山東永峰高爐串罐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備設(shè)計(jì)

楊立江

（中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安710201）

1 前言

山東永峰4＃高爐2018年12月1日停爐大修，高爐大修范圍包括高爐本體、出鐵場(chǎng)、水渣、爐頂設(shè)備、斜橋上料、噴煤以及綜合水泵房等。原無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備由中鋼西重設(shè)計(jì)制造，采用MINI型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，本次大修無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備全套新制，在原MINI型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備升級(jí)改造采用中鋼西重XZ-Ⅳ型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，該設(shè)備具有運(yùn)行穩(wěn)定，傳動(dòng)精度高、承載能力大、維修方便、設(shè)備利用系數(shù)高等特點(diǎn)。中鋼西重XZ-Ⅳ型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，適用于750m3～1800m3的高爐，滿足高爐生產(chǎn)工藝要求。

2 主要參數(shù)

山東永鋒4BF高爐采用串罐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，通過(guò)料車(chē)上料方式，高爐爐容1080m3，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 高爐主要參數(shù)

3 技術(shù)數(shù)據(jù)

中鋼西重XZ-Ⅳ型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)滿足750m3～1800m3的高爐使用，具體設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)

4 爐頂設(shè)備組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

山東永峰4BF高爐采用料車(chē)上料結(jié)構(gòu)，爐料從料車(chē)經(jīng)過(guò)裝料設(shè)備布入高爐內(nèi)部。中鋼西重提供全套設(shè)備無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備設(shè)計(jì)制造。山東永峰4＃高爐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備組成如圖1所示，由受料斗、上料閘、上密封閥、稱(chēng)量料罐、下部閥箱、波紋管、水冷傳動(dòng)齒輪箱、爐頂法蘭、布料溜槽、布料溜槽更換裝置組成。

圖1 山東永鋒4BF無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備總圖

4.1 受料斗

受料斗有效容積30m3，安裝在爐頂主結(jié)構(gòu)式，主要用來(lái)存儲(chǔ)礦料。受料罐結(jié)構(gòu)如圖2所示，由焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體、耐磨襯板、支座組成。

圖2 受料斗結(jié)構(gòu)示意圖

山東永鋒4BF高爐受料斗內(nèi)部耐磨襯板為中鋼西重自主研發(fā)，具有耐磨損、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；受料罐內(nèi)部安裝隔篩保護(hù)上料閘閘門(mén)襯板防止?fàn)t料直接落在上料閘閘門(mén)襯板上。

4.2 上料閘

料閘用螺栓固定在受料斗下部，用于控制受料罐放料口的開(kāi)和閉。上料閘結(jié)構(gòu)如圖3所示，由焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體、帶有連桿系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、對(duì)開(kāi)式閘板、錐形漏斗、液壓缸組成。

圖3 上料閘結(jié)構(gòu)示意圖

山東永鋒4BF高爐上料閘采用全封閉型，可以減少粉塵和微粒的放散，有利于環(huán)境保護(hù)。上料閘驅(qū)動(dòng)軸端設(shè)置蒸汽加熱孔，環(huán)境溫度較低時(shí)，接通蒸汽，防止軸端堆積礦料粉塵結(jié)冰不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.3 軟密封連接

軟密封連接安裝在上料閘和稱(chēng)量料罐之間，用來(lái)補(bǔ)償爐頂不同支撐點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。軟密封連接結(jié)構(gòu)如圖4所示，由固定圈、橡膠板、緊固螺栓組成。

圖4 軟密封連接示意圖

山東永鋒4BF高爐采用軟密封連接替代原波紋管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便；同時(shí)高度較低，降低了整體的爐頂設(shè)備高爐，減少了高爐的投入成本。

4.4 稱(chēng)量料罐

稱(chēng)量料罐有效容積30m3，上連上料閘，下連下部閥箱，主要用來(lái)儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)和稱(chēng)量爐料。稱(chēng)量料罐結(jié)構(gòu)如圖5所示，由安裝在料罐上部的上密封閥，焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體、耐磨襯板、均壓系統(tǒng)連接支管、料罐支撐組件組成。

圖5 稱(chēng)量料罐示意圖

山東永鋒4BF高爐稱(chēng)量料罐設(shè)計(jì)時(shí)將原上密封閥和稱(chēng)量料罐焊接式改進(jìn)為法蘭連接分體形式，上密封閥可整體單獨(dú)更換，安裝更換方便。分體式法蘭的密封面采用金屬包覆件，密封效果好，避免料罐均壓放散時(shí)的氣流沖擊。上密封閥采用單油缸驅(qū)動(dòng)安裝更換方便。閥板密封圈采用耐熱硅橡膠，使用壽命長(zhǎng)，正常工況下壽命6個(gè)月。

山東永鋒4BF高爐稱(chēng)量料罐內(nèi)部安裝耐磨襯板，保護(hù)料罐的直段和下部錐段，減少磨損。耐磨襯板為中鋼西重自主研發(fā)，耐磨損、使用壽命長(zhǎng)。稱(chēng)量料罐設(shè)置雷達(dá)料位計(jì)，檢測(cè)料罐礦料體積，提高高爐布料精度。稱(chēng)量料罐直段中部設(shè)置應(yīng)急排料口，用于事故狀態(tài)下蓬料清理。

4.5 下部閥箱

下部閥箱安裝在稱(chēng)量料罐的下部，主要是用來(lái)調(diào)節(jié)控制爐料的流量及密封爐氣。下部閥箱結(jié)構(gòu)如圖6所示，由下部閥箱箱體、DN650料流調(diào)節(jié)閥及DN700下密封閥組成。

研究區(qū)土壤類(lèi)型以棕色針葉林土為主，土體內(nèi)含有石礫多，質(zhì)地較輕，土層淺薄，一般在30～40 cm，表土疏松，腐殖質(zhì)含量高。由于土壤滯水性強(qiáng)，土壤呈現(xiàn)高度濕潤(rùn)狀態(tài)。該區(qū)土壤凍結(jié)期較長(zhǎng)，凍層深度達(dá)3 m，并有島狀永凍層存在，土壤呈酸性。

圖6 下部閥箱示意圖

DN650料流調(diào)節(jié)閥安裝下部閥箱箱體上部，采用單液壓缸驅(qū)動(dòng)，全密閉式結(jié)構(gòu)，可有效降低灰塵排放量，有利于環(huán)保要求。料流調(diào)節(jié)閥的作用是調(diào)節(jié)排料速度或者排料時(shí)間，控制和保持料罐內(nèi)爐料向爐內(nèi)的布料趨于更均勻合理。料流調(diào)節(jié)閥球形對(duì)開(kāi)閘門(mén)，料流均勻、合理。通過(guò)驅(qū)動(dòng)油缸內(nèi)置位移傳感器控制料流調(diào)節(jié)閥球形閘門(mén)開(kāi)度，控制精度高，料流調(diào)節(jié)閥精度可達(dá)±0.1°。

DN700下密封閥安裝在下部閥箱箱體上，用于保持工作室壓力。下密封閥采用單油缸驅(qū)動(dòng)安裝更換方便。閥板密封圈采用耐熱硅橡膠，使用壽命長(zhǎng)，正常工況下壽命6個(gè)月。

4.6 下部波紋管

下部波紋管安裝在下部閥箱和水冷傳動(dòng)齒輪箱之間，用來(lái)補(bǔ)償爐頂不同支撐點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。下部波紋管結(jié)構(gòu)如圖7所示，由耐磨漏斗、帶機(jī)加工法蘭的波紋管裝置（不銹鋼波紋管）組成。

圖7 下部波紋管示意圖

山東永鋒4BF高爐將原下部波紋管和齒輪箱中間筒體整體式改為采用分體式設(shè)計(jì)，波紋管安裝方便，可獨(dú)立更換。另外波紋管采用獨(dú)立的拉桿連接，安裝時(shí)只需通過(guò)拉桿壓縮波紋管，安裝更換方便。

4.7 水冷傳動(dòng)齒輪箱

水冷傳動(dòng)齒輪箱上面與波紋管相連，下面與爐頂鋼圈相連。通過(guò)箱體上部行星齒輪箱的差速功能，將動(dòng)力傳給溜槽傾動(dòng)齒輪箱，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)布料溜槽的旋轉(zhuǎn)和多角度精準(zhǔn)傾動(dòng)動(dòng)作。

水冷傳動(dòng)齒輪箱結(jié)構(gòu)如圖8所示，由焊接鋼結(jié)構(gòu)殼體、檢修人孔門(mén)、水冷系統(tǒng)進(jìn)口和出口管道、氮?dú)鈬姶颠M(jìn)口管道、水冷板、回轉(zhuǎn)支撐、在高爐側(cè)帶耐火襯的旋轉(zhuǎn)底盤(pán)、溜槽傾動(dòng)減速機(jī)、行星齒輪箱、溜槽旋轉(zhuǎn)中間齒輪箱、傾動(dòng)控制用中間齒輪箱、堆焊硬質(zhì)合金的中心喉管組成。

圖8 水冷傳動(dòng)齒輪箱示意圖

山東永鋒4BF高爐水冷傳動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)全部采用齒輪系傳動(dòng)，兩個(gè)電機(jī)安裝在差動(dòng)減速機(jī)上驅(qū)動(dòng)布料溜槽旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)，差動(dòng)減速機(jī)通過(guò)差動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)布料溜槽可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)、單獨(dú)傾動(dòng)、也可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)同時(shí)動(dòng)作。旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)精度可達(dá)±0.1°，布料精度達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

山東永鋒4BF高爐水冷傳動(dòng)齒輪箱采用密閉式系統(tǒng)冷卻，利用高爐冷卻水作為冷卻水介質(zhì)，冷卻水通過(guò)齒輪箱內(nèi)裝密排的蛇形冷卻管進(jìn)行密閉式循環(huán)，通過(guò)熱交換帶走箱內(nèi)熱量，然后排到箱外水冷系統(tǒng)，使水冷傳動(dòng)齒輪箱在不大于65℃的環(huán)境中工作。這種密閉式的冷卻回路在保證齒輪箱得到充分、均勻的冷卻效果的同時(shí)，徹底杜絕了冷卻水進(jìn)入爐內(nèi)的可能，保證爐頂及高爐的穩(wěn)定、可靠和連續(xù)的生產(chǎn)。

水冷傳動(dòng)齒輪箱齒面采用磨齒、氮化處理，關(guān)鍵配套件回轉(zhuǎn)軸承為SKF進(jìn)口件，差動(dòng)減速機(jī)、傾動(dòng)減速機(jī)全套軸承、油封為進(jìn)口件，設(shè)計(jì)壽命滿足一代爐齡。

水冷傳動(dòng)齒輪箱布料溜槽傾動(dòng)采用蝸桿副式雙傾動(dòng)齒輪機(jī)驅(qū)動(dòng)布料溜槽旋轉(zhuǎn)、傾動(dòng)，與傳統(tǒng)的單傾動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)布料溜槽傾動(dòng)，兩個(gè)傾動(dòng)減速機(jī)提升能力大幅增加。

水冷傳動(dòng)齒輪箱驅(qū)動(dòng)布料溜槽在正常操作遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下與垂直軸線成13°～53°，布料溜槽13°時(shí)可實(shí)現(xiàn)高爐中心加料工藝要求，滿足各種高爐工藝要求。

山東永鋒4BF高爐XZ-IV水冷傳動(dòng)齒輪箱具有穩(wěn)定性可靠、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)精度高、布料精準(zhǔn)、閉式加壓水冷冷卻效果好、承載力矩大、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

4.8 布料溜槽

布料溜槽吊掛在水冷傳動(dòng)齒輪箱，結(jié)構(gòu)如圖9所示，由耐熱不銹鋼的溜槽槽體、帶有堆焊硬質(zhì)合金的耐磨襯板、隔熱層組成。

圖9 布料溜槽示意圖

山東永鋒4BF高爐布料溜槽槽身為耐熱不銹鋼，槽深內(nèi)有堆焊硬質(zhì)合金襯板，耐磨損使用壽命長(zhǎng)。布料溜槽為截面矩形結(jié)構(gòu)，流料曲線更加均勻、準(zhǔn)確。

4.9 爐頂鋼圈

爐頂鋼圈焊接在爐吼上部，是爐頂設(shè)備和高爐爐喉聯(lián)系起來(lái)的紐帶，其上法蘭面是整個(gè)爐頂設(shè)備安裝的基準(zhǔn)，對(duì)制造、檢查和安裝精度要求很高。爐頂鋼圈結(jié)構(gòu)如圖10所示，由焊接鋼結(jié)構(gòu)組成。

圖10 爐頂鋼圈示意圖

山東永鋒4BF高爐爐頂鋼圈內(nèi)部增加耐火隔熱纖維氈，防止?fàn)t內(nèi)氣流直接沖刷、烘烤齒輪箱底部，間接起到保護(hù)齒輪箱的作用。

4.10 布料溜槽更換裝置

布料溜槽更換裝置用于拆卸更換布料溜槽，結(jié)構(gòu)如圖11所示，由焊接鋼結(jié)構(gòu)組成。

圖11 布料溜槽更換裝置示意圖

5 結(jié)論

山東永峰4BF高爐大修工程2019年3月6日成功點(diǎn)火，3月7日順利出鐵，截止2020年11月通過(guò)20個(gè)月的實(shí)踐認(rèn)證，山東永峰4BF高爐運(yùn)行穩(wěn)定，日最大產(chǎn)量4435t，設(shè)備利用系數(shù)4.1，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。通過(guò)實(shí)踐表明，中鋼西重設(shè)計(jì)XZ-Ⅳ型無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，壽命及性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，滿足現(xiàn)代高爐工況要求。