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炉前培训教材
高炉炉前工培训教材
首钢京唐钢公司炼铁部
2007年9月8
目 录
高炉炉前操作
一出铁次数的确定
首钢京唐公司1#高炉有效容积5500m3,日最高产铁量13200t,也就是说,高炉平均每分钟产生的铁水量最多为9.17t。
高炉炉缸容积一定,最多能够容纳的铁水量称为安全容铁量,炉缸内的铁水数量不能超过安全容铁量,否则就会从风口烧出,造成严重的事故。
因此,要维持高炉正常生产,必须保证让高炉单位时间内生成的铁水全部及时地从出铁口排出炉外。
首钢京唐公司1#高炉共设有4个出铁口,3用1修,每个铁口每分钟出铁量大约4~7t,因此,要保证将每分钟内生成的大约9t铁水及时排出炉外,单铁口出铁显然无法满足要求,这就需要一定时间内有两个铁口在同时出铁。
铁口数目取决于产量、出铁出渣时间及两次铁间渣铁沟维修时间等。
即高炉炉容越大、产量越高、维修时间越长,铁口数量应越多。
实际生产己经感到,当高炉产量在2000t/d时,一个铁口操作很被动,使得炉前工作在高温下很紧张。
表1出铁口数目与高炉日产量参照数据
高炉产量/t.d-1
1500~2500
3000~6000
6000~10000
12650~13200
(京唐1#高炉5500m3)
出铁口
数目/个
1~2
2~3
3~4
4
出
铁
场
状
况
1~2个出铁场
2个出铁场,铁口呈180°布置
武钢3200m3高炉4个出铁口,铁口90°布置,环形出铁场。
宝钢4063m3高炉,4个出铁口,铁口呈40°布置,两个矩形出铁场
两座5500m3高炉,采用矩形双出铁场。
每座高炉出铁场设有4个铁口,出铁制度为三口出铁制或对口出铁制,两个铁口重叠出铁。
在一定的出铁次数和每次出铁时间下,每次出铁炉前操作维护允许时间为:
(1-1)
式中t—炉前操作维修允许时间,min;
n—高炉昼夜出铁次数;
P—高炉昼夜出铁量,t;
Vt—出铁速度,t/min;
炉前操作维修时间与炉前机械化水平、出铁沟结构形式及出铁时间有关。
为保证炉前操作维修工作进行,铁口数目的计算公式为:
(1-2)
式中N—铁口数目;
t1—开铁口时间,min;
t2—流铁时间,min;
t3—堵铁口时间,min;
t4—出铁沟、渣沟修补时间,min;
Jc—炉前作业率,%(可取80%);
日出铁次数的计算公式为:
(1-3)
式中n—高炉昼夜出铁次数,取整数;
P—高炉昼夜出铁量,t;
T—炉缸安全容铁量,t;
at—出铁不均匀系数,取1.2;
d—炉缸直径,m;
hz—铁口中心线至渣口中心线高度,m;
K1—炉缸容铁系数,经验值为0.55~0.60;
γt—铁水比重,6.8~7.0t/m3。
应当说明在现代大高炉上不设渣口,计算式中的hz可用铁口中心到风口中心线的高度减出500mm代替。
按公式3计算的高炉出铁次数列于表2。
考虑到出铁速度对出铁次数的影响,可用经验公式:
(1-4)
式中Vt—铁口出铁速度,t/min;
K2—炉缸有效容铁系数,日本大型高炉为0.04~0.07。
出铁次数通常是按照高炉强化冶炼程度及每次的最大出铁量不应超过炉缸安全容铁量来确定。
一般按安全容铁量的60%~80%定为每次出铁量。
安全容铁量是渣口中心线至铁口中心线之间炉缸容积的60%的容铁量。
实际生产中由于炉缸炉底不断侵蚀,计算安全容铁量时应考虑到出铁后最低铁水面的变化。
大型高炉为了减少炉前清理渣铁的工作量和稳定炉况,延长出铁时间或让铁水长流的方法减少出铁次数。
因此适宜的出铁次数有利于出净渣铁,有利于铁口维护和炉况顺行同时减少风口破损。
计算出铁次数采用的经验公式为:
昼夜出铁次数=出铁不均匀系数×昼夜出铁量÷安全容铁量(出铁不均匀系数取1.2)
表2按公式3计算的高炉出铁次数
炉容/m3
250
620
1000
1500
2000
2500
3200
4000
5500
炉缸直径d/m
4.2
6.0
7.3
8.6
9.8
10.8
12.0
13.4
15.5
渣口高度hz/m
1.1
1.4
1.3
1.4
1.5
1.6
-
-
-
炉缸安容T/t
65
165
230
340
470
610
910
1300
?
出铁次数/次:
系数1.5时
7
7
8
8
8
8
6
5
?
系数2.0时
10
9
11
11
10
10
7
7
?
系数2.5时
12
12
13
13
13
12
9
8
?
有经验的炉前工作者感到铁口的好坏由过去高炉生产的需要,已经变为促进高炉强化和长寿的关键,铁口是炉缸的薄弱环节,其好坏直接影响高炉的一代寿命,2000~3000立级高炉系数2.2,渣比320Kg/t时,出铁次数以不大于13次为好。
二铁口结构
出铁口设在炉缸最下部的死铁层之上,是一个通向炉外的长方形孔。
根据高炉大小,一般设计宽度为200~260mm,高度为275~450mm(小高炉铁口更小),构造如图1所示,铁口由铁口框架,保护板、铁口框架内的耐火砖套及用耐火泥制作的泥套等组成。
平时用耐火泥堵塞整个孔道,并在炉缸内衬的外面形成一个保护内衬的耐火泥泥包。
出铁时,用开口机将堵塞的耐火泥钻开一个圆孔,使铁水流出,渣铁出完后,又重新用耐火泥将圆孔堵塞好。
高炉生产一段时间后,铁口区域的炉墙被渣、铁冲刷侵蚀变薄,全靠堵泥形成泥包和渣皮保护。
生产过程中铁口状态如图2所示:
高炉生产时,每昼夜从铁口放出大量的铁水和下渣,出铁过程中,铁口受到一系列高温、机械冲刷和化学侵蚀的破坏作用。
铁口是高炉本体结构中负荷最重、工作条件最恶劣、温差应力最大并且急冷急热最频繁的部位,从而成为高炉炉缸中最薄弱的环节。
表3首钢北京地区4座高炉及京唐1#高炉的炉缸结构
炉号
1高炉
2高炉
3高炉
4高炉
京唐1#高炉
有效容积m3
2536
1780
2536
2100
5500
开炉时间
19940809
20020523
19930602
19920525
20081001
炉
缸
炉
底
结
构
陶瓷杯
国产炭砖NMA砖
莫来石砖
棕刚玉预注块
综合炉底
国产炭砖
NMD砖
高铝砖
综合炉底
国产炭砖
NMA砖
高铝砖
综合炉底
国产炭砖
NMA砖
高铝砖
黑崎碳化硅炉腹砖
NMA砖
NMD砖
黑崎微孔碳砖
NDK石墨碳块
铁口孔道
温度℃
680~1020
530~980
820~1150
820~1150
打开铁口后,铁水和熔渣(出铁后一段时间见下渣),在炉内较大压力(热风压力、炉料有效重量压力和渣铁本身的静压力)的作用下,以很大的速度流经铁口,高速流动的渣铁流剧烈的冲刷着铁口孔道,同时炉缸内其它部位的铁水和熔渣,向铁口流动时,不可能是均匀的。
在炉内较大压力作用下,由于受铁口眼大小的限制,大量的渣铁也不可能是平稳的流入铁口孔道,而是在铁口孔道前形成“紊流”,激烈地冲刷着铁口泥包,最后把铁口孔道的里端冲刷成喇叭口形,如图2所示。
另外,在高炉强化冶炼条件下,由于受到鼓风动能的作用,风口前存在着一定大小的循环区,铁口前的渣铁在风口循环区的影响下,处于“搅动”状态,对粘结在高炉炉墙上的铁口泥包有一定的冲刷磨损作用,铁口上方两侧风口直径越大,长度越短,循环区越靠近炉墙,则铁口前的渣铁“搅动”越强烈,对炉墙和铁口泥包冲刷磨损作用也就越大。
综上所述,铁口是高炉本体结构中工作任务最繁重、工作条件最恶劣、受到的破坏作用最大的部位,因而也是最薄弱的环节。
一般情况下,高炉投产后不久,铁口前端砖衬即被侵蚀,在整个炉役期间,铁口区域始终由泥包保护着。
为适应恶劣的工作条件,保证铁口安全生产,提高砖衬材质是十分重要的。
三泥炮、开口机的机械性能
1炉前泥炮
泥炮是出铁完成后堵铁口的专用机械,是高炉堵塞出铁口的重要设备。
泥炮要在全风压下把炮泥压入铁口,所以其压力应大于炉缸内压力,其打泥活塞总推力,打泥压力和速度等性能必须满足高炉生产的要求,否则,将影响铁口深度,威胁高炉安全生产。
泥炮有电动、气动和液压三种。
由于气动具有不适应高炉强化冶炼、打泥活塞推力小和打泥压力不稳定等缺陷,已逐步被淘汰。
我国目前使用电动和液压两种。
电动的用于中小高炉,而液压用于大高炉和装备水平较高的300~420m3高炉。
我厂的泥炮是新型TMT大推力液压泥炮,带有旋转(推-弹同步)、喷射、顺序控制(通过PLC)和其他功能。
收到堵口命令后,相应的泥炮按照预设泥量和喷射速度完成出铁口封闭的过程。
但是也可以手动操作泥炮的单项动作。
另外,泥炮也具有检测、实时显示和记录喷射压力、炮泥数量、喷射速度和其他参数的功能。
1、打泥装置:
(1)固定的活塞杆。
(2)双活塞环,使泥和缸之间的密封达到最佳。
回泥能被轻松清除。
(3)双活塞环应易于更换,寿命大约打泥2000次。
(4)泥缸内表面经过辊子加工、镀铬,高度抗磨损。
(5)泥炮配有抗热防护装置(5层)。
(6)打泥行程由2个机械的显示器显示,另外还安装有电子流量测量装置。
(7)泥炮的主体应有冷却、加热水系统,以保证下次堵口可以利用泥缸内剩余的泥和锥形中间件中的泥堵上铁口。
(8)打泥压力、速度可被随意遥控调整。
可以实现在泥炮旋转时将泥从炮嘴顶部压紧约50毫米,压紧时间和压力可随意调节/设定。
(9)使用自动功能时,可按预先设定的打泥量自动打泥。
2、旋转和压紧装置:
(1)旋转和压紧装置放在底部,压紧信号由液压压力确定,并输出信号。
(2)可以实现与铁口的软接触。
(3)可输出打泥装置的静止位置、打泥位置信号。
3、润滑装置
泥炮配有集中润滑系统,手动操作。
4、炮嘴
由抗熔化、抗磨损材料制成,易于更换。
5、我厂泥炮的技术参数及技术要求
(1)旋转、压紧和打泥全液压驱动
(2)旋转和压紧装置在炮臂内合为一体
(3)打泥系统采用固定活塞杆形式
(4)斜面旋转
(5)电子自学习系统
(6)泥缸和圆锥形中间件设置水冷却/加热系统
(7)泥缸容积0.40m³
(8)有效容积最小0.36m³
(9)炮嘴内径170mm
(10)打泥速度0.36m³/65sec
(11)打泥油缸速度0.2m/sec
(12)打泥压力正常250kg/cm²
(13)打泥力量600tons
(14)压紧力max60tons(600kN)
(15)旋转时间约12sec
(16)铁口倾斜角度8~12°
(17)炮的倾斜角度12°(8~12°)
(18)泥炮总重(包括堵口装置)约31吨
(19)仅堵口装置约10吨
(20)铁口周围炮嘴行走区域
向上350mm
向下200mm
向左右200mm
高炉外部150mm
高炉内部200mm
6、泥炮能实现以下操作:
(1)通过HMI系统在主控制室进行全自动和手动操作。
(2)通过现场控制台可实现手动、自动操作。
(3)遥控操作。
(4)机旁操作(仅用于灌注)。
7、运行时的测量、监测及记录
(1)旋转位置。
(2)旋转油压。
(3)打泥油压。
(4)打泥量。
(5)打泥速度。
(6)可以调节打泥速度。
8、事故铁口打泥
泥炮有事故铁口打泥设计。
配备“象鼻炮嘴”可对事故铁口打泥。
2开口机
开口机是高炉出铁时打开铁口的重要机械,有电动、气动、液压和气-液复合传动4种。
中小高炉使用的是简易悬挂式电动开口机,它只适用于有水炮泥。
大中型高炉采用全气动、全液压、气-液复合传动的开口机,这些开口机都具有钻、冲、吹扫功能,它们的操作是远距离人工操纵,适用于无水炮泥。
我厂的开口机为全液压一次操作重型开口机,带旋转、提升、进给、钻孔、传动、鼓风和其他功能。
旋转、提升、进给、钻孔和锤头传动机构采用液压传动模式。
另外,他们包括顺序控制功能(通过PLC)和检测和记录出铁口深度、钻孔进度和扭矩以及其他一些数据的功能。
1、主要描述
(1)开口机设计不需在铁水沟上方的维修平台上开口。
从出铁口到风口平台的距离仅为2650mm。
(2)开口机被布置在泥炮同侧,机器将被安装在出铁场地面上。
(3)开口机的臂和杆会在一水平面上旋转到停止或工作位置。
(4)钻杆有液压安全自锁提升和倾斜装置。
(5)一个特殊TMT广角旋转传动确保了节省空间和起防护作用的静止位置。
(6)开口机工作时采用挂钩与炉壳相连。
(7)开口机应使用以下技术,如:
(8)开口机装备先进的液压TMT开口技术,如:
a)导槽
b)液压前中央夹钳
c)液压转子,高达460rpm
d)液压向前和向后锤头
e)液压进给电机,高达4000kg进给力
f)水钻孔技术,带高压水泵
g)进给行程和出铁口长度电子测量装置
h)液压钻孔锤型号BPI/TMTHS571GH,厂家Böhler
(9)控制装置
进给力,分5级可调
step1=800kg
step2=1500kg
step3=2800kg
step4=3400kg
step5=4000kg
转子速度,分5级可调
step1=1rotationpersecond
step2=100rpm
step3=200rpm
step4=320rpm
step5=460rpm
锤打力,分5级可调
step1=330Nm
step2=390Nm
step3=450Nm
step4=500Nm
step5=560Nm
-通过无线遥控和主控制台上的开关调节
-自动钻口程序控制系统
2、控制方法:
开口机可进行如下操作:
通过HMI系统在主控制室进行全自动和手动操作。
通过现场控制台可实现手动、自动操作。
遥控操作。
事故状态下的液压系统手动操作。
3、我厂开口机的技术参数及技术要求:
(1)提升装置配有悬挂系统,不能切割风口平台。
以铁口位置为准,开口机最大高度为2650毫米。
(2)液压驱动旋转、提升和倾斜。
(3)液压驱动钻锤、转子和推进马达。
(4)液压驱动钻杆中心定位装置和两个夹钳臂的运动。
(5)最大推进5,500mm(杆长.6,500mm)
(6)提升高度待定
(7)钻头直径38-70mm
(8)埋杆直径40-70mm
(9)钻速最大0.15m/sec.
(10)4.5米长的铁口钻口时间最多3min,以正常钻口为条件
(11)回撤速度1m/sec(钻杆在水平位置)
(12)钻口角度范围8-12°正常10°
(13)回转角度(从静止位置到铁口)见布局图
(14)回转时间(从静止位置)25秒
(15)回转半径见布局图
(16)总重约23吨
4、液压开口机设备特点
液压钻锤型号HS571GH向前向后
液压输入力50kW45kW
撞击次数1,765min-11,666min-1
撞击力555Nm472Nm
油流量155l/min140l/min
操作压力20.0Mpa20.0Mpa
(200bar)(200bar)
转子
液压输入力40kW
最大速度460rpm
最大扭矩(460rpm时)660Nm
油流量120l/min
操作压力20.0Mpa(200bar)
进给电机
收回速度(无钻孔操作)最大1m/s
油流量130l/min
前进速度(钻孔时),依赖于出铁口硬度最大150mm/s
油流量(150mm/sec时)20l/min
操作压力20.0Mpa(200bar)
进给力最大.4,000kg
最大油流量
最大负荷下的锤头155l/min
最大负荷下的转子120l/min
钻孔时的进给电机20l/min
共295l/min
消耗
-6bar时的清扫空气2,400l/min
-水压/数量
用于“水钻孔法”约50bar/4-6l/min
进口压力约4-6bar
-液压钻锤润滑的
压缩空气消耗180l/min
5、事故铁口
开口机有开事故铁口的设计,位置高度见布局图
四出铁过程监控
1出铁时间规定
在不影响渣铁运输作业和渣铁沟等维修时间条件下,适当延长出铁时间是有益的。
如时间太短,必须提高流铁速度,铁水环流会加重对炉缸砖衬的侵蚀。
另外出铁作业中,增大铁口直径,易造成铁水跑大流,不太安全,不利于铁口维护。
每次出铁流铁时间应由炉缸内渣铁量、渣铁流速及炉内渣铁生成量决定,不同容积的高炉适宜的出铁时间建议如下:
高炉有效容积/m3
正常出铁时间/min
<600
30±5
800~1000
40±5
1500~2500
50±5
5500
125
在具有多个出铁口并采用了轮换出铁的大型高炉上,控制渣铁流速,使高炉熔渣和铁水24h长流,可保持炉缸内渣铁液面相对稳定,减小铁水环流对炉缸的侵蚀;这对保持炉料下降的均匀性及减轻工人劳动强度方面亦是十分必要的。
2铁水和炉渣的流速
保持适宜的渣铁流速,对按时出净渣铁、炉况稳定顺行和冲渣安全有重要影响。
渣铁流速与铁口直径、铁口深度、炮泥强度(耐磨蚀与熔蚀的能力)、出铁口内径粗糙度、炉缸铁水和熔渣层水平面的厚度、炉内的煤气压力等因素有关。
其中铁口直径影响很大,特别是与渣铁侵蚀掉的炮泥料量成正比。
出铁时渣铁流速可用BemouLLi方程式2-1和Darcy-Weisbach方程式2-2计算。
(2-1)
(2-2)
平均流速V用方程式2-3表示。
(2-3)
每单位时间放出的渣铁量Q方程式2-4来表示。
(2-4)
综合方程式2-3和方程式(2-4):
(2-5)
式中d—铁口的平均直径;
g—重力加速度常数;
h—铁口出口中心线的液位差;
l—铁口深度;
P—炉内压力;
ΔP—铁口内的压降;
V—平均速速;
λ—铁口壁的摩擦系数;
ρ—熔化物的平均密度。
将有代表性的操作值代入方程式2-5所得到的各种因素的影响列于表3中。
铁口直径的影响最大,其次是铁口深度。
如果铁口深度太浅,则铁口侵蚀成喇叭形。
出铁量多少不仅受铁口壁摩擦系数比较小的影响,而且也受磨蚀量大的影响。
表3操作因素对出铁量的影响
因素
因素的标准值
因素波动值
出铁量波动值/t·min-1
铁口直径/mm
渣和铁水液位差/mm
高炉的内压力/Mpa
铁口深度/mm
70
2000
0.3
3500
10
200
0.02
500
1.03
0.10
0.02
0.18
3出铁口维护
出铁口是炉缸的薄弱环节,其好坏直接影响高炉的一代寿命。
高炉出渣出铁是炉前的基本操作,因此对铁口的维护在一定程度上起着决定性的作用。
高炉大型化后,铁口的好坏由过去高炉生产的需要,已经变为促进高炉强化和长寿的关键。
因此,维护好出铁口是炉前工作的重中之重。
(1)保持正常的铁口深度
根据铁口的构造,正常的铁口深度稍大于铁口区炉衬的厚度。
不同炉容的高炉,要求的铁口正常深度范围见表4
表4高炉的正常铁口深度
炉容/m3
≤350
500~1000
>1000~2000
>2000~4000
>4000
铁口深度/m
0.7~1.5
1.5~2.0
2.0~2.5
2.5~3.2
3.0~3.5
维护正常足够的铁口深度,可促进高炉中心渣铁流动,抑制渣铁对炉底周围的环流侵蚀,起保护炉底的效果。
同时由于深度较深,铁口通道沿程阻力增加,铁口前泥包稳定,钻铁口时不易断裂。
在高炉出铁口角度一定的条件下,铁口深度增加时,铁口通道稳定,有利于出净渣铁,促进炉况稳定顺行。
保持正常的铁口深度,操作上注意:
每次渣铁出尽时,全风堵铁口。
每次有适宜的堵口泥量,1000~2000m3高炉通常每次泥炮打泥量在150~250Kg,炮泥单耗0.5~0.8Kg/t。
宝钢1号高炉铁口深度及打泥标准如表5。
统计表明,产量每增加30t,要增加打泥量1Kg,确保足够的铁口深度。
表5宝钢1号高炉铁口深度及打泥标准
铁口深度/m
<3.0
3.0~3.2
3.2~3.4
3.4
3.5
连续出铁
铁口断
休止
打泥量/Kg
480
440
400
360
320
160~240
480
550
(1)维护出铁口主要靠炮泥在炉内形成泥包,因此,要求耐火泥要有足够的耐火度,抗渣、铁冲刷与侵蚀的能力;要有好的导热性和透气性,能在两次出铁的间隔时间内完全干燥,还要有良好的塑性,以便形成泥包;炮泥制备时配比准确、混合均匀、粒度达到标准及采用塑料袋对炮泥进行包装。
(2)每次都要出净渣铁。
一般要求实际出铁量与理论计算量的差值不大于15%。
(3)加强铁口泥套的维护。
(2)保持正常的铁口角度
铁口角度是指出铁时铁口孔道的中心线与水平面间的夹角。
在实际生产中,使用水平导向粱国产电动开铁口机,铁口角度的确定是把钻头伸进铁口泥套尚未转动时钻杆与水平面的最初角度。
对风动旋转冲击式开口机而言,铁口角度由开口机导向梁的倾斜度来确定。
大高炉固定铁口角度操作十分重要,现代高炉死铁层较深,出铁口由一套组合砖砌筑,铁口通道固定不变,如铁口角度改变,必然破坏组合砖。
铁口角度应相对固定,否则炉缸铁水环流会加重对炉缸砖衬的侵蚀。
现代旋转冲击式开口机由于自身结构特点,出铁口角度基本不变。
如DDS开口机正常工作角度为10°,最大15°,最小5°。
如果高炉的死铁层较浅,则随着炉龄的增加,炉底砖衬被侵蚀,最低铁水面下移,在这种情况下可适当增加铁口角度以出净渣铁和维护好铁口,通常每次增加1°~2°。
根据鞍钢的经验,不同炉龄期适宜的铁口角度为:
开炉时
一年后
中期
后期
0°~2°
5°~7°
10°~12°
15°~17°
现代高炉的死铁层加深后,铁口角度就变化很小了,有时甚至一代高炉都维持在同一角度。
(3)保持正常的铁口直径
铁口孔道直径变化直接影响到渣铁流速,孔径过大易造成流量过大,引起渣铁溢出主沟(非贮铁式主沟)或下渣过铁等事故。
另外由于过早的结束出铁工序,造成下一次铁的时间间隔延长,也影响到炉况的稳定。
开口机钻头可参考表6选用。
表6不同顶压、铁种选用开口机钻头直径
炉顶压力/MPa
0.06
0.08
0.12~0.15
>0.15
铸造铁钻头直径
80~7
- 配套讲稿:
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