如绝热材料的绝热材料被侵蚀脱落，那么，在长时间的高温烘烤下，就会造成煤气封盖变形，造成炉顶法兰水平尺寸的超差，从而造成炉顶装置的工作状态降低。高炉炉盖是防止高炉炉盖出现绝缘脱落的重要设备。在炉中使用了网格结构，以减轻了其重量，并且将网格固定架与炉顶封罩焊接在一起，并对网格固定架进行了保温，以实现对炉顶的有效保护。

温度变化型自控控制阀的关键在于其开启是否准确，是否符合实际应用中的要求。在对该设备进行维护的时候，要注意及时更换，并对调整阀门的精度、量程进行定期的检验和校准，保证阀门的安装是否准确：炉膛炉顶封罩是保证高炉密封性能和使用年限的关键，要及时检查固定架的焊接牢固程度，并将焊点处的灰尘清除干净，并对绝缘涂层的损伤进行修复。

2.3 高炉炉前处理设备

当前，对高炉炉渣的处理仍以循环处理为主，该处理方式要求在高炉内配备冲制箱、水渣槽、集气烟囱、搅笼机、处理浮渣的转鼓、转运皮带等，搅笼机可以针对不同级别的渣料设定不同的速度，搅笼机的叶片与集水槽的壁面的挤压来进行水渣的脱水，转动转鼓并打水处理浮渣，通过螺旋处理后的水渣可以达到生产的要求在冶炼的时候，对火候的把握很重要，只要把火候掌握在一个精确的火候，那么，就能把火候把握得恰到好处。高炉的炉前吊架是炉顶的主体，为了方便炉体的烘烤、清洗和更换，还设计了一种提升装置和气压行走装置。目前，前悬臂吊已经发展出了多自由度多行程的吊装模式，使用了升降式旋转吊柱，可以对悬臂吊的工作高度和工作行程进行有效调节，从而可以对整个高炉的炼钢车间进行有效的覆盖。

搅拌机与转鼓要进行精准的匹配，而炉渣在不同的反应过程中的数量与形状通常会有很大的差别，因此，在具体的装备选择时，必须做到多量程的配合，保证搅拌机的弹性调整处理。在炉头位置，悬挂式起重机担负着生铁出炉、炉渣清除及炉膛维修等重要任务。在日常维护中，要对其关键连接部件、转向机构润滑性、机械臂的可靠性等进行调整和维护，防止因悬臂吊锁死而导致的生铁报废等生产事故。

2.4 高炉煤气处理及检测设备

由于高炉煤气中含有大量有毒气体和粉尘，因此需要专门对其进行除尘。目前，高炉煤气的主要除尘方式为湿法除尘，利用重力式除尘器对较大粒径的煤尘进行吸附，将剩余的煤尘送入双温脱水装置，经压力阀组装置的作用，将煤尘中的细粒煤尘高效地除去，从而达到净化空气的目的。在瓦斯收尘装置中，以重力式收尘机和高压阀组为核心。在真实的高炉反应炼铁过程中，要准确地监测高炉炉顶、炉壁、炉膛内的温度、煤气浓度、物料特性和压力值，因此，需要选用多功能的监测探针、检测仪和热图像仪，配合计算机自动化控制处理系统，才能更好地掌握高炉炼铁的具体技术参数，并能对各种紧急情况展开快速的应对。

3 高炉解体

要在实际操作中，正确地应对高炉熔炼过程中常发生的各种错综复杂的情况，就必须对炉膛内部条件有实际的认识。在关炉、注水或充氮冷却以尽可能维持高炉的原始生产条件后，对从炉喉的炉料到炉底的积铁所进行的一次仔细的解体检查，即为高炉解体检查。

3.1 高炉冷却装置

高炉炉村内高温达到1400℃，普通的耐火材料在高温下会发生软化、变形。高炉冷却装置是为了延长砖衬里的使用寿命而设计的，它的作用是将热能从炉衬中转移出去，并在炉村上凝结出一层保护渣皮，根据它的构造，可以将它分成外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却墙、冷却水箱、风冷（水冷）炉底部。

3.2 炉鼓风机

高炉是最主要的能源装置。它不仅为炼铁提供了直接的氧，还为炼铁提供了必要的气力，以克服炉膛内的阻力。现代大中型高炉使用的鼓风机，多采用离心、轴流两种形式，由蒸气涡轮带动。目前普遍采用的是大功率的同步电鼓风机，它具有起动容易、维护容易、投资小等优点。

4 炼铁高炉机械设备管理措施探讨

4.1 建立完善的炼铁高炉机械设备管理制度

要提高炼铁高炉机械设备的管理水平，就必须与自己的管理需要相结合，制定出一套适合自己需要的、企业中的管理人员应当严格遵守炼铁高炉机械设备管理制度，在实施的过程中，根据实际实施情况，不断完善炼铁高炉机械设备管理制度，并明确管理人员的职责，确保设备的所有责任都落实到了每个人，在炼铁高炉机械设备发生问题时，可以快速地找到责任人，采取相应的对策，从而提高管理人员的实际管理水平，确保设备的安全和稳定运转。

4.2 加强对炼铁高炉机械设备的维修和保养

设备的维护与维护，在高炉机器设备的日常管理中占有相当重要的位置。为确保高炉的安全稳定地进行生产活动，管理者必须在各个操作阶段对高炉的机器设备进行逐一检测，保证设备运行良好。在高炉机器设备的保养中，应做到：定期为机器补充足够的润滑油；定期对润滑油的污垢情况进行检测；高炉机器设备的维护与维护，能够保证企业正常的生产活动，提高企业的经济效益。

4.3 建立炼铁高炉机械设备在线监测系统

企业既要重视管理人员对炼铁高炉机械设备的管理，也要建立一种炼铁高炉机械设备的在线监测体系，在炼铁高炉机械设备发生运行故障时，有关维修人员能够迅速发现问题的原因，并进行处理，减轻故障问题对公司的生产活动的影响，减轻公司的经济损失。除此以外，在线监测系统还可以根据监测的结果，进行有针对性地检修，为铁水厂的生产运营工作提供了一些借鉴。