并罐式無料鐘爐頂設備在高爐上的應用

王鶴峰

（山信軟件股份有限公司，山東 日照 276800）

隨著鋼鐵行業的迅速發展，在有料鐘爐頂的基礎上逐漸出現無料鐘爐頂，同時在串罐的基礎上衍生出并罐、三罐乃至四罐。相比于有料鐘爐頂，無料鐘爐頂可以將粉末狀爐料送入爐壁，降低爐壁受到的熱負荷沖擊。同時，與塊狀爐料相比，粉末狀爐料有利于降低冶煉生產成本，延長爐襯壽命。采用并罐式配置顯著提高上料效率，與三罐式、四罐式相比有著更低的建設維護費用，但二者的上料可操作性、更高的冶煉質量、更快的維護速度方面在高爐工藝中仍具有很強的競爭力。本文將以國內某3 000 m3高爐爐頂為背景，展開描述主要工藝及基本邏輯。

1 設備組成

1.1 上部溜槽

上部溜槽是一個長約4.5 m 的半圓柱體，采用液壓驅動，其作用是將由礦焦槽經主皮帶運輸來的焦或礦放到料罐中，其有4 個限位判斷位置：1#料罐極限位，1#料罐停止位，2#料罐極限位，2#料罐停止位。

1.2 上密封閥

安裝于每套料罐上部，液壓驅動，主要作用為安裝在料罐爐料進口處，在料罐向高爐內裝料前，提高罐內壓力的均壓操作時，密封罐內壓力，上密封閥由閥板、密封圈、閥座、驅動裝置、閥板壓緊液壓缸、閥板旋轉液壓缸及軸端密封組件等組成[1]。

1.3 料罐

在爐頂約60 m 處設置2 個80 m3料罐，負責裝入燒結礦、塊礦、球團礦、雜礦和焦炭等，每個料罐均配備獨立的稱重系統，包括3 個稱重傳感器和電子裝置，具備稱量皮重，超重報警、電氣故障報警等功能，同時對稱量值進行壓力補償，消除壓力波動對稱量值的影響。

1.4 均排壓系統

系統中有2 套排壓閥，2 套煤氣回收閥（接到煤氣回收系統中），2 套凈煤氣一次均壓閥，2 套粉塵回收閥，配備2 套旋風除塵器，負責煤氣粗除塵，均為液壓控制。2 套氮氣二次均壓閥，為氣動調節閥。

1.5 均壓煤氣回收系統

設置均壓煤氣全回收系統，排壓煤氣通過旋風除塵器粗除塵后經回收閥引至均壓煤氣專用布袋除塵器，同時在煤氣管道設置引射閥。煤氣回收初期通過壓差使得氣體自然流入布袋除塵中，后期打開引射閥將殘余煤氣強制帶入除塵系統。達到廢棄能源回收利用，實現節能減排的目的。

1.6 料流調節閥

液壓驅動中一套料流調節閥裝有2 個編碼器，起到互為備用、精確調節布料速度的作用。常用的有單閥板、雙閥板平行對開式、雙閥板菱形開口式[2]，主要構成單元有閥板、驅動機構、檢測機構和調節閥外殼等，通過控制閥板開口面積實現布料可控。

1.7 下密封閥

安裝于料流調節閥下部，液壓驅動，組成結構與上密封閥類似，主要用于對料罐煤氣密封，以保證爐頂設備帶壓操作及保壓。

1.8 探尺

爐頂共設2 臺12 m 機械探尺，同時各配備一套絕對值型編碼器和增量型編碼器，絕對值型編碼器將信號傳送到PLC 中，負責計算高度。增量型編碼器接入變頻器，負責計算轉速，還有2 臺雷達探尺，4 套探尺根據邏輯測得料線，進而確定布料角度。

1.9 布料溜槽

布料溜槽主要是由鵝頭體、溜槽本體和耐磨襯板構成。高爐布料溜槽在安裝過程中，其鵝頭插進與爐頂水冷齒輪箱傾動齒輪連接的驅動軸的凹槽內，再將左右兩邊的偏心銷軸插入鵝頭體的定位孔中，然后通過溜槽的傾動配合偏心銷軸的轉動鎖緊高爐布料溜槽[3]。其中作用分為傾動和旋轉，各由2 臺變頻器控制且互為備用。

1.10 重力除塵系統

在重力除塵器頂部設置1 臺DN500 和1 臺DN250 的氣動放散閥，用于放散除塵器內氣體，方便設備維護與人員檢修。在重力除塵器上部設置1 臺Ф3 150 mm 鐘式遮斷閥，電動卷揚機驅動，用于休風時與煤氣管網隔斷。設有氮氣反吹閥、卸灰球閥、閘閥及檢測灰面溫度、高度的熱電偶及料位計等，用以卸灰操作及上位實時顯示報警的功能。

1.11 液壓系統

由1臺循環泵，2臺主泵，1套加熱器，1套水冷器及蓄能器、過濾器等組成。主要為爐頂均排壓閥門、密封閥等提供動力源，同時帶有壓力、溫度、流量檢測設備，將液壓系統實時數據發送給PLC，便于崗位人員監控。

1.12 水冷系統

由2 臺主泵，2 套進水閥、1 套排水閥、液位檢測和溫度檢測元件等組成，一路對齒輪箱冷卻水循環系統進行補水; 另外一路水經過濾器過濾后供給板式換熱器，對齒輪箱進行冷卻，在進水溫度控制在40 ℃以下的前提下，保持齒輪箱循環系統水溫低于50 ℃[4]。

2 基本工藝流程

上料時序如圖1 所示。

圖1 上料時序

當皮帶有料時（料批計數大于等于1），帶有裝料牌且在“申布”狀態下的料罐的上密封閥先行打開到位，隨后上部溜槽開始擺到對應罐的位置，此時料罐狀態為“正裝”，與礦焦槽通訊，此時滿足上料條件信號發往礦焦槽，如果無此信號，那么當料頭抵達皮帶尾部（二檢）時會自動停止主皮帶。當皮帶料尾抵達二檢，延時（可設定）后上料結束，上部溜槽擺到中間位置或另一罐位置，這要根據皮帶是否有料和另一罐上密封閥是否開到位綜合判定。上料結束的料罐此時狀態為“申布”，粉塵回收閥先行開到位，一次、二次均壓閥開始動作，均壓結束后，關閉均壓閥后再關閉粉塵回收閥，料罐即將開始布料。

布料溜槽此時正在旋轉且傾動到設定角度，下密封閥打開到位，料罐狀態變為“正布”，此時滿足步進角條件后料流調節閥打開到設定角度，根據料單設定，溜槽傾動自行動作，滿足料罐判空條件后料流調節閥全開，后全關。探尺下放跟蹤料線，排壓系統開始動作，投用煤氣系統時先進行煤氣回收作業，壓力降到一定數值后關閉煤氣系統，打開排壓閥，滿足壓力要求后等待上料指令，自此單罐工藝完成。

3 控制邏輯

3.1 上部溜槽邏輯

調試及正常生產過程中，以1#料罐極限位，1#料罐停止位共同觸發來判定上部溜槽停在1#料罐上部，同樣的，以2#料罐極限位，2#料罐停止位共同觸發來判定上部溜槽停在2#料罐上部，1#料罐停止位，2#料罐停止位共同觸發在中間位置。當條件不滿足時，若主皮帶上的爐料經過二檢（尾輪處），則會立刻停機，很大程度保證上料安全性。

如圖2 所示，介紹了上部溜槽基本控制邏輯。當程序判定哪個料罐存在裝料牌時，上部溜槽就向哪個方向擺動，當判定排壓完成后開啟對應料罐上密封閥為裝料準備。當裝料完成后，在主皮帶無料的情況下會擺動至中間位停止，等待下一批料到來時再向有裝料牌的料罐方向擺動。當上一批次料全部裝完后，此時皮帶上仍有下一批次料，上部溜槽向另一料罐擺動到位，不會在中間位停止。

圖2 上部溜槽控制邏輯

3.2 均排壓邏輯

如圖3 所示，投用煤氣回收系統則在料罐布料結束，下密封閥關閉時打開二次引射閥，系統開始排壓時打開煤氣回收閥，當壓力降到一定數值后打開一次引射閥，煤氣回收完畢后關閉煤氣回收閥，再關閉2 套引射閥，隨后打開排壓閥。

圖3 均排壓邏輯

3.3 爐料料單

為滿足不同上料類型，在一定程度上保證爐況穩定，需單獨設定料單界面，料線已由探尺測得并根據主尺、副尺情況給出連鎖料線，進而控制不同的傾動角度，料流閥開度。焦礦分別給出8 種可設定區間，11 種傾動角度，在實際測定料線后，判斷所在區間，取大值所對應的角度布料，區間亦可進行修改。

增益功能：為了方便調整同一料線區間的傾動角度，在料單界面增加增益功能，輸入相應數值后，在每次上料結束后可自動增加或減少相應數值，同時增益設定值清零，方便崗位人員操作。

3.4 爐頂放散閥

爐頂設置有3 臺放散閥，一臺設在下降管頂部，一臺設在凈煤氣主管上，一臺設在五通球上。控制連鎖依據爐頂頂壓（二者選一）濾波后進行判定，3 臺放散閥設定不同的連鎖壓力依次打開，在滿足小于同一壓力后全部關閉，保護爐頂設備。

3.5 液壓與水冷系統

液壓系統與水冷系統主要控制邏輯類似，均安裝2 臺泵組且互為主備關系，當檢測壓力低時，延時觸發啟動備泵指令，同時給出報警。若此時檢測壓力恢復正常值，則繼續以備泵運行，若此時壓力依舊低，會有管道泄露的可能，停止所有泵組并提示操作人員。液壓系統安裝一套冷卻裝置及一套加熱裝置用于油溫過低或過高時的冷卻及升溫。在油箱上安裝液位計檢測油箱油位，當油位低或油溫異常時不允許泵組啟動。冷卻系統安裝4 套音叉液位計，用于檢測液位，2 套用于檢測及連鎖，2 套只用于檢測。安裝的2 臺補水閥，當檢測到液位低時，開啟一臺補水閥，另一臺補水閥則根據設定時間開啟。

3.6 料線判定

如圖4 給出14 種料線判定方法，雖然在實際作業時選擇常用幾種判定組合，但為力求完善，在2 套機械探尺、2 套雷達探尺的硬件基礎上給出全面的判定組合。以第一種為例：1#探尺為主尺時，在主尺未達到設定料面時，副尺將持續跟隨料面下行，直到主尺到達料面后共同提尺，測定料面為主尺下降深度。以第五種為例，1#、2#探尺均為主尺時，滿足均到達設定料線后才會提尺，判定料線為淺尺深度。能夠及時發現料面傾斜情況并做出調整。

圖4 料線判定邏輯

3.7 料空判定

分為重量判空、時間判空、圈數判空和γ射線判空4種方式。重量判空是指小于設定重量時判定料罐空，時間判空指當布料時間超出設定時間時判定料罐空，圈數判空指布料時溜槽旋轉總數達到設定值后判定料罐空，γ射線判空指由專用γ料位計檢測后發出的料罐空信號，此信號需設備調試時測試。在實際應用中，為保證上料穩定性，常將判空的2~3個信號一起使用，例如，在重量判定的基礎上加上γ射線的判定，在時間判定的基礎上加上重量判定等。有時因工藝需要，礦焦槽配給3~5 t 焦炭作為中心焦，此時可自動選擇為時間判空的方式，防止誤判。

3.8 倒罐判定

如圖5 所示，設定倒罐批數N，當2#罐每次開始布料時，倒罐計數加1，滿足設定的倒罐批數時，停用2#罐，繼續1#罐上料及布料，此時裝料牌與放料牌均在1#罐，上部溜槽會在上料結束后停在中間位，等待本批料布料完成后再次轉到1#罐。倒罐完成后啟用2#罐，料罐狀態與上部溜槽動作邏輯恢復正常，倒罐結束，計數狀態歸零。

圖5 倒罐邏輯

3.9 料罐狀態判定

給出當前料罐狀態：申裝、正裝、申布、正布，給出料罐裝放料允許信號：裝料牌、放料牌。料罐的回收排壓步驟均在“申裝”狀態下完成，上密封閥打開后進入“正裝”狀態開始裝料，裝料結束后的均壓過程均在“申布”狀態下完成，滿足連鎖壓力后打開下密封閥開始布料，料罐狀態進入“正布”，布料結束后進入“申裝”狀態，周而復始。同時，裝料牌的意義在于皮帶上的料將要進入哪一料罐中，上部溜槽向對應罐擺動，上密封閥打開，放料牌的意義在于哪一料罐將要或正在布料，由此給出明確的上位顯示，均可手動修正，便于操作人員查看及維護。

4 結束語

隨著新技術、新材料的不斷應用，并罐式無料鐘爐頂也有了許多新的技術革新，例如改良布料溜槽結構，使用壽命得以延長。改進稱重料罐支撐方式，使稱重系統更加準確。縮小料罐之間中心距，減小落料偏析等。打破了國外公司對技術的壟斷，使國產設備的應用達到了新的高度。