关于无料钟炉顶的布料和控制的讨论

关于无料钟炉顶的布料和控制的讨论课程名称: 机械装备及设计小组成员: XXX2012年11月12日1.无料钟炉顶简介无料钟炉顶由可移动的受料漏斗、两个密封料罐和布料器等结构组成。

为了能够交替地往两个料罐装料，受料漏斗做成可以移动的。

每个密封料罐的容积约为半批料（相当于料车上料时两车料）。

在料罐的顶部和下部没有密封阀起炉顶密封作用。

每个料罐都有均压设备。

在下密封阀的上面设有料流调节阀门，可以控制原料流量。

布料的溜槽可以绕高炉中心线惊醒转动，溜槽的倾角可以调节。

无料钟炉顶的主要主要优点是：1）、炉喉布料由一个重量较轻的旋转溜槽来进行。

由于该溜槽可以作圆周方向的螺旋运动，又能改变角度，能够实现炉喉最理想的布料，并且操作灵活，能满足高炉布料和炉顶调剂的要求。

2）、由于取消了大钟、大料斗和旧式螺旋布料器等笨重而又要精密加工的零件，比较彻底地解决了制造、运输、安装和维护更换等问题。

3）、炉顶有两层密封阀，且不受原料的摩擦和磨损，寿命较长；阀和阀座的重量和尺寸较小，可以整体更换也可以单独更换某个零件（如耐热硅橡胶圈），检修比较方便。

4）、炉顶结构大大简化，部件的重量减轻，炉顶的安装小车起重量由120t缩小到40t，减轻了炉顶的钢结构，降低了炉顶的总高度。

整个炉顶设备的投资减少到双钟双阀或双钟四阀炉顶的50~60%2. 无料钟炉顶的布料方式自动的环形布料（图1）：自动地选定溜槽的倾角（由选择矩阵或电子计算机选定），布料时溜槽只作螺旋运动。

自动的螺旋布料或步进式同心圆布料（图2）：由选择矩阵或电子计算机选择溜槽倾角内外极限角，及溜槽每转一圈倾角的递减量。

布料时溜槽每转一圈倾角跳变一个角度（一般由内向外跳变）。

手动定点布料（图3）：溜槽的倾角和它所处的方位根据炉内产生管道的位置由手动选择按钮来进行调节。

布料时溜槽对准某处固定不动。

手动扇形布料（图4）：溜槽倾角和它的方位角以及扇形弧段的摆动角都由手动选择按钮来进行，布料时溜槽在指定弧段内慢速来回摆动。

3. 无料钟炉顶的优缺点装料制度是高炉重要的基本操作制度之一，它与下部调剂制度相结合，决定着高炉内煤气的分布和利用水平。

在一定的原料和设备条件下，与热制度、造渣制度组成高炉稳定、顺行、高产、优质、低耗、长寿的必要和充分条件。

当前，我国容积在500m3以上的高炉基本采用无钟炉顶。

300—500m3的高炉也大部分采用此种装料设备。

因此，研究无料钟炉顶的布料规律，对进一步改善高炉的运行状况，提高高炉的技术经济指标，有着重要意义。

无料钟炉顶有如下优点。

炉喉布料由一个质量较轻的旋转溜槽来进行。

由于该溜槽可以作圆周方向的旋转运动，又能改变角度，能够实现炉喉最理想的布料，并且操作灵活，能满足高炉布料和炉顶调剂的要求。

由于取消了大钟、大料斗和旧式旋转布料器等笨重而又要精密加工的零件，比较彻底地解决了制造、运输、安装和维护更换等问题。

炉顶有两层密封阀，且不受原料的摩擦和磨损，寿命较长；阀和阀座的重量和尺寸较小，可以整体更换也可以单独更换某个零件（如耐热硅橡胶圈），检修比较方便。

炉顶结构大大简化，部件的重量减轻，炉顶的安装小车起重量由120t缩小到40t，减轻了炉顶的钢结构，降低了炉顶的总高度。

整个炉顶设备的投资减少到双钟双阀或双钟四阀炉顶的50-60%。

当然，无料钟也有某些缺点。

目前耐热硅橡胶的容许工作温度为250-300℃。

而国内热烧结矿装炉的高炉，炉喉温度往往达到400-500℃。

对国内炉顶温度较高的高炉，可把密封软座的金属通水冷却，橡胶表面吹冷却气冷却，仍然可以保证耐热橡胶在允许的温度范围内工作。

另外，也可以采用硬封或软硬封相结合的结构来代替软封。

4. 高炉无钟布料器等高度螺旋布料控制模型无料钟高炉炉顶的布料工作主要受到四个方面因素的影响，即闸阀的开口度，炉料的运动规律，等高度布料螺旋线和溜槽的运动规律。

下面就将对以上四个因素建立控制模型，实现对高炉无料钟布料的优化。

4.1 闸阀的开口度闸阀的开口度就是落料面积的大小，它决定着料罐中的炉料能不能在要求的时间内放出，代表着布料的效率。

对于大型高炉，为了实现螺旋布料或进步式同心布料，往往要求每次布料的时间相等，例如80s。

由于各种原料的流动系数不一样，要求做到每次布料时间相等，必须改变节流阀闸门的开口度。

焦炭布料时的开口度最大，烧结矿布料时的开口度较小，球团矿布料时的开口度最小。

而料罐内一般只装一种类型的原料，焦炭或矿料（烧结矿、块矿和石灰石等可以装在同一料罐内）。

每次布料时，要求节流阀闸门有固定的开口度。

也就是说，正在布料时，不改变节流阀闸门的开口度。

计算获得的开口度大小往往不符合实际，只能作为一个设定值供以参考。

4.2 等高度布料螺旋线步进式同心圆布料时，半径方向料层厚度相等的叫做等高度布料。

关于等高度布料，曾经考虑过使溜槽由外向内做无级螺旋运动，实现料层等高度的均匀布料。

但这样做在电气上比较复杂。

为了简化控制系统，旋转溜槽的倾角做成10左右可供选择的位置。

这10个位置是用计算法根据下面的原则确定的：按环形布料法，从最外面一个同心圆开始，逐步向内收缩，使各个同心圆获得同样高度的料面。

这样布料在电气上较为简单。

用由外向内的同心圆法布料，溜槽的转速可以不变，但每转一圈溜槽的倾角改变一次，即可实现整个料面的等高度布料。

为了简化计算，假定炉料离开溜槽后的运动轨迹为溜槽底面的延长线。

溜槽单位时间的下料量或每一圈的下料量为一常数，为了实现等高度布料，每一圈所布的环形面积应该相等，即：N R S 20π=式中，0S ——布料器每转一圈所布下的料覆盖的环形区域的面积；R ——炉喉半径；N ——每次布料的布料圈数。

第i 环的面积可以用下式表示：i m i d R S π20=式中，mi R ——第i 环的平均半径； i d ——第i 环的宽度。

以上两式联立得， i m iNd R R 22= 上式还可以改写成：m ii NR R d 22= 这样可以看出，第i 环的圆环宽度i d 与该环离高炉中心的距离mi R 成反比，也就是说，越靠近炉墙环的密度越大。

为了计算每环的外半径i R ，可以利用公式 i R N R S i 220ππ==因此得到：Ni R R i = 即第i 环的外半径的平方与i 之间的关系是线性关系。

利用上式可以求出第i 环的平均半径为：])1([221-+=+=-i N Ni NR R R R i i m i m i R 就是等高度布料的螺旋线。

4.3 溜槽的运动规律溜槽的运动规律是通过其倾角α体现出来的。

图5 溜槽倾角的计算从图5可以看出，溜槽倾角α为： 1tan H R m i =α 所以ααtan )(tan 21H H H R m i -=⋅= 因为αsin 2a H =所以 αααααcos cos sin tan )sin (a H a H R m i -=-= 利用下面三个三角公式： a) 2211cos tt +-=α b)212sin t t +=α c) t =2tan α可以将上式化简为：0)(2)(2=+-+-a R Ht t a R m i m i解这个方程得到m i aaR a R H H t m i m i --+±-==222)(2tan α将第i 环的平均半径])1([221-+=+=-i N Ni NR R R R i i m i 公式带入上式既得， a i n ni n R i i n R a H H --+-+-+-+±-=])1([2)1212(42tan 2222α 对于一定的高炉，式中的H 、a 、R 和n 都是常数，α随i 变化。

5. 高炉炉顶发展过程高炉炉顶发展过程分别经历：巴利式布料器、布朗式布料器、马基式布料器以及无钟布料器（见图一）的过程。

由于无料钟炉顶设备取消了庞大而笨重的大、小料钟和漏斗以及细长的大、小钟拉杆；而且设备采用积木式和小型化形式，维护方便检修时间短；所以现在无料钟炉顶设备已经遍布世界各地。

我国第一个无钟炉顶装置于1979年应用于首钢2号高炉，如今新建的大型高炉几乎普遍使用无钟炉顶。

无料钟炉顶设备又有并罐式和串罐式两种型式（见图一），但并罐式无料钟炉顶有以下不足：1）由于两个料罐布置在偏离高炉中心，导致炉料偏心、不料不对称、径向矿焦比不对称；2)由于下料口是倾斜的，料流斜向与中心喉管相撞，出现：“蛇形动”现象，从而导致炉料在炉喉断面圆周方向分布不均匀；3）当溜槽的倾斜方向预料流方向一致时炉料抛得较远，而垂直时较近，因此，在炉喉断面实际得到的不了形状不是圆形而是椭圆形，矿焦两个料层形状也不吻合。

所以串罐式炉顶日趋得到广泛应用。

无钟布料器由两个料罐和一个溜槽组成。

两个料罐，相当于马基式布料器的大小钟之间的大料斗，料罐的两端有两个密封阀，直径一般1m 左右，上密封阀相当于小钟，下密封阀相于大钟。

放料时，溜槽以一定角度有规律地在炉内旋转，上密封阀关闭，下密封阀打开，炉料稳定地沿导料管流进溜槽，边转边落到炉内料面上。

溜槽倾角可以任意变动，不像钟式炉顶的大钟固定53°角那样，所以，炉料可以布到炉喉任意位置，无需借助变径炉喉，改变布料十分灵活。

马基式布料器双钟炉顶1－大料斗；2－大钟；3－大钟杆；4－煤气封罩；5－炉顶封板；6－炉顶法兰；7－小料斗下部内层；8－小料斗下部外层；9－小料斗上部；10－小齿轮；11－大齿轮；12－支撑轮；13－定位轮；14－小钟杆；15－钟杆密封；16－轴承；17－大钟杆吊挂件；18－小钟杆吊挂件；19－放散阀；20－均压阀；21－小钟密封；22－大料斗上节；23－受料漏斗并罐式无钟炉顶装置示意图 串罐式无钟炉顶装置示意图 1－移动受料漏斗；2－上密封阀；3－均压放散系统； 1－上料皮带机；2－挡板；3－受料漏斗；4－上闸阀； 4－称量料罐；5－料罐称量装置；6－节流阀；7－下密封阀； 5－上密封阀；6－称量料罐；7－下节流阀；8－下密封阀； 8－眼镜阀；9－中心喉管；10－气密箱传动装置； 9－中心喉管；10－旋转溜槽； 11－中心导料器 11－气密箱冷却系统；12－旋转溜槽；13－溜槽更换装置 马基式布料器布朗式布料器。