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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
炼钢自动化要求
自动化炼钢是炼钢发展的趋势。迁钢转炉配有副枪、烟气分析、转炉下渣检测和复吹系统等先进装备。如果炼钢耐磨板原料加入没有分类，则影响炼钢终点控制水平，进而严重制约自动化炼钢发展和品种钢的冶炼。
2.2自产耐磨板要求
厂内自产耐磨板，主要是炼钢厂的连铸废坯、钢包、中间包内的残钢、铸坯的切头切尾；轧钢厂的切头切尾、耐磨板板的切边；机械加工废品、车屑；以及废旧设备等。这些耐磨板质量好，成分清楚，质量波动较小，对冶炼工艺的稳定性影响也较小。但由于体积大，无法正常加入转炉，必须经过切割，剪切到合格的耐磨板，使耐磨板单块重量≤800kg，耐磨板 边长≤1000mm的入炉要求。
2.3耐磨板精细化管理
采用耐磨板管理模式，建立专门的耐磨板配送间，有利于耐磨板质量检验和准确配送；同时增加相应的计量设备，有利于入炉耐磨板的精准配加，提高转炉自动化炼钢水平和品种钢的冶炼。
2.4耐磨板使用要求
1) 满足质量要求，提高金属收得率；
2) 经济合理利用，满足品种要求，降低制造成本；
3) 合理搭配，计量准确，满足自动化炼钢要求；
4) 提高堆比重，提高转炉生产率，实现多吃耐磨板目标。
2.5炼钢厂现场耐磨板间的传统管理不利于低成本生产
炼钢厂常规设计需要内部存放耐磨板；但受场地小的限制，现场耐磨板不分级，统一堆放；同时存放分散，影响转炉生产率和优质品种的冶炼，耐磨板得不到经济合理使用，增加了生产成本。
3. 冶炼用耐磨板的标准要求
炼钢冶炼用耐磨板无论在耐磨板质量和耐磨板规格方面均有严格要求。
3.1转炉炼钢对耐磨板的质量要求
1）耐磨板应清洁干燥，耐磨板表面尽量不混入油污、泥沙、水泥、耐火材料、橡胶和炉渣等杂物，杂质含量见表1；
表1 杂 质 含 量
油脂类
涂料类
土沙
木材
水分
S
P
≤0.002%
≤0.005%
≤0.5%
≤1%
≤3%
≤0.08%
≤0.08%
2）渣钢中的夹渣量应小于10%；
3）对不同耐磨板应分类存放，以免贵重合金损失或造成熔炼废品；合金钢及有色金属（如pb、Zn、Sn、Cu等）、硅及特殊合金元素含量高的耐磨板应与一般耐磨板分开堆存管理；
4）耐磨板中不准有两端封闭管状物、封闭容器、易燃、易爆物、废旧武器及有毒物品；
5）耐磨板不准含有放射性物质。
3.2炼钢对耐磨板的规格要求
1）耐磨板应具有合适的外形尺寸和重量。轻薄耐磨板应打包或压块达到一定密度后使用；重型耐磨板需切割加工，达到能顺利装炉和损坏炉衬，以保证在冶炼期能全部熔化。
合理的耐磨板切割间
迁钢耐磨板切割采用封闭耐磨板切割间取代原有露天耐磨板切割。目前还没有好的方法将铸坯切头和切尾分割成合格的耐磨板块，只能用氧气烧来分割，污染严重，因此在耐磨板切割区采用移动除尘罩，能源消耗低、环境污染少。
耐磨板来源由厂内返回耐磨板和外购耐磨板两部分组成。厂内返回耐磨板主要是板材的边条、铸坯切头、切尾和铸余等，由于铸坯切头、切尾和铸余体积大，无法加入转炉，需进行切割生成单块重量≤500kg、 边长≤700mm的耐磨板，新建耐磨板切割间。但由于耐磨板切割时烧氧，烟尘多，污染严重，环境恶劣，受场地限制，除尘罩无法使用，只能采用封闭切割厂房和厂房除尘来满足环保要求。
7. 迁钢耐磨板加工系统应用效果
1)迁钢耐磨板加工系统工艺流程短捷顺畅，总图布置紧凑合理，产品低成本、高质量，经济效益好、能源消耗低、环境污染少，实现低耗和清洁生产。
2)实现耐磨板分类精细化管理，耐磨板按钢种合理堆放，满足炼钢对耐磨板配料的生产要求，特别是迁钢实现副枪自动化炼钢作业，耐磨板的分类存放和成品管理，成为原料稳定的有力保障。
3)耐磨板配送间可以根据炼钢对耐磨板的要求，及时配送，采用边加料边称重方式，满足耐磨板加入重量和配比。保证了炼钢生产的顺利进行，同时又减轻炼钢加料跨天车负荷，节省了厂房作业面积，也为清洁生产提供了有力支持。
4)迁钢耐磨板加工流程采用完善的自动化检测和控制系统，生产过程采用计算机集中控制，生产自动化水平高，成为大型现代钢铁企业的重要标志。
5)经济效益好，一年节约资金达亿元。
? 转炉采用统一配置的合格耐磨板，可冶炼高附加值品种钢；
? 自建耐磨板分选、打包等工艺，可使外购轻薄料变为重废使用；
? 自产耐磨板通过切割，变成合格优质耐磨板使用，节约成本。
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