高炉风口平台出铁场系统设计            (tuyere platform and casthouse system design of blast furnace)

高炉风口平台区和出铁、出渣作业场所的设施设计。风口装置以下，沿高炉炉缸周围的工作场所为风口平台。紧连风口平台，供出铁、出渣使用的构筑物为出铁场。设计内容主要包括确定渣铁口、出铁场数目和工作制度，结构型式和布置，主要设备选择，渣铁罐罐位和数量计算、出铁场除尘。

渣铁口、出铁场数目和工作制度           由高炉铁口放出的液态产物在出铁场主沟分离成铁水和渣，该渣称下渣，从渣口放出的渣称上渣。铁口数目随高炉昼夜出铁量和出铁次数的增加而增加。高炉昼夜出铁次数n，中国按炉缸安全容铁量计算：n = a_tP / T，式中a_t 为出铁不均匀系数，一般取1．2；P为高炉昼夜出铁量，t；T为炉缸安全容铁量，指铁口中心线到渣口中心线间炉缸容积的55％～60％的铁量，t。日本按下式计算：n=P_m／P，式中P_m 为高炉昼夜最大出铁量，t；P为平均一次出铁量，t。在高炉两次出铁的间隔时间内，须包括开铁口时间、出铁时间、清理及修补渣铁沟和撇渣器的时间。每个铁口的昼夜铁水通过量约2000～2500t。高炉设渣口是为了多放上渣，少放下渣，以利铁口维护。多铁口高炉一般不设渣口，单铁口高炉设1～2个渣口。当有两个渣口时，一般设计成高低差100～200mm的高低渣口。渣铁口、出铁场数目和出铁场形式的配置情况归纳如表。

                                                      渣铁口、出铁场数目和出铁场形式

  铁水昼夜
  产量／t

铁口数目
 

渣口数目
 

出铁场数目
 

出铁场形式
 

<2500～3000
 
 3000～6000
 
 
 6000～10000
 

  1～2
 
  2～3
 
 
  3～4
 

  1～2
 
    0
 
 
    O
 

    1
  l～2
 
    1
  2～4
 
    1

  矩形
  矩形
 
  环形
  矩形
 
  环形

工作制度。有渣口的高炉，出铁前先放上渣。有两个以上铁口的高炉，铁口轮流出铁。有四个铁口的，基本上连续出铁，如中国宝山钢铁总厂1号高炉，两个铁口轮流出铁，短时间内两个铁口同时出铁(搭接一段时间)，一般采用对角交错出铁，以保证铁口有必要的维修和备用，尽量避免一个出铁场的两个出铁口同时出铁。

结构型式和布置          风口平台用钢筋混凝土或钢板做成架空式平台，为便于观察炉况和更换进风装置，平台面到风口中心线距离一般为1．15～1．25m。尽可能设计成环绕高炉的整体结构，如果泥炮高度超过风口平台面，在铁口上方形成的平台缺口会给操作带来不便。

出铁场通常设计为矩形出铁场，用钢筋混凝土做成架空平台。根据铁口数目的多少，可分成单出铁场、双出铁场、三出铁场和四出铁场。一个出铁场内可设1～2个铁口。图1为单铁口单出铁场；图2为双铁口双出铁场；图3为四铁口双出铁场。出铁场宽度约15～30m。长度取决于渣铁罐位数，采用多流嘴、固定罐位出铁出渣方式的出铁场，渣铁运输线与出铁场中心线平行，一般分别设在出铁场两侧；大型高炉采用混铁炉式铁水罐车装运铁水，多采用摆动流嘴，渣铁运输线大多与出铁场中心线垂直。矩形出铁场的炉前作业区和检修区分别设置，宽敞、安全，但起重机作业范围比较小。多铁口也有采用环形出铁场的，中国武汉钢铁公司3200m³ 高炉的环形出铁场见图4，出铁场柱列中心线直径约80m，设两台专用的环形起重机在两条同心轨道上运行，高炉两侧各设两条铁水罐车停放、走行线，一侧还有一条通过线。环形出铁场的突出优点是炉前起重机作业范围宽，但起重机能力比较小，一般不超过20t。

渣铁口的布置要兼顾炉缸工作均匀、渣铁罐调配灵活、渣铁沟短以及出铁出渣操作安全。一个出铁场设一个铁口时，铁口与出铁场中心线夹角一般为0^。～15^。 ；一个出铁场设两个铁口时，两铁口间夹角宜大于60^。 。

渣铁沟的布置是根据渣铁口的位置、渣铁罐停放线或其它渣处理设施的位置确定。采用渣罐车和铁水罐车运输渣铁时，不允许渣罐、铁罐布置在同一条停放线上，还应尽量避免渣罐、铁罐布置在出铁场同一侧的铁路线上。在满足渣铁分离和炉前操作需要的条件下，渣铁沟布置应简短、紧凑，以减少渣铁沟的维修量和炉前的铁损。

渣铁沟应有合适的坡度。从铁口到撇渣器的一段铁沟称主沟，用于使渣铁分离，一般主沟坡度为5％～10％，大型高炉采用贮铁式主沟时坡度为0．5％～3％。撇渣器后的铁沟坡度取5％～10％，但需保证最低的铁沟流嘴高度符合铁路净空要求。有渣口的高炉，因上渣沟较高，渣口前一段渣沟坡度可取15％～25％，其余应大于6％。下渣沟应设沉铁坑，大型高炉可设残铁罐，回收渣中带的铁，对于冲制水渣的设施更为重要，避免发生爆炸事故。从渣铁沟最低流嘴的标高和各段的坡度，可推算出铁口的标高，反复调整后确定。

泥炮和开铁口机可以设在主沟的同一侧或两侧，泥炮操作室一般布置在便于监视铁口和泥炮工作状况的地方。大型高炉趋向于集中管理炉前机械，设集中控制室。由于炼钢厂对铁水含硅量的要求，有的大型高炉在出铁场设脱硅装置，使铁水从铁口到进入铁水罐车前进行脱硅。摆动流嘴、活动主沟或活动撇渣器应设专用检修场地。

出铁场平台一般都随渣铁沟的坡度而变化。在炉前搬运辅助材料、清理和修补渣铁沟、维修设备等，用炉前桥式起重机从出铁场端头的无平台跨间，或从平台上的吊装孔进行运输。有些大型高炉把渣铁沟设在平台面下，使出铁场平台平坦，专设直达出铁场的汽车通道，出铁场平台上还可以通行小型运输车辆，以缓解起重机的作业频繁程度。

主要设备选择        要设备包括换风口机、渣铁沟和流嘴、炉前起重机、泥炮、开铁口机、堵渣口机、铁水罐车和渣罐车等。有的大型高炉还设置了主沟移盖机和填炮泥机等减轻劳动强度的设备。

(1)换风口机。用以更换风口设备的机械。有车式和悬挂式两种，车式换风口机在风口平台上行驶，可设轨道导向；悬挂式换风口机则沿固定在围管下方的环形轨道运行。中国宝山钢铁总厂4063m³ 用一台卸风口机，一台装风口机。有的用一台设备完成全部操作。世界各国设计了多种形式的换风口机，各有优缺点。

(2)渣铁沟。主铁沟多用钢板外壳，紧靠外壳依次砌隔热砖和耐火砖，渣铁接触部位采用不定形耐火材料。主沟一般为固定式，就地维修}也有的设计成活动主沟，带风冷或水冷夹套，维修沟衬时可以和壳体整体吊运到专门的修理场所。主沟长度与高炉容积、铁水流速有关，要保证渣铁分离良好。一般长度为10～16m。贮铁式主沟是在主沟内积留一定数量的铁水，以保护沟衬，其断面积以铁水流速来确定，日本新日铁取1．7m／min。中国的支沟一般用钢壳内砌耐火材料，渣沟一般用铸铁制成，有的用耐火材料砌筑，只在沟的转弯处设钢壳。渣铁沟内衬常用炭素材料，或高铝和碳化硅质材料，用于主沟时，其铁水通过量为1～5万t，宝山钢铁总厂的贮铁式主沟达30万t。不定型耐火材料的成型方法有捣打法和浇注法，后者作业条件较好，劳动强度较低，施工周期较短。

(3)渣铁沟流嘴。渣铁沟末端设流嘴，将渣铁导流入各种处理设施，可设计成固定式或活动式。中小型高炉一般用固定式流嘴；大型高炉渣铁流量大，为缩短渣铁沟长度，常用活动流嘴。活动流嘴有移开式、回转式和摆动式三种。广泛采用的为摆动式，渣铁垂直进入流嘴，通过摆角的变动而变换渣铁流向，轮流进入两条铁路线上的停放罐中。摆角8^。～10^。 ，用电动机或气缸驱动。活动流嘴本体用钢壳，内衬耐火材料；固定流嘴有用钢壳内衬耐火材料，也有用铸铁制成的。

(4)炉前起重机。通常为普通桥式起重机，用于清理渣铁沟、搬运炉前辅助材料和检修出铁场设备等。起重机的跨度和起重量根据出铁场跨度和最大件设备或材料的质量确定。采用活动主沟时，起重机的起重能力应满足主沟整体吊运的要求。中国宝山钢铁总厂1号高炉起重机能力为110／25／5t。中国武汉钢铁公司3200m³ 高炉环形出铁场，起重机能力为20／5+5t。

(5)泥炮。出铁作业结束时，用以将炮泥堵入铁口孔内。其泥缸的有效容积应大于出铁口孔通道容积，打泥活塞的推力则取决于高炉鼓风压力、炮泥性能、炉缸内液态渣铁的压力以及泥炮本身的结构等。一般泥缸有效容积为0．1～0．3m³ ，推力为294～5884kN。中国宝山钢铁总厂4063m³ 高炉用液压泥炮，其泥缸容积为0．3m³ ，推力为5884kN。泥炮驱动装置有汽动、电动和液压三种形式。汽动泥炮已淘汰。液压泥炮推力大，结构紧凑，高度矮，大型高炉采用液压矮身泥炮能使风口平台保持整体结构，风口区的操作和维护方便。

(6)开铁口机。用于每次出铁前打开铁口孔。开铁口机的钻头直径和工作行程，根据高炉容积、铁口区内衬厚度、铁口正常深度和铁口直径确定。开铁口机有钻孔式、冲击式和冲钻式三种。使用一般炮泥的高炉，用悬挂式电动钻孔式，或带立式转柱的电动或液压钻孔式开铁口机，后者能远距离操作、安全、钻孔均匀、倾角一致。大型高炉使用优质炮泥的，选用冲击式或冲钻式开铁口机，可进行钻孔、打孔、埋入和拔出钢棒等作业，保证铁口深度稳定，西欧和日本等普遍采用。中国宝山钢铁总厂1号高炉用冲钻式开铁口机，钻头直径为38～50mm，行程约5．5m，开孔长度为4m。

(7)堵渣口机。上渣出完后用以堵塞渣口。有电动四连杆式和液压折叠式两种。前者简单、可靠，但外形庞大，影响风口平台区操作空间，而后者为机械化更换风口装置创造了条件。

(8)铁水罐车。用以盛装铁水，经牵引设备送往炼钢厂或铸铁机室。罐体为钢板焊接壳体，内砌耐火砌体，放在不带驱动装置的走行机构上。铁水罐车按罐体几何形状可以分为锥形、梨形和混铁炉式三种。锥形罐罐口敞露，热损失大，但易于观察罐内损坏情况和清理残渣铁。梨形罐保温性能优于锥形罐，但罐口较小，清理较难。中国铁水罐车容量有35、65、100和140t四种，根据高炉一次出铁量选配。混铁炉式铁水罐车，是沿轨道方向加长的鱼雷形或圆筒形的铁水罐车，带倾翻机构，容量有150、200、250、320、400和600t 等几种，适用于大型高炉，其容量大、寿命长、保温性能好，可取代炼钢厂的混铁炉。

(9)渣罐车。用以盛装熔渣，经牵引设备送往处理场所或弃渣场。罐体为铸钢件，不砌内衬，一般带罐体自动倾翻装置，放在不带驱动装置的走行机构上。常用渣罐容量有8、11和17m³ 几种，中国已试制成22m³ 渣罐。大多数高炉都在炉前冲制水渣，渣罐可作备用。炉前设干渣坑时，则不用渣罐。冶炼特殊矿石的高炉，炉渣不宜利用的，多采用渣罐外运。

渣铁罐罐位和数量计算         包括铁水罐和渣罐。

(1)铁水罐。采用固定式流嘴时，一座高炉的铁水罐罐位与昼夜出铁量(不均匀系数一般按1．2计)、出铁次数和铁水罐有效容积有关。每次出铁的铁水罐车数量与罐位数相等。一个炼铁厂有数座高炉时，应配备的铁水罐总数，除了与高炉座数有关外，还要考虑铁水罐平均周转期、检修的铁水罐数和备用的铁水罐数(一般备用数为一座高炉的罐位数)。采用活动流嘴时，每个出铁口设一个活动流嘴，两侧各设一个罐位。一次出铁配置的混铁炉式铁水罐车以2～3台为宜。配备总台数，需按转炉正常生产和停炉检修两种情况考虑，选择其中数量较多的。

(2)渣罐。一座高炉的渣罐罐位，计算方法与铁水罐相类同，只是上下渣按一定的比例分配，一般上渣占60％～70％，一个炼铁厂的渣罐车总台数，也按运行周转数、检修数和备用数计算，上下渣罐要分开计算。

出铁场除尘          高炉出铁出渣过程中产生大量烟尘，严重污染出铁场内外环境，设置炉前烟尘收集和净化设施，能大大改善出铁场工作条件，保护环境。

出铁场除尘分一次和二次除尘两个系统。一次除尘是抽取铁口、主沟、撇渣器、渣铁沟、渣铁沟流嘴等处的烟尘。为此在尘源点须加可移动的沟盖或罩子，二次除尘是抽取开、堵铁口时冒出的大量烟尘，约占全部烟尘量的15％～25％。二次除尘有垂幕式、屋顶除尘式、铁口区局部强制抽风式等(见高炉出铁场烟尘净化设计)。