【技術文摘】5800m3高爐工程三鐵口方案設計簡述

來源：市場資訊

（來源：中國煉鐵網）

張 靈

1. 高爐主要技術經濟設計指標

5800m3高爐主要技術經濟設計指標見下表：

2、三鐵口設計方案主要內容

鐵渣處理是高爐生產中最重要的環節，鐵口數目關系到總圖布置及運輸、高爐長壽、節能環保、工程投資、生產成本、日常生產組織及管理、設備維護維修及管理等綜合技術指標的優化創新。但受現有總圖布置限制，結合現有北區3座2500m3高爐的實際生產現狀及經驗，本工程決定采用三鐵口方案。

2.1鐵口數量的設計計算

高爐鐵口數目是根據日出鐵次數、爐前操作維修時間、鐵口的安全維護、高爐區域的總圖位置及企業實際生產經驗積累等因素確定。

（1）日出鐵次數：根據高爐產量、爐缸安全容鐵量、出鐵速度、總圖位置，出鐵場下鐵路的布置、爐前準備時間、實際生產經驗數據和安全極限等級等因素綜合考慮確定。

1）傳統的理論計算，日出鐵次數是根據高爐產量、出鐵不均勻系數、爐缸安全容鐵量確定，計算日出鐵次數的經驗公式（1）

本設計參數：高爐年平均日產鐵水量P： 12760噸；出鐵不均勻系數按照經驗數據取1.2；爐缸安全容鐵量系數按取0.6；爐缸直徑為15.3米，半徑為7.65米；鐵口到渣口的高度3.36米；鐵水比重取6.8t/m3； 根據以上公式，計算日出鐵次數如下：

n=at*P/T=1.2*12760/0.6*3.14159*7.65*7.65*3.36*6.8=6.2次/天

2）考慮出鐵速度對出鐵次數的影響，亦可用如下經驗公式（1）

高爐出鐵速度按~8t/min、爐缸安全容鐵量系數取0.06，計算的日出鐵次數如下：

n=12760(1440*8-12760)/0.06*3.14159*7.65*7.65*3.36*6.8*1440*8=5.5次

（2）出鐵時間：考慮到爐前準備時間、安全極限等級，對照北區3座2600m3高爐實際生產經驗，確定本設計方案高爐按每天出鐵15次進行設計計算。

根據日出鐵次數（15次）、出鐵速度8t/min：每次出鐵時間為：t2=1.2*12760/8*15= 127.6min。

（3）爐前操作維修時間：與爐前設備特別是開口機、泥炮可靠度、炮泥質量、通鐵量（即主鐵溝、鐵溝、砂口的內襯壽命）等確定。正常生產時的爐前操作維修時間：開鐵口時間：t1=10min；堵鐵口時間t3=10min；每次主鐵溝和砂口的清理及修補時間：t4=20min；爐前作業率：Jc=80%。

（4）綜合以上（1）、（2）、（3）的條件，理論計算高爐鐵口數目如下：

N=（10+127.6+20+10）/1440*80%÷15=2.2（個）

（6）設計的5800m3高爐與現有北區3座2500m3高爐出鐵實際生產現狀對照如下表：

2.2 高爐區域的總圖位置

鐵口數量設置與高爐區域的總圖位置息息相關。5800m3高爐的廠址位于北區小高爐區附近，高爐本體布置于鋼鐵大道北面、現有小高爐南面的臨時堆場設施用地上。該場地形狀約155m×468m長方形，高爐本體布置于場地中部，高爐東面布置主循環泵站、鼓風機站、出鐵場除塵、熱風爐等；高爐西面布置煤氣洗滌、TRT、煤氣綜合樓、主控樓等；煤粉制備和噴吹設施布置于現有小高爐西北角的空地上；焦礦槽、原料除塵、濁循環水處理等設施布置于煉鐵北路的北面、現有小高爐西面的環燒車間用地上。

本工程總圖布置在寬度上受到極大制約，如何在有限的寬度上布置好這座巨型高爐的出鐵場和相關設施，這成了當時的焦點技術方案。

按照業主要求，5800m3高爐鐵水運輸將繼續采用北區3×2500m3高爐創新、成功可靠運行和具有明顯的節能降耗增效等突出優勢的“一罐制”工藝，鐵水罐車容量為180t，生產的鐵水既可以供北區原有也可以供東區新建的180噸轉爐冶煉。5800m3高爐采用三鐵口布置，在寬度方向上可以節約8700mm（“一罐制”工藝的180t鐵水罐車的鐵路間距為8700，遠遠大于常規鐵水罐/魚雷罐的鐵路5500mm間距），只有考慮采用三鐵口“Y”布置，這樣才能在寬度方向上將兩側的必須靠近高爐本體布置的爐渣處理設施、水渣輸送皮帶、廠區煤氣主管布置下來，并滿足業主保留廠區主公路—“鋼鐵大道”的要求，同時解決了進入出鐵場需要的鐵路彎曲半徑要求帶來的問題。5800m3高爐平面布置見下圖：

2.3 出鐵制度及計算

5800m3高爐將采用三鐵口方案，出鐵制度可以采用三鐵口輪流出鐵（沒有備用鐵口），在國內很多3000m3以上高爐的實際生產中，采用了三鐵口輪流出鐵，一個鐵口備用的出鐵制度；也可以采用兩鐵口輪流出鐵、另外1個鐵口備用的出鐵制度。在韓國浦項光陽制鐵所3號4600m3高爐和德國蒂森克虜伯施威爾根2號5500m3等高爐上采用了兩鐵口輪流出鐵兩鐵口備用的出鐵制度，相比就是少了1個備用鐵口，最為不利的極端情況就是：第三個鐵口在進行主溝內襯的更換時，兩個正在出鐵的鐵口中的一個鐵口對應的設備出現故障，在不能切換到第三個鐵口的情況下，需要緊急減風操作，將會影響高爐正常產量。北區3×2500m3高爐只有兩個鐵口，一用一備，這種出鐵制度為本工程積累了實際操作經驗和應急措施的處理辦法。兩鐵口輪流出鐵有關的主要參數計算如下：

綜上所述，受現有總圖位置的限制，5800m3高爐將采用三鐵口方案，但是從鐵口的安全維護出發，按照《煉鐵設計參考資料》要求，每個鐵口的日鐵水通過量以不超過3000噸左右為宜，而且國內有效容積3000m3以上的所有高爐均采用了4個鐵口工藝，國外在5000m3級高爐上采用三鐵口工藝也沒有先例，為了保證5800m3高爐正常生產，三鐵口方案在設計上對爐型、出鐵制度、鐵口維護、主鐵溝形式及內襯結構、爐前設備選型、鐵水運輸、配罐倒罐調度、渣處理設施配置進行安全、可靠和優化和最佳配置，同時對主鐵溝壽命（通鐵量）、爐前設備維護維修和生產管理等提出更高的要求。

3. 鐵水運輸設計計算

本工程由于受場地的限制，鐵水停罐線無法采用貫穿線，只能采用堵頭線，如何有效合理的安排出鐵周期和配罐運輸方式顯得至關重要。根據已確定的總平面布置方案，高爐的出鐵制度將采用三鐵口或兩鐵口輪流出鐵。針對三鐵口輪流出鐵和兩鐵口輪流出鐵的鐵水運輸的可行性分別加以說明如下：

3.1 三鐵口輪流出鐵

3.1.1 每次出鐵需鐵水罐臺數

高爐最大日產量：5800×2.5=14500t；

日出鐵次數按15次考慮，每次鐵水量（T）： 14500÷15=966.7t；

考慮出鐵不均衡系數1.2，每臺鐵水罐的有效裝載量為180t，則每次需鐵水罐臺數為： 966.7×1.2÷180=6.44臺≈7臺。

3.1.2 兩次出鐵的重疊時間

每天出鐵15次，那么每次出鐵周期為：1440÷15=96min；

根據現有的大型高爐的經驗公式，每次出鐵時間：

0.126T+30=0.126×966.7+30=152min

這樣兩次出鐵的重疊時間為： 152-96=56min

3.1.3 炮泥在爐內結焦形成時間

根據資料，無水炮泥在高爐出鐵口高溫環境下，先經歷軟化、熔融，隨后結合劑（如焦油或樹脂）炭化、燒結，最終形成穩定碳網絡結構，實現硬化。這一過程一般需要 ?10–15分鐘? ?，實際結焦時間受炮泥配方（如結合劑類型、碳含量）、爐溫（1500–1600℃）、出鐵節奏等因素影響，最大時長約為20~30分鐘左右。

三鐵口輪流出鐵，每個鐵口兩次出鐵相隔時間為：96×3=288min；

每次開鐵口需提前10min進行，則炮泥的結焦形成時間可以達到：288-152-10=126min ，足夠滿足炮泥結焦時間的需要。

3.1.4 配罐間隔時間

在鐵口打開前15min（開鐵口5min前配罐到位，10min打開鐵口）配罐到位，炮泥堵口的等待時間為20min，則每次配罐的間隔時間有：

288-152-20-15=101min 能夠滿足配罐運輸的時間需要。

上述設計計算結果表明，三鐵口正常輪流出鐵完全能滿足高爐正常生產和鐵水配罐和運輸的要求。

3.2．兩鐵口輪流出鐵

兩鐵口輪流出鐵每次出鐵需配鐵水罐車臺數及兩次出鐵的重疊時間與三鐵口輪流出鐵方式相同，下面僅對炮泥在爐內的結焦時間和配罐間隔時間分別計算如下：

3.2.1 炮泥在爐內的結焦時間

兩鐵口輪流出鐵，每個鐵口兩次出鐵相隔時間為： 96×2=192min；

炮泥在爐內的結焦形成時間有：192-152-10=30min。

3.2.2 配罐間隔時間

考慮到鐵口鉆開前15min空罐應配到位，堵鐵口后20min才能將重罐拉走，則同一鐵口從第一次重罐拉走到下一次開鐵口前配好空罐之間的間隔時間只有：

192-152-20-15=5min

在如此短的時間內將7臺重罐運出、7臺空罐到位是完全不可能的。因此為了延長配罐時間，可以采用以下措施：

（1）減少出鐵次數：必然增加鐵水罐數量，而機車每次載運鐵水罐的數量不能超過7個；同時由于總圖布置比較緊張，單條鐵水停罐線上鐵水罐車數不能超過4臺，否則將進行壓岔作業，此措施無法實現。

（2）挖掘配罐作業潛力：利用高爐出鐵的安全規范的要求，即在出鐵的整個過程中必須有罐停在停罐線上接收鐵水，通過以下步驟使得在整個出鐵的過程中，一方面滿足高爐煉鐵的安全規范的要求，同時也能滿足配罐的正常需要。

步驟①：將裝滿鐵水的6個重罐（1#鐵水停罐線上）拉走至煉鐵站，留下1個空罐（2#鐵水停罐線上）繼續裝鐵水；

步驟②：一次將7個空罐配置到1#鐵水停罐線上，并保證第四個空罐到達擺動溜槽裝鐵水位置；

步驟③：將剩下的1臺重罐從2#線拉出至煉鐵站

很明顯，此種配罐作業，在出鐵的整個過程中都有罐停在停罐線上接收鐵水。此時由于第7罐鐵水裝載時開始配罐，因此倒罐增加可利用時間18min（180/10=18min，10為鐵水流速）；另外由于始終保證有罐停在停罐線上接收鐵水，可節省堵鐵口后停留的20min，因此在完成步驟①和步驟②可利用的時間為：18min+20min+5min=43min；根據計算：

1）重罐由高爐至煉鐵站（步驟①）-----18 .5min

A：第六個罐出完鐵至機車啟動---3min ；包括計量、進路開通、機車啟動；

B：六個重罐至遷出線----8.5 min；包括進路開通1.5 min；走行700m距離需時7 min。C：遷出線至煉鐵---7 min；包括進路開通1.5 min；走行550m距離需時5.5 min。

2）煉鐵站內倒調（步驟①）---8 min

A：重車摘鉤------1 min；B：機車換線------5 min；C：空車掛鉤------2 min

3）空罐由煉鐵站至高爐（步驟②）-------14min

A：煉鐵站至遷出線------6 min；包括：進路開通1.5 min和走行550m距離需時4.5min；

B：遷出線至高爐擺動溜嘴下----8 min；包括：進路開通1.5 min、走行700m距離需時5.5 min和摘鉤需時1 min

因此由第六個罐出完鐵到第一個空罐配到位需時共40.5 min，這樣在43min內完成步驟①和步驟②，是可以實現的。

因為在運行步驟③和步驟④的時候，已經具備開鐵口的條件，這樣，開鐵口的15min和裝滿第1罐鐵水的18min都可利用來完成以上兩個步驟，即總的可利用時間為15min+18min=33min； 根據計算：

4）一個重罐至遷出線（步驟③）----11.5 min

A:第七個罐出完鐵至機車啟動----3min, 包括計量、進路開通、機車啟動

B:第七個罐至遷出線---8.5 min,包括：進路開通1.5 min和走行700m距離需時7 min

5）余下三個空罐配置同一鐵口另一條出鐵線（步驟④）---8.5 min

A：進路開通1.5 min；B：空罐前進300m需時2.5 min；C：進路開通1.5 min

D：空罐后退350m需時3min

因此在最后1個重罐移走，到剩余3個空罐到位總共需時19min，這樣，在33min內完成步驟③和步驟④是可以實現的。

因此，即使在兩個鐵口輪流出鐵的方式下，鐵水運輸也是可以實現的。但是需要增加一條鐵水停罐線，來減少鐵路線占用率過高的壓力。

綜上所述，三鐵口輪流出鐵從鐵水配罐及運輸設計上不存在問題；即使是檢修時，兩鐵口輪流出鐵設計也是可行的。

4. 三鐵口方案需要說明的相關問題

盡管上面從鐵路運輸、配罐上采取措施后，能夠滿足正常生產需要，還需要注意以下問題，以滿足三鐵口設計方案的基本條件：

4.1．出鐵制度

由于三鐵口輪流出鐵的出鐵制度和兩鐵口輪流出鐵的出鐵制度不同，必須采取一定的生產管理措施，區別對待兩種模式下出鐵作業。

4.2．主溝通鐵量

根據業主目前主鐵溝的通鐵量來看，每條主鐵溝的通鐵量可以達到25萬噸，根據計算每天出鐵14500噸，每條主鐵溝修溝3天，那么每條主鐵溝修溝間隔：

250000×3÷14500-3=48.7天

那么每年修溝時間共是：365÷（48.7+3）×3×3=63.5天

則兩鐵口輪流出鐵的時間占據全年作業時間的將近17.4%。

如果可以將每條主鐵溝的通鐵量達到35萬噸，則每條主鐵溝修溝間隔69天，每年修主鐵溝時間共是45.5天。則兩鐵口輪流出鐵的時間僅占全年作業時間的12.4%。通過嚴格的爐前管理和提高主鐵溝的通鐵量，盡量減少主鐵溝維修時間，以保證高爐更有效地高效生產。

4.3．炮泥質量

1）兩鐵口輪流出鐵，炮泥結焦形成時間較短，僅30min；

2）嚴格杜絕鐵口難鉆穿，鐵水跑大流等事故的發生；

3）保證鐵水能夠長期穩定的從爐內流出；

以上這些都要求更高的炮泥的質量以滿足高爐三鐵口的正常生產的要求。

4.4．爐前設備可靠性

高爐三鐵口方案要求爐前設備（泥炮、開口機、揭蓋機、擺動流嘴）需要運行可靠、維護及時，管理制度要求更為嚴格。開鐵口機能夠有效迅速的完成作業；由于本設計可以采用帶鐵堵口的模式，所以要求泥炮本身應具有更好的可靠性，能滿足更加惡劣環境下工作的需求；要求揭蓋機穩定可靠。

設計采用可靠的爐前設備，全套的泥炮、開口機引進；揭蓋機、擺動流槽國產，電動加手動驅動的擺動流槽為設計院專利，具有更換更為方便，使用周期更長，操作更為安全穩定、維護方便、滿足除塵風管布置等特點。

4.5.鐵口的安全維護

鐵口的安全維護與鐵口角度、鐵口通道內襯、泥套壽命、炮泥質量、開口機、泥炮、渣處理設備的可靠性有關。

鐵口角度：本工程設計鐵口角度為小5度，可以減緩高頂壓出鐵對主溝的沖擊和侵蝕，且有利于爐渣穩定排出。鐵水進入主鐵溝速度分析見主視云圖：

4.6渣處理設備的可靠性

三鐵口出鐵準點率也需要爐渣處理設備的可靠進行保證。本工程配置了兩套新型全國產環保轉鼓渣渣處理設施，并在雙鐵口側設計了一個備用了底濾渣池，可以實現爐渣處理設施100%備用，同時所有水渣均可用皮帶連續外運。

4.7設備維護維修制度

業主必須建立良好的設備維護維修管理制度，嚴格按照設備使用周期運行，有效有序的合理安排維護、維修時間，嚴禁極端情況的單鐵口出鐵方式。

5.結語

（1）5800m3高爐工程通過自主設計和集成創新，建成了當時世界上容積最大的高爐工程，設計指標、工藝技術裝備先進，主體、公輔設施配置高效緊湊，經濟合理。但受總圖布置限制，在迫不得已的情況下，設計了開創性的特大高爐三鐵口工藝，全面合理的布置了所有相關的設施，同時降低了設備、耐材、土建和維護費用。整個系統工程總占地約10萬m2，噸鐵占地0.022m2，與其他高爐工程相比噸鐵占地減少40%以上，單位有效容積投資降低約30%，助力企業節能降本增效。

（2）5800m3高爐三鐵口方案在鐵口角度、主鐵溝設計及耐材選擇、出鐵制度、鐵水運輸及調度、爐前設備配置、爐渣處理設施配置、設備維護維修管理、生產管理等多方面進行研究創新，2009年10月投產，2010-2015年年產鐵水量分別是428、475、504、460、480、425萬噸，生產實踐證明，可以全面滿足和超越設計指標，社會、經濟效益顯著。

6.文獻

（1）《煉鐵設計參考資料》 冶金工業出版社 1974年版。

*后記：5800m3高爐已經投產十多年了，并于?2025年4月完成首次大修并成功投產，?建設生產初期，三鐵口方案曾備受關注和爭議，現閑暇之余，整理出當年設計方案的部分資料，供感興趣的高爐煉鐵工作者參考、借鑒和討論，慰藉曾經的決策者和曾經的引領者。

修改于2026年4月17日于武漢