炼铁机械_装料器和无料钟

4.7钟式炉顶随着高炉高压操作的推广和高炉容积的扩大，双钟式炉顶装料设备已日益不能满足生产要求，它存在的主要问题有：（1）随着炉顶压力的提高，双钟式炉顶装料设备各零件之间的密封和寿命存在问题，它包括：布料器旋转漏斗、小钟和小种料斗之间的密封；大小钟拉杆、大钟和大料斗之间的密封等问题而引起的零件寿命问题如，如高压炉顶的大钟寿命约只有一年多。（2）随着炉容量的增大起密封作用的大钟和大料斗的尺寸越来越大，如4000m3高炉的大钟直径已超过8m，大钟和大料斗的总重达120t。由于周长的增大在与大料斗配合处堆焊硬质合金也较困难，其次运输和安装调整都带来一定的困难。（3）对大型高炉来说，利用大钟开启，已不能满足炉喉径向布料要求，大钟下面的很大一部分面积不能直接加料，使中心气流发展，煤气的热能和化学能不能得到充分利用，严重影响冶炼技术经济指标。近年来，国内外出现了一些新型炉顶，新型炉顶可分为两大类：一类仍属有料钟炉顶；另一类为无料钟炉顶。在有料钟炉顶中，有三钟式、四钟式和钟阀式，三钟式四钟式炉顶由于结构复杂，没有解决钟式炉顶存在的根本问题，故应用较少，下面着重介绍钟-阀式炉顶。4.7.1钟-阀式炉顶钟-阀式炉顶装料设备，是在钟式装料设备的基础上发展起来的，是适应高压操作的装料设备。钟-阀式装料设备系由料钟和密封阀两种基本零件组成，这种结构设计思想是用结构较小的密封阀替代多钟结构中的上钟，但仍然保持两个高压室（即小钟和密封阀，大钟和小钟之间），这样较好地解决了炉顶高压煤气的密封问题，使炉顶压力可达0.25MPa以上。钟-阀式装料设备用得较多的为两钟两阀式，由日本石川，播磨重工业公司制造，所以亦称“IHI”炉顶，在此基础上，新日本钢铁公司又创造了二种四阀炉顶装料设备，故又称NSC型炉顶。4.7.1.1双钟双阀炉顶如图4-26所示为日本鹿厂1977年设产的3号高炉的双钟双阀式炉顶。该高炉的有效容积为5050m3，炉顶压力为0.25MPa，采用皮带上料，炉顶由大钟13、小钟10、两个密封阀4和设置在小钟和密封阀之间的旋转布料器5、6等组成，两个料仓2的容积之和等于小钟料斗或大钟料斗的有效容积，密封阀4由盘式阀盖和耐热硅橡胶软座且成，是一种软密封，其密封性能良好，其结构特点是靠旋转布料器来布料，小钟和密封阀、大钟和小钟之间形成两个均压室，靠小钟和密封阀来密封，大钟均压室与炉喉连通，大钟处在等压气体下工作，不起密封作用，其寿命可达到一代炉龄。装料时，卸料流槽1将料同时分装到两个料仓2内。往小钟料斗装料前，先起动布料器6，接着先打开两个密封阀，再打开两个装在料仓底部、密封阀上面的闸板阀3，以使密封阀在打开过程中不受炉料冲击。这时，由于布料器的旋转，使料均匀地分布在小钟料斗内（也可进行定点布料），打开小钟后，由于原料下落过程的扩散作用，大料斗内的料堆尖趋向平缓。图4—27是该炉顶的布料器驱动装置。电动机1通过减速箱2和小齿轮3，使大齿轮4旋转。大齿轮4通过定心套筒轴与小钟漏斗内的布料器旋转拉杆7连成一体，因此，带动布料器旋转。通常，布料器以均匀布料的方式工作，转速为12~14r/min。在大齿轮上面有三个锥形压辊，下面有三个锥形托，侧面还有六个径向挡辊，以保证齿轮的正确啮合。大小钟以及料仓的密封阀、闸板阀开闭均采用油压传动。双钟双阀式炉顶的主要缺点是，布料器旋转漏斗的工作环境差，支承辊和六个径向挡辊的均压室内工作，灰尘多、磨损快、检修不便。其传动系统虽然放在外面，但要通过较长的套筒轴传进去，刚性较差，并且增加了套筒轴的密封问题，为了克服这些缺点，可以把布料器放到外面，于是出现了双钟四阀工炉顶。4.7.1.2双钟四阀炉顶图4-28所示为双钟四阀炉顶的结构筒图。由于把布料器1移至贮料仓上面，在大气环境下工作，可以不设密封装置，减少维修工作量，这种炉顶有四个漏料孔，并装设四个闸门和四个密封阀，在密封阀上面有一个贮料仓。当皮带机往炉顶装料时，布料器不仅能通过边卸料边旋转的偏嘴把料均匀地分布在贮料内，而且也可采用固定角度进行定点布料，由于四股料流是对称分布的，尽管在小料斗内要形成四个堆尖，但经过小钟和大钟装料时的扩散作用，可以使圆周方向的布料基本上分布均匀。这种炉顶布料均匀性不如双钟双阀炉顶，上于贮料仓下面是四个放料口，故对定点下偏料来说，定点位置局限性较大，并且炉顶高度和设备重量比双钟双阀炉顶更大，当然投资也更高。为了延长上钟及料斗的寿命，在小钟上表面和小钟漏斗的内表面都设有可以更换的板保护（大钟和大料斗也是如此）。在小钟和小料斗接触处，都采用了软硬封相结合的结构（图4-29），小钟关闭时，小钟金属表面先和硅橡胶相接触，当硅橡胶被压缩后，再和料斗接触环的硬质合金加工面接触，由衅4-26和图4-28还可看出，小钟和小钟料斗都分成两段，当接触环吹损后，可以单独更换。图4-30是密封阀传动结构示意图，它是通过油缸推动齿条，然后带动齿轮使轴旋转，在轴上固定着操纵密封阀盖开闭的连杆。4.7.1.3密封阀结构及设计A密封阀的结构目前钟-阀式炉顶的密封阀基本上都采用如图4-29中的密封结构，无料钟炉顶的密封阀也采用这种结构，图4-31是密封阀部分的详细结构，这种密封结构是在原有结构的基础上改进的，其阀盖6由操纵密封盖开闭的连杆带动（图4-29），环形气囊2具有足够的断面积，可以使排气口3形成连续的环状气幕，由原来的单刃改为双金属刃4，并固定在阀体1上，耐热橡胶圈5固定在阀盖6上，当阀盖处于关闭位置时，冷却气不认排气口排出，只有当阀盖打开或关回的短时间进行排气，其目的是为了清扫橡胶表面的灰尘，以免尘粒附在刃口和橡胶表面之间，影响密封性。这种结构的耐热橡胶可以在250°~300℃的环境中长期工作，可以不用连续喷气冷却，然而，对于炉喉温度较高的高炉，对耐热橡胶进行连续冷却是必要的，最好在橡胶座周围的金属体上，开有冷却水环槽，使橡胶在和金属座接触的三个面温度较低，再加上橡胶表面有冷却气冷却，就可以显著降低耐热橡胶的工作温度，从而提高其使用寿命。在上述关系中，当单位压力q值大于许多比压[q]时，橡胶圈使用寿命将会降低或老化。当密封比压qMF值大于单位压务q值时，说明保证密封所需要的单位压力大，而外部对密封面所施加的单位压力小，以致达不到两个接触面之间所需要的贴紧力。目前，国内外某些高炉，为了进一步提高密封阀的寿命和密封效果，已采用在密封阀座上设置电加热装置，使阀座上处于无水状态，以降低尘粒在阀座上的粘结。此外，为了控制橡胶密封阀受力后产生的允许变形，工作时，应使硅橡胶的压缩量限制在2~3mm之间，为此，在阀座上可增设一组可调的环型档圈，以防止压缩量的增加。橡胶密封阀的允许变形和密封阀冷却，吹尘的氮气需用流量的计算，可以参阅有关资料。4.7.1.4可调炉喉在高炉大型化以后，大钟直径也相应增大，因此不论采用什么装料制度，只利用大钟径向布料都不能达到满意的效果，因为大钟下面很大面积不能直接加料，所以，炉内中心煤气流显著高于边缘，影响技术经济指标。国内外近来在大型高炉上采用了可调炉喉挡料板或炉喉载截锥，以改变径向布料，后者由于结构复杂未在我国推广使用。可调炉喉板结构和工作原理如图4-32所示，沿炉喉圆周有24块炉喉调节板1，它们通过板座2，转轴3，转臂4，上下拉杆5、7及调节螺母5，联接在一个环梁上，在环梁下面有三个油缸9驱动环梁升降，以使炉喉板摆动，达到改变炉喉直径的目的，指针10可显示炉喉板调节位置，此设备已在我国钟-阀式大型高炉使用。4.7.2无料钟炉顶钟-阀式炉顶比马基式炉顶有很多优点，但这种炉顶还未彻底消除大、小料钟，如对4000m3高炉，大钟及大料斗的合重已达120t，大钟直径达8m以上，这给制造、运输及维修带来很大困难。1970年，卢森堡的威尔斯与波尔、乌尔斯公司共同创造了PW式无料钟炉顶装料设备，并于1972年在原西德汉堡四号高炉上投产之后，充分显示了其优越性，并很快在世界各国得到推广使用。4.7.2.1无料钟炉顶的结构组成和基本参数的计算A无料钟炉顶的结构组成图4-33是并罐式无料钟炉顶总体结构示意图，它由可移动的受料漏半1、两个密封料仓4、叉形管11和中心管16、气密箱（包括溜槽传动装置）15和布料溜槽14等五部分组成，其余还包括监测系统（料面探测、温度显示、料仓测重、空满显示等），料仓均匀和放散系统及冷却系统等设备。无料钟炉顶操作过程是，当某个料仓需装料时，受料漏斗先移到该料仓的上部，并使该料仓的放散阀打开，然后打开上密封阀，将第一车料装入料仓，关闭上密封阀和放散阀，并向料仓内充入均压煤气，以减少下密封阀的压力差，以同样顺序将第二车料装入同一个料仓，然后把第三、第四车料装入另一个密封料仓，一般是一个料仓装矿石，另一个料仓装焦炭，形成一个料批。当炉内需装料时，提升探尺到最高位置（水平探尺退到原位），溜槽按布料选择要求由等待点转动到起始点，打开卸料料仓的下密封阀，再打开调节某一开度的料流节流阀，原料按预定的卸料时间经过叉形管，中心喉管和溜槽向炉内布料，当料，仓卸空后由测力仪（电子称）发出信号，先关闭料流节流阀，再关闭下密封阀，然后打开放散阀，溜槽回到原等待位置。当第一个料罐往炉内装料时，第二个料罐可以接受装料，两个料罐交替工作，使炉顶装料具有足够的能力。在工作中要求联锁装置有：探料尺提升到最高位置才允许溜槽启动，下密封阀没关闭，上密封阀不能打开，下密封阀没全部打开，料流调节阀不能打开，当料仓内有料时，不能打开该料仓的上密封阀，以免重复装料。无料钟炉顶主要优点是：（1）炉喉布料用一个重量轻、既或旋转又可摆动的溜槽来进行，能实现炉喉最合理的布料，操作灵活，调节手段多，能充分满足高炉布料和调剂的要求，因此，可提高产量，降低能耗。（2）取消了庞大笨重的大钟、大料斗和旧式旋转布料器，比较彻底地解决了制造、运输、安装和维护更换等问题。（3）炉顶用尺寸较小、密封性良好的两层密封阀代替原有料钟密封。炉顶压力得进一步提高，且密封阀不受原料的磨损，寿命较长；阀和阀座的重量尺寸小，可以整体更换也可单独更换某个零件（如硅橡胶），检修比较方便。（4）炉顶结构大为简化，炉顶设备重量减轻一半；同时炉顶上的吊装设备能力要求降低，炉顶总高度约降低三分之一，使整个炉顶设备总投资减少一半以上，无料钟与钟-阀式炉顶设备重量比较见表4-1。B基本参数和结构要求为了确保无料钟料顶有足够的装料能力和周向布料均匀，其设计时基本参数有，料罐容积、料流调节阀内径、中心喉管内径和布料器转速等。a料罐料罐的有新途径容积一般取半批料的体积，即相当于两个料车的有较容积。为防止炉料对罐内壁的磨损，其内部半有材质为高铬铸铁的衬板，两个料罐分别放在电子秤8上，其上设置有料罐空满的检测显示器，以及时发现卡料现象，由于两上料罐设有电子秤，所以不能与叉形漏斗11进行刚性连接，中间通过一段不锈钢做成的波纹管连接。b料流调节阀和密封阀料流调节阀的作用有两上：一是避免原料与下密封阀接触，以防止密封阀磨损；二是可调节阀的开度，以控制料流的速度与布料溜槽合理配合而达到各种形式布料的要求。料流调节阀和下密封阀的内径越小，每次下料时间越长，当布料器转速一定的情况下可以增中炉喉的布料层数，因此有利于均匀布料，此外，密封阀的尺寸小有利于修理更换，特别对于耐热橡胶圈的制造，涉及到胎具有尺寸也希望小一些，但对小的密封阀容易卡料。工作中料流阀阀板由于受到炉料经常摩擦和挤压，阀板应使用高强度合金铸钢材料。为了提高整个阀体在阀箱中的刚性，阀板开启轴应将原先使用的悬臂曲拐型改成两侧支承的曲轴型，目前新设计的串罐无料钟的新型料闸，也使用了两侧支承的结构。此外，为了提高料流调节阀的开启性能，还应提高其自动控制的能力。c叉形管和中心喉管中心喉管是一段圆柱形短管，其上部通过叉形管与料罐连接。中心喉管的内径应比节流阀放料口内径小一些（根据炉容量一般取600~800㎜），其下料能力应与下密封阀放料口的下料能力相等或小一些。d旋转溜槽旋转溜槽的转速应能保证圆周均匀布料，转速太高对设备不利，一般来说，每次布料应有10层左右的料（环形布料时）或10圈左右的料（步进式同心圆布料时