高炉无料钟炉顶设备优化设计

李栋 段小朋 杨立江

（中钢集团西安重机有限公司 陕西西安 710201）

1 前言

马钢1＃高炉于1994年4月建成投产，2007年2月停炉大修，第一代炉龄共计12年零10个月；第二代炉役自2007年6月投产，至今已有10多年。鉴于1＃高炉生产已进入炉役后期，在诸多方面存在局限和不足，急需进行升级改造。在此次改造中炉顶主框架不动，因此对无料钟炉顶设备整体结构方面提出了更高的要求。同时还在设备的长寿化及对环境的绿色环保方面进行了充分的考虑。具体改进的炉顶装料设备有受料罐、上料闸、称量料罐及24M机械探尺等。

2 马钢1＃高炉改造前问题

马钢1＃高炉改造前后炉顶设备结构形式完全一样，其具体组成如下：头轮罩、受料罐、上料闸、称量罐（含上密封阀）、下部阀箱、波纹管、过渡短管、水冷传动齿轮箱、炉顶法兰、布料溜槽、布料溜槽更换装置、炉料机械探尺等组成。在此次炉顶设备改造前与用户进行了深入的交流，反馈后将高炉改造前炉顶设备运行中出现的问题归纳如下：①原受料罐为旋转受料罐，其需要经常对驱动部分进行保养维护且故障率高；②原上料闸下部为敞开式，导致下料时粉尘灰尘大，达不到环保要求；③称量罐上部均压口周围壳体容易出现钢板变薄现象；④由于本次炉顶设备改造时主体框架不变，要求炉料机械探尺满足现场安装要求及与原有设备保证互换性。

3 典型问题的分析及改进

根据以上列举的问题以及结合中钢西重近三十多年的生产实践经验［2］，对典型故障问题进行分析，提出相应的设计改进，并已实施，达到良好的使用效果。

图1 改造前总图

图2 改造后总图

3.1 受料罐的优化设计

马钢1＃高炉改造前受料罐是采用的旋转受料罐，旋转受料罐安装在整个炉顶最上部（主皮带机头轮下），它用作承接高炉上料主皮带机送来的炉料并通过旋转料罐来实现炉料在罐内的均匀分布及避免炉料的偏析。由于现在炉料槽下的筛分技术的不断提高，使炉料对上料系统的要求降低，不再需要采用旋转受料罐这种结构。因此在本次改造中受料罐由旋转式结构改为固定式结构。

图3 原受料罐形式

图4 改造后的料罐形式

图3为原受料罐形式，它的旋转运动由两台电机通过小减速机来驱动一个大直径的回转轴承（受料罐与回转轴承把合在一起）来实现。图4为改进后的料罐形式，这种结构受料罐通过中间支架直接安装到环梁上，改进后的料罐形式有如下优点：①取消了料罐的驱动机构，在结构上及后期的维护方面得到了优化；②改悬臂式插入件为支腿式插入件，并通过降低插入件接料盘高度及加大接料盘直径来实现炉料落入料罐锥段。这样就可以实现通过加厚锥体部位耐磨板的厚度从而延长受料罐的检修时间的目的。经过用户开炉使用一个检修周期后检查的情况来看，达到了当初设计的构想并经过了实践的考验，取得了用户的一致好评。

3.2 上料闸的环保化设计

上料闸安装在受料罐下部，它由闸门组件、密封箱体及驱动装置等组成［1］。主动侧有一个液压缸，另一侧无驱动油缸为自由支点，液压缸通过连杆机构将动作传到对开式闸门上来实现上料闸的开闭动作，进而实现受料罐中炉料的下料与储料目的。

图5 开放式上料闸

图6 封闭式上料闸

图5为马钢1＃高炉原上料闸形式，该种上料闸外部没有任何保护措施，在炉顶设备下料过程中粉尘全部扩散到大气中。这样既对环境构成了污染，也没有对粉尘进行回收以便二次利用。为顺应国家对环境保护的政策以及对资源的充分利用，本次高炉改造采用了图6全封闭上料闸，该种上料闸外部有全封闭式的壳体保护，壳体下部还有粉尘回收的接口，在下料的过程中炉料粉尘进入整个炉顶除尘系统中以此来保证粉尘的不扩散及对它的二次回收再利用。壳体下部有一段橡胶软连接可以抵消设备安装时的高度误差，此上料闸结构简单、维护方便及使用寿命长。

3.3 称量料罐的长寿化设计

称量料罐安装在上料闸下面，用来储存、转运和称量炉料，并实现带压上料。马钢1＃高炉改造前发现上部球形壳体内部靠近料罐均压口附近出现壳体由于气流冲刷而出现壳体变薄的现象，在此次高炉改造中对这些部位作了相应的技术改进。

图7 改进后的称量罐上部球形壳体

图7为改进后的称量罐上部球形壳体，在原有球形壳体内部增加一层耐磨钢板来实现对壳体的保护，该耐磨钢板具有高耐磨性及良好的塑形变形能力。改进后的结构在生产使用中取得了良好的效果。

3.4 24M机械探尺的结构优化

探尺安装在高炉炉壳最上部，在高炉冶炼过程中用来随时了解炉内料面料位高度，以便及时补充原料。通过了解料面位置情况，判断炉况是否正常［4］。马钢1＃高炉改造由于炉顶主框架不动，则对炉顶设备提出了更高的要求，既要满足炉顶设备的整体先进性，还要满足设备的维修保养方便快捷，还要保证设备能在现场顺利的安装。为了满足现场的安装顺利和使用维护方便，公司对机械探尺在结构上进行了优化设计。

图8 原探尺方案

在图9新探尺方案中公司将探尺右端结构进行了优化，将编码器的安装位置调整到了左端，通过对主令控制器从新选型计算后将编码器与主令控制连在一起。改进后的新探尺方案得到了用户的肯定和现场安装的实际检验，取得了良好的使用效果。

图9 新探尺方案

4 结束语

高炉无料钟炉顶装料设备是中钢集团西安重机有限公司通过多年的积累自主研发的技术。经过近30年的不断改进，公司炉顶设备在满足用户需求及现场维护方面得到了用户的积极肯定。中钢西重高炉无料钟炉顶装料设备技术一直处于国内领先水平，公司炉顶设备为国内钢铁公司稳定的高炉生产创造了良好条件，并取得显著的经济效益与社会效益。对我国高炉炼铁技术的可持续发展，有着十分重要的意义［3］。