山东永峰高炉串罐无料钟炉顶装料设备设计

杨立江

（中钢集团西安重机有限公司 陕西西安710201）

1 前言

山东永峰4＃高炉2018年12月1日停炉大修，高炉大修范围包括高炉本体、出铁场、水渣、炉顶设备、斜桥上料、喷煤以及综合水泵房等。原无料钟炉顶装料设备由中钢西重设计制造，采用MINI型无料钟炉顶装料设备，本次大修无料钟炉顶装料设备全套新制，在原MINI型无料钟炉顶装料设备升级改造采用中钢西重XZ-Ⅳ型无料钟炉顶装料设备，该设备具有运行稳定，传动精度高、承载能力大、维修方便、设备利用系数高等特点。中钢西重XZ-Ⅳ型无料钟炉顶装料设备，适用于750m3～1800m3的高炉，满足高炉生产工艺要求。

2 主要参数

山东永锋4BF高炉采用串罐无料钟炉顶装料设备，通过料车上料方式，高炉炉容1080m3，主要技术参数如表1所示。

表1 高炉主要参数

3 技术数据

中钢西重XZ-Ⅳ型无料钟炉顶装料设备，该设备结构满足750m3～1800m3的高炉使用，具体设备技术数据如表2所示。

表2 无料钟炉顶装料设备技术数据

4 炉顶设备组成及结构特点

山东永峰4BF高炉采用料车上料结构，炉料从料车经过装料设备布入高炉内部。中钢西重提供全套设备无料钟炉顶装料设备设计制造。山东永峰4＃高炉无料钟炉顶装料设备组成如图1所示，由受料斗、上料闸、上密封阀、称量料罐、下部阀箱、波纹管、水冷传动齿轮箱、炉顶法兰、布料溜槽、布料溜槽更换装置组成。

图1 山东永锋4BF无料钟炉顶装料设备总图

4.1 受料斗

受料斗有效容积30m3，安装在炉顶主结构式，主要用来存储矿料。受料罐结构如图2所示，由焊接钢结构壳体、耐磨衬板、支座组成。

图2 受料斗结构示意图

山东永锋4BF高炉受料斗内部耐磨衬板为中钢西重自主研发，具有耐磨损、使用寿命长的特点；受料罐内部安装隔筛保护上料闸闸门衬板防止炉料直接落在上料闸闸门衬板上。

4.2 上料闸

料闸用螺栓固定在受料斗下部，用于控制受料罐放料口的开和闭。上料闸结构如图3所示，由焊接钢结构壳体、带有连杆系统的驱动机构、对开式闸板、锥形漏斗、液压缸组成。

图3 上料闸结构示意图

山东永锋4BF高炉上料闸采用全封闭型，可以减少粉尘和微粒的放散，有利于环境保护。上料闸驱动轴端设置蒸汽加热孔，环境温度较低时，接通蒸汽，防止轴端堆积矿料粉尘结冰不能转动。

4.3 软密封连接

软密封连接安装在上料闸和称量料罐之间，用来补偿炉顶不同支撑点之间的相对运动。软密封连接结构如图4所示，由固定圈、橡胶板、紧固螺栓组成。

图4 软密封连接示意图

山东永锋4BF高炉采用软密封连接替代原波纹管，结构简单、安装方便；同时高度较低，降低了整体的炉顶设备高炉，减少了高炉的投入成本。

4.4 称量料罐

称量料罐有效容积30m3，上连上料闸，下连下部阀箱，主要用来储存、转运和称量炉料。称量料罐结构如图5所示，由安装在料罐上部的上密封阀，焊接钢结构壳体、耐磨衬板、均压系统连接支管、料罐支撑组件组成。

图5 称量料罐示意图

山东永锋4BF高炉称量料罐设计时将原上密封阀和称量料罐焊接式改进为法兰连接分体形式，上密封阀可整体单独更换，安装更换方便。分体式法兰的密封面采用金属包覆件，密封效果好，避免料罐均压放散时的气流冲击。上密封阀采用单油缸驱动安装更换方便。阀板密封圈采用耐热硅橡胶，使用寿命长，正常工况下寿命6个月。

山东永锋4BF高炉称量料罐内部安装耐磨衬板，保护料罐的直段和下部锥段，减少磨损。耐磨衬板为中钢西重自主研发，耐磨损、使用寿命长。称量料罐设置雷达料位计，检测料罐矿料体积，提高高炉布料精度。称量料罐直段中部设置应急排料口，用于事故状态下蓬料清理。

4.5 下部阀箱

下部阀箱安装在称量料罐的下部，主要是用来调节控制炉料的流量及密封炉气。下部阀箱结构如图6所示，由下部阀箱箱体、DN650料流调节阀及DN700下密封阀组成。

研究区土壤类型以棕色针叶林土为主，土体内含有石砾多，质地较轻，土层浅薄，一般在30～40 cm，表土疏松，腐殖质含量高。由于土壤滞水性强，土壤呈现高度湿润状态。该区土壤冻结期较长，冻层深度达3 m，并有岛状永冻层存在，土壤呈酸性。

图6 下部阀箱示意图

DN650料流调节阀安装下部阀箱箱体上部，采用单液压缸驱动，全密闭式结构，可有效降低灰尘排放量，有利于环保要求。料流调节阀的作用是调节排料速度或者排料时间，控制和保持料罐内炉料向炉内的布料趋于更均匀合理。料流调节阀球形对开闸门，料流均匀、合理。通过驱动油缸内置位移传感器控制料流调节阀球形闸门开度，控制精度高，料流调节阀精度可达±0.1°。

DN700下密封阀安装在下部阀箱箱体上，用于保持工作室压力。下密封阀采用单油缸驱动安装更换方便。阀板密封圈采用耐热硅橡胶，使用寿命长，正常工况下寿命6个月。

4.6 下部波纹管

下部波纹管安装在下部阀箱和水冷传动齿轮箱之间，用来补偿炉顶不同支撑点之间的相对运动。下部波纹管结构如图7所示，由耐磨漏斗、带机加工法兰的波纹管装置（不锈钢波纹管）组成。

图7 下部波纹管示意图

山东永锋4BF高炉将原下部波纹管和齿轮箱中间筒体整体式改为采用分体式设计，波纹管安装方便，可独立更换。另外波纹管采用独立的拉杆连接，安装时只需通过拉杆压缩波纹管，安装更换方便。

4.7 水冷传动齿轮箱

水冷传动齿轮箱上面与波纹管相连，下面与炉顶钢圈相连。通过箱体上部行星齿轮箱的差速功能，将动力传给溜槽倾动齿轮箱，可同时实现布料溜槽的旋转和多角度精准倾动动作。

水冷传动齿轮箱结构如图8所示，由焊接钢结构壳体、检修人孔门、水冷系统进口和出口管道、氮气喷吹进口管道、水冷板、回转支撑、在高炉侧带耐火衬的旋转底盘、溜槽倾动减速机、行星齿轮箱、溜槽旋转中间齿轮箱、倾动控制用中间齿轮箱、堆焊硬质合金的中心喉管组成。

图8 水冷传动齿轮箱示意图

山东永锋4BF高炉水冷传动齿轮箱传动全部采用齿轮系传动，两个电机安装在差动减速机上驱动布料溜槽旋转和倾动，差动减速机通过差动原理实现布料溜槽可以单独旋转、单独倾动、也可以实现旋转和倾动同时动作。旋转和倾动精度可达±0.1°，布料精度达到世界领先水平。

山东永锋4BF高炉水冷传动齿轮箱采用密闭式系统冷却，利用高炉冷却水作为冷却水介质，冷却水通过齿轮箱内装密排的蛇形冷却管进行密闭式循环，通过热交换带走箱内热量，然后排到箱外水冷系统，使水冷传动齿轮箱在不大于65℃的环境中工作。这种密闭式的冷却回路在保证齿轮箱得到充分、均匀的冷却效果的同时，彻底杜绝了冷却水进入炉内的可能，保证炉顶及高炉的稳定、可靠和连续的生产。

水冷传动齿轮箱齿面采用磨齿、氮化处理，关键配套件回转轴承为SKF进口件，差动减速机、倾动减速机全套轴承、油封为进口件，设计寿命满足一代炉龄。

水冷传动齿轮箱布料溜槽倾动采用蜗杆副式双倾动齿轮机驱动布料溜槽旋转、倾动，与传统的单倾动减速机驱动布料溜槽倾动，两个倾动减速机提升能力大幅增加。

水冷传动齿轮箱驱动布料溜槽在正常操作远程控制状态下与垂直轴线成13°～53°，布料溜槽13°时可实现高炉中心加料工艺要求，满足各种高炉工艺要求。

山东永锋4BF高炉XZ-IV水冷传动齿轮箱具有稳定性可靠、使用寿命长、传动精度高、布料精准、闭式加压水冷冷却效果好、承载力矩大、维护成本低等特点。

4.8 布料溜槽

布料溜槽吊挂在水冷传动齿轮箱，结构如图9所示，由耐热不锈钢的溜槽槽体、带有堆焊硬质合金的耐磨衬板、隔热层组成。

图9 布料溜槽示意图

山东永锋4BF高炉布料溜槽槽身为耐热不锈钢，槽深内有堆焊硬质合金衬板，耐磨损使用寿命长。布料溜槽为截面矩形结构，流料曲线更加均匀、准确。

4.9 炉顶钢圈

炉顶钢圈焊接在炉吼上部，是炉顶设备和高炉炉喉联系起来的纽带，其上法兰面是整个炉顶设备安装的基准，对制造、检查和安装精度要求很高。炉顶钢圈结构如图10所示，由焊接钢结构组成。

图10 炉顶钢圈示意图

山东永锋4BF高炉炉顶钢圈内部增加耐火隔热纤维毡，防止炉内气流直接冲刷、烘烤齿轮箱底部，间接起到保护齿轮箱的作用。

4.10 布料溜槽更换装置

布料溜槽更换装置用于拆卸更换布料溜槽，结构如图11所示，由焊接钢结构组成。

图11 布料溜槽更换装置示意图

5 结论

山东永峰4BF高炉大修工程2019年3月6日成功点火，3月7日顺利出铁，截止2020年11月通过20个月的实践认证，山东永峰4BF高炉运行稳定，日最大产量4435t，设备利用系数4.1，达到国内领先水平。通过实践表明，中钢西重设计XZ-Ⅳ型无料钟炉顶装料设备运行稳定，寿命及性能优于国内同类产品，达到国内领先水平，满足现代高炉工况要求。