张 灵
高炉炼铁工程出铁场系统设计内容主要包括高炉工程核心区域总图布置及渣铁运输、铁渣分流处理、炉前设备设置、环境通风除尘、出铁场平台及高炉本体厂房建筑物和高炉冶炼所需要的辅助设施（如主控楼、各种能源介质输送的地下管廊、生产、维护维修场地及安全通道）等；随着社会的巨大变革和绿色环保、节能减排技术的飞速进步，与高炉炼铁操作人员密切相关的出铁场系统的设计也发生了巨大变化，在机械化、智能化、环境保护和减轻炉前工人劳动强度方面得到了全面提升。
1、出铁场及总图布置
（1）出铁场系统组成包括风口平台、出铁场平台及厂房、铁水运输线，
（2）总图布置：出铁场总图布置需要于一体化的高炉本体、炉顶、上料、粗煤气除尘和就必须近布置炉渣处理系统、高炉主控楼、地下管廊等设施一起考虑，因此出铁场是高炉炼铁系统工程的中心区域和生产管理核心区域，出铁场系统的总图布置关系到整个高炉系统工程的总体布局、投资、生产管理、维护、维修和高炉大修。
（2）铁口数目：根据高炉出铁次数、炉前操作维修时间和铁口的安全维护确定。
1）高炉出铁次数：计算出铁次数的经验公式（1）：
考虑出铁速度对出铁次数的影响，亦可用如下经验公式（1）：
2）炉前操作维修时间：高炉在两次铁之间除出铁时长外，还必须满足开、堵铁口、清理渣铁沟和砂口、修补渣铁沟内衬砂口等时间。在确定出铁次数和每次出铁时间下，每次出铁炉前操作维修允许的平均时间如下（1）：
炉前操作维修时间与炉前机械化水平、主铁沟和砂口内衬寿命及出铁时间有关，为保证炉前操作维修正常进行，铁口数目的计算公式如下（1）：
3）铁口的安全维护：每个铁口的日铁水通过量以不超过3000吨左右为宜。
4）根据《高炉炼铁工程设计规范GB50427-2015》9.0.2要求，各炉容级别的铁口数目如下：
（3）出铁场的数量：根据铁口数目而定，一个出铁场最多可以布置两个铁口，因此三个及以上铁口的高炉一般设置两个矩形出铁场。
（4）出铁场形式：主要有矩形、圆形两种形式，目前以矩形出铁场为主。原因主要是圆形出铁场吊车作业面积大，场地宽敞，厂房通风条件良好，有利于减轻工人劳动强度和环境保护，但因为圆形吊车制造维护困难、高炉炉体所有管道特别是大量的软水、工业水冷却水管道需要跨越整个出铁场，管道线路长、不利于降低建设和生产成本，不利于操作维修等原因正在逐渐淡出高炉系统工程建设市场。
（5）铁水停放及运输：每个铁口需要布置两条铁水停放及运输线，为保证安全，机车头最好不要通过渣铁流嘴口。铁水运输方式为一般为送空取重，铁路线路等级一般为为冶车IA级，60kg/m钢轨，铁路最小转弯150m，铁路纵坡不大于5‰，道岔一般为7号道岔。
2、铁渣分流处理
出铁场系统的主要功能是定时出尽铁水和炉渣，铁水炉渣分离和分流。因此铁渣沟的设计对提高高炉产量、减轻炉前工人的繁重劳动和保护出铁场环境至关重要。主要的特点如下：
（1）贮铁式或半贮铁式主铁沟代替了原来坡度6-8%的主铁沟，为平坦式出铁场平台奠定良好基础；同时贮铁式或半贮铁式主铁沟可以大大减缓高炉高压冶炼带来的高铁渣流速，可以缩短主沟长度和达到良好的渣铁分离。以5800m3高炉为例，设计最大炉顶压力为0.3MPa，正常铁口开度和深度时，铁水设计正常流速为~8m/s：设计主沟为半贮铁式“Г”形固定主沟，主沟长度为17+4.5=21.5m，坡度4%；这种形式的主沟使用的效果好，有助于提高渣铁分离效果，炉渣含铁量低，对渣处理装置的安全生产有保证作用；每次出铁后主沟可以保持适当恒温，而非急热急冷，可以大大提高主沟使用寿命。
主铁沟、铁沟、渣沟、残铁沟的沟槽用钢板焊成或直接采用预制沟槽。主沟内衬由浇注料永久衬、粘土质隔热砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬等组成；铁沟坡度6~9%，内衬由浇注料永久衬、高铝砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬等组成；渣沟坡度~7%。内衬由粘土砖、Al2O3-SiC砖、浇注料工作衬等组成，在炉前吊车工作范围以外的渣沟段用捣打料作工作衬；残铁沟坡度~5%，内衬由粘土砖、捣打料工作衬组成。
主沟、铁沟、渣沟及残铁沟上均设置除尘沟盖。除尘沟盖为钢焊接件，内衬为耐火浇注料；主沟盖一般为梯形，其余沟盖为平板形。
3、炉前设备
炉前设备主要包括炉前吊车、泥炮、开口机、主沟用揭盖机、摆动流槽、渣铁沟修理、铁水烘烤及检修机械等，辅助设备主要包括高炉电梯、炉顶吊装设施。
（1）炉前吊车：每个出铁场各设1台重级A6的桥式吊车，用于出铁场设备、耐火材料、主沟、铁沟、渣沟修理吊装。
（2）泥炮：用于堵铁口，为保证高压冶炼高炉堵口安全，一般采用液压泥炮，而主要的打泥压力和泥缸容积视高炉容积和压力确定。SG5800m3高炉是引进TMT液压泥炮，打泥推力6945kN，打泥压强25MPa，对高炉的压紧力≥600KN。
（3）开口机：开口机的钻头直径和深度根据高炉容积、铁口区内衬厚度、铁口正常深度和铁口直径确定。开口机按动作原理分为钻孔式、冲击式和冲钻式。SG5800m3高炉是引进TMT全液压开铁口机，钻头直径φ37~70mm，最大开口深度5500mm，钻孔角度~9°（7°~13°可调），开铁口方式为冲钻法和拔棒法。
（4）炉前液压站：主要为泥炮、开铁口机动作提供动力源并控制其动作。三到四个铁口，设立两个相同的液压站（放置在一个房间内），每个液压站控制一到两个铁口的设备。液压站由主泵系统、循环冷却过滤装置、油箱及其辅件和控制阀台四部分组成。主泵系统设有三台主泵(二用一备)，两台控制油泵（一用一备）。油箱包括如下辅件：双筒回油过滤器、温度计、液位控制器等组成。 循环冷却过滤装置由循环泵（一台）、冷却器、过滤器等组成。
（5）摆动流槽：作业必须安全可靠，一般采用“电动＋手动”的传动方式。设备本体由溜槽壳体、托架、传动装置、驱动连杆、支撑轴承座、楔块等组成，事故时采用手动装置。
（6） 残铁口开口机：采用气动残铁口开口机，为可移动式，工作时由吊车运载至残铁沟一侧的基础上就位，操作完毕后可用吊车撤走。
（7） 沟衬解体机：炉前一般配置沟衬解体机2台（配液压锤），作为主沟、渣铁沟和摆动流槽检修时拆除浇注料沟衬用的设备。
（8） 浇注料搅拌机械：采用快速搅拌机，检修主沟和渣铁沟时，按不同检修部位和使用浇注料的数量不同，选用合适的搅拌机工作；当大修沟衬时，大小搅拌机同时使用，可以缩短检修时间。
（9） 炉前修沟衬用其他设备：包括主沟、渣铁沟、摆动流槽内模和烘烤管，均为钢板或钢管的焊接件；此外炉前还配备有风动凿岩机、电振夯实机、混凝土喷涂机、混凝土振动器等零星设备，以满足修补沟衬施工需要。
（10）炉前检修用其他起重设备：包括检修风口装置用的电动葫芦；渣沟末端检修用的电动单梁吊车等。
（11） 风口更换机：以3吨叉车为设备的基础平台，由叉车完成设备的行走和转位，并由它提供动力；直吹管更换和风口小套的拆装分别由两个组件完成，它们分别是直吹管更换组件、风口拆装组件；风口更换机的动力由气锤和液压缸产生，其气源由高炉现场提供，液压源由叉车提供。
直吹管更换机能够将拆下的直吹管放置于风口平台上的指定位置，并可以从存放处取出新直吹管安装于相应位置；风口小套拆下后能直接放在风口平台上；风口安装机能直接将风口小套从风口平台上拾起并平稳可靠的安装于风口中套，且保证风口安装机组件退出后，风口不脱落；
（12）铁水包烘烤器：如果高炉容积大，单次出铁时间过长，为了保证铁水罐装铁的正常温度，延长铁水罐耐火材料的寿命，可在铁口下增设铁水罐烘包器。铁水包烘烤器包括风机、燃烧器、燃气（焦炉煤气）、空气输送、调节、温度控制、压力检测、流量显示、氮气吹扫、点火和安全保护系统、电气仪控等。
（13）铁水液位计：分为深坑式和轨道衡式。深坑式具有计量精确、设备可靠等优点，但投资大、维护困难等因素正在被轨道衡代替。轨道衡式铁水液位计包括轨道衡、在线连续称重系统、雷达测量液面仪和计算机软、硬件系统等。
（14）铁水罐车：目前有三种装载铁水的罐车，分别是鱼雷罐车、铁水罐车和铁水包车。鱼雷罐车保温性能优越，一般用于铁钢工序距离较远的企业；铁水包车具有铁水承接、运输、缓冲、预处理和转炉兑铁功能适用于一罐制铁水运输企业，运输距离短、铁钢工序布置紧凑，不用倒罐，铁水温降小、环保，可节省投资和降低生产成本。
（15）辅助设施
1）高炉电梯：炉前一般设置一台客货两用电梯，为炉前、热风炉及炉顶的操作、检修作业服务。电梯的提升速度约为1m/s，通过与电梯相连接的钢结构通廊可以将操作人员及物件送到出铁场平台、热风炉平台、炉顶主平台和炉顶检修平台等平台。
2）炉顶吊装设施：在出铁场内设炉顶设备吊装孔，作用是炉顶设备通过火车经铁水停罐线运至出铁场下，运用炉前吊车经过炉顶吊装孔吊上出铁场平台到屋面活动炉顶设备的吊装孔，保证炉顶设备正常维护和维修。
4、环境除尘
（1）出铁场通风除尘设计原则是所有除尘系统尘源点尽可能密闭抽风，选用高效除尘设备，按照目前的国家最新颁布的出铁场除尘的超低排放标准是粉尘排放浓度控制在10mg/m3（标况）及以下。排放烟囱均设有粉尘排放浓度测量孔并可以连与上级控制系统联网，管道架空布置，阀门设检修平台；除尘系统所有设备采用集中控制，风机检测参数显示、除尘器本体控制、输灰系统控制等均进入除尘系统PLC，并设除尘系统运行显示画面。
（2）出铁场烟尘是指出铁期间产生的烟尘，其主要产尘点有铁口、主沟、撇渣器、铁沟、渣沟、摆动溜槽等。其中铁口产生的烟尘主要为开堵铁口时产生的烟尘，这部分烟尘产生速度快，瞬间量大，烟尘温度较高，烟尘粒度小，加上铁口区域设备较多，烟尘捕集较为困难；摆动溜槽处产生的烟尘主要集中在铁水入罐的时候，铁水在流动中较易与空气接触，产生比较多的烟尘。因此对这两个位置的烟尘进行有效捕集显得尤为重要。
（3）典型的出铁场除尘系统：
1）在风口平台顶部和铁口的两侧设置吸风罩，排除铁口、主沟区域散发出的烟尘；摆动流嘴采用楔形罩，砂口、铁沟和渣沟处采用密闭式吸风罩进行抽风，有效地控制了烟尘外逸。
2）根据矩形出铁场的特点、出铁次序以及尘源点所处的位置，出铁场除尘一般设计两套除尘系统。两套除尘系统由带气动阀的管路连通，根据3-4个铁口轮流出铁次序，当某一铁口出铁但两个铁口未重叠出铁时，可使用一套除尘系统来完成各铁口的尘源捕集及除尘工作；当两个出铁口重叠出铁时，两套除尘系统同时启用。
3）炉顶上料皮带头部的抽尘管路接入总抽尘管，可保证其中任何一套除尘系统运行时，都能对炉顶上料皮带头部尘源进行除尘。
4）出铁场除尘系统主要设备包括低压长袋脉冲布袋除尘器、离心式引风机、电机、水平埋刮板输送机、贮灰仓、斗式提升机、无尘卸料机、粉尘加湿搅拌机、橡胶补偿器、各种阀门和空调机等。出铁场除尘风机一般采用变频电机调节，可根据风量变化情况调节风机转速，以便于节能。
5、平台厂房结构
（1）风口平台：为钢结构独立平台，平台内侧与炉皮相距～1000mm；平台及平台柱均采用钢结构。其柱支于出铁场平台上。平台面敷设耐高温浇注料，四周有栏杆；为了给炉前泥炮、开铁口机和揭盖机等设备的安装检修维护创造更好的条件，风口平台面层标高一般比风口中心线低～1000mm。风口平台有走梯通向出铁场平台及热风围管平台；用炉前吊车将叉车吊上风口平台后，叉车可沿风口平台圆周行走，并可自动更换风口。风口平台下方、每条主沟的正上方设有隔热装置，对钢结构进行保护；每个铁口上方风口平台上设有顶吸抽尘罩；在风口平台下主沟的两侧设有铁口除尘用的吸风口。
（2）出铁场平台：现场建设的高炉出铁场平台会完全平坦化，摆动流槽除尘罩和渣铁沟盖与操作平台面基本平齐。平台为无沙垫层，大大降低出铁场荷载，面层采用150mm厚耐热混凝土抹平，方便汽车和解体机走行。
出铁场平台一般采用钢筋混凝土柱，为有利于高炉大修，附跨推移侧采用钢柱；钢梁，钢筋混凝土捣制板。在厂房附跨一侧平台上设有吊装孔。出铁场平台柱基采用钢筋混凝土桩基。
通往出铁场平台会设置一条高架道，为钢筋混凝土结构。汽车可以驶上出铁场操作平台，炉前使用的辅助材料、高炉的备品备件的运入及工业垃圾的运出均可以用汽车，或用出铁场下的火车来完成。
（3）出铁场厂房：生产类别“丁”类，耐火等级二级。采用刚架结构，实腹式钢吊车梁；有檩轻屋面，屋面设有钢天窗架，为彩色压型钢板的，设有通风气楼，屋面采用波高110角驰型彩色压型钢板，在厂房附跨一侧屋面设有吊装孔，吊装孔不用时采用轻型屋面板盖住。墙皮设钢柱、檩条、封闭彩板墙皮，局部设彩光带，底部封闭或敞开，墙面为820型0.6厚彩色压型钢板，。厂房钢结构采用普通Q235B、Q345B或耐候钢，出铁场厂房柱基采用钢筋混凝土桩基。
6、结语
（1）高炉出铁场设计根据铁口数目（包括高炉出铁次数、炉前操作维修时间、铁口的安全维护、设计规范等）、出铁场形式、铁渣分流处理等确定。
（2）高炉出铁场与高炉本体、热风围管、炉顶、上料系统是一体化的建构物，与粗煤气净化、炉渣处理系统、主控楼等紧密相连，出铁场平台是高炉炼铁系统工程的中心和生产管理核心区域，因此出铁场系统的总图布置关系到整个高炉系统工程的总体布局、投资、生产管理、维护、维修和高炉大修，在设计中需要特别关注。
（3）选择智能化程度高、可靠、操作简单的众多炉前设备可以极大减轻炉前工人劳动强度、保证安全生产和提高生产效率，是设计需要考虑的重要环节。
（4）环境保护是出铁场设计的重点，超低烟气排放标准是大势所趋，把的出铁场打造成明亮、干净、整洁的生产平台，有利于改善高炉炼铁工作环境，扭转高炉炼铁粗放、出铁时环境恶劣、高污染的形象，有利于高炉炼铁绿色环保生产，有利于提高钢铁工业品牌示范效益。
7、文献
（1）《炼铁设计参考资料》 冶金工业出版社 1974年版。
