【技术文摘】5800m3高炉工程三铁口方案设计简述

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（来源：中国炼铁网）

张 灵

1. 高炉主要技术经济设计指标

5800m3高炉主要技术经济设计指标见下表：

2、三铁口设计方案主要内容

铁渣处理是高炉生产中最重要的环节，铁口数目关系到总图布置及运输、高炉长寿、节能环保、工程投资、生产成本、日常生产组织及管理、设备维护维修及管理等综合技术指标的优化创新。但受现有总图布置限制，结合现有北区3座2500m3高炉的实际生产现状及经验，本工程决定采用三铁口方案。

2.1铁口数量的设计计算

高炉铁口数目是根据日出铁次数、炉前操作维修时间、铁口的安全维护、高炉区域的总图位置及企业实际生产经验积累等因素确定。

（1）日出铁次数：根据高炉产量、炉缸安全容铁量、出铁速度、总图位置，出铁场下铁路的布置、炉前准备时间、实际生产经验数据和安全极限等级等因素综合考虑确定。

1）传统的理论计算，日出铁次数是根据高炉产量、出铁不均匀系数、炉缸安全容铁量确定，计算日出铁次数的经验公式（1）

本设计参数：高炉年平均日产铁水量P： 12760吨；出铁不均匀系数按照经验数据取1.2；炉缸安全容铁量系数按取0.6；炉缸直径为15.3米，半径为7.65米；铁口到渣口的高度3.36米；铁水比重取6.8t/m3； 根据以上公式，计算日出铁次数如下：

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

2）考虑出铁速度对出铁次数的影响，亦可用如下经验公式（1）

高炉出铁速度按~8t/min、炉缸安全容铁量系数取0.06，计算的日出铁次数如下：

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

（2）出铁时间：考虑到炉前准备时间、安全极限等级，对照北区3座2600m3高炉实际生产经验，确定本设计方案高炉按每天出铁15次进行设计计算。

根据日出铁次数（15次）、出铁速度8t/min：每次出铁时间为：t2=1.2*12760/8*15= 127.6min。

（3）炉前操作维修时间：与炉前设备特别是开口机、泥炮可靠度、炮泥质量、通铁量（即主铁沟、铁沟、砂口的内衬寿命）等确定。正常生产时的炉前操作维修时间：开铁口时间：t1=10min；堵铁口时间t3=10min；每次主铁沟和砂口的清理及修补时间：t4=20min；炉前作业率：Jc=80%。

（4）综合以上（1）、（2）、（3）的条件，理论计算高炉铁口数目如下：

N=（10+127.6+20+10）/1440*80%÷15=2.2（个）

（6）设计的5800m3高炉与现有北区3座2500m3高炉出铁实际生产现状对照如下表：

2.2 高炉区域的总图位置

铁口数量设置与高炉区域的总图位置息息相关。5800m3高炉的厂址位于北区小高炉区附近，高炉本体布置于钢铁大道北面、现有小高炉南面的临时堆场设施用地上。该场地形状约155m×468m长方形，高炉本体布置于场地中部，高炉东面布置主循环泵站、鼓风机站、出铁场除尘、热风炉等；高炉西面布置煤气洗涤、TRT、煤气综合楼、主控楼等；煤粉制备和喷吹设施布置于现有小高炉西北角的空地上；焦矿槽、原料除尘、浊循环水处理等设施布置于炼铁北路的北面、现有小高炉西面的环烧车间用地上。

本工程总图布置在宽度上受到极大制约，如何在有限的宽度上布置好这座巨型高炉的出铁场和相关设施，这成了当时的焦点技术方案。

按照业主要求，5800m3高炉铁水运输将继续采用北区3×2500m3高炉创新、成功可靠运行和具有明显的节能降耗增效等突出优势的“一罐制”工艺，铁水罐车容量为180t，生产的铁水既可以供北区原有也可以供东区新建的180吨转炉冶炼。5800m3高炉采用三铁口布置，在宽度方向上可以节约8700mm（“一罐制”工艺的180t铁水罐车的铁路间距为8700，远远大于常规铁水罐/鱼雷罐的铁路5500mm间距），只有考虑采用三铁口“Y”布置，这样才能在宽度方向上将两侧的必须靠近高炉本体布置的炉渣处理设施、水渣输送皮带、厂区煤气主管布置下来，并满足业主保留厂区主公路—“钢铁大道”的要求，同时解决了进入出铁场需要的铁路弯曲半径要求带来的问题。5800m3高炉平面布置见下图：

2.3 出铁制度及计算

5800m3高炉将采用三铁口方案，出铁制度可以采用三铁口轮流出铁（没有备用铁口），在国内很多3000m3以上高炉的实际生产中，采用了三铁口轮流出铁，一个铁口备用的出铁制度；也可以采用两铁口轮流出铁、另外1个铁口备用的出铁制度。在韩国浦项光阳制铁所3号4600m3高炉和德国蒂森克虏伯施威尔根2号5500m3等高炉上采用了两铁口轮流出铁两铁口备用的出铁制度，相比就是少了1个备用铁口，最为不利的极端情况就是：第三个铁口在进行主沟内衬的更换时，两个正在出铁的铁口中的一个铁口对应的设备出现故障，在不能切换到第三个铁口的情况下，需要紧急减风操作，将会影响高炉正常产量。北区3×2500m3高炉只有两个铁口，一用一备，这种出铁制度为本工程积累了实际操作经验和应急措施的处理办法。两铁口轮流出铁有关的主要参数计算如下：

综上所述，受现有总图位置的限制，5800m3高炉将采用三铁口方案，但是从铁口的安全维护出发，按照《炼铁设计参考资料》要求，每个铁口的日铁水通过量以不超过3000吨左右为宜，而且国内有效容积3000m3以上的所有高炉均采用了4个铁口工艺，国外在5000m3级高炉上采用三铁口工艺也没有先例，为了保证5800m3高炉正常生产，三铁口方案在设计上对炉型、出铁制度、铁口维护、主铁沟形式及内衬结构、炉前设备选型、铁水运输、配罐倒罐调度、渣处理设施配置进行安全、可靠和优化和最佳配置，同时对主铁沟寿命（通铁量）、炉前设备维护维修和生产管理等提出更高的要求。

3. 铁水运输设计计算

本工程由于受场地的限制，铁水停罐线无法采用贯穿线，只能采用堵头线，如何有效合理的安排出铁周期和配罐运输方式显得至关重要。根据已确定的总平面布置方案，高炉的出铁制度将采用三铁口或两铁口轮流出铁。针对三铁口轮流出铁和两铁口轮流出铁的铁水运输的可行性分别加以说明如下：

3.1 三铁口轮流出铁

3.1.1 每次出铁需铁水罐台数

高炉最大日产量：5800×2.5=14500t；

日出铁次数按15次考虑，每次铁水量（T）： 14500÷15=966.7t；

考虑出铁不均衡系数1.2，每台铁水罐的有效装载量为180t，则每次需铁水罐台数为： 966.7×1.2÷180=6.44台≈7台。

3.1.2 两次出铁的重叠时间

每天出铁15次，那么每次出铁周期为：1440÷15=96min；

根据现有的大型高炉的经验公式，每次出铁时间：

0.126T+30=0.126×966.7+30=152min

这样两次出铁的重叠时间为： 152-96=56min

3.1.3 炮泥在炉内结焦形成时间

根据资料，无水炮泥在高炉出铁口高温环境下，先经历软化、熔融，随后结合剂（如焦油或树脂）炭化、烧结，最终形成稳定碳网络结构，实现硬化。这一过程一般需要 ‌10–15分钟‌ ‌，实际结焦时间受炮泥配方（如结合剂类型、碳含量）、炉温（1500–1600℃）、出铁节奏等因素影响，最大时长约为20~30分钟左右。

三铁口轮流出铁，每个铁口两次出铁相隔时间为：96×3=288min；

每次开铁口需提前10min进行，则炮泥的结焦形成时间可以达到：288-152-10=126min ，足够满足炮泥结焦时间的需要。

3.1.4 配罐间隔时间

在铁口打开前15min（开铁口5min前配罐到位，10min打开铁口）配罐到位，炮泥堵口的等待时间为20min，则每次配罐的间隔时间有：

288-152-20-15=101min 能够满足配罐运输的时间需要。

上述设计计算结果表明，三铁口正常轮流出铁完全能满足高炉正常生产和铁水配罐和运输的要求。

3.2．两铁口轮流出铁

两铁口轮流出铁每次出铁需配铁水罐车台数及两次出铁的重叠时间与三铁口轮流出铁方式相同，下面仅对炮泥在炉内的结焦时间和配罐间隔时间分别计算如下：

3.2.1 炮泥在炉内的结焦时间

两铁口轮流出铁，每个铁口两次出铁相隔时间为： 96×2=192min；

炮泥在炉内的结焦形成时间有：192-152-10=30min。

3.2.2 配罐间隔时间

考虑到铁口钻开前15min空罐应配到位，堵铁口后20min才能将重罐拉走，则同一铁口从第一次重罐拉走到下一次开铁口前配好空罐之间的间隔时间只有：

192-152-20-15=5min

在如此短的时间内将7台重罐运出、7台空罐到位是完全不可能的。因此为了延长配罐时间，可以采用以下措施：

（1）减少出铁次数：必然增加铁水罐数量，而机车每次载运铁水罐的数量不能超过7个；同时由于总图布置比较紧张，单条铁水停罐线上铁水罐车数不能超过4台，否则将进行压岔作业，此措施无法实现。

（2）挖掘配罐作业潜力：利用高炉出铁的安全规范的要求，即在出铁的整个过程中必须有罐停在停罐线上接收铁水，通过以下步骤使得在整个出铁的过程中，一方面满足高炉炼铁的安全规范的要求，同时也能满足配罐的正常需要。

步骤①：将装满铁水的6个重罐（1#铁水停罐线上）拉走至炼铁站，留下1个空罐（2#铁水停罐线上）继续装铁水；

步骤②：一次将7个空罐配置到1#铁水停罐线上，并保证第四个空罐到达摆动溜槽装铁水位置；

步骤③：将剩下的1台重罐从2#线拉出至炼铁站

很明显，此种配罐作业，在出铁的整个过程中都有罐停在停罐线上接收铁水。此时由于第7罐铁水装载时开始配罐，因此倒罐增加可利用时间18min（180/10=18min，10为铁水流速）；另外由于始终保证有罐停在停罐线上接收铁水，可节省堵铁口后停留的20min，因此在完成步骤①和步骤②可利用的时间为：18min+20min+5min=43min；根据计算：

1）重罐由高炉至炼铁站（步骤①）-----18 .5min

A：第六个罐出完铁至机车启动---3min ；包括计量、进路开通、机车启动；

B：六个重罐至迁出线----8.5 min；包括进路开通1.5 min；走行700m距离需时7 min。C：迁出线至炼铁---7 min；包括进路开通1.5 min；走行550m距离需时5.5 min。

2）炼铁站内倒调（步骤①）---8 min

A：重车摘钩------1 min；B：机车换线------5 min；C：空车挂钩------2 min

3）空罐由炼铁站至高炉（步骤②）-------14min

A：炼铁站至迁出线------6 min；包括：进路开通1.5 min和走行550m距离需时4.5min；

B：迁出线至高炉摆动溜嘴下----8 min；包括：进路开通1.5 min、走行700m距离需时5.5 min和摘钩需时1 min

因此由第六个罐出完铁到第一个空罐配到位需时共40.5 min，这样在43min内完成步骤①和步骤②，是可以实现的。

因为在运行步骤③和步骤④的时候，已经具备开铁口的条件，这样，开铁口的15min和装满第1罐铁水的18min都可利用来完成以上两个步骤，即总的可利用时间为15min+18min=33min； 根据计算：

4）一个重罐至迁出线（步骤③）----11.5 min

A:第七个罐出完铁至机车启动----3min, 包括计量、进路开通、机车启动

B:第七个罐至迁出线---8.5 min,包括：进路开通1.5 min和走行700m距离需时7 min

5）余下三个空罐配置同一铁口另一条出铁线（步骤④）---8.5 min

A：进路开通1.5 min；B：空罐前进300m需时2.5 min；C：进路开通1.5 min

D：空罐后退350m需时3min

因此在最后1个重罐移走，到剩余3个空罐到位总共需时19min，这样，在33min内完成步骤③和步骤④是可以实现的。

因此，即使在两个铁口轮流出铁的方式下，铁水运输也是可以实现的。但是需要增加一条铁水停罐线，来减少铁路线占用率过高的压力。

综上所述，三铁口轮流出铁从铁水配罐及运输设计上不存在问题；即使是检修时，两铁口轮流出铁设计也是可行的。

4. 三铁口方案需要说明的相关问题

尽管上面从铁路运输、配罐上采取措施后，能够满足正常生产需要，还需要注意以下问题，以满足三铁口设计方案的基本条件：

4.1．出铁制度

由于三铁口轮流出铁的出铁制度和两铁口轮流出铁的出铁制度不同，必须采取一定的生产管理措施，区别对待两种模式下出铁作业。

4.2．主沟通铁量

根据业主目前主铁沟的通铁量来看，每条主铁沟的通铁量可以达到25万吨，根据计算每天出铁14500吨，每条主铁沟修沟3天，那么每条主铁沟修沟间隔：

250000×3÷14500-3=48.7天

那么每年修沟时间共是：365÷（48.7+3）×3×3=63.5天

则两铁口轮流出铁的时间占据全年作业时间的将近17.4%。

如果可以将每条主铁沟的通铁量达到35万吨，则每条主铁沟修沟间隔69天，每年修主铁沟时间共是45.5天。则两铁口轮流出铁的时间仅占全年作业时间的12.4%。通过严格的炉前管理和提高主铁沟的通铁量，尽量减少主铁沟维修时间，以保证高炉更有效地高效生产。

4.3．炮泥质量

1）两铁口轮流出铁，炮泥结焦形成时间较短，仅30min；

2）严格杜绝铁口难钻穿，铁水跑大流等事故的发生；

3）保证铁水能够长期稳定的从炉内流出；

以上这些都要求更高的炮泥的质量以满足高炉三铁口的正常生产的要求。

4.4．炉前设备可靠性

高炉三铁口方案要求炉前设备（泥炮、开口机、揭盖机、摆动流嘴）需要运行可靠、维护及时，管理制度要求更为严格。开铁口机能够有效迅速的完成作业；由于本设计可以采用带铁堵口的模式，所以要求泥炮本身应具有更好的可靠性，能满足更加恶劣环境下工作的需求；要求揭盖机稳定可靠。

设计采用可靠的炉前设备，全套的泥炮、开口机引进；揭盖机、摆动流槽国产，电动加手动驱动的摆动流槽为设计院专利，具有更换更为方便，使用周期更长，操作更为安全稳定、维护方便、满足除尘风管布置等特点。

4.5.铁口的安全维护

铁口的安全维护与铁口角度、铁口通道内衬、泥套寿命、炮泥质量、开口机、泥炮、渣处理设备的可靠性有关。

铁口角度：本工程设计铁口角度为小5度，可以减缓高顶压出铁对主沟的冲击和侵蚀，且有利于炉渣稳定排出。铁水进入主铁沟速度分析见主视云图：

4.6渣处理设备的可靠性

三铁口出铁准点率也需要炉渣处理设备的可靠进行保证。本工程配置了两套新型全国产环保转鼓渣渣处理设施，并在双铁口侧设计了一个备用了底滤渣池，可以实现炉渣处理设施100%备用，同时所有水渣均可用皮带连续外运。

4.7设备维护维修制度

业主必须建立良好的设备维护维修管理制度，严格按照设备使用周期运行，有效有序的合理安排维护、维修时间，严禁极端情况的单铁口出铁方式。

5.结语

（1）5800m3高炉工程通过自主设计和集成创新，建成了当时世界上容积最大的高炉工程，设计指标、工艺技术装备先进，主体、公辅设施配置高效紧凑，经济合理。但受总图布置限制，在迫不得已的情况下，设计了开创性的特大高炉三铁口工艺，全面合理的布置了所有相关的设施，同时降低了设备、耐材、土建和维护费用。整个系统工程总占地约10万m2，吨铁占地0.022m2，与其他高炉工程相比吨铁占地减少40%以上，单位有效容积投资降低约30%，助力企业节能降本增效。

（2）5800m3高炉三铁口方案在铁口角度、主铁沟设计及耐材选择、出铁制度、铁水运输及调度、炉前设备配置、炉渣处理设施配置、设备维护维修管理、生产管理等多方面进行研究创新，2009年10月投产，2010-2015年年产铁水量分别是428、475、504、460、480、425万吨，生产实践证明，可以全面满足和超越设计指标，社会、经济效益显著。

6.文献

（1）《炼铁设计参考资料》 冶金工业出版社 1974年版。

*后记：5800m3高炉已经投产十多年了，并于‌2025年4月完成首次大修并成功投产，‌建设生产初期，三铁口方案曾备受关注和争议，现闲暇之余，整理出当年设计方案的部分资料，供感兴趣的高炉炼铁工作者参考、借鉴和讨论，慰藉曾经的决策者和曾经的引领者。

修改于2026年4月17日于武汉