高炉炉顶设计

高炉炉顶系统设计

创建时间：2008-08-02

高炉炉顶系统设计(blast furnace top system design)

将原、燃料按规定的料批和程序经炉顶往炉内装料、布料和对煤气进行密封的设施设计。设计内容主要包括装料设备能力确定，装料设备型式选择，以及高压炉顶、炉顶结构型式和炉顶附属设备设计。

简史19世纪，高炉采用料斗、料钟组成的钟式装料设备。1907年，美国马基(MAKEE)公司发明了带旋转布料器的双钟式装料设备，得到广泛应用。20世纪60年代，随着高炉大型化和炉顶压力的提高，许多国家竞相研制新型装料设备，出现了以双室密封的三钟、四钟型装料设备和使用盘式阀减小密封面的钟阀式装料设备。1971年，卢森堡鲍尔渥斯(Paul Wurth)公司研制成功无料钟炉顶装料设备。1972年1月在联邦德国奥古斯特蒂森(August Thyssen)钢铁公司汉博恩(Hutte Hamborn)厂1445m3高炉上首先试用了并罐式无料钟装料设备。20世纪80年代又出现了串罐式无料钟装料设备。

20世纪70年代以前，中国高炉广泛采用双钟式装料设备。1979年中国首都钢铁公司1327m3高炉上采用了并罐式无料钟装料设备。1985年宝山钢铁总厂1号高炉采用了双钟四阀型钟阀式装料设备。1990年鞍山钢铁公司2580m3高炉采用了串罐式无料钟装料设备。

装料能力的确定为缩短装料时间，装料设备一般都可以贮存最大一批炉料。对不同料批在规定时间内，按一定的程序，完成装料、布料、均压、放散等操作，以确定生产能力。

装料能力的计算以无料钟装料设备为例，如一批料由焦炭、矿石(C↓O↓)组成时，则

一批料的装料总时间T=T1+T2+T3+T4。其中T1为装完一批料各阀的动作时间(包括上料闸阀、上密封阀、料流调节阀、下密封阀和均排压阀，各阀位置见图4)，s；T2为均压、排压时间，s，T3为上料闸阀排料时间，s；T4为料流调节阀排料时间，s。装料设备的最大装料批数M =(24×3600)／T(实际需要装料批数M见高炉上料系统设计)。装料设备作业率J=(M／M max

)×100％，必须与上料系统的作业率相匹配，设计中一般采用J=70％～75％，旧厂改造时max

不宜超过80％。

装料设备型式选择按高炉容积、炉顶压力、上料方式等条件进行选择。要求达到工作可靠、布料灵活、煤气密封性好、使用寿命长、设备重量轻、总体高度低并易于维护检修。炉顶装料设备有钟式、钟阀式和无料钟式三种。(1)钟式装料设备。包括双钟、三钟、四钟三种类型(图1)。双钟式装料设备由大钟完成布料。大、小钟起密封作用，但当炉顶压力要求较高时，大钟易磨损，影响密封效果，这种形式适用于炉顶压力小于0．15MPa 的中、小型高炉。三钟式装料设备，在炉顶高压操作的情况下，虽大钟寿命延长，但小钟寿命缩短，使用效果欠佳，已不再采用。四钟式装料设备满足高压操作的要求，效果较好，但设备复杂，结构庞大，除日本少数高炉采用外，未能得到广泛应用。(2)钟阀式装料设备。大钟主要起布料作用，由密封阀起密封作用，减小了密封面，因此可适用于炉顶压力约为0．25MPa的高炉，但设备重，结构庞大。(3)无料钟装料设备。取消了大小料钟．采用小直径的上、下密封阀密封煤气，用料罐贮料，用料流调节阀控制料速，用流槽布料，其结构简单，设备轻，密封性好，布料灵活，维修方便，投资省，适用于炉顶中、高压操作的高炉，但对原、燃料的整粒要求较严格。

钟式装料设备多用双钟式，三钟、四钟式，由于结构复杂，很少采用。钟式装料设备由大钟、大料斗、煤气封盖、小钟、小料斗、布料器和受料斗组成一个完整系统(图1)。

大小料钟起着布料和密封煤气的作用。(1)大钟直径对炉料在炉喉处的布料状况有很大影响。可根据炉喉直径、大钟与炉喉的间隙或大钟直径与炉喉直径的比值合理选择，一般d0/ d1为0．67～0．80；d1- d0为1．2～2．2m(d1，d0见高炉炉体系统设计)，炉喉的间隙随炉容增大而加大。大小钟之间的有效容积必须大于一个最大料批的总体积，对于用料车上料的高炉，该有效容积一般为料车容积的5倍。(2)大钟为整体铸成，倾斜角一般为53。，在机械加工前，需进行高温退火和回火，以消除内部残余应力。大钟在安装前必须做静平衡试验并达到规定要求，同时，还应合理确定小钟与大料斗尺寸，以减少炉料对大钟面的冲击和磨损。小钟倾斜角为50～55。，为便于更换，作成两个半体，用螺栓联接。更换小钟时，可由煤气封盖上椭圆形检修孔中放进或取出。(3)大小钟的开闭应保证大小钟沿直线运动。一般，强迫下降钟杆连接在刚性直线运动的连杆机构上，自由下降钟杆用链条挂在平衡杆一端的扇形板上，依靠沿切线方向的运动来实现。大小钟开闭的行程和时间要满足装料要求，大中型高炉大钟行程一般为600～750mm，小钟行程一般为650～900mm。大小钟的开启从受力方式上可以分为两种：靠钟的自重及料重就可以下降的称为自由下降，易于保证垂直升降，结构简单；靠给料钟一定压力开启料钟的称为强迫下降。大小钟的开闭按传动方式可以分为机械传动和液压传动两种，常用机械传动式，这种方式是大小钟分别经钟杆吊挂在各自的平衡杆上，用电动卷扬机通过绳轮操纵平衡杆来控制大小钟开闭。液压传动式主要有两种：一种是用油缸推动大小钟平衡杆来开钟，靠平衡锤来关钟；另一种是用油缸推动扁担梁来关钟，靠料重与钟的自重来开钟。液压传动式可减轻炉顶设备重量，降低炉顶高度并减少关钟时的冲击力。

布料器主要有马基式、快速旋转和空转定点布料器等形式。(1)马基式布料器。是双钟炉顶普遍采用的设备：它把承载着炉料的小料斗旋转起来，按规定角度把料堆尖分别送到圆

周上的各个位置，带料旋转速度约为3r／min，布料器有效容积为料车有效容积的1．1倍。

(2)快速旋转布料器。布料漏斗与小料斗脱开，装料时快速旋转布料漏斗，能将炉料连续、多层、均匀分布在小钟料斗内，旋转速度一般为10～20r／min。(3)空转定点布料器。其形状为单斜口的偏心旋转漏斗。每装一批料前，旋转漏斗单向慢速空转一定角度后受料。每次所转角度任意确定，可使在炉喉所形成的料堆尖叠加成螺旋状，故称为螺旋布料。布料器漏斗容积为料车容积的0．3～0．4倍，转速一般为2～4r／min。

钟阀式装料设备在大小钟装料设备上部增设了密封阀，采用双室密封并减小密封面，主要有双钟双阀和双钟四阀两种型式(图2)。

图2a为双钟双阀式回转斗布料器。炉料经贮料斗用布料器布在小钟上方的密封室内，可以定点或连续布料。布料器通常采用回转斗式，其驱动装置放在密封室外。图2b为双钟四阀式旋转布料器，旋转布料器位于贮料斗上部，不用密封，易于维护检修，可以定点或连续布料。贮料斗下方均匀布置四个扇形节流阀和密封阀。布料性能好，大钟寿命长，可以使用一代炉役。

密封阀多采用盘式，一般用液压传动使阀盖做旋转运动。阀盖上装有耐热橡胶圈。可承受不高于250℃的温度。阀座上设有吹扫孔，在阀盖将要关闭时，通氮气吹去橡胶圈表面粘附的炉尘，是炉顶保证密封煤气的关键设备。

可调炉喉，是当炉喉直径增大到一定程度时，为克服钟阀式装料设备布料不均现象，在大钟之下的炉喉钢砖上方，所设置的一种活动的炉喉板：它可以做成可以调节内径的移动式、或改变锥度的摆动式装置。它可以改变炉料沿大钟表面向下落料的轨迹，在较大的范围内控制炉料的落下位置，达到比较理想的分布状态。

无料钟装料设备有并罐和串罐两种型式。由受料斗、料罐、上下密封阀、料流调节阀、驱动装置、气密箱和布料流槽等部分组成。料罐有效容积按最大焦炭批重(见高炉上料系统设计)装在一罐内考虑。布料流槽可作圆周方向旋转。转速8r／min，又能在0。～