山東永峰高爐串罐無料鐘爐頂裝料設備設計

楊立江

（中鋼集團西安重機有限公司 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、水渣、爐頂設備、斜橋上料、噴煤以及綜合水泵房等。原無料鐘爐頂裝料設備由中鋼西重設計制造，采用MINI型無料鐘爐頂裝料設備，本次大修無料鐘爐頂裝料設備全套新制，在原MINI型無料鐘爐頂裝料設備升級改造采用中鋼西重XZ-Ⅳ型無料鐘爐頂裝料設備，該設備具有運行穩定，傳動精度高、承載能力大、維修方便、設備利用系數高等特點。中鋼西重XZ-Ⅳ型無料鐘爐頂裝料設備，適用于750m3～1800m3的高爐，滿足高爐生產工藝要求。

2 主要參數

山東永鋒4BF高爐采用串罐無料鐘爐頂裝料設備，通過料車上料方式，高爐爐容1080m3，主要技術參數如表1所示。

表1 高爐主要參數

3 技術數據

中鋼西重XZ-Ⅳ型無料鐘爐頂裝料設備，該設備結構滿足750m3～1800m3的高爐使用，具體設備技術數據如表2所示。

表2 無料鐘爐頂裝料設備技術數據

4 爐頂設備組成及結構特點

山東永峰4BF高爐采用料車上料結構，爐料從料車經過裝料設備布入高爐內部。中鋼西重提供全套設備無料鐘爐頂裝料設備設計制造。山東永峰4＃高爐無料鐘爐頂裝料設備組成如圖1所示，由受料斗、上料閘、上密封閥、稱量料罐、下部閥箱、波紋管、水冷傳動齒輪箱、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無料鐘爐頂裝料設備總圖

4.1 受料斗

受料斗有效容積30m3，安裝在爐頂主結構式，主要用來存儲礦料。受料罐結構如圖2所示，由焊接鋼結構殼體、耐磨襯板、支座組成。

圖2 受料斗結構示意圖

山東永鋒4BF高爐受料斗內部耐磨襯板為中鋼西重自主研發，具有耐磨損、使用壽命長的特點；受料罐內部安裝隔篩保護上料閘閘門襯板防止爐料直接落在上料閘閘門襯板上。

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和閉。上料閘結構如圖3所示，由焊接鋼結構殼體、帶有連桿系統的驅動機構、對開式閘板、錐形漏斗、液壓缸組成。

圖3 上料閘結構示意圖

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，有利于環境保護。上料閘驅動軸端設置蒸汽加熱孔，環境溫度較低時，接通蒸汽，防止軸端堆積礦料粉塵結冰不能轉動。

4.3 軟密封連接

軟密封連接安裝在上料閘和稱量料罐之間，用來補償爐頂不同支撐點之間的相對運動。軟密封連接結構如圖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，結構簡單、安裝方便；同時高度較低，降低了整體的爐頂設備高爐，減少了高爐的投入成本。

4.4 稱量料罐

稱量料罐有效容積30m3，上連上料閘，下連下部閥箱，主要用來儲存、轉運和稱量爐料。稱量料罐結構如圖5所示，由安裝在料罐上部的上密封閥，焊接鋼結構殼體、耐磨襯板、均壓系統連接支管、料罐支撐組件組成。

圖5 稱量料罐示意圖

山東永鋒4BF高爐稱量料罐設計時將原上密封閥和稱量料罐焊接式改進為法蘭連接分體形式，上密封閥可整體單獨更換，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的氣流沖擊。上密封閥采用單油缸驅動安裝更換方便。閥板密封圈采用耐熱硅橡膠，使用壽命長，正常工況下壽命6個月。

山東永鋒4BF高爐稱量料罐內部安裝耐磨襯板，保護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，耐磨損、使用壽命長。稱量料罐設置雷達料位計，檢測料罐礦料體積，提高高爐布料精度。稱量料罐直段中部設置應急排料口，用于事故狀態下蓬料清理。

4.5 下部閥箱

下部閥箱安裝在稱量料罐的下部，主要是用來調節控制爐料的流量及密封爐氣。下部閥箱結構如圖6所示，由下部閥箱箱體、DN650料流調節閥及DN700下密封閥組成。

研究區土壤類型以棕色針葉林土為主，土體內含有石礫多，質地較輕，土層淺薄，一般在30～40 cm，表土疏松，腐殖質含量高。由于土壤滯水性強，土壤呈現高度濕潤狀態。該區土壤凍結期較長，凍層深度達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料流調節閥安裝下部閥箱箱體上部，采用單液壓缸驅動，全密閉式結構，可有效降低灰塵排放量，有利于環保要求。料流調節閥的作用是調節排料速度或者排料時間，控制和保持料罐內爐料向爐內的布料趨于更均勻合理。料流調節閥球形對開閘門，料流均勻、合理。通過驅動油缸內置位移傳感器控制料流調節閥球形閘門開度，控制精度高，料流調節閥精度可達±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動安裝更換方便。閥板密封圈采用耐熱硅橡膠，使用壽命長，正常工況下壽命6個月。

4.6 下部波紋管

下部波紋管安裝在下部閥箱和水冷傳動齒輪箱之間，用來補償爐頂不同支撐點之間的相對運動。下部波紋管結構如圖7所示，由耐磨漏斗、帶機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計，波紋管安裝方便，可獨立更換。另外波紋管采用獨立的拉桿連接，安裝時只需通過拉桿壓縮波紋管，安裝更換方便。

4.7 水冷傳動齒輪箱

水冷傳動齒輪箱上面與波紋管相連，下面與爐頂鋼圈相連。通過箱體上部行星齒輪箱的差速功能，將動力傳給溜槽傾動齒輪箱，可同時實現布料溜槽的旋轉和多角度精準傾動動作。

水冷傳動齒輪箱結構如圖8所示，由焊接鋼結構殼體、檢修人孔門、水冷系統進口和出口管道、氮氣噴吹進口管道、水冷板、回轉支撐、在高爐側帶耐火襯的旋轉底盤、溜槽傾動減速機、行星齒輪箱、溜槽旋轉中間齒輪箱、傾動控制用中間齒輪箱、堆焊硬質合金的中心喉管組成。

圖8 水冷傳動齒輪箱示意圖

山東永鋒4BF高爐水冷傳動齒輪箱傳動全部采用齒輪系傳動，兩個電機安裝在差動減速機上驅動布料溜槽旋轉和傾動，差動減速機通過差動原理實現布料溜槽可以單獨旋轉、單獨傾動、也可以實現旋轉和傾動同時動作。旋轉和傾動精度可達±0.1°，布料精度達到世界領先水平。

山東永鋒4BF高爐水冷傳動齒輪箱采用密閉式系統冷卻，利用高爐冷卻水作為冷卻水介質，冷卻水通過齒輪箱內裝密排的蛇形冷卻管進行密閉式循環，通過熱交換帶走箱內熱量，然后排到箱外水冷系統，使水冷傳動齒輪箱在不大于65℃的環境中工作。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，徹底杜絕了冷卻水進入爐內的可能，保證爐頂及高爐的穩定、可靠和連續的生產。

水冷傳動齒輪箱齒面采用磨齒、氮化處理，關鍵配套件回轉軸承為SKF進口件，差動減速機、傾動減速機全套軸承、油封為進口件，設計壽命滿足一代爐齡。

水冷傳動齒輪箱布料溜槽傾動采用蝸桿副式雙傾動齒輪機驅動布料溜槽旋轉、傾動，與傳統的單傾動減速機驅動布料溜槽傾動，兩個傾動減速機提升能力大幅增加。

水冷傳動齒輪箱驅動布料溜槽在正常操作遠程控制狀態下與垂直軸線成13°～53°，布料溜槽13°時可實現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水冷傳動齒輪箱具有穩定性可靠、使用壽命長、傳動精度高、布料精準、閉式加壓水冷冷卻效果好、承載力矩大、維護成本低等特點。

4.8 布料溜槽

布料溜槽吊掛在水冷傳動齒輪箱，結構如圖9所示，由耐熱不銹鋼的溜槽槽體、帶有堆焊硬質合金的耐磨襯板、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，槽深內有堆焊硬質合金襯板，耐磨損使用壽命長。布料溜槽為截面矩形結構，流料曲線更加均勻、準確。

4.9 爐頂鋼圈

爐頂鋼圈焊接在爐吼上部，是爐頂設備和高爐爐喉聯系起來的紐帶，其上法蘭面是整個爐頂設備安裝的基準，對制造、檢查和安裝精度要求很高。爐頂鋼圈結構如圖10所示，由焊接鋼結構組成。

圖10 爐頂鋼圈示意圖

山東永鋒4BF高爐爐頂鋼圈內部增加耐火隔熱纖維氈，防止爐內氣流直接沖刷、烘烤齒輪箱底部，間接起到保護齒輪箱的作用。

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，結構如圖11所示，由焊接鋼結構組成。

圖11 布料溜槽更換裝置示意圖

5 結論

山東永峰4BF高爐大修工程2019年3月6日成功點火，3月7日順利出鐵，截止2020年11月通過20個月的實踐認證，山東永峰4BF高爐運行穩定，日最大產量4435t，設備利用系數4.1，達到國內領先水平。通過實踐表明，中鋼西重設計XZ-Ⅳ型無料鐘爐頂裝料設備運行穩定，壽命及性能優于國內同類產品，達到國內領先水平，滿足現代高爐工況要求。