首钢京唐钢铁厂5500m3特大型高炉出铁场系统机械化、自动化、清洁生产技术研究与应用

北京首钢国际工程技术有限公司（以下简称“首钢国际工程公司”）一直致力于先进理念的高炉出铁场的设计和研究，在承担了首钢京唐钢铁厂炼铁项目设计任务后，将机械化、自动化、清洁生产的理念应用于5500m3高炉出铁场的设计中，取得了良好的使用效果。

1首钢京唐钢铁厂5500m3高炉出铁场技术的研究背景

出铁场是整个高炉操作中劳动密集度最高的地方，所以出铁场的设计必须完全与高炉的生铁产量、炉缸的安全容铁量以及出铁的实际情况综合考虑，从而达到最低的人力配备、设备维修量和耐火材料消耗量，同时达到较高的环保要求，改善出铁场的工作环境。

出铁场系统的设计和操作的首要任务就是满足在高炉的生铁产量、炉缸安全容铁量一定的情况下，保持炉缸内的铁水和熔渣及时出净的原则，依此设计相应的主沟、渣铁沟和出铁场设备，满足高炉的正常出铁速度和出铁次数。

出铁场工作环境的改善可以通过合理的出铁场布置、经常性的清理和做好出铁场除尘（包括一次和二次除尘）来实现。

提高出铁场的机械化和自动化水平可以显着地降低劳动力成本，实现出铁场机械化的前提就是出铁场平坦化，从而使检修设备可以方便达到需要维护的出铁场设备及渣铁沟旁边。

如何把各种先进技术有机地结合在一起，以在特定条件下实现最佳工艺设计，一直是我们不断追求的目标，也是本系统的研究重点。

2首钢京唐钢铁厂5500m3高炉出铁场的主要技术特点

2.1采用“一包到底”铁水运输方式

首钢京唐钢铁厂炼钢采用300t转炉，铁水运输设备经多方案优化讨论后，确定采用额定载重300t的铁水包车运输。

首钢国际工程公司经过考察调研国内标准轨和国外宽轨铁水运输的包车情况，通过温降分析、投资分析、运营成本分析、效益分析以及铁水车、铁水包和轨道的优化研究和测试，提出在首钢京唐钢铁厂采用在标准轨距上运输载重300t异型大容量铁水包的“一包到底”铁水运输方案。

采用高炉铁水罐和炼钢铁水包共用的“一包到底”技术，将高炉铁水的承接、铁水运输、铁水预处理等几大功能集为一体。由于省去铁水倒罐作业工序，相当于简化了生产作业，缩短了工艺流程，加快了生产节奏，同时避免了该过程铁水损耗和铁水温度损失，避免了倒罐站倒运过程产生的烟尘污染，经济和环保效益好，有利于钢铁厂清洁生产。

2.2采用双矩形平坦化出铁场布置形式

根据总图布置，首钢京唐钢铁厂采用半岛式布置的大型高炉（四个铁口）矩形出铁场，尤其是同时又采用超大容量“一包到底”铁水运输新工艺的高炉出铁场。

为使操作维护工人和检修设备能够安全无障碍地进入需要维护的设备附近，提高炉前机械化水平，出铁场平坦化就是实现这些要求的前提条件。出铁场平坦化就要求渣沟、铁沟全部设在平台下，仅仅只是主沟的除尘罩与出铁场平台工作面平齐，包括铁水摆动流槽和其除尘罩也设在平台下。

2.3采用长寿主沟和渣铁沟

根据首钢和唐钢的多年生产经验，结合国内大型高炉的实际使用情况，首钢京唐钢铁厂高炉主沟设计为固定贮铁式风冷主沟，采用强制风冷主沟，改善主沟钢壳的冷却条件，降低了钢壳表面的温度，提高了主沟钢壳的使用寿命。其结构形式为壳体采用分段钢板焊接件，内衬为隔热砖、耐火砖和浇注料，主沟内衬浇注料的施工及拆除在炉前就地进行。采用浇注料内衬通铁量高，寿命长，维护工作量少，只有在主沟壳体及永久层内衬耐火砖严重损坏后，才全部拆除主沟内衬，将旧沟吊出更换新沟。渣沟和铁沟、残铁沟也均采用浇注料内衬，使用寿命长，维护量减少。

2.4出铁场设备

1）液压泥炮

为满足大型高压高炉使用高性能炮泥的要求，采用大推力的泥炮。

2）液压开口机

配合高性能炮泥的要求，必须采用可靠的高性能多功能开口机。

3）液压移盖机

为提高铁口除尘效果，保护铁口出铁时的操作安全，风口平台下设置吊挂式平移液压移盖机。

4）采用电动铁水摆动流槽

驱动方式：电动，设手动备用；正常工作倾角：±10°。

5）炉前集中液压站

出铁场设置一个炉前集中液压站，站内设置泥炮、开口机、移盖机液压泵站，集中液压站对应四个铁口，并考虑足够的备用能力，保证安全生产。

6）出铁场主跨吊车

出铁场主跨桥式起重机主要用于出铁场设备的维护更换，以及沟盖、生产用工具、材料、备品备件、炉前检修设备以及出铁场垃圾的搬运。操作方式：机上操作室操作和地面遥控操作。

7）出铁场副跨吊车

出铁场副跨桥式起重机主要用于出铁场生产用工具、材料、备品备件的吊运。操作方式：机上操作室操作和地面遥控操作。

2.5出铁场机械化

出铁场平坦化设计，为出铁场提高机械化操作水平创造了优越的外部条件，汽车、检修设备等可以通过高炉公路引桥直接到达出铁场平台，以及到达任何需要检修的设备旁边。

2.6出铁场自动化

为了减轻操作工人的劳动强度，提高劳动生产率，炉前设备尽可能采用先进的自动化炉前设备，减少人为操作失误，炉前自动化设计主要内容有：

1）主沟耐火材料内衬侵蚀监测

为及时了解主沟内衬的温度变化，掌握内衬的破损情况及规律，加强对主沟的维护管理，在主沟的三个断面部位增设了测温热电偶，以监测其内衬的温度变化。

2）铁水罐车轨道衡称重系统

最大称重：800t

系统精度：±0.3％F.S.

3）铁水罐车雷达液位检测装置

在每个铁水罐的正上方设置微波铁水液位检测装置，作为铁水称重的一个补充手段，在炉前设大屏显示液位的高度，也设置声光报警，防止误操作，并进入计算机。

4）摆动流槽自动连锁

为实现摆动流槽的自动控制，并与铁水称重和液位检测系统连锁的要求，摆动流槽驱动设备输出轴上增加一个编码器，进入主控室计算机，及时返回摆动流槽摆动角度信息。

5）铁水及熔渣连续测温系统

为提供准确的铁水温度，检测出铁过程中铁水温度变化，在铁沟上设置铁水连续红外测温装置，由于测温装置与铁水不接触，所以，该装置使用寿命长，虽然检测精度为±15℃，但通过热电偶校准后，基本可以满足生产要求。

6）出铁场设备遥控、自动操作

由于采用了集中液压站，炉前设备控制采用PLC控制，所以通过控制液压系统，可以实现对炉前设备的遥控和自动操作。而对于开口机、泥炮设备本体而言，通过增加编码器，返回设备的位置信号，就可以实现自动控制的要求。

7）铁口深度和开口深度自学习

由于炉前设备的控制采用PLC控制，所以通过液压系统的控制，可以计算出每台泥炮每次堵口的打泥量，同时又可以计算出对应的每个铁口的开口机的开口深度，这两个数据相互校核，就为开口机和泥炮的自动运行提供了数据，这些数据进入数据库，为下次运行提供准备条件。

8）风动送样

为快速分析铁样和渣样，在炉前设置风动送样装置，利用压缩空气，将铁样和渣样输送到检验中心，快速分析成分。

2.7出铁场清洁生产

首钢京唐钢铁厂从建设审批开始，首钢京唐公司对环保提出了很高的要求，烟尘排放浓度为20mg／m3，远远高于国家标准。首钢京唐钢铁厂特大型高炉，设4个出铁口，因铁口两侧设有泥炮、开口机和移盖机，使得出铁口只能设置单侧吸风，所以设计强化了顶吸罩系统。出铁场除尘划分为三个除尘系统。其中两个系统控制4个出铁口的撇渣器、铁沟、渣沟、铁水罐等处产生的一次烟尘，称为大系统。另一个系统控制开、堵铁口时产生的二次烟尘和炉顶下料产生的粉尘，称为小系统。大系统除尘风机采用调速运行，出铁时大、小系统同时高速运行，双管齐下，及时有力的将烟尘吸走；不出铁时，大系统低速运行，小系统仍高速运行，强化了出铁场的环境收尘效果。开、堵铁口时一部分烟气由侧吸罩抽走，其余烟尘依靠热气流的自然上升进入顶吸罩，这一捕集技术的实施，捕集率可达到95％以上。

通过强化出铁场区域的通风换气，改善岗位环境。不出铁时，侧吸罩停止工作，靠顶吸罩捕集出铁场的零散烟尘。岗位含尘浓度大大降低，顶吸罩处于常开状态，也起到了对出铁场通风换气的作用，改善了不出铁时和停炉检修时出铁场区域的工作环境。

3首钢京唐钢铁厂5500m3高炉出铁场技术的应用前景

首钢京唐钢铁厂高炉自2009年5月投产，出铁场设计经受了高炉正常生产的考验，出铁场设计的机械化、自动化和清洁化生产满足了生产操作人员的要求，达到了设计要求。

首钢京唐钢铁厂高炉作为国内目前已经投产的特大型高炉，其装备水平达到国内一流、国际先进水平，使国内自主建设高炉的容积达到5500m3级别。这证明我国在自行设计和制造及安装水平上都上了一个新台阶，该技术的应用为我国对外承接特大型高炉工程，对内提高产业集中度，降低单位综合能耗，减低基建投资奠定了基础。

4先进高炉出铁场技术的未来展望

首钢京唐钢铁厂特大型高炉出铁场技术中包含大量自主创新技术，它们有着良好的推广价值。出铁场的机械化、自动化和清洁生产也是今后出铁场设计中的重点发展方向，随着出铁场设备的进步，全自动出铁在不久的将来一定会实现，高炉出铁场也许就不再会成为劳动密集的地方，而会成为全部机械自动出铁操作的场所，将大大减轻操作工人的劳动强度，最大程度的达到环境保护的要求。

5首钢京唐钢铁厂5500m3高炉出铁场技术的研发团队

在首钢国际工程公司副总经理、教授级高工张福明的带领下，以教授级高工毛庆武、钱世崇，高工姚轼，主管设计师李勇、徐辉等专家为核心，设计师刘诗乐等为骨干设计力量的高炉出铁场技术研发团队已日渐成熟。

目前，由首钢国际工程公司自主设计的大型高炉自投产以来运行可靠，达到设计要求。公司技术团队将继续深入研究，不断探索，使出铁场大型化技术更加完善，为我国炼铁事业、节能环保事业的发展做出贡献。

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