無料鐘爐頂裝料設備典型故障分析及改進

段小朋

(中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201)

1 前言

高爐爐頂裝料設備是高爐煉鐵工藝過程中將爐料裝入爐內并使爐料合理分布的設備，同時起到爐頂密封作用。隨著冶金裝備技術的發展，當代國內煉鐵高爐爐頂裝料系統均采用無料鐘爐頂裝料設備，以實現高爐高壓操作和對上部調劑的要求。無料鐘爐頂裝料設備從1987年開始由中鋼西重制造，經過近30多年的努力，中鋼西重已掌握了設計和制造技術，并通過不斷創新，取得了自主知識產權。目前為全國100多家大中型鋼鐵公司400余座爐容為1080～5000m3的大型高爐配套使用了無料鐘爐頂設備[1]。無料鐘爐頂裝料設備以其高效、穩定的運行性能為我國鋼鐵工業的發展做出了積極的貢獻，同時節能環保效果顯著。

2 問題調研

生產實踐證實，三十多年來中鋼西重無料種爐頂設備完全能滿足高爐生產的各種操作要求，如高壓操作，多環布料等，經歷了爐頂惡劣工況條件的考驗。但在使用中也出現過一些故障，典型的故障主要表現為上密封閥閥板壓緊失效、稱量料罐殼體打漏、傾動減速機漏油、中心喉管磨穿以及溜槽耐磨襯板使用壽命短等。表1 列出幾種典型故障的種類。

表1 典型故障列表

3 典型故障分析及改進

結合以上列舉的典型故障以及結合中鋼西重近三十多年的生產實踐經驗，下面針對以上列舉的典型故障問題進行分析，同時針對每一項分析結果我們都已提出相應的設計改進，并已實施，達到良好的使用效果。

3.1 密封閥閥板壓緊失效的原因分析及改進

密封閥閥板壓緊失效的主要原因是因為密封閥內部小連桿上的關節軸承長時間缺少干油潤滑同時內部積灰導致軸承抱死,串罐爐頂用的早期密封閥內部拉桿潤滑方式如下圖1，是通過其壓緊油缸內部拉桿，再連接管路小拉桿的交接點。主要缺點是內部潤滑管路檢修困難，在線無法更換，必須將密封閥驅動機構拆下后才能更換。

圖1 原密封閥內部拉桿潤滑方式

圖2為改進后的密封閥內部拉桿結構，將其潤滑管路改為外置形式，主要優點是減少磨損，增加潤滑軟管的使用壽命；便于在線維護，更換潤滑軟管時不需要拆卸驅動裝置。

3.2 上部翻板料槽使用壽命短問題及改進

上部翻板裝置安裝于并罐無料鐘爐頂裝料設備最上部，其內部的翻板料槽主要功能是將上料主皮帶運來的爐料分別導入兩個料罐中。見圖3。

原上部翻板料槽的基本結構為內部帶耐磨鑄造襯板形式，襯板表面為平板結構，通過用戶現場使用反饋，由于受裝料過程中礦料對其沖擊，嚴重影響襯板使用，襯板使用不到半年就得更換。

圖2 改進后密封閥內部拉桿潤滑方式

圖3 原上部翻板料槽內部結構

圖4為改進后的上部翻板料槽內部結構，為提高此部件使用壽命，解決襯板使用壽命周期短問題，將翻板料槽內襯板受料沖擊磨損嚴重的部位改進為搓衣板結構，從而實現在下料過程中襯板表面堆積一定的礦料，在裝料時礦料與礦料形成料打料結構形式，對襯板磨損起到一定的保護作用。改進后該部件使用壽命可提高到12個月以上，減少了檢修周期，延長了設備使用壽命。

3.3 傾動減速機漏油問題及改進

水冷傳動齒輪箱是高爐無料鐘爐頂裝料設備的核心部件，安裝在爐頂鋼圈上，其功能是驅動并控制布料溜槽繞高爐中心線的旋轉和傾動，以完成高爐不同的布料運動要求。傾動減速箱機裝在水冷傳動齒輪箱里面的旋轉底盤上，其上的小齒輪與大齒圈嚙合，傾動齒輪箱的終端是懸掛溜槽的傾動軸。布料溜槽作圓周運動是通過溜槽傾動減速機跟隨旋轉底盤旋轉來實現的，布料溜槽傾動是通過齒輪傳動機構將動力傳給扇形齒輪，扇形齒輪帶動掛在傾動軸上的布料溜槽作上下圓弧傾動來實現布料溜槽傾角變化的。根據以上市場調研傾動減速箱常見的問題有。內部蝸桿軸端存在漏油，稀油泵拆裝困難，現場操作費時。

圖4 改進后上部翻板料槽內部結構

結合以上情況，我們對傾動減速箱結構進行優化，將下軸承座安裝于箱體之外，可有效的解決了該減速機由于工作環境溫度不穩定，經常會發生在下軸承座處易出現漏油事故，無法直接更換密封圈的缺點；改進了耳軸水冷裝置的結構，采用在軸承套與冷卻管之間安裝有球軸承支撐，轉動更靈活，同時將水冷裝置安裝于傾動軸外部，從而解決了原耳軸水冷裝置轉動不靈活、更換非常困難的缺點。

圖5 傾動減速箱漏油問題的解決方案

3.4 中心喉管磨穿原因分析及改進

中心喉管安裝于高爐爐頂水冷傳動齒輪箱內部，用于將煉鐵所需的原料-礦石與焦炭通過中心喉管再均勻地裝入爐內。使用工況條件惡劣，長期處在高溫、沖擊、磨損條件下工作，其內部通過的為高爐煉鐵所需的原料礦石與焦炭，在下料過程中由于下料曲線不對中會對中心喉管內壁產生沖擊沖擊與磨損，造成在中心喉管內部打漏，導致對齒輪箱旋轉裝置產生影響，縮短了設備使用壽命，造成高爐休風事故。同時由于中心喉下部為高爐體中心內部煤氣溫度高通常在400℃以上，對中心喉管下部產生影響，嚴重時導致中心喉管下部燒壞。圖6為用戶現場使用損壞的中心喉管照片。

圖6 原中心喉管損壞照片

為了有效地避免在下料過程中由于下料曲線不對中對中心喉管內壁產生的沖擊與磨損，同時為提高中心喉管結構的穩定性，解決其耐高溫變形的問題，更有效地延長其使用壽命。我們對中心喉管進行結構設計改進，改進后的結構見下圖7。

圖7 新中心喉管內部結構

新結構中心喉管由殼體與內部耐磨襯板組成，其內部襯板結構形式采用復合疊加形式，可有效地避免在裝料過程中由于下料曲線不對中對中心喉管內壁產生沖擊與磨損，造成在中心喉管內部打漏的現場發生。同時提高了中心喉管結構的穩定性，解決了其耐高溫變形問題，有效地延長其使用壽命。

4 結束語

高爐無料鐘爐頂裝料設備是中鋼集團西安重機有限公司通過多年的積累自主研發的技術。經過近多年來對一些典型問題的不斷分析與改進，并經在國內多家鋼鐵公司生產實踐的驗證，中鋼西重高爐無料鐘爐頂裝料設備技術達到國內領先水平，為國內鋼鐵公司穩定的高爐生產創造了良好條件，并取得顯著的經濟效益與社會效益[3]。為我國高爐煉鐵技術的可持續發展，有著十分重要的意義。