高炉铁水摆动流槽-中冶南方工程技术有限公司

高炉液压铁水摆动流槽
研
制
报
告
二〇〇七年十月十一日
目录
1、概述
2、研制目标
3、工程背景
4、方案比较
5、设计实施
6、技术成果及创新点
7、持续改进
8、推广应用
9、技术展望
10、附图
高炉液压铁水摆动流槽
研制报告
一、概述
在高炉炼铁工艺中，将冶炼出来的铁水收集起来，一般采用两种形式，一种是固定铁水沟形式，另一种是活动铁水沟形式，主要是指铁水摆动流槽。

过去在1000m3以下的高炉中通常采用固定铁水沟的工艺形式，将铁水收集到铁水罐中，这种工艺技术使得炉台长度较长，投资多，扬尘点多，不易收尘，同时由于导流沟有一定的坡度，铁水才能流动，这使得炉台倾斜度大，不利于炉台平坦化。

针对固定铁水沟的诸多弊端，目前几乎所有的高炉均通过一种铁水摆动流槽的装置，将液态的铁水收集到铁水罐或鱼雷罐中去。

高炉铁水从工艺固定铁水沟流入摆动流槽时，摆动流槽的导流槽先摆向主罐列，使铁水导入主罐列上的铁水罐（或鱼雷罐车）中，当铁水罐（或鱼雷罐车）快装满时，摆动流槽摆动换向，将铁水导入副罐列上的铁水罐（或鱼雷罐车）中，此时主罐列（火车）迅速开动移走满罐，同时送入一个新的空罐，此时摆动流槽又摆动换向，将铁水再次导向主罐列，反复以上动作，直到高炉铁水的一个流出周期完成为止。

铁水摆动流槽的型式多种多样：从摆动方式分，有垂直摆动型和水平摆动型两种；从结构型式分，有刀口支承型、铸钢梁支承型和焊接托架型三种；从驱动方式分，有手动、电动+手动、电动+气动、液
动等；从导流槽的形状分，有半圆形的和多边形的两种。

二、研制目标
目前，国内高炉上使用的铁水摆动流槽都存在一些不尽人意的地方，例如：
①电动铁水摆动流槽的驱动装置体积较大，不利于出铁场平坦
化的工艺设计，不利于抽尘烟道的设计；
②刀口支撑型铁水摆动流槽存在摆动角度较小，不能在线倒尽
残铁以补修内衬的工艺需求，另外，在检修壳体时需拆卸传
动连杆，检修较麻烦；
③“壳体＋托架”的摆动流槽，更换壳体较困难，不能水平吊
装，壳体需倾斜避开固定铁沟旋入托架内，检修壳体困难；
④铸钢梁支撑的铁水摆动流槽，不但投资成本高，而且其摆动
角度也较小，检修需吊换壳体与铸钢梁的“楔块”。

本液压铁水摆动流槽的研发目标是：开发一种体积小、摆动角度大、运行安全可靠、检修方便、经济实用的新型设备。

三、工程背景
在武钢6#高炉的设计中，针对其环形出铁场的工艺布置型式以及先进、环保的设计目标，在四个铁口的固定铁水沟末端均设置了一台铁水摆动流槽。

设计参数如下：
高炉容积3200m3
日平均产铁7360 t
日出铁次数15次
两次铁间隔时间96min
一次出铁时间90min
铁路间距5700mm
出铁速度8t/min（正常，最大12t/min）
铁水比重 6.5~6.8t/m3
铁水温度1350~1450℃
导流槽内衬重量～15t
导流槽内存铁重量～3t（最大5.5t）
工作摆动角度±10°～±16°
摆动时间（32°）～20s
倒残铁最大摆角30°（仅一侧）
四、方案比较
在摆动流槽的摆动方式设计中，因水平摆动型的铁水摆动流槽应用较少，而垂直摆动型的不仅应用多，且技术成熟，故而设计选用垂直摆动型的铁水摆动流槽。

刀口支承型的铁水摆动流槽具有设备小巧、摆动灵活的优点，但美中不足的是其摆动角度在±16°范围内，槽内残铁无法倾倒干净，且检修壳体时需拆卸传动连杆；铸钢支承梁型的摆动流槽具有支撑刚度大、抗热变形能力强的优点，但其制造困难、设备笨重，且其摆动
角度也较小，检修时需吊起壳体与铸钢梁的“楔块”；焊接托架型的摆动流槽具有摆动角度大，设备较轻巧的优点，但在焊接托架的设计时，应充分注意到焊接托架其易热变形的弊端。

由电机驱动的摆动流槽是目前已经应用比较成熟的设备,电机驱动的摆动流槽主要由导流槽、导流槽托架、托架支承、电机及曲柄连杆装置等组成，导流槽为钢结构件，槽内衬有耐火材料，设置在导流槽托架上。

导流槽托架通过一对轴承座将设备重量垂直传递到结构基础平面上，传动装置中的主令控制器可传递设备摆动的角度信号，传动装置电机功率约5.5kW，流槽正常工作摆动角度±10°，运行时间约12s，最大极限摆动角度30°，停电等事故状态下用手轮实现摆动。

电动铁水摆动流槽具有技术成熟、传动可靠、易于设置手动备用驱动装置的优点，但其传动装置需要布置在炉台上面，除尘罩上部需开孔，不利于出铁场的平坦化等缺点。

液压驱动的铁水摆动流槽主要由导流槽、导流槽托架、托架支承、驱动液压缸、液压站等组成。

液压驱动的铁水摆动流槽的最大优点是将驱动液压站布置在远离高温多尘作业环境的液压站房内，安装在设备本体上液压缸体积小，易于实现出铁场的平坦化。

若液压驱动的铁水摆动流槽单设液压站，投资较电动的高；若液压驱动的铁水摆动流槽只配置阀台，而动力源引至炉前液压站，投资较电动的低。

在武钢6#高炉工程的设计中，选用了液压驱动的焊接托架型式的垂直铁水摆动流槽。

五、设计实施
液压铁水摆动流槽具体设计实施如下：导流槽壳体由耐热钢板焊接成多边形结构型式，流槽托架由型钢组焊而成，流槽托架的耳轴支撑设计成“U”开口的自润滑的滑动轴承型式，传动液压缸通过一锥形推拔杆与托架相连接。

导流槽是通过两侧和底部的卡板与托架卡装在一起的，导流槽可以很容易的与托架分离，更换简单方便。

液压铁水摆动流槽的结构型式和布置图如下：
六、技术成果及创新点
国内首次自主设计、制造液压铁水驱动的铁水摆动流槽，驱动装置小巧，设置在流槽边的地坑内，出铁场平坦、抽尘口设置灵活方便。

流槽壳体嵌卡在托架内，检修壳体时可直接将壳体吊离托架，然后侧向水平移出，不用任何辅助拆卸，十分方便。

摆动流槽的摆动角度大，可在线将槽体内铁水倒完以补修内衬，生产维护方便。

连接液压缸和托架的锥形推拔杆的设计攻关：液压驱动的铁水摆动流槽的技术难点在于设计一个即可靠又拆卸方便的连接结构，把液压缸的驱动力传递到流槽托架上。

项目组最后采用了如下图所视的锥形推拔杆连接结构，该技术不仅拆卸方便，而且利用锥面的自锁性能确保该连接的可靠性，结构巧妙（专利技术）。

设计手段创新：摆动流槽的设计关键是找准流槽重心，包括流槽壳体、托架、内衬，以及槽内的铁水。

为了准确求解重心，优化流槽耳轴的高度设置，采用三维仿真设计，凭借三维设计软件的重心求解功能，准确计算出了摆动流槽固定部分和流动铁水的组合重心。

这种设计手段上的创新，不仅大大减少设计人员的计算工作量，而且计算结果准确可靠，特别是在流槽结构优化调整时更显示其高效来，是传统设计手段无法比拟的。

七、持续改进
武钢6#高炉投产运行后，其液压铁水摆动流槽作业情况良好。

但也存在一些不足的是：①型钢焊接托架的抗热变形能力稍差，多边形壳体也出现了热变形现象；②液压驱动的备用驱动是液压站的蓄能器，没有考虑到液压缸及液压软管的事故备用；③导流槽的使用寿命略短；④流槽壳体吊装还存在一定的问题。

鉴于以上情况，在武钢7#高炉的设计中，改进设计如下：①改型钢焊接的流槽托架为耐热钢板焊接双箱形梁结构，增强了流槽托架的刚度和抗热变形能力；②设计双液压缸驱动（一用一备），并在液压缸上设计专用阀块，以解决软管爆裂的事故和液压缸互为备用的作业需求；③加深导流槽中部以增加槽内存铁以延长壳体内衬的冲刷寿命，并设置U形抗变形加强圈，以阻止多边形壳体的热变形；④将流槽托架设计为不对称结构，保证流槽壳体方便吊装。

其设计图如下：
武钢7#高炉已投产运行一年，双液压缸驱动的铁水摆动流槽设备应用情况非常好，特别是托架的抗热变形能力大大增强，流槽壳体吊装方便，导流槽的使用寿命也达到与主铁沟同步检修。

八、推广应用
液压铁水摆动流槽从武钢6#高炉的设计投产，到武钢7#高炉的改进完善，液压铁水摆动流槽的设计和应用已经比较成熟了。

液压铁水摆动流槽其简洁的设备本体、环保的除尘烟罩、平坦的出铁场设计，以及较小的设备检修维护工作等优点已经逐步被业主接受和青睐，目前已投产和正在建设的高炉中采用液压铁水摆动流槽的如下：
九、技术展望
液压铁水摆动流槽最大的技术亮点在于：设备本体简洁、驱动单元远离高温多尘的作业环境、有利于出铁场的平坦化设计。

电动铁水摆动流槽设置了事故人力操作手轮，而液压铁水摆动流槽在事故停电时是依靠液压站的蓄能器来提供动力油源来驱动摆动流槽的，这对液压站的管理维护增加了压力，如果能在液压铁水摆动流槽上也设计出事故人力操作手轮的话，那将会使得液压铁水摆动流槽的技术方案更完备！
十、附图
附图1：《传统电动铁水摆动流槽》
附图2：《刀口支撑型铁水摆动流槽》
附图3：《铸钢梁支撑的铁水摆动流槽》附图4：《单液压缸驱动铁水摆动流槽》附图5：《双液压缸驱动铁水摆动流槽》附图6：《推拔杆连接结构图》
炼铁事业部
二〇〇七年十一月十日。