夏志煌

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 湖北武漢430223)

高爐布料器的冷卻與密封研究

夏志煌①

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 湖北武漢430223)

首先在分析布料器工況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于滑觸線技術(shù)的半閉式高壓水冷方式，闡述了煤氣進(jìn)入布料器內(nèi)部的危害，并設(shè)計(jì)了雙槽煤氣密封系統(tǒng)。采用該冷卻及密封方案，能夠有效控制煤氣進(jìn)入布料器內(nèi)部，改善內(nèi)部環(huán)境，冷卻效果也進(jìn)一步增強(qiáng)。

高爐 布料器 水冷 煤氣密封

高爐爐頂布料器是高爐煉鐵中及其重要的設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝備精度要求較高，且長(zhǎng)期工作于重載、高溫多塵及高油污的惡劣環(huán)境，因此其工作情況的好壞直接影響整個(gè)高爐的正常運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到整座高爐的正常工作。布料器直接與高爐爐體接觸，高爐內(nèi)的煤氣溫度一般200℃～300℃之間，而布料器的溜槽長(zhǎng)期承受較大的載荷，且啟停頻繁，且現(xiàn)有的布料器由于密封不嚴(yán)，還受到高爐煤氣的沖刷和侵蝕，在此繁重而惡劣的工況條件下，若不能進(jìn)行有效的冷卻和密封，必將影響高爐布料器的使用壽命，進(jìn)而影響到高爐的正常運(yùn)行。

1 高爐布料器的冷卻

1.1 布料器的工況分析

現(xiàn)有的布料器一般都采用水冷和氮封相結(jié)合的冷卻及密封方式。一般高爐爐頂溫度控制在200℃～300℃之間，而布料器內(nèi)部的正常環(huán)境溫度要求低于70℃，一般維持在50℃以內(nèi)。以上為布料器正常工作的環(huán)境要求，若爐頂溫度過(guò)高且持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或水冷強(qiáng)度不足，均會(huì)造成布料器內(nèi)部的環(huán)境溫度升高，造成潤(rùn)滑失效等而使部分零件卡死停轉(zhuǎn)故障，對(duì)布料器的正常工作及使用壽命均產(chǎn)生影響。

現(xiàn)有的布料器水冷系統(tǒng)為開式水冷，即在布料器旋轉(zhuǎn)體上部有旋轉(zhuǎn)上水槽，冷卻水進(jìn)入上水槽后沿布料器旋轉(zhuǎn)體的側(cè)壁或者盤管靠重力自由流下，對(duì)布料器進(jìn)行冷卻，然后流入位于布料器殼體下部的固定下水槽?，F(xiàn)有的布料器大多采用PW的行星差動(dòng)齒輪布料器，冷卻管道為盤管冷卻，為節(jié)省水量，一般采用循環(huán)水，但由于布料器內(nèi)部的潤(rùn)滑油在高溫作用下流入下水槽，污染了循環(huán)水，冷卻水中的污染物在盤管中逐漸堆積，經(jīng)常造成水道不暢，不僅影響冷卻效果，而且造成冷卻水溢向爐內(nèi)，對(duì)高爐的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。此外，由于水冷系統(tǒng)為開水水冷，冷卻水壓力取決于布料器上水槽及下水槽的高度差，當(dāng)爐頂溫度升高時(shí)，必然造成布料器內(nèi)部的溫度升高，而開式水冷調(diào)節(jié)冷卻水的壓力有限，在不能滿足冷卻要求的情況下，必然導(dǎo)致氮?dú)獾挠昧窟M(jìn)一步加大。

1.2 布料器的水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中冶南方工程技術(shù)有限公司(簡(jiǎn)稱中冶南方)最新研究的滑觸線布料器將傾動(dòng)電機(jī)固定于旋轉(zhuǎn)筒體上，采用滑觸線給傾動(dòng)電機(jī)供電，溜槽的旋轉(zhuǎn)與傾動(dòng)完全獨(dú)立，簡(jiǎn)化布料器齒輪箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制也更為方便。因此本文設(shè)計(jì)了一種基于潛水泵的布料器半閉式高壓水冷系統(tǒng)。具體原理為在旋轉(zhuǎn)圓筒的上部有旋轉(zhuǎn)上水槽，冷卻水進(jìn)入上水槽后，通過(guò)進(jìn)水水道進(jìn)入電動(dòng)潛水泵，電動(dòng)潛水泵利用滑觸線提供的電能工作，冷卻水進(jìn)入電動(dòng)潛水泵后即可對(duì)旋轉(zhuǎn)圓筒及其他冷卻的零部件進(jìn)行加壓冷卻，提高整個(gè)布料器的冷卻效果。半閉式高壓水冷系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 半閉式高壓水冷系統(tǒng)原理圖

在冷卻水道設(shè)計(jì)上，取消了盤管，冷卻水沿布料器旋轉(zhuǎn)體側(cè)壁最后流入下水槽。具體水道走向如下：進(jìn)水管從上水槽中取水流入密閉水箱，密閉水箱中布置有潛水泵，潛水泵從密閉水箱中取水后進(jìn)行加壓從出水管流出，然后進(jìn)入冷卻水道，流入下水槽，最后從下水槽中的排水管流出。潛水泵采用滑觸線供電，且根據(jù)冷卻強(qiáng)度要求和泵的冷卻能力可將潛水泵分為若干組，每組兩個(gè)，一用一備。在具體進(jìn)行冷卻時(shí)，主要為主泵工作，在主泵出口處設(shè)有機(jī)械式壓力常閉開關(guān)，機(jī)械式壓力常閉開關(guān)通過(guò)檢測(cè)主泵的出水壓力來(lái)控制備用泵供電線路的通斷。當(dāng)主泵出現(xiàn)故障停止工作時(shí)，出泵出口處水壓降低，壓力常閉開關(guān)關(guān)閉，備用泵通電自動(dòng)開始工作，同時(shí)在備用泵出口處設(shè)有常閉式延時(shí)壓力開關(guān)，當(dāng)備用泵工作時(shí)，能夠切斷主泵的供電線路。且主泵及備用泵的出水管上均設(shè)有回閥防止冷卻水倒灌；在進(jìn)水管和出水管之間接了單向閥，主泵及備用泵均出現(xiàn)故障時(shí)，由于進(jìn)水管水壓高于出水管水壓，單向閥打開，冷卻水可依靠重力，采用開式冷卻方式對(duì)布料器進(jìn)行冷卻。

當(dāng)溫度檢測(cè)元件檢測(cè)到布料器溫度高時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)潛水泵的出水壓力來(lái)加大冷卻強(qiáng)度，同時(shí)加大上水槽中的進(jìn)水量。潛水泵的冷卻水量增大時(shí)，下水槽的水位必然升高，通過(guò)加大出水管的抽水強(qiáng)度來(lái)加大排水，從而整體提高布料器的冷卻強(qiáng)度。

2 高爐布料器的煤氣密封

2.1 高爐煤氣的危害

在高爐煉鐵技術(shù)中，高爐煤氣是絕對(duì)不允許進(jìn)入布料器內(nèi)部的，若高爐煤氣進(jìn)入布料器內(nèi)部，必然產(chǎn)生以下危害。

1)由于高爐煤氣是高溫氣體，一旦進(jìn)入布料器內(nèi)部，必然導(dǎo)致布料器內(nèi)部的環(huán)境溫度升高，使得布料器的一些關(guān)鍵零部件的潤(rùn)滑效果降低，容易出現(xiàn)卡死失效等事故；

2)高爐煤氣一般攜帶大量粉塵，進(jìn)入布料器內(nèi)部必然對(duì)冷卻水、潤(rùn)滑油等產(chǎn)生污染，且容易結(jié)垢，阻塞水道等，加大了冷卻水及潤(rùn)滑油的消耗；

3)高爐煤氣的成分為有毒氣體，如果進(jìn)入布料器內(nèi)部，就有可能經(jīng)冷卻水及潤(rùn)滑油出口等通道逸散到布料器外部的環(huán)境中，對(duì)大氣造成污染，甚至有可能造成現(xiàn)場(chǎng)工作人員傷亡的嚴(yán)重事故。

現(xiàn)有布料器技術(shù)采用沖入氮?dú)獾姆绞絹?lái)形成微正壓，是布料器內(nèi)部的壓力略高于爐頂壓力，從而阻隔高爐煤氣進(jìn)入布料器內(nèi)部。但是當(dāng)爐頂壓力產(chǎn)生波動(dòng)，而緊急進(jìn)氮口又不能及時(shí)提高氮?dú)鈮毫r(shí)，高爐煤氣就會(huì)從布料器下部的迷宮密封處進(jìn)入布料器內(nèi)部，而迷宮密封的間隙一般都在10mm以上，因此高爐煤氣的密封效果不理想。

2.2 高爐煤氣的密封方案

為改善高爐煤氣的密封效果，通過(guò)在現(xiàn)有布料器下水槽的上方增加一個(gè)密封油槽，形成雙槽系統(tǒng)對(duì)高爐煤氣進(jìn)行密封，具體原理圖如圖2所示，密封油槽固定于布料器殼體上，油槽中放置密封重油。在旋轉(zhuǎn)圓筒上焊接有密封隔板，密封隔板由三塊鋼板組成，插入油槽中的密封重油內(nèi)，由密封重油及隔板組成密封系統(tǒng)對(duì)高爐煤氣進(jìn)行密封。在密封隔板上的合適位置的圓周上設(shè)有若干氮?dú)庖缌鞴?，氮?dú)庖缌鞴艿膫€(gè)數(shù)及通徑根據(jù)氮?dú)庖缌髁縼?lái)確定，同時(shí)還設(shè)有一個(gè)由軟帶、浮漂及密封件組成的密封組件。

正常情況布料器內(nèi)部的氮?dú)鈮毫Ω哂跔t內(nèi)煤氣壓力，密封隔板左側(cè)的液面高于右邊的液面，氮?dú)庖缌鞴芟虏抗芸诼冻觯獨(dú)鉀_開氮?dú)庖缌鞴苌喜裤q接的管口蓋直接進(jìn)入高爐內(nèi)，即如圖2所示的狀態(tài)一。

圖2 雙槽密封系統(tǒng)方案

當(dāng)高爐爐內(nèi)壓力高于布料器內(nèi)氮?dú)鈮毫r(shí)，管口蓋在重力和煤氣壓力的作用下關(guān)閉，同時(shí)在較高煤氣壓力下密封隔板左側(cè)的液面會(huì)降低，右邊的液面會(huì)升高，隨著右邊液面的上升，軟帶、浮漂及密封件等均隨液面一起上升，上升到一定高度后密封件會(huì)與布料器殼體上設(shè)置的鋼板接觸，形成端面旋轉(zhuǎn)密封，旋轉(zhuǎn)密封件的摩擦力由軟帶保持架來(lái)承受，即圖2所示的狀態(tài)二。這樣，當(dāng)爐內(nèi)壓力高于布料器內(nèi)部壓力時(shí)，軟帶上的密封件與鋼板形成的旋轉(zhuǎn)端面密封系統(tǒng)也能起到對(duì)高爐煤氣進(jìn)行密封。然后根據(jù)布料器殼體上的壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到的布料器內(nèi)部的壓力上升情況，提高布料器的供氮壓力，使布料器內(nèi)氮?dú)鈮毫β愿哂跔t內(nèi)煤氣壓力，使隔板右側(cè)的液面下降，軟帶上的密封件與鋼板分離，形成新的正常狀態(tài)。

當(dāng)出現(xiàn)極端情況，爐內(nèi)壓力過(guò)高而使得旋轉(zhuǎn)密封失效時(shí)，此時(shí)會(huì)將密封油壓至軟帶上部，此時(shí)在在密封隔板上的合適位置的圓周上設(shè)有若干煤氣溢流管，煤氣溢流管的底部管口低于氮?dú)庖缌鞴艿牡撞抗芸?，若有部分密封油被壓至軟帶上部，則煤氣溢流管的底部管口會(huì)露出，煤氣沖開煤氣溢流管上部鉸接的管口蓋短時(shí)間進(jìn)入布料器內(nèi)部，而不至于將密封油壓送出密封油槽，即圖2所示的狀態(tài)三。

3 結(jié)論

高爐煉鐵是一個(gè)連續(xù)性的過(guò)程，一旦出現(xiàn)故障，就必須在高爐休風(fēng)的情況下處理，對(duì)高爐生產(chǎn)的影響很大，本文設(shè)計(jì)的高爐布料器水冷及煤氣密封方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)布料器的加壓冷卻，降低氮?dú)庥昧?，同時(shí)還可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)水冷強(qiáng)度，即使在故障的情況下也能滿足最基本的冷卻要求，此外，新的煤氣密封方案能夠進(jìn)一步提高高爐煤氣的密封性，從而降低高爐煤氣對(duì)布料器內(nèi)部的熱輻射及污染，布料器可靠性顯著提高。

[1]付麗華，宋華.旋轉(zhuǎn)溜槽布料器的冷卻、密封和潤(rùn)滑[J].潤(rùn)滑與密封,2005(3):158-159.

[2]中冶南方工程技術(shù)有限公司.一種用于布料器的半閉式高壓水冷系統(tǒng).中國(guó),CN201410027546.6[P],2014-04-23.

[3]中冶南方工程技術(shù)有限公司.一種用于布料器的雙槽密封系統(tǒng).中國(guó),CN201410026822.7[P],2014-04-16.

ResearchontheSealingandCoolingofBlastFurnaceDistributor

Xia Zhihuang

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan 430223)

Based on the analysis of the distributor’s conditions, this paper design a semi closed high pressure water cooling method based on sliding contact line, and then describes the harm of gas getting into distributor inside, and the design of the double groove gas seal system. Adopting the cooling and sealing scheme, can effectively control the gas into the distributor, to improve the internal environment, and further enhance the cooling effect.

Blast furnace Distributor Water cooling Gas seal

夏志煌，男，1983年出生，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，碩士，工程師

TF321.3

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.011

2014-05-11)