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小型高爐和煉鐵

迷你高爐（MBF）通常被視為傳統(tǒng)大型高爐（BF）的微型版本。這些高爐非常適合于小規(guī)模的操作。事實(shí)上，它們基本上是現(xiàn)代傳統(tǒng)最后式高爐的前身，因此它們已經(jīng)運(yùn)行了較長(zhǎng)的時(shí)間。MBF分布在許多國(guó)家，但大多數(shù)MBF位于中國(guó)、印度、巴西和印度尼西亞。工廠的可用性以及這項(xiàng)技術(shù)的完善性，使MBF成為公認(rèn)的煉鐵途徑。此外，這些天來(lái)，大多數(shù)設(shè)計(jì)、裝填和操作的技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今現(xiàn)代大型熔爐的標(biāo)準(zhǔn)，也被MBF采用。

MBF是一種帶有坩堝式爐膛的垂直豎爐。由鐵礦石、作為還原劑和燃料的焦炭或木炭以及通常為石灰石或白云石的熔劑組成的爐料被裝入爐頂。該爐的工作原理是逆流反應(yīng)器。當(dāng)爐料通過(guò)豎井下降時(shí)，它被從爐底上升的熱氣體預(yù)熱和預(yù)還原。這些氣體是通過(guò)鼓風(fēng)口引入富含氧氣的熱風(fēng)產(chǎn)生的。熱風(fēng)燃燒還原劑，產(chǎn)生還原氣體和在爐內(nèi)進(jìn)行的還原過(guò)程所需的熱量。被還原的包袱材料熔化形成HM（液態(tài)鐵），它與碳飽和并下降到爐膛。助焊劑與爐料中的雜質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生熔融的爐渣，堆積在爐膛中的液態(tài)鐵上面。液態(tài)鐵和液態(tài)渣定期從爐子里被挖掘出來(lái)。

MBF表現(xiàn)出靈活性和競(jìng)爭(zhēng)力，它適用于基本和鑄造級(jí)熱金屬（HM）的生產(chǎn)。MBF的重要特征包括簡(jiǎn)單性和經(jīng)濟(jì)性。MBF的其他特點(diǎn)如下。

成熟的技術(shù)和設(shè)備。

設(shè)計(jì)和設(shè)備比傳統(tǒng)的大型BF更簡(jiǎn)單。

它在礦石焙燒方面具有靈活性，礦石焙燒的成分可以從100%的鐵礦石塊到任何鐵礦石塊和結(jié)塊（燒結(jié)礦或球團(tuán)）的混合體。

可以使用一系列的還原劑，包括低質(zhì)量的焦炭和木炭。

生產(chǎn)的HM質(zhì)量與傳統(tǒng)的大型BF相似。

它的操作和維護(hù)與傳統(tǒng)的大型焚燒爐相似，但更靈活。

它的資本成本低，設(shè)備維護(hù)成本也低。

對(duì)于鑄鐵廠和小型鋼鐵廠來(lái)說(shuō)，它是一種經(jīng)濟(jì)而可靠的HM來(lái)源，在那里它被用于與由感應(yīng)爐/電弧爐/能源優(yōu)化爐組成的煉鋼車間向前整合，有時(shí)甚至與小型基礎(chǔ)氧氣爐一起使用。

顧名思義，MBF的尺寸很小，內(nèi)部容積從35立方米到600立方米不等。MBF通常是低軸爐，爐子的有效高度從不到12米到20米左右不等。MBF通常能達(dá)到的生產(chǎn)率水平在2錫/日到遠(yuǎn)高于3噸/日之間。

MBF的重要特點(diǎn)

MBF是一個(gè)豎井式爐子，在一個(gè)類似于坩堝的爐膛上疊加一個(gè)垂直的煙囪。MBF綜合體由BF本體、熱風(fēng)爐、MBF頂部和裝料系統(tǒng)、幾個(gè)維護(hù)平臺(tái)、帶有幾個(gè)料倉(cāng)的庫(kù)房系統(tǒng)、澆注平臺(tái)和澆注室、爐渣造粒系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、BF煤氣凈化系統(tǒng)、原料和燃料供應(yīng)系統(tǒng)、供電和其他公用設(shè)施供應(yīng)系統(tǒng)以及鼓風(fēng)機(jī)站和BF水循環(huán)系統(tǒng)等組成。MBF的布局通常非常緊湊，大多數(shù)支持HM生產(chǎn)的設(shè)施都安裝在離爐子本身非常近的地方。圖1顯示了帶有干氣凈化裝置的MBF的典型工藝流程圖。

圖1 帶有干氣凈化裝置的MBF的典型工藝流程圖

爐子是加工反應(yīng)器，以下列方式參與鐵水生產(chǎn)系統(tǒng)。

它通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)從倉(cāng)庫(kù)接收已經(jīng)準(zhǔn)備好的負(fù)擔(dān)材料。

它接收由鼓風(fēng)站的鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生并在熱風(fēng)爐中加熱的熱風(fēng)。熱風(fēng)通常是富含氧氣的。

它產(chǎn)生并輸送HM和液態(tài)爐渣。

它將原始BF氣體輸送到氣體凈化系統(tǒng)。

它通過(guò)冷卻和公用設(shè)施系統(tǒng)接收冷卻水和壓縮空氣。

它由電力系統(tǒng)提供電力。

它是通過(guò)指揮和控制系統(tǒng)來(lái)控制的。

MBF通常有一個(gè)獨(dú)立的框架結(jié)構(gòu)，有四個(gè)柱子支撐6個(gè)平臺(tái)和跳板橋（在跳板裝料的情況下），直接站在RCC基礎(chǔ)上。爐殼通常由不同厚度的結(jié)構(gòu)鋼板建成。

兩個(gè)中國(guó)MBF的典型外形見表1。

在現(xiàn)代MBF中，半石墨碳?jí)K通常用于BF底部，而鑄造碳?jí)K用于爐膛。碳?jí)K具有良好的導(dǎo)熱性和抗侵蝕性，可以有效保護(hù)爐底和爐膛。爐膛內(nèi)壁一般采用陶瓷杯結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯氧化鋁。剛玉磚和氧化鋁磚分別用于龍頭孔區(qū)和渣口區(qū)。爐膛、爐腹和部分煙囪區(qū)域通常使用氧化鋁磚進(jìn)行襯墊。高密度粘土磚用于上層煙囪區(qū)域的內(nèi)襯。爐子內(nèi)殼通常用氧化鋁澆注料噴涂，其厚度為70毫米。對(duì)于BF喉部和頂蓋內(nèi)襯，采用焊接錨栓和一層耐熱耐磨的澆注料。根據(jù)爐襯的設(shè)計(jì)，MBF的預(yù)期運(yùn)行壽命在5年到10年以上的范圍內(nèi)變化。

提高熱風(fēng)溫度是增加MBF中煤粉噴入量和降低MBF中焦炭率的主要措施之一。熱風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是以這樣一種方式進(jìn)行的，即通過(guò)使用BF氣體作為燃料，使熱風(fēng)溫度保持在1200攝氏度。如今，MBF配備了3個(gè)具有旋轉(zhuǎn)切向圓頂燃燒設(shè)計(jì)的熱風(fēng)爐。

熱風(fēng)爐通過(guò)鼓風(fēng)管從鼓風(fēng)總管送入熱風(fēng)。壺嘴與壺嘴冷卻器一起安裝。兩者都是由銅制成的。安裝在MBF中的聚能器數(shù)量取決于MBF的有用容積，并被設(shè)計(jì)為最佳爆破速度，在操作條件下通常在210米/秒至230米/秒之間。

如今，現(xiàn)代的MBF有一個(gè)水龍頭，熱金屬和熔渣都從這里流過(guò)。它們被一個(gè)撇渣板隔開，該撇渣板位于工作平臺(tái)上的HM轉(zhuǎn)輪中，位置恰當(dāng)。在一些MBF中，有單獨(dú)的熔渣槽，用于挖掘液態(tài)熔渣。熱金屬流向鋼包或魚雷車，而液態(tài)爐渣則被輸送到爐渣造粒系統(tǒng)。

在MBF中使用的冷卻板，底部和爐膛使用的是三段式素面板，波什和腹部使用的是插入了耐火材料的板。為了有效地支持下層堆棧的磚襯，并減少BF外殼的開口，以提高M(jìn)BF的密封性，堆棧區(qū)正在使用階梯式爐條。中層和下層煙囪一般使用鐵素體球墨鑄鐵的階梯。無(wú)縫鋼管被澆注在鋼梁內(nèi)，肋板在鋼梁的熱表面。碳材料被夯實(shí)在凹槽中。水冷卻通常用于MBF底部。沖天爐系統(tǒng)由專門的水冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

高爐的其他輔助設(shè)備有：（i）2級(jí)喉部裝甲；（ii）安裝在喉部料線附近的 "喉部紅外圖像攝像機(jī)"，用于檢測(cè)喉部區(qū)域的料液分布；以及（iii）頂部噴水和冷卻裝置，在頂部溫度很高時(shí)使用。

通常情況下，MBF都配備了跳過(guò)式裝料系統(tǒng)。在一些MBF中，使用傳送帶裝料來(lái)代替跳裝。對(duì)于MBF的頂部裝料，兩種系統(tǒng)都在使用，即（i）帶有分配器的雙鐘罩裝料，以及（ii）無(wú)鐘罩頂部系統(tǒng)?，F(xiàn)代的MBF采用的是無(wú)鐘罩頂部系統(tǒng)。

在無(wú)鐘罩頂部的情況下，通常使用兩種類型的分配方式，即（i）環(huán)型（單環(huán)型、多環(huán)型）和（ii）固定點(diǎn)型，。在環(huán)形分配的情況下，料斗中的材料通過(guò)同心環(huán)（單環(huán)）或多同心環(huán)（多環(huán)）的分配槽被裝入爐內(nèi)。在單環(huán)式分配的情況下，分配槽在裝料時(shí)保持在相同的指定傾斜角度。如果是多環(huán)式分配，在裝料時(shí)傾斜角度可以多次改變?？梢栽诿總€(gè)角度位置進(jìn)行一圈或多圈分配。在固定式分配的情況下，分配槽按照指定的傾斜角度定位，將材料分配到指定的地點(diǎn)。扇形分配也可以用無(wú)鐘罩的頂部裝載設(shè)備來(lái)完成。通常情況下，使用氮?dú)鈦?lái)達(dá)到均衡的目的。

爐內(nèi)的裝料高度（料線）是通過(guò)兩根料桿來(lái)控制的。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)料桿自動(dòng)進(jìn)行連續(xù)的料位檢測(cè)，料桿會(huì)隨著料位的下降而自動(dòng)下降。當(dāng)達(dá)到指定的料位時(shí)，料桿被抬起。爐料水平在控制室中顯示。

澆筑的房屋通常是長(zhǎng)方形的，屋頂為鋼制，坡度為1:12，柱子為RCC。通風(fēng)窗通常在屋頂設(shè)計(jì)中提供。澆注房配備有液壓操作的泥漿槍和液壓/氣動(dòng)操作的帶孔鉆機(jī)。澆注室通常由一個(gè)袋式過(guò)濾器系統(tǒng)進(jìn)行全面除塵。

在MBF中產(chǎn)生的BF氣體由4個(gè)數(shù)量的分離器取出，然后是4個(gè)數(shù)量的上升器，再由2個(gè)數(shù)量的上升器匯集到1個(gè)數(shù)量的下降器，最后進(jìn)入除塵器。爐頂氣體的正常溫度在100攝氏度到300攝氏度之間，最高溫度為400攝氏度。爐頂?shù)膬蓚€(gè)吸氣口都配備了1個(gè)排氣閥，一般由液壓缸驅(qū)動(dòng)。除塵器根據(jù)重力原理工作，從堿性氣體中去除粗大的灰塵。來(lái)自除塵器的BF氣體在濕式氣體凈化系統(tǒng)中進(jìn)一步凈化，該系統(tǒng)由飽和器和一級(jí)和二級(jí)洗滌器組成，或者在干式氣體凈化系統(tǒng)中，由低壓除塵袋過(guò)濾器組成，使用氮?dú)夥创祷覊m。

MBF的操作與傳統(tǒng)的大型BFs類似。當(dāng)裝入高爐頂部的爐料，即鐵料（燒結(jié)礦/球團(tuán)礦和塊礦）、還原劑（木炭或BF焦）和熔劑（石灰石和白云石）通過(guò)煙囪下降時(shí)，它們被從爐膛上升的熱氣和通過(guò)位于爐膛上方的豎井底部的通風(fēng)口引入的熱風(fēng)預(yù)熱。

加熱的空氣燃燒了從頂部裝入的大部分BF焦炭，以產(chǎn)生工藝所需的熱量，并提供還原氣體，以去除礦石中的氧氣。還原后的鐵熔化后流到爐膛底部。助焊劑與礦石中的雜質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生礦渣，礦渣也會(huì)熔化并積聚在爐膛中的鐵液之上。液態(tài)鐵和液態(tài)渣不時(shí)地通過(guò)攻絲孔排出爐外。

這些天來(lái)，MBF配備了煤粉噴射（PCI），這是在風(fēng)口處進(jìn)行的?，F(xiàn)代MBF的PCI率可以達(dá)到150公斤/噸HM。表2中給出了MBF的常見操作參數(shù)。

整個(gè)MBF運(yùn)行的控制和監(jiān)督通常由MBF控制室進(jìn)行，控制室通常位于MBF工作平臺(tái)附近?？刂葡到y(tǒng)通常由監(jiān)督站、主PLC、警報(bào)器、聯(lián)鎖和保護(hù)裝置組成。在原料處理控制室一般也安裝一個(gè)遠(yuǎn)程站。該系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的。監(jiān)控系統(tǒng)通常用于控制過(guò)程參數(shù)、趨勢(shì)記錄和報(bào)警記錄。安裝一些現(xiàn)場(chǎng)儀器來(lái)測(cè)量和控制所有過(guò)程參數(shù)。一些重要的測(cè)量包括（i）壓力測(cè)量，（ii）溫度測(cè)量，（iii）流量測(cè)量，（iv）BF氣體粉塵水平測(cè)量，（v）庫(kù)存水平、滑道角度和節(jié)流閥開度的測(cè)量，以及（vi）負(fù)載材料的重量測(cè)量等等。鑄造車間設(shè)備操作的控制艙位于鑄造車間本身的一個(gè)安全位置，操作員可以從那里看到設(shè)備。

MBF的水冷卻系統(tǒng)通常需要連續(xù)的工業(yè)用水，包括(i)高爐爐殼冷卻，(ii)風(fēng)口和風(fēng)口冷卻器的冷卻，(iii)濕式氣體清潔系統(tǒng)，(iv)礦渣造粒，(v)BF頂部液壓系統(tǒng)冷卻，(vi)泥槍/鉆機(jī)液壓系統(tǒng)冷卻。所有的水都是再循環(huán)的。通常提供一個(gè)高架水箱，以滿足停電時(shí)的緊急需求。與所有水系統(tǒng)有關(guān)的主要參數(shù)都通過(guò)控制室的監(jiān)督系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。