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1. 技术研发历程
高炉喷吹耐磨板粉可以降低焦炭消耗，减少炼焦污染，调节炉况，促进高炉稳定顺行，强化高炉冶炼。首钢作为我国高炉喷耐磨板技术的开创者和先行者，早在1963年，就进行了系统的研究与试验，并于1964年在国内率先将其在高炉上进行工业化试验。1966年，首钢在全公司的高炉上进行推广应用，当时的年平均喷耐磨板量达159kg/tHM， 月平均喷耐磨板量达到279kg/tHM，创造了当时的世界纪录。1994年，在首钢1726-2536m3四座高炉上应用，采用集中制粉，间接喷吹，串联罐多管路喷耐磨板。2000年，首钢进行重大技术改进，采用中速磨耐磨板机制粉，布袋一级收粉，双系列串联罐直接喷吹，在首钢两座（1780m3、2536m3）高炉上应用，达到国际先进水平。
2004年，首钢国际工程公司设计的湘钢1800m3高炉，采用中速磨制粉，并列罐间接喷吹。2007年，首钢国际工程公司设计的迁钢2号2650m3高炉，采用并列罐直接喷吹，并实现全自动喷耐磨板操作。2009年，首钢国际工程公司设计的京唐1号5500m3高炉，采用并列罐直接喷吹，全自动喷耐磨板操作，并实现浓相输送。2010年，首钢国际工程公司设计的迁钢3号4000m3高炉，采用并列罐直接喷吹，全自动喷耐磨板。2010年，首钢国际工程公司设计的京唐2号5500m3高炉，采用并列罐直接喷吹，浓相输送，全自动喷耐磨板。
经过几十年的发展，首钢国际工程公司不断完善和优化设计，掌握了从原耐磨板料场到耐磨板粉制备和喷吹的全套高炉喷耐磨板工艺设计。近年来，首钢国际工程公司还参与编制了 标准GB 50607－2010《高炉喷吹耐磨板粉工程设计规范》。
2. 高炉喷吹耐磨板粉技术的主要技术特点
2.1 长距离直接喷吹，紧凑型布局
由首钢国际工程公司设计的首钢2号、3号高炉喷耐磨板工程，完全采用国产化技术和设备，采用紧凑型短流程工艺，实现了耐磨板粉长距离直接喷吹。2号高炉喷耐磨板总管长度达到452m，已被列入第九批《中国企业新记录》。该项工程经有关专家鉴定，达到国际先进水平。
2.2 浓相输送
耐磨板粉喷吹一般按输送浓度可分为稀相输送和浓相输送。稀相输送工艺相对简单，运行比较稳定；而随着耐磨板粉输送浓度的提高，虽然增加了运行不稳定的可能性，但其可以节约大量输送气体的消耗，并且减少了管道磨损，因此其降低了维护和运行费用。为输送过程中的不稳定因素，可通过改善喷耐磨板罐底部的流化状态，以及改善输送管道的补气系统和输送管路的布置，来达稳定运行的目的。另外首钢国际工程公司通过吸收国内外先进技术，开发完善了浓相喷耐磨板技术的设计，并将其成功应用于实施项目中。从实际运行效果看，其输送连续，系统运行平稳，固气比可达到大于40kg/kg。
2.3 均匀喷吹
耐磨板粉分配方式现在主要以单管加分配器方式为主，分配器后各支管的耐磨板粉均匀分配有利于高炉运行稳定顺行。目前首钢国际工程公司的设计通常采用支管等阻损布置，通过计算机三维辅助设计软件，喷耐磨板量常规偏差小于4%。
2.4 喷耐磨板的全自动化操作和实时监控
随着设备的大型化和操作的精度等要求的提高，高炉喷耐磨板操作对于自动化控制要求也越来越高。
1) 全自动化操作提高了生产效率
全自动喷吹可使储耐磨板场，制粉系统，喷吹系统等过程实现PLC自动控制，不但减少人为主观不确定性和不完全准确性的影响，缓和手工计算与操作和喷耐磨板对炉况影响的滞后性之间的矛盾，还可以大大减少误操作造成的损失，更能进一步减少在岗人员的数量，使得喷耐磨板系统在时间和空间上都大幅度提高了生产效率。
2) 喷耐磨板控制精度得到提高
全自动喷吹以中速磨为核心，进行连锁控制，同时实现了对下耐磨板量、耐磨板温、喷耐磨板量、充压稳压自动调节及自动倒罐。在自动控制及计量和调节精度方面，按照高炉要求自动调节，喷耐磨板量计量精度可以控制在1%误差范围内，各风口喷吹耐磨板粉的均匀性控制在4%的误差范围内。与以往手工计算调节控制相比，更加合理。
3) 实时监测
在线检测系统内的气体成分和温度检测，一旦超过范围，自动报警，并进行相应的联锁吹扫或停机等操作。
2.5 三维软件辅助设计
在普通的二维平面设计条件下，由于喷耐磨板系统的管线繁多且错综复杂，管线与管线间或管线与电缆槽间现场发现相互干涉的问题再所难免，这样在现场安装施工时，不但需要返工增加费用，而且延误了施工工期。为将喷耐磨板系统的设计做到更、更精细，首钢国际工程公司引入了三维工厂设计软件。该三维工厂设计软件集智能化建模、碰撞检查、出图及报表、全厂漫游等功能于一体，有效提高了设计及施工效率和准确性。
技术研发背景
目前，无论是耐磨板材轧线还是板带轧线所配置的加热炉都以步进式居多，步进式加热炉以其承载能力大、钢坯温度控制灵活、运行平稳可靠等优点在轧钢生产中发挥着重要作用。
步进式加热炉的步进机构主要由固定梁、步进梁、升降缸、平移缸及驱动液压系统组成。其中步进梁的上升和下降由升降油缸沿升降导板斜面驱动，前进和后退由平移油缸驱动。步进式加热炉通过步进梁的上升（从固定梁托起钢坯）、前进（钢坯前移）、下降（钢坯落在固定梁上）和后退（空载返回）的循环动作完成钢坯的加热和输送。步进梁的荷载非常大，在步进的动作循环中的 出力是升降缸将步进梁和钢坯托起的行程。由于荷载大，多采用2个或4个高压大流量的升降油缸完成，下降时由于重力，步进梁可自动落回，升降缸无须出力。步进梁下降时重力做功的能量都变成了热量，未得到充分利用。针对以上情况，首钢国际工程公司技术团队研发了液压配重系统，该技术已获 发明 , 号ZL。其特点是在步进梁升降机构中配置了一组“耐磨板”，“耐磨板”由2个配重油缸和蓄能器组成。耐磨板可将步进梁在下降时的能量以压力能的形式蓄存起来，当步进梁上升时作为辅助动力补充到系统中助推步进梁的抬升。
2. 液压配重系统的组成、工作原理和技术特点
2.1液压配重系统的组成
步进梁动作时，通过步进梁的上升--前进--下降--后退的循环动作完成钢坯的输送和加热。步进梁的结构形式主要有连杆托轮式和斜轨式两种，前者已逐步淘汰，先进、大型的步进炉均采用斜轨式。带有液压配重系统的步进机构如图1所示，液压配重系统主要由配重缸、蓄能器和补油装置等组成。配重缸的结构、行程、安装形式与步进梁的升降缸相同；蓄能器由活塞式蓄能器和氮气瓶组成；补油装置由补油泵、油箱及压力继电器等组成。
2.2液压配重系统的工作原理
关闭相关阀门，补油泵装置电机启动带动补油泵给蓄能器组充液，达到一定压力后，压力继电器发讯，电机停止转动，打开关闭阀门，蓄能器和配重缸相通处于一定压力下的工作状态。当步进梁上升时，蓄能器中的油液进入配重缸的无杆腔，助推步进梁上升；当步进梁下降时，配重缸无杆腔中的油液被压回蓄能器中，这样反复工作。运行一段时间后，如果蓄能器中油液压力降低，也就是油液有泄漏，压力继电器会发讯启动补油泵给蓄能器充液，直到达到压力设定值，压力继电器发讯，停泵。带有液压配重系统的步进机构示意图
1-固定梁；2-步进梁；3-平移缸；4-升降缸；5-主泵装置；6-平移阀组；7-升降阀组；8-配重缸；9-蓄能器；10-补油装置；11-管路附件
高炉煤气干法袋式除尘主要技术特点
高炉煤气干法袋式除尘技术在大型乃至特大型高炉使用，并不仅仅单纯的将小高炉的技术应用推广，而是需要进行多项技术的研发、升级，以适应大型高炉煤气流量大、压力高、温度变化范围大的工况条件，满足高炉系统稳定、运行的要求。典型高炉煤气干法除尘工艺流程如图1所示：
典型高炉煤气干法除尘工艺流程图
1-高炉，2-旋风除尘器，3-罐车，4-煤气换热器，5-布袋除尘器，6-灰仓，7-减压阀组，8-TRT，9-喷碱脱氯装置，10-管网放散塔
现代大型高炉煤气干法袋式除尘技术特点主要包括以下几个方面。
3.1 高炉煤气温度控制技术
高炉煤气干法布袋除尘使用的是高温滤料，但是它仍然有一定的温度要求，比如当前使用的几种滤布要求温度在100-220℃范围， 不超过260-280℃，太高要损坏滤布，太低则要结露，都影响除尘器工作，所以布袋除尘器对净化介质温度有一定要求。
高炉炉顶煤气温度大部分在250℃以下，但是由于冶炼情况复杂，温度过高过低是常有的事，比如炉况不顺，有时会升高到500-600℃以上，这样炉顶设备必须加以保护，并且干法除尘也无法使用，为此高炉煤气除尘系统采用以下降温措施：
1）炉顶喷水：炉顶喷水是必要的手段，防止出现高温损坏炉顶设备，降温幅度可达数百度。
2）煤气换热器：针对特大型高炉的工艺技术特点，在高炉煤气袋式除尘系统前置热管式煤气换热器作为高炉煤气降温装置，该装置可以根据高炉煤气温度的变化情况进行自动切换，以保证干法除尘滤袋在合适的温度下运行，采用热管式换热器进行换热不仅节约电能，而且不产生二次污染，设备简单，操作维护方便。
热管换热器利用热管原理将高温热量传递到水中从而降低煤气温度，是一种冷却设备。为减少磨损，热管表面钎焊了镍铬合金材料。这种设备传热效率高，体积小。在首钢京唐高炉投产初期，炉顶温度偏高，高炉煤气温度多次出现干法除尘入口超过260℃甚至300℃的情况，降温装置长期投入使用，温降可达70℃以上，运行效果好，满足了生产要求。
煤气系统综合防腐技术
近几年，煤气干法除尘系统开始在国内大高炉上推广普及，但是由于小高炉干法系统腐蚀的矛盾不突出，又沿袭了大高炉传统湿法除尘的习惯，对煤气中HCl等酸性气体的存在缺少认识，因此，大型高炉煤气除尘在由湿法向干法转型期间，很多都没有充分考虑到由酸性气体带来的严重腐蚀现象。另外，高炉原料越来越多地使用进口矿，进口矿尤其是澳矿中氯元素含量普遍高于地方矿，导致高炉煤气中的HCl含量更高，这也是大高炉干法系统腐蚀严重的重要背景条件。目前，济钢、莱钢、太钢、迁钢、首秦等企业的高炉干法煤气系统都普遍存在腐蚀问题。
受原料条件限制，控制入炉料中氯元素和高炉内部氯元素不进入煤气也有很大难度。首钢国际工程公司根据高炉生产操作实际情况，在迁钢2号高炉中进行喷水喷碱液工厂试验，并进行多种防腐蚀涂料的实验室实验，进一步深入分析腐蚀的原因，找出了相应的解决方法与措施。喷碱工厂试验装置实施后，对煤气冷凝水及系统腐蚀情况进行跟踪和进一步分析后，优化了工艺参数与结构，并进一步在京唐工程中实施应用。目前高炉煤气冷凝水PH值均大于6.5，运行效果良好。
4.干法除尘技术经济效益及应用前景
干法袋式除尘技术与湿法除尘技术相比，具有煤气净化质量高、节水、节电、运行费用低、无污水排放、提高TRT发电等优点，经济效益和社会效益显著（经济效益计算以2500m3高炉为例）。
1）煤气洁净度高：采用全干法布袋除尘技术处理后的净煤气洁净度高，正常情况下净煤气含尘量≤ 5mg/m3，煤气含尘量低可减少加热炉用户等堵塞，提高加热设备的热效率和使用寿命。
2）煤气热值高：干法后煤气温度高，含水量低，显著提高了煤气热值，可提供热风炉理论燃烧温度约40℃。热风温度提高，降低了燃料比、提高回收利用水平，降低了工序能耗，每年减少CO2排放约2万t。
3）生产能耗下降：采用全干法除尘工艺，与湿法除尘相比，吨铁新水消耗降低约0.40 m3，吨铁电量消耗降低约4-6 kWh。年节约新水约80万t，节电1000×104 kWh，大大减少了运行成本。
4）TRT发电量显著提高：干法除尘后净煤气温度（约150℃），比湿法除尘煤气温度（约50℃）提高100℃以上，且煤气含水量低，阻力损失小，可相应提高TRT发电量35%-40%以上。年可增加发电量约2000×104 kWh。
5）社会和环境效益良好：采用全干法布袋除尘工艺，经济效益显著，社会效益良好。湿法除尘产生大量污水，水中含有有毒物质，经处理后排放的水中仍含有氰、硫、酚和重金属等有害物质，造成土壤和水污染，形成毒害作用。采用全干法袋式除尘技术，完全避免了湿法除尘过程中大量有毒污水、污泥的产生，从根本上解决了二次水污染及污泥的处理问题。
干法除尘显著提高了TRT发电量，提高了高炉煤气热值，对提高热风温度具有重要意义，为企业创造了巨大的经济效益、社会效益和环境效益。该项目是创建环境友好型、资源节约型循环社会经济的成功范例，完全符合低碳、循环经济的发展要求。目前高炉煤气干法袋式除尘技术已应用在京唐、宣钢、济钢等多座高炉上，推广前景良好。
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