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高炉车间原料系统 |
原料系统是指各种原料运入高炉车间到装入高炉的一系列设施。原料系统包括;卸料、堆料、冶炼前的准备(破碎、筛分、混匀);运输到贮矿槽上;按高炉的需要配料、称量;装入料车或上料皮带,经过炉顶装料装置装入高炉等。对现代高炉的原料系统的要求是: 第一,保证连续地、均衡地供应高炉冶炼所需的原料,并为进一步强化冶炼留有余地; 第二,在贮运过程中应考虑为改善高炉冶炼所必需的处理环节,如混匀、破碎、筛分等; 第三、由于贮运的原料数量大,对大、中型高炉应该实现自动化或半自动化,提高混匀、配料、称量的准确度,减轻工人在灰尘多的环境下繁重的体力劳动; 第四,原料系统各转运环节和漏料点都有灰尘产生,在设计时应考虑足够的通风除尘设施。 6.1高炉原料供应 6.1.1 原料的贮存、运输与混匀 在原料系统的工艺设计中,主要是确定储矿场的面积、原料冶炼前的准备过程和运输方式。由于原料混匀是精料方针的重要组成部分,愈来愈受到重视,因此有必要单独加以论述。 (l)原料的储存。为保证高炉冶炼连续和均衡供应原料,厂外来的原料必须有一定的储存量。若经水路运输,储存量应能保证在最长停航期内高炉生产不受影响。当厂外原料用铁路运输时,应考虑到途中可能发生的阻滞现象。 在设计中,铁矿石与锰矿石的储存量一般按30~45天考虑,石灰石按20~30天考虑。当原料产地距高炉较远,使用矿石种类较多,原料准备时间较长时取上限,反之取下限。矿石需要混匀时,两堆按一堆容量作为储备量,三堆按二堆作为储备量。 在以天然块矿为主要炼铁原料时,要建设生产规模与高炉车间相适应的储矿场,储矿场的容量应能满足上述要求并留有余地,以解决原料堆放储备和混匀等问题。但是,近年来由于烧结矿和球团矿等人造富矿使用率的不断增加,直接火炉的天然矿和石灰石等比重愈来愈小,因此高炉车间的储矿场面积已大为缩小,甚至取消储矿场,但是对钢铁厂来说,原料的储备量并不能减少,只是粉矿和精矿粉的量相对增加而已。 原料场的地面应铺矿渣混凝土、废耐火砖或红砖等,至少要将地面夯实,并应有排水设 施,露天储矿场应有不小于4%的自然排水坡度。 (2)原料的混匀。所谓混匀就是将几种(批人甚至十几种(批)散状原料,按一定比例进行混合,达到化学成分和物理性质均匀的目的。原料混匀对钢铁生产有重大意义。因此,随着钢铁工业的发展,混匀技术已成为不可缺少的生产环节,规模巨大的混匀设备已成为现代化冶金工厂的重要标志之一。 混匀工作在储矿场进行。通常,一个完整的混匀系统包括三部分:一次料场,混匀配料槽和混匀料场。图6-1是宝钢1号高炉阶段原料储运流程。 待混匀的原料在一次料场分类贮存(副原料场3条,矿石料场5条,混匀矿料场2条),并借助于取样检验和称量设备确知每一堆原料的真实化学成分和粒度组成,为配料计算和估计混匀后原料的成分提供准确资料。一次料场装备有摇臂式堆料机和斗轮式取料机。 混匀配料槽的作用是使各种混匀原料按比例混合,保证获得预期的化学成分和混匀效率。例如宝钢便装有8个混匀矿配料槽(4X400m3,4X200m3),槽下装有圆盘给料机和皮带电子种自动调节给料量,按照各种原料的入难顺序和已定配料比进行配料作业。 与此同时,混匀堆料机投入运行,将配好的料堆置在混匀料场上,直至一个混匀堆难完为止,然后堆料机转向另一条堆场进行堆料作业。对已堆好的料堆将根据用户矿槽充满情况进行取料。 混匀料场一条料堆的贮存能力一般为7~ION的用量,因而它同时也是储备料场。 混匀作业的基本方法是平铺截取。即分层平铺数百层(图6-2)使进料流被分成数百段,其进料的成分波动也被截成数百段,并沿纵向全长成百次叠加,这样在单位料堆长度上高于或低于原料成分平均值的概率趋于相等,从而使成分波动大大降低。 所谓截取,即沿料堆横向截取,每次截取均含有各个料层的原料,在取料过程的同时,进行各层原料的相互拌合、混匀。 混匀场作业设备主要是堆料机(图6—3)和取料机。堆料机有固定单翼俯仰式(图6一3a)、摇臂式(图6-3c)和双翼式(图6-3b),其选择与混匀场工艺布置有关,将取料机置于两条料堆之间而在混匀场外侧设置两台堆料机的,可采用固定单器俯仰式堆料机(如宝钢);只设一台堆料机的,大多使用摇背式,少数使用双翼式。 取料机型式较多,在冶金企业中常用的是刮板式、斗轮式和滚筒式等几种端面取料机(图6—4)。刮板式是最早使用的一种。由于生产能力较小(500t/h以下),适合于中小型企业。斗轮式又可分为单斗轮、双斗轮和滚筒式的,宝钢使用双斗轮式的,而武钢则是滚筒式的。 混匀工作使原料成分和粒度的波动大大降低,给钢铁厂带来巨大利益。但为了达到混匀的目的不仅要重视混匀条件的作业本身,而且还要重视矿山来料,一次堆场等各环节作业,使之在转运过程中就达到一定程度的匀化。这样,再经过配料混匀以后,使多种原料最终铁分(Fe)波动偏差降低到0.5%~0.3%,SiO2偏差降至0.05%左右,同时其粒度组成的变化也较小。 6.1.2贮矿槽 料车上料的高炉,贮矿槽位于高炉卷扬机一侧并与炉列平行;皮带上料的高炉,贮矿槽离高炉远些。在实现供料系统机械化和自动化的工作中建立容积足够的贮矿槽是重要的一环。贮矿槽的作用是: (1)解决高炉连续上料和车间简短来料的矛盾。要求各种原料按一定顺序和质量分批加入高炉,每批料的间隔时间较短,正常时仅6~8min,由储矿槽按要求直接将料加入料车是不可能的,而必须设贮矿槽这一中间环节。 (2)设贮矿槽可是原燃料运输线路缩短,控制系统集中,使漏料、称量和装入料车(皮带)等工作易于实现机械化和自动化。 (3)原燃料的储备作用。小型高炉每天使用原料量较小,贮矿场离高炉较近可以不设贮矿槽;50m3的高炉就应该设简易的贮矿槽或半壁矿槽;100~300m3的高炉可设一排贮矿槽,更大的高炉则应用两排。 矿槽总长度决定于车间的长度(参阅图4—1,2,3),后者决定高炉中心线的距离。单个矿槽长度随沟下运输形式而定,采用带式运输机时一般为5m,当用称量车时,因为要与闭锁器配合,所以长度应随闭锁器的形式而定,当采用滚筒式闭锁器时长度为4.57m。 矿槽宽度取决于高炉容积和槽上槽下的运输设备形式。大中型高炉一般为10~11m,当槽上用火车,槽下用称量车运输时,一般成双排矿槽,参阅图6—5.当槽上、槽下都采用皮带运输时,一般都做成单排。
矿槽的高度取决于矿槽上部运输形式。当采用火车运输时,因受铁路坡度限制(<0.015),一般轨面标高为9~10m,不宜超过11m,如矿槽上部用皮带运输时,矿槽上表面可适度高些。我国最高的槽面标高为15.3m,除旧有用热烧结矿的高炉采用火车上矿槽外,新设计的已全部采用皮带运输机向贮矿槽供料。 贮矿槽的总容积与高炉容积、使用的原料的性质和种类、以及车间的平面布置等因素有关,一般可参照表6—1选用。按表中的贮矿槽容积大约能贮存12~18小时的矿石,6~8小时的焦炭。 表6-1矿槽、焦槽容积与高炉容积的关系 焦槽长度为矿槽长度的2~3倍,大高炉焦槽宽度可为7~9m(见后面图6—9),一般都设两个焦槽。在矿石品种较少,矿槽有富余时可设辅助焦槽作为备用。 常用的矿槽结构形式有两种:钢筋混凝土结构和钢一钢筋混凝土混合结构,即支柱与槽体用钢筋混凝土,下面漏嘴与上面轨道梁用钢结构。 6.1.3贮矿相下运输称量 在贮矿槽下,将原料按品种和数量称量并运到料车(或料罐)的方法有两种:一是用称量车完成取料、称量、运输、卸料等工序;一是用皮带运输机,用称量漏斗称量。 称量车是一个带有称量设备的电动机车(图6-6)。料车式高炉的称量车,车上有操纵贮矿槽闭锁器的传动装置,还有与上料车数目相同的料斗,每个料斗供一个上料车,称量车上料斗的底是一对可开闭的门,借以向料车中放料,在称量车上半部设有司机室,操作人员在这里进行配料作业;架车行走,停靠在某一矿槽下,启动给料器,称量、停止给料等。在操纵台上没有称量机构的显示和调节系统。我国某些称量车主要技术性能如表6-2。 用带式运输机和称量漏斗时,在料车坑中,除焦炭称量漏斗外再设置两个矿石(或烧结矿)的称量漏斗,在料车坑两旁贮矿槽下则设置皮带运输机(用冷矿时)或链板运输机(用热烧结矿时)。炉料经贮矿槽下的给料器落到运输机上并落到称量漏斗中,待质量达到要求时停给料器和运输机。称量漏斗下有闭锁器,用它控制漏料,其系统见图6-7。 在设计带式运输机的生产能力时,对单料车的卷扬系统而言要按料车连续装料考虑,对双料车的卷扬系统而言则按单侧料车连续装矿考虑。这样既能高产,又能满足赶料线的要求。 带式运输机与称量车相比较有以下优点: (l)设备简单,节省投资。而称量车的缺点是设备复杂,投资大,维护麻烦。此外,称量车在高温和灰尘大的环境内工作(使用热烧结矿时更甚),传动系统和电器设备很容易出故障,要经常检修,要求有备用车,有的高炉甚至要有两台备用车才能满足生产,增加了投资。 (2)带式运输机容易实现沟下操作自动化,能有效地减轻体力劳动和改善劳动条件,有利于工人健康。虽然称量车也可以自动化和实现无人操作,如首钢1号高炉那样,但比起带式运输机要复杂得多。 (3)带式运输机取消了称量车,使矿槽漏嘴得以降低,在贮矿槽高度不变的情况下,容积得以增大。 基于上述原因,我国新建的300m3以上的高炉基本上都选用皮带(或链带)运输机作为沟下运输工具。 由皮带运输机向炉顶供料的高炉,对贮矿槽的要求与料车式的基本相同,只是距离远些。在装料程序上,将向料车漏料的改为向皮带漏料。 图6-8是宝钢高炉贮矿槽的工艺布置。矿槽和输出皮带机布置在主皮带机的一侧,通称一翼式布置。这种布置的特点是槽下的输出胶带机运距较长,但上料胶带机比两翼式的短,矿槽标高较低,炼铁车间布置比较灵活,适于岛式或半岛式布置。 焦槽和矿槽分成两排布置,便于施工和检修。当贮矿槽内料位下到0.5~0.6槽内高度时开始上料。料位控制过低,会造成物料粉碎,同时贮量也大大降低;料位控制过高,则会使输送系统起动、停车频繁,使槽上皮带机变料次数增加,这时一条运输系统给多座高炉上料将变得困难。 皮带上料的槽下工艺流程主要取决子筛分和称量设施的布置,可归纳为: (1)集中筛分,集中称量(如前图6—7)。料车上料和槽下焦炭系统常采用此种流程。其优点是设备数量少,布置集中,可节省投资,但备用能力低,一旦筛分和称量发生故障,则要影响生产。 (2)分散筛分,分散称量(例如前图6-8所示)。它由8个称量系统组成。原料称量后,由输出胶带机送到中央称量室,经集中漏斗送到上料皮带运往炉顶。这种布置操作灵活,备用能力大,便于维护,适于大料批多品种的高炉。 (3)分散筛分,集中称量,焦炭槽下多采用此种流程,如图6-8所示。6台焦筛进行筛分给料,由输出胶带机运到中央称量室,再经过移动流槽分别将焦装入两个称量漏斗。其优点是有利于筛子的检修,集中称量减少设备,减少层次;缺点是输出胶带机带料启动、制动,为了提高精度需要在给料终了前降速。对大型高炉,长距离输送是不经济的。 6.1.4料车坑 料车式高炉在贮矿槽下面斜桥下端向料车供料的场所称料车坑。一般布置在主焦槽的下方。 料车坑的大小与深度取决于其中所容纳的设备和操作维护的要求。对小高炉比较简单,只要能容纳装料漏斗和上料小车就可以了,大型高炉则比较复杂。图6—9示出大型高炉料车坑剖面。 料车坑四壁一般由钢筋混凝土职称。在地下水位较高地区,料车坑的壁与底应设防水层料车坑的底应考虑0.5%~3%的排水坡度,将积水集中到排水坑内用污水泵排出坑外。 料车坑内所有设备均应设置操作或检修平台。在布置设备时应着重考虑各漏斗流嘴在漏料过程中能准确的漏入料车内,并应注意各设备之间的空间尺寸关系,避免相碰。 在料车坑中安装的设备有: (1)焦炭称量设备,焦炭称量设备的系统见图6—10,其中包括滚动筛、称量漏斗和控制漏斗的闭锁器。滚筛(有的高炉用振动筛)兼有给料机的作用,在需要装料时转动,当重量达到要求时停止。称量漏斗一般为有锰钢内衬的钢板焊接结构,外壳一般为10~15mm,锰钢内衬厚为20~25mm。 称量漏斗的有效容积应与料车的有效容积一致,在设计时应注意消除死角避免剩料。 (2)矿石流槽和矿石称量漏斗。当槽下矿石(或烧结矿)用带式运输机时,一般采用矿石称量漏斗,其结构形式与要求基本上与焦炭称量漏斗相同。 为了进一步改善原料的性质,贯彻精料方针,设计料车坑(贮矿槽下)时必须考虑烧结矿筛分问题,在称量之前筛除小于5mm的粉末。 (3)碎焦运出设施。焦炭在料车坑过筛后的焦粉,一般由斗式提升机提升到地面上的碎焦贮存槽中。 6.1.5上料机 上料机是将炉料由贮矿槽(或料车坑)运送到炉顶的设备。我国高炉过去都采用斜桥卷扬机上料,用料车将称量好的原、燃料送入炉顶装料装置。 斜桥上料机一般由三部分组成:提升的容器、斜桥和卷扬机。根据容器又可分料车式和料罐式两种形式。 最近几年,高炉大型化,容积达到3000~4O00m3,用料车式上料机已不能满足要求,广泛采用皮带运输机向大型高炉炉顶供料,而3000m3以下的高炉和使用热烧结矿的高炉,还是以料车式上料机为主。 不论何种上料机,在设计上均应满足下述要求: 第一,足够的上料能力,不仅要满足正常生产的要求,还能在低料线的情况下很快赶上料线。为满足这一要求,在正常情况下上料机的作业率一般不应超过70%; 第二,工作稳妥可靠; 第三,最大程度的机械化和自动化。 通常,设计分工是由主体专业提出基础资料和工艺数据,土建专业作斜桥设计,冶金设备专业作卷扬机设计,经过反复协商定案,然后分别去做。 (1)料车式上料机。除小于100m3的高炉外,均设两个料车,互相平衡,用卷扬机通过钢丝绳牵引,见图6-11。 斜桥大都采用行架结构,其倾角取决于桥下的铁路线数目和平面布置形式,岛式市置的较小;一般为55o~65o,一列式布置较大,最大有达80o的。一般为两个支点,下边支撑在料车坑的墙壁上,上支点支撑在炉体框架上或单设的门型架上。Vu620m‘以下的高炉也有支撑在炉壳上的,结构简单,节省材料,但炉壳受推力作用,当炉壳变形时,可能影响斜桥工作。 为了使料车能自动卸料,料车的走行轨道在斜桥顶端制成曲线形,常用的卸料曲轨形式见图6—12。 当料车的前轮沿主轨道前进时,后轮过渡到辅助轨上继续前进料车就逐渐倾翻卸料(参阅图6-12C),这时料车的倾角应达到60o左右。在设计曲轨时,应考虑翻倒过程平滑,钢绳张力没有急剧变化,卸料偏析最小;而在卸料后料车能在自重作用下,以较大的加速度返回。图3-12中的c结构简单,制作方便,但工艺性能稍差,常用在小高炉上;b和a常用于大中型高炉,a的工艺性能更好。 为了使料车上下平稳可靠,通常还在走行轨上部装护轮轨。为了使料车装得满些,常将料车轨道在料车坑内的部分的倾角加大到6Oo左右。 料车的容积和卷扬机的能力与高炉容积有关,我国定型设计中,不同容积高炉所用的料车特性和卷扬机能力见表6-3。 (2)胶带上料机。自从195o年比利时在高炉上采用胶带上料机以来,一些国家试验性地建了几座胶带上料的高炉,但一直未得到推广。从1965年开始,日本新建的大高炉几乎全用胶带上料。 胶带上料机发展迅速的原因是: l)大型高炉有两个以上出铁口和出铁场,高炉附近的场地不足,要求将矿槽等设施移开高炉,过去认为是缺点的胶带机现在成为优点了。 2)对于大型高炉来说,日产100O0t生铁以上,如用料车,要加大料车容积,加粗钢绳,扩大绳轮、卷筒直径,则绳轮摩擦力增加,钢绳磨损加快。不如用胶带机简单易行安全可靠。 3)节省投资,节省钢材。采用胶带运输机代替价格昂贵的卷扬机和电动机组,既减小设备质量,也简化控制系统。皮带通廊较长,但可用钢筋混凝土建造。 图6-13是我国某厂胶带上料机流程。其特点是充分利用地势,各种原料、燃料贮存在大矿槽1,再用胶带运输机经转运站2运到距离高炉中心线5 7m的小矿槽3。小矿槽由2个焦槽、4个烧结矿槽、4个杂矿槽、2个石灰石槽组成。每种原料装设两个称量漏斗夫称量好的炉料漏到与炉顶相连的上料胶带5上,6为向矿槽内卸料的可逆式胶带机,7是消除粉末的漏斗。 图6-14是我国用胶带机上料的另一种流程。在距离高炉约31Om处设二排贮矿槽,焦炭占一排,烧结矿。杂矿和熔剂占一排(参阅图6-8)。称量方法基本上与料车式上料机相同。图6-14是使用称量漏斗的方法,也有用胶带秤的。一般都用小型计算机计算和自动校正称量误差,校正原料含水量,控制矿石料仓的贮存量和记录装料量等。 上料胶带的倾角最小11o11’,最大 15o。胶带宽度随高炉容积而异,最宽的有2000mm。 保证胶带安全运行非常重要。因此,在设计上采取了很多措施:胶带机由两个方向驱动,连续运转;一般设三个电机,两个运转一个备用;为预防反转有两个电机做制动用;拉紧胶带用液压缸;为防止炉顶高温,在装料设备上面设有喷水装置,温度超过某一定值时自动喷水。此外,还有观察胶带爬行的装置,预防胶带断裂设备和预防停运时偶然启动的设备。 6.2炉顶装料装置 由上料机运到炉顶的炉料,经过炉顶装料设备装火炉内。 过去很长时间炉顶是敞开的,便于人工加料。后来,为了利用煤气,在炉顶安装了简单的料钟与料斗,但在开钟漏料时仍有大量煤气逸出。近代,出现了双钟式炉顶。1907年,出现了有马基式旋转布料器的双钟装料设备,形成了现代化炉顶装料设备的基本结构形式。它组成一个完整的密封系统和较为灵活的布料工艺,获得了广泛的应用,直到现在。 随着炉顶压力的提高,采用高压操作,炉顶的密封出现了新的困难。主要是大钟和大料斗容易损坏,特别是顶压超过0.25MPa时,这种两钟式的装料设备已经不能满足要求,出现了三钟式、二钟阀封式等新式炉顶装料设备,但这些设备仍以大钟和小钟为主要的构件。1972年,由卢森堡设计在西德蒂森工厂安装PW型无钟炉顶,引起炉顶结构发生重大变化。目前国外新建和改建的VuIOO0m‘以上的高炉多数采用无钟炉顶。 无论结构形式如何,一个完善的炉顶加料装置应能满足以下几项基本要求: (1)要适应高炉生产能力; (2)保证炉料在炉内合理的分布,在高炉发生偏行或管道行程时,能将炉料的堆尖灵活地调整到需要的地方; (3)可靠的密封,特别在高压操作的条件下尤为重要,否则会因泄出带有灰尘的高压煤气而磨损设备; (4)结构应力求简单和坚固,以便抵抗炉料的冲击、摩擦以及煤气的爆震; (5)能抵抗急剧的温度变化及高温作用。 6.2.1双钟式加料装置 它的典型代表是带马基式布料器的双钟式炉顶和加料装置(图6-15)。它由大钟、大料斗、煤气封盖;小钟、小料斗(即马基式布料器),受料漏斗所组成。 (1)大钟、大料斗及煤气封盖。大钟用来分布炉料,其直径在设计炉型时与炉喉直径同时确定。大钟一般用35号钢整体铸造,也有的工厂用45号钢。对大型高炉来说,其壁厚不能小于50mm;一般为60~80mm。钟壁与水平成 45o~55o角,对于球团矿、烧结矿和块矿角度可以取小些,对流散性较差的,含水分较高的,或粉末较多的矿则取大些。在我国定型设计中这一角度为53o。为了保证密切接触和避免很快的磨损,大钟与大料斗的接触带都必须准焊硬质合金和精密加工,使接触带的缝隙小于0.D8mm。在大料钟的内壁用环形筋条加固以减少扭曲和变形。 大钟与钟杆连接方式有绞式连接与刚性连接两种。 绞式连接的大钟可以自由活动,如图6—16所示。当大钟与大料斗中心不吻合时,大钟仍能将大料斗很好地关闭。缺点是,当大钟上面装料木均匀时,大钟下降时会偏斜和摆动,使炉料分布更不均匀。刚性连接时大钟杆与大钟之间用楔子固定到一起,在接点上面有两半的钢板制的锥形登保护,见图6-17。它的优缺点恰与活动的绞接式相反,在大钟与大料斗中心不吻合时,有可能扭曲大钟杆。从布料角度讲,大钟下降后不产生摇摆,所以偏料的影响比绞式连接的小些。 大料斗通常由35号铜铸成。对大高炉来说,由于尺寸很大,加工和运输都有困难,所以常将大料斗做成两节(图6-15中的1和22),这也是为了料斗下部磨损时,只更换下部,而上部仍可继续使用。为了密封起见,与大钟接触的下节要整体铸成。斗壁倾角应大于70o。 过去,为了防止大料斗变形,在大料斗下沿设有环形加强筋和立筋,这种结构称为刚性料斗。事实证明,这样的料斗仍避免不了变形,所以近些年来常做成所谓的弹性料斗,即将大料斗的壁做得薄些,而且去掉加强筋。这样一来,在高压操作时,由于大钟向上的巨大压力(大高炉可达100t以上),使两者接触更紧密,即使有小的缝隙,也会因料斗的弹性变形而消除。 在常压下上述大钟可以工作3~5年,大料斗8~10年。可是在高压操作时,当炉顶压力大于0.2MPa时,一般只能工作1.5年左右,有的甚至只有几个月。其主要原因是大钟与大料斗接触带密封不好,产生缝隙,由于压差的作用,带灰尘的气流高速通过,磨损设备。顶压愈高,磨蚀愈烈。 为了减少大钟、大料斗的磨损,延长其寿命,采取以下措施: 1)使大钟与料斗接触更严密,采用刚性大钟和弹性大料斗,使大钟能靠炉顶压力而偰入大料斗。这项措施应与双折角大钟相配合。从理论上来说,大钟与大料斗接触带角度愈大偰得越紧,但过大有偰入不下的可能,一般取60o~62o。另一项措施是将大钟与大料斗接触带做成球面。 2)提高接触带的抗磨性,在接触带堆焊硬质合金。大钟与大料斗间即使产生缝隙,也因有耐磨材质的保护而延长寿命。一般在接触带焊厚5mm、宽约100mm的硬质合金,可收到较好的效果。 3)改善均压制度,减少高压差时间。在大小钟之间装有两种均压阀门,一种与大气相连,谓之均压阀(图6—15之20)。正常操作时,在开小钟前,要先打开均压放散阀,在开大钟前要打开均压阀,使大钟上下压力接近,也只有这样大钟才能打开,否则即使使用强迫下降昂的机构也不能打开料钟,并可能将钟杆折断。为了跑户大钟,可以采用均压阀常开的均压制度;即仅在开小钟前才可关闭,小钟关上后又立即打开。这样做可使大钟上下压力有一般以上时间均衡。但这种工作程序会缩短均压阀寿命和容易损坏钟杆。 (2)布料器。料车式高炉加料装置的最大缺点是炉料分布不均匀。料车只能从斜桥方向将料通过受料漏斗装入小料斗中,因此在小料斗中产生偏析现象,块料比较集中在料车对面,参阅图6—18,粉末比较多的集中料车方向,堆尖也在这里,炉料粒度不均匀料车倒料速度愈慢,这种偏析现象愈严重。 这种不均匀现象在大料斗内和炉喉部分仍然重复着。为了消除这种不均匀现象,通常采用的措施是将小料斗改成旋转布料器,或者在小料斗之上加旋转漏斗。 l)旋转布料器(马基式布料器):旋转布料器的位置与小料斗相同,或者说由小料斗改造而成,位于受料漏斗之下,煤气封盖之上。它由上、下两部分组成(图6-15中8、9),上部一般由钢板焊成,内部衬以保护板,下部为铸钢件,并分为内外两层。为了预防煤气漏出,在生产中外层施以干式填料密封。 过去布料器下部常做成整体的。因为在小料斗的下部与小钟接触的地方要加工,在外部干式填料密封的表面要加工,而与旋转齿轮相接触的法兰处也要加工。可是布料器的更换常常是因为与小钟接触的地方磨损,而这时密封带、法兰和齿环可能还很完好,因此,后来将结构改为内外两层,内层承受炉料的冲击与摩擦,外层起密封作用和固定齿环。实践证明,这样的改进是合理的,外层的寿命比内层约大两倍。 漏斗上铸有两个法兰,在法兰之间装有三个支撑辊和三个逆反辊(压轮),两种辊子直径相等,只是支撑辊装得比逆支辊高2~3mm。在三个支撑辊的架子上安有定位轮,用它保持大齿轮的位置,大齿轮由电动机通过减速机带动,大齿轮与伞齿轮减速器的齿轮相哨合。 小钟系由两个半瓣组成,以便于卸换、两瓣有垂直结合面用螺栓从内侧连接起来。小钟关闭时与小料斗相互压紧,故当小料斗转动时,小钟也随之转动。小钟刚性连接在空心的小钟拉杆上,拉杆外部衬以保护套,上部经过是挂装置与小钟平衡杆相连,小钟杆上部在悬挂装置中支持在滚珠轴承上,参阅图6-15。 小料斗在装料后旋转一定角度再打开小钟。通常是每批料转角增600,即0o、6Oo、120o、180o、240o、360o,见图6-18,亦即所谓六点布料,每次转角误差木应超过土2o。这样,在小料斗中产生的偏析现象就挨次地在炉喉周围分布开来。落在炉喉某一部分的大块料与粉末或者每批料的堆尖,沿高度综合起来是均匀的,这种布料方式称作马基式布料。为了操作上的灵活,在设计上常做24点,这样就有可能采用2、3、4、6、8、12、24点布料。为了转动迅速,当转角超过180o时,则把小料斗反方向转。例240o就变成120o。 2)快速旋转布料器:为了达到均匀布料的目的和去掉小料斗的密封,60年代末在我国一些高炉上采用了在小料斗上加快速旋转布料器的方法,见图6-19。当料车向炉顶受料漏斗卸料时,料通过正在快速旋转的料斗,使料在小钟上分布均匀,消除堆尖,这种布料器型式称快速旋转布料器,结构上可以是单嘴的或者是双嘴的。快速布料器的容积为料车有效容积的0.3~0.4倍,速度为每分钟10~20转。 旋转布料器的开口直径和型式对布料有直接影响,开口较小布料均匀,但容易卡料,所以开口直径应与原料粒度相适应。 3)空转螺旋布料器。空转螺旋布料器的构造与上述的快速布料器基本相同,只是做成单嘴的(图6-20)和操作程序不同而已。高炉每装完~批料,大钟关闭后,旋转料斗单向慢速(3.2转/分)空转一定角度。若转角为60o,则相当于前边所述的马基式布料,而有的厂采用的是每次旋转57o或63o。这种操作制度使高炉内整个料往比较均匀,批料的堆尖在炉内成螺旋形,不象6点布料那样固定,而是扩展到整个圆周上,因而能改善煤气的利用。 有的厂,例如本钢的20O0m‘高炉的布料器,既能快速旋转,又能定点布料,但这时需要有两套传动系统。 使用空转螺旋布料器和快速布料器,由于消除了旋转布料器的密封装置,所以结构简单,工作可靠,增强了炉顶的严密性,减少了维护检修的工作量。 由于旋转漏斗容积较小,没有密封的压紧装置,所以传动装置动力消耗较少。例如,255m3高炉用马基式布料器时传动功率是11kw,用快速旋转漏斗时为7.5kw,而空转螺旋布料器则更少,2.5kw已足够,对2000m3高炉来说这三者分别为 30kW,19kw和4.2kw。 这种布料器的缺点是:当炉料粒度不均匀时会增加偏析,如图6-21a、b。即使粒度均匀,也会因为布料器与炉顶受料漏斗的流槽的相对位置不同而使小钟上堆尖位置不同,结果造成布料不均,图6-21c、d。为了克服这种缺陷,有的厂(新日铁)将布料器断面向中心收缩,尽量使料沿中心流下,再流向排料口,(图6一22a),并在衬套上设置凸梁,在旋转漏斗里增设断面收缩的调节装置(图6—22b)。采用这些措施后布料情况大为改善。但这种改进应防止原料在布料器上的滞留和漏料不顺畅现象。 4)综合式炉顶装料设备(图6-23):这种形式仍然是双钟式炉顶,但结构形式已与马基式炉顶装料设备有了很大变化。它的特点是料车上料,采用快速布料器,但是大钟吊挂像料罐式高炉那样活接于扁担梁上,然后用两根拉杆和链条挂于大钟平衡杆上。小钟仍象一般料车高炉那样从顶部引出拉杆,穿过快速布料器中心与小钟平衡杆相连。 这种综合式炉顶吸收了料车上料机效率高和料罐式高炉炉顶结构简单密封性能好的优点。已在很多620、300m3高炉上采用这种结构形式。 6.2.2三钟式、二钟加阀式装料设备 随着高炉的大型化,炉顶压力不断提高,双钟单空间的炉顶装料设备已不能满足要求,它的主要缺点是气密性差,大钟寿命短。虽然采取了各种措施,传统的双钟式炉顶压力最高仅能维持0.17~0.18MPa,大钟寿命也只有2~3年,如果炉顶压力提高到0.22MPa,则寿命减少到1.5年左右,制造和运输困难愈来愈多。高炉大型化,使大钟大料斗尺寸也愈来愈大,Vu4000m3高炉大钟直径达8000mm,而要求接触带堆焊硬质合金后的缝隙<0.08mm,给设备制造、加工、运输带来很多难以克服的问题。因而在60年代初出现了三钟式和二钟加阀式炉顶装料设备 (1)三钟式装料设备。60年代以来,各国先后修建了三钟式高炉,见图6-24,上钟与中间钟直径相同。生产实践表明,这种装置大钟磨损减少了,但是上钟与中间钟仍经常坏。据统计,有的厂小钟寿命还不到一年,而且更换中间钟很费事,体风时间长,钟杆密封复杂,炉顶很高,原料粉碎增加。 三钟式装料设备的实践使人们认识到:1)双室密封是提高大钟寿命的有效措施;2)使用双室密封后,上部小钟经常处在ZOOC以下,这就有可能使用带有橡胶密封垫圈的盘式阀密封,从而产生两钟加阀式炉顶。 (2)两钟加阔式加料设备。如图6-25所示,在二钟式炉顶上,用2至4个盘式阀代替小钟起密封作用,阀座上镶有硅橡胶密封圈。为了避免积灰和冷却密封圈,用氮气或清洁的煤气连续吹扫。盘式阀直径约800~1400mm。阀门的开关通常采用液压传动。 这种装料装置,基本上有两种型式,最早问世的是布料器(空转定点或快速旋转),放在上部密封空间里,即ⅠHⅠ型(图6—25),布料器以下部分和两种炉顶相同,这种炉顶自60年代使用后迅速推广。新日铁在ⅠHⅠ的基础上将布料器改在阀的上部(不在密封体系中,见图6—26),我国宝钢1号高炉采用后面一种加料型式。 如图6—26所示,由料车或皮带运输机来的炉料,经过旋转布料器3落到储料斗1中,料斗下部有阀门,使炉料不冲击盘式密封,在向小料斗卸料时,在程序上必须先开盘式阀,后开闸门。小料斗容积为大料斗容积的1/2. 这种炉顶加料设备的特点是: 1)由于盘式阀上采用了金属与橡胶接触的方式,提高了气密性,为提高炉顶压力创造了条件; 2)大钟只起布料的作用,因而不需要堆焊硬质合金,同时寿命大为提高,预计可使用一代; 3)以阀代钟,减少了设备质量,为快速更替创造了条件。 采用二钟加阀式炉顶以后,炉顶压力得到显著提高,日本几座Vu40003级高炉,设计炉顶压力为0.4MPa,一般可维持0.35MPa,称为超高压炉顶。 在设计中要求盘式阀开启速度快,否则会影响生产效率;盘式阀上面的挡料闸要求同步或稍提前开启开启要一致,这一点对炉料分布有重要影响。 (3)无钟炉顶装料设备。所用上述的炉顶都还保留着大钟,大料斗布料设备。一个8m的大钟和大料斗重达百余吨。从工艺角度来说,用大钟大料斗的布料方法还有难以克服的缺点,如炉料偏析,大钟下面被遮蔽的面积愈来愈大,布往中心的矿石量减少,等等。因此,新式的无钟炉顶—旋转流槽布料设备一经出现便引起人们的高度重视,认为是炉顶设备的一次革命。 1970年卢森堡PW公司设计出种设备,1972在西德蒂森厂建成,并投入运行。试验持续10个月,证明这种新型炉顶的结构与机械装置是可靠的,并且容易更换。我国自80年代以来已有十几座100~4000m3的大型高炉采用了这种新结构。 新装置包括如下五个主要部分(图6—27):1)受料漏洞;2)料仓;3)中央卸料管;4)旋转溜槽;5)溜槽传动部分与托板。 受料漏斗带有轮子,可左右移动,炉料可卸到任一料仓。料仓上部有上密封阀,在卸料口连接一个Y形卸料管,每个料仓有一个料流控制阀,在它的下面有下密封阀,两个料仓交替使用。溜槽布料装置是一半圆形槽,其外壳由耐热合金钢铸成,内层装有耐磨衬板。 旋转溜槽可以完成两个动作,既可围绕高炉中心线旋转又可以在规定限度内改变倾斜角。因此可以做单环布料,多环布料、定点布料和扇形布料,见图6—28,从根本上改变了大钟布料的局限性,这是优点之一。 其次,无钟炉顶的料仓上、下密封阀直径为800~1000mm,密封面积比大小料中大为减少,又有弹性良好的橡胶密封圈,而且只管密封不与炉料接触,因而密封性还,能承受高压操作。 第三,无钟炉顶的质量小,高度低,拆装灵活,运输方面(参阅6—29)是大小料中无法比拟的,因而投资也节省一半。 经过十几年的运行,它还存在一些缺点有待改进: 1)料流与料仓装满程度有关,料流控制阀开启位置一定时,料仓料位高时,料流大,低时料流小,在生产中稳定料流尚有一定难度; 2)料流落到料面的开始位置和终了位置不容易掌握,存在这周围布料不均匀的因素,也给多环布料带来困难; 3)料流开始和终了的粒度组成不同,开始时粉末多些。炉料中粒度组成范围愈广这种现象愈严重。澳大利亚学者斯坦迪在研究料仓中的卸料过程时指出,炉料由受料漏斗流到料仓中便有偏析(图6—30a),而由料仓下部流嘴流出时,中心部分首先流出(图6—30c),其次是靠卸料口侧的炉料,最后才是卸料口对面的炉料。图6—30d是卸料过程中粒度随卸出量的变化曲线。上述研究说明,精料,特别是整粒对无钟炉顶有更为重要的意义,其次,应该掌握实际炉料在排放过程中的粒度偏析数据并作为变量考虑到装料程序中。 4)由两个料仓汇集到旋转溜槽的炉料,在通过中心垂直流槽时,产生离开炉中心的偏流,结果在旋转流槽上产生“蛇形”以及飞出角不整等现象(图6—31),结果在炉内圆周方向的炉料分布产生粒度偏析和不均匀的分布。 由此可见,并罐无钟炉顶存在这不可避免的偏析问题,主要是下料口料流原理高炉中心线,布料时除出现不易掌握的偏析外,还使中心喉管磨损严重。 基于上述原因并为了简化炉顶构造,降低造价,在1981年相继投产了几座串罐无钟炉顶的高炉,包括我国梅山和鞍山的高炉。其中有代表性如图6—32所示。此新型装料设备由两个相同轴线垂直串联的料罐与一个光圈式料流控制阀所组成,上料罐不旋转(图6—32a)。日本君津3号高炉为了进一步改善圆周布料的均匀性,在其上部还安装了旋转布料器(图6—32b),而在其下部设三个卸料的原料闸阀和上密封阀。我国宝钢2号高炉的串罐无钟炉顶如图6—32c所示,其特点是仍然设一个密封阀,在上、下罐的中心加设导料器。料罐带有称量装置。光圈式料流调节阀,它总是与高炉呈同心开口状,阀的开度变化时,炉料仍沿炉子中心线落下。通过实验证明:1)新型串罐无钟装料设备的圆周布料均匀度较传统的装料设备有明显改进,高炉圆周方向六面误差是并罐的1/4,偏析也比传统的小得多,约为后者的1/3.2)光圈式料流控制阀的控制范围比传统的控制范围广,而其控制范围的下限却低得多,这样就有可能增加旋转布料器的布料圈数,对装入量较少而又要求圆周分布较均匀的料更为有利;3)从旋转流槽卸出的炉料粒度变化,较传统的小很多,曲线也较平坦。 串罐炉顶除工艺方面有上述一些优点外,投资也比并罐省,在相同条件下节省15~20%。 串罐无钟炉顶也存在一些缺点,如密封阀有故障就要,料罐磨损快,要在生产中不断完善和改进,从发展趋势看,串罐无钟炉顶有可能代替并罐炉顶。 6.3探料装置 在炉顶装有探测料面的装置,准确的掌握料线是高炉正常工作的条件,料线的测定是高炉加料装置动作的依据。目前使用最广泛的是机械传动的探料尺和放射性同位素的料面仪。 6.3.1探料尺 一般小型高炉常使用长3~4m、直径25m的圆钢,自大料斗法兰出专设的探料孔插入炉内,每个探尺用钢绳与手动卷扬机的卷筒相连,在卷扬机附近还装有料线的指针和标尺。为避免探尺陷入料中,在圆钢的端部安一横棒。 中型和高压操作的高炉多所采用自动化的链条式探尺(图6—33),重锤用铁链吊挂,垂锤的升降借助于密封箱内的卷扬传动,卷扬的轴承为耐高温高压的转轴密封。在箱外的链轴上,安设一钢绳卷筒,钢绳与探尺卷扬机卷筒相连。探尺卷扬机放在料车卷扬机室内,料线高低自动显示与记录。 每座高炉设有两个探尺,互成180o,位于斜桥两侧以便探尺绳轮能固定在斜桥上。探尺的位置应设置在大钟边缘和炉喉内壁之间。并且能够提升至大钟关闭位置以上,以免被炉料打坏。 这种机械探尺能基本上满足生产要求,但还存在以下两个缺点:1)只能测两个点的下料情况;2)由于探尺端部与料直接接触,容易由于滑尺和陷尺而产生误差。 6.3.2料面仅 了解高炉炉喉的径向料速分布对于掌握布料有重要意义。因为它决定加料前的料面形状,因而也影响到加料后径向上料层厚度L矿/L焦,即矿焦比。近年来,对料面形状的变化(即径向料速的变化)给予了很大的注意,并开发了一些新的测定装置。 研究结果,总的规律是:边缘下料速度快,中心慢,这可能是由于炉型(特别是炉身部分的形状上小下大)和风口前焦炭燃烧等因素的影响,使炉喉部分的下料速度分布特点是边缘快于中心。在研究中还发现,均匀而有节奏的炉料下降是获得良好技术经济指标的基本条件,当这种条件遭到破坏时,将导致炉况不顺。 (1)NKK炉料分布测定装置。该装置具有足够强度的矩形断面,经导管引进6~7根代重锤的钢丝绳。为防止炉料冲击设有防摩的出口,并倾斜地固定在料面上(图6-34)。测定装置由一台微形机自动控制,各点可同时测定。测定精度上10mm,着料面时间6秒。测定结果:由于料速的差别,在加料后随时间变化,料面倾角减少2o~3o。下降速度:边缘比中心平均高60%,见图6-35,最高料速部位靠近炉墙。 (2)射线料面定位器。前苏联在炉喉部分采用了一定位器,实现了对料面形状的测定,并在一座Vu1386m3高炉上连续工作了92 小时。其原理是:射线照射到炉料后被吸收和散射,用接收装置跟踪照射点,参阅图6-36,若在一个直径上移动,则可测定一个直径上料面深度的变化,间隔一定时间再测,就可以得到直径上速度的变化。Y射线源a;经窄的平行光管孔射到检查点o,激化出活性斑点并为a2所吸收,经过信号转换放大后到接受机械,知道、角即可得出。点的坐标h、x。 试验结果表明,炉子中心有明显的深的漏斗,顺行时料速曲线对称,不顺行时曲线混乱。顺行时加料后料面平行下移,中心稍快(120mm/min对100mm/min),所以正常时,中心料层稍厚一些。该测位器能在料线变化1.5~5.0m情况下,记录料面形状,误差小于150mm。 新日铁最近研制了一种脉冲钇铝石榴石(YAG)激光探测器,并于1982年3月在室兰1号高炉上投入使用,效果良好。此种探料器与微机配合能够显示料面分布、下料速度、矿焦层厚度分布以及异常情况的早期报警。其原理与定位器基本相同,只是射线换成激光。精度30mm,每检测一个过程用13秒。 6.4装料系统工作图表 列入大、中型高炉装料系统工作图表中的设备有:槽下矿石给料机和矿石称量漏斗(或称量车),焦炭筛,焦炭称量漏斗,上料机,布料器,大、小钟,探尺,均压设备等。 了解装料系统工作图表是设计高炉自动化装料系统和掌握装料设备的生产能力,挖掘潜力,找寻薄弱环节所必要的。 图6—37是鞍钢某高炉装料程序。图上所列的设备,在高炉正常生产中,按操作人员所规定的装料制度,由料批周期控制器,装料程序控制器和角序控制器等自动控制,根据图表有条不紊地工作。 料批周期控制器系统规定装料程序A和B的装人次数和周期,每个程序有10~20个位置。例如采用5矿矿焦焦↓十3焦焦矿矿↓,则可选5A+3B程序。可以连装5个A后再装3B,也可以按任意排列程序如ABAABABA循环作业。 在高炉值班室有全部按A程序或B程序装料的开关,供临时改变装料制度用。 装料程序控制器则具体规定批料A和B的内容,每个程序有12个选择开关,规定料车装焦、装矿、附加焦、附加矿或空走顺序。 例如 A是矿矿焦焦十,B是焦焦十矿矿十,装料料批周期是ABAAB,则整个系统即按此程序动作,在装焦位置时才允许开启焦炭闸门,在装矿时才允许开矿石漏斗或称量车闸门。 当完成A后,料批周期控制系统转为B程序,装料程序控制器则按B程序动作。 角位控制器一般设12或24个角度(即30o算或15o的倍数)选择开关,供选择布料器角度之用,加完一批料后(即A或B)转到下一个角度的位置。 由装料程序表上可见,每一个设备完成一个动作以后便立即为下一步作准备,例如,矿石的称量漏斗放完料后,关闭闸门,便立即称量下一斗料,各设备交叉作业,只有这样才能达到高效率。 思考题 1.论现代化高炉车间对原料系统的要求。 2.论述原料混匀对高炉生产的意义。 3.简述原料混匀作业的工艺流程。 4.试述贮矿槽的作用。 5.在设计上料机时应该达到的要求。 6.试论述皮带上料机迅速发展的原因。 7.简述炉顶装料设备的发展过程,和各种装料设备的优缺点。 8.无钟炉顶的布料有几种方式,旋转流槽的、角是指哪个角度,在完成各种布料时、应如何变化。 9.什么是料批周期控制器,装料程序控制器和角序控制器,都其什么作用。 10.100m3高炉单料车上料,称量车称矿,焦炭用称量漏斗,试设计该高炉的装料程序图。 |