爐頂高壓

爐頂高壓是強化高爐生產的有效措施，是葉渚沛所長在50年代中期提出的"三高理論"（高壓爐頂、高風温、高鼓風濕度）中的一部分。經中央有關領導批准，在葉渚沛領導下，化工冶金研究所與石景山鋼鐵公司合作，於1958年初步建成中國科學院實驗高爐，爐容17.5米3。經過熱試車、突破技術和設備關，於1960年作過高壓爐頂初步探索性試驗，對有關設備進一步改進之後，於1965－1966年間進行了較系統的歷時1個半月三個階段的高壓效果試驗，而將風温和鼓風濕度穩定在適當的水平上。

通過安裝在高爐煤氣除塵系統的高壓調節閥組，改變煤氣通道截面積，使其比常壓時小，從而提高爐頂煤氣壓力。由於爐頂壓力提高，高爐內部各部分的壓力也相應提高，整個爐內的平均壓力也提高，使高爐內發生一系列有利於冶煉的變化，促成了高爐強化和順行。

第一批爐頂高壓操作的高爐裝備着雙鍾裝料設備。為了延長裝料設備的使用壽命,特別是大鐘的壽命,A.摩爾和J·P·格烈爾提出採用三鍾裝料設備。它在六十年代初期被美國的迪凱和日本的室蘭廠所採用。同時,蘇聯的查波羅什鋼廠也採用它。比較合理的方法是把氣封作用和布料作用分離開。為此目的,曾設計了具有僅起密封作用的鐘或閥的裝料設備,這些鍾或閥是不與爐料相接觸的。在這類裝料設備中,採用特殊的料鍾、或者是閥門以及滑閥來完成裝料和布料。密封作用和布料作用相分離的方式,可以在具有單室的裝料設備中實現,也可以在具有雙室的裝料設備中實現,在這些裝科設備中,下面的大鐘通常用於高爐裝料。而隨着高爐容積的增大,大鐘的製造、安裝和更換的困難就更大了。於是盧森堡的維爾茲公司(Wurth)設計了一種裝料設備,它採用旋轉溜槽代替大鐘往爐內布料。在這種裝料設備中,高爐爐內與大氣的隔離靠閥門組來實現 ^[1]  。

這種節流閥組用來保證高爐爐喉有固定的煤氣壓力。只用一個閥門來調節大量爐喉煤氣的壓力是不可能的,所以煤氣流需流經三個平行的節流閥。為了防止爐喉煤氣的灰塵和熱量對節流閥產生有害影響,所以節流閥組裝在洗滌塔或電除塵器之後。節流閥組通常採用液壓或氣壓控制。一般情況下,用人工把一個節流閥調節到給定的基本位置,而用其它兩個節流閥來自動調節煤氣壓力。第一個節流閥的基本位置應選擇成使其它兩個閥能在最有利的區域內進行調節。為了確保穩定的工作,合理的辦法是僅用一個節流閥進行調節,而把其它兩個閥置於基本位置。在另一些結構中,由三個閥組成的節流閥組,還配有三個直徑較小的支管。節流閥可以垂直或水平配置。在新的裝料設備中,煤氣壓力的調節和清洗不靠節流閥組,而靠調節文氏管中或具有環向間隙的裝置中的壓力來實現。

高壓操作提高了對裝料設備的要求。為了下降料鍾必須均衡其上下之壓力,因為料針自重和鐘上的料重不足以使鐘下降。當爐喉煤氣壓力為1.0表壓力,而料鍾間空間為大氣壓時,作用在直徑4.8米的下鐘上的託力達180噸。因此,在下降料鍾時,料鍾間空間的壓力應與爐喉壓力相接近。均壓也減少了流經料鍾及其料斗接觸面縫隙的髒煤氣對料鍾接觸面的磨損。

上鍾每下降一次,就需要降低一次料鍾間空間的壓力,然後又重新升壓。這個過程約延續一分鐘時間,此時下鍾承受着高壓煤氣的單向作用。一般在採用料車上料時,每裝一車料後,_卜、鍾就下降一次。當一晝夜上料140批料時,料鍾間空間處於低壓狀態的時間為560分鐘或總時間的40壞。在一些膠帶運輸機上料的系統中,在裝一批料中,上鍾僅下降兩次,這就使料鍾間空間處於低壓狀態的時間減少一半,從而將提高下鐘的使用壽命。

為了減少下鍾受高壓煤氣單向作用的時間,設計了具有雙室的裝料設備。通常,它有三個料鍾。中鐘關閉時的下室內經常保持着高壓,此時_巨室的工作制度與一般的雙鍾裝料設備的料鍾間空間的工作情況相同。這使下鍾免受了含塵熱煤乙乙對它的磨損,此時磨損作用轉移到中鐘上,但中鍾直徑較小,它的密封和更換較簡單。高度大是具有雙室的裝料設備的缺點,和具有單室的裝料設備相比,它對爐料的粉碎作用大。

鍾和旋轉漏斗的密封是一個複雜的問題。同樣,料鍾拉桿和探尺的密封也是困難的。為了改善密封,設計了不與爐料相接觸的密封件。當把裝料和密封作用相分離時,就可達到這個目的。可把鍾和閥當作密封件,而閥的尺寸一般比較小,因此閥能保證更好的密封性,且閥的啓閉要比鐘快。由於閥的尺寸小,所以閥打開時通道面積不大。因此在裝料時,閥處於開啓狀態的時間較長,這就使閥的快速開閉具有特別重要的意義。鍾和閥可採用液壓、氣壓或電力驅動。

均壓系統由充壓管道和放散管道組成,充壓管道用來提高裝料設備的室中壓力,而放散管道則用於降低壓力。在每一根煤氣管道上,至少設置一個帶自動控制的閥門。在另一些結構中則考慮了反向閥或設置第二個閥。為了提高室中壓力,用壓力比爐內高0.1一0.2公斤/釐米:的半淨煤氣向室內充壓。在具有雙室的裝料設備中,下室中經常保持高壓狀態,所以可採用髒煤氣來向下室充壓。充壓管道或者與高爐爐頂相連通,或者與煤氣上升管相連通。為了使下室內的壓力高於爐內壓力,也可採用壓縮的淨煤氣,也可用從製氧站所獲得的氮氣向室內充壓。此時,一般先用高爐煤氣提高室內壓力,然後再充進氮氣以獲得更高的壓力。上室的均壓方式與具有單室的裝料設備的情況相同均壓閥工作頻繁,在繁重的工作條件下,應保證其良好的密封性能。均壓閥可採用液吸、氣壓或電力驅動。

採用高壓操作時,通常設置四大個氣閥:三個配置在煤氣管道上,而另一個配置在充管道上。當煤氣壓力超過規定值時,這些大氣閥就自動地打開。它們具有液壓或氣壓驅壓動裝置。此外,按規定還考慮了以人工通過捲揚操縱大氣閥的裝置。