无料钟炉顶装料设备典型故障分析及改进

段小朋

(中钢集团西安重机有限公司 陕西西安 710201)

1 前言

高炉炉顶装料设备是高炉炼铁工艺过程中将炉料装入炉内并使炉料合理分布的设备，同时起到炉顶密封作用。随着冶金装备技术的发展，当代国内炼铁高炉炉顶装料系统均采用无料钟炉顶装料设备，以实现高炉高压操作和对上部调剂的要求。无料钟炉顶装料设备从1987年开始由中钢西重制造，经过近30多年的努力，中钢西重已掌握了设计和制造技术，并通过不断创新，取得了自主知识产权。目前为全国100多家大中型钢铁公司400余座炉容为1080～5000m3的大型高炉配套使用了无料钟炉顶设备[1]。无料钟炉顶装料设备以其高效、稳定的运行性能为我国钢铁工业的发展做出了积极的贡献，同时节能环保效果显著。

2 问题调研

生产实践证实，三十多年来中钢西重无料种炉顶设备完全能满足高炉生产的各种操作要求，如高压操作，多环布料等，经历了炉顶恶劣工况条件的考验。但在使用中也出现过一些故障，典型的故障主要表现为上密封阀阀板压紧失效、称量料罐壳体打漏、倾动减速机漏油、中心喉管磨穿以及溜槽耐磨衬板使用寿命短等。表1 列出几种典型故障的种类。

表1 典型故障列表

3 典型故障分析及改进

结合以上列举的典型故障以及结合中钢西重近三十多年的生产实践经验，下面针对以上列举的典型故障问题进行分析，同时针对每一项分析结果我们都已提出相应的设计改进，并已实施，达到良好的使用效果。

3.1 密封阀阀板压紧失效的原因分析及改进

密封阀阀板压紧失效的主要原因是因为密封阀内部小连杆上的关节轴承长时间缺少干油润滑同时内部积灰导致轴承抱死,串罐炉顶用的早期密封阀内部拉杆润滑方式如下图1，是通过其压紧油缸内部拉杆，再连接管路小拉杆的交接点。主要缺点是内部润滑管路检修困难，在线无法更换，必须将密封阀驱动机构拆下后才能更换。

图1 原密封阀内部拉杆润滑方式

图2为改进后的密封阀内部拉杆结构，将其润滑管路改为外置形式，主要优点是减少磨损，增加润滑软管的使用寿命；便于在线维护，更换润滑软管时不需要拆卸驱动装置。

3.2 上部翻板料槽使用寿命短问题及改进

上部翻板装置安装于并罐无料钟炉顶装料设备最上部，其内部的翻板料槽主要功能是将上料主皮带运来的炉料分别导入两个料罐中。见图3。

原上部翻板料槽的基本结构为内部带耐磨铸造衬板形式，衬板表面为平板结构，通过用户现场使用反馈，由于受装料过程中矿料对其冲击，严重影响衬板使用，衬板使用不到半年就得更换。

图2 改进后密封阀内部拉杆润滑方式

图3 原上部翻板料槽内部结构

图4为改进后的上部翻板料槽内部结构，为提高此部件使用寿命，解决衬板使用寿命周期短问题，将翻板料槽内衬板受料冲击磨损严重的部位改进为搓衣板结构，从而实现在下料过程中衬板表面堆积一定的矿料，在装料时矿料与矿料形成料打料结构形式，对衬板磨损起到一定的保护作用。改进后该部件使用寿命可提高到12个月以上，减少了检修周期，延长了设备使用寿命。

3.3 倾动减速机漏油问题及改进

水冷传动齿轮箱是高炉无料钟炉顶装料设备的核心部件，安装在炉顶钢圈上，其功能是驱动并控制布料溜槽绕高炉中心线的旋转和倾动，以完成高炉不同的布料运动要求。倾动减速箱机装在水冷传动齿轮箱里面的旋转底盘上，其上的小齿轮与大齿圈啮合，倾动齿轮箱的终端是悬挂溜槽的倾动轴。布料溜槽作圆周运动是通过溜槽倾动减速机跟随旋转底盘旋转来实现的，布料溜槽倾动是通过齿轮传动机构将动力传给扇形齿轮，扇形齿轮带动挂在倾动轴上的布料溜槽作上下圆弧倾动来实现布料溜槽倾角变化的。根据以上市场调研倾动减速箱常见的问题有。内部蜗杆轴端存在漏油，稀油泵拆装困难，现场操作费时。

图4 改进后上部翻板料槽内部结构

结合以上情况，我们对倾动减速箱结构进行优化，将下轴承座安装于箱体之外，可有效的解决了该减速机由于工作环境温度不稳定，经常会发生在下轴承座处易出现漏油事故，无法直接更换密封圈的缺点；改进了耳轴水冷装置的结构，采用在轴承套与冷却管之间安装有球轴承支撑，转动更灵活，同时将水冷装置安装于倾动轴外部，从而解决了原耳轴水冷装置转动不灵活、更换非常困难的缺点。

图5 倾动减速箱漏油问题的解决方案

3.4 中心喉管磨穿原因分析及改进

中心喉管安装于高炉炉顶水冷传动齿轮箱内部，用于将炼铁所需的原料-矿石与焦炭通过中心喉管再均匀地装入炉内。使用工况条件恶劣，长期处在高温、冲击、磨损条件下工作，其内部通过的为高炉炼铁所需的原料矿石与焦炭，在下料过程中由于下料曲线不对中会对中心喉管内壁产生冲击冲击与磨损，造成在中心喉管内部打漏，导致对齿轮箱旋转装置产生影响，缩短了设备使用寿命，造成高炉休风事故。同时由于中心喉下部为高炉体中心内部煤气温度高通常在400℃以上，对中心喉管下部产生影响，严重时导致中心喉管下部烧坏。图6为用户现场使用损坏的中心喉管照片。

图6 原中心喉管损坏照片

为了有效地避免在下料过程中由于下料曲线不对中对中心喉管内壁产生的冲击与磨损，同时为提高中心喉管结构的稳定性，解决其耐高温变形的问题，更有效地延长其使用寿命。我们对中心喉管进行结构设计改进，改进后的结构见下图7。

图7 新中心喉管内部结构

新结构中心喉管由壳体与内部耐磨衬板组成，其内部衬板结构形式采用复合叠加形式，可有效地避免在装料过程中由于下料曲线不对中对中心喉管内壁产生冲击与磨损，造成在中心喉管内部打漏的现场发生。同时提高了中心喉管结构的稳定性，解决了其耐高温变形问题，有效地延长其使用寿命。

4 结束语

高炉无料钟炉顶装料设备是中钢集团西安重机有限公司通过多年的积累自主研发的技术。经过近多年来对一些典型问题的不断分析与改进，并经在国内多家钢铁公司生产实践的验证，中钢西重高炉无料钟炉顶装料设备技术达到国内领先水平，为国内钢铁公司稳定的高炉生产创造了良好条件，并取得显著的经济效益与社会效益[3]。为我国高炉炼铁技术的可持续发展，有着十分重要的意义。