惠 展，王啟業(yè)

(中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

無料鐘爐頂技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展已經(jīng)30余年，在高爐爐頂技術(shù)中占有絕對的統(tǒng)治地位。按爐頂結(jié)構(gòu)型式可分為并罐式、串罐式、新并罐式和三罐式[1-3]；按水冷齒輪箱形式分為緊湊型(適用300～1800 m3高爐)、標(biāo)準(zhǔn)型(適用1500～2800 m3高爐)和加強(qiáng)型(適用2800～6000 m3高爐)。

1 無料鐘爐頂技術(shù)

串罐爐頂因具有設(shè)備少、維修量小、檢修方便、投資低、布料均勻等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢[4]，目前占據(jù)著市場的絕對數(shù)量。上料方式分為皮帶上料和料車上料兩種方式，大中型高爐通常采用皮帶上料方式,如圖1所示。

圖1 串罐無料鐘爐頂設(shè)備(皮帶上料)

通過上下料閘及上下密封閥的開啟和關(guān)閉，與均勻放散系統(tǒng)配合，完成均勻制度。通過氣密箱旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)功能控制布料溜槽完成螺旋布料、環(huán)形布料、扇形布料、定點(diǎn)布料等工藝要求[5，6]。

同時(shí)，為了爐頂設(shè)備的有效運(yùn)行，需要設(shè)有均壓放散系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、氮封系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)、集中潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)。

氣密箱是無料鐘爐頂設(shè)備的核心部件,其作用是將各種煉鐵原燃料均勻的分布到爐內(nèi),實(shí)現(xiàn)多環(huán)、定點(diǎn)、扇形、螺旋等多種方式布料[7]。

2 氣冷氣封齒輪傳動(dòng)氣密箱技術(shù)

無料鐘爐頂氣密箱設(shè)計(jì)初期采用氣冷氣封齒輪傳動(dòng)的原理。如圖2所示，氣密箱采用多級齒輪傳動(dòng)，采用行星差動(dòng)減速器和蝸桿傾動(dòng)傳動(dòng)，帶動(dòng)溜槽完成旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)動(dòng)作。

圖2 氣密箱齒輪傳動(dòng)原理圖

旋轉(zhuǎn)圓筒Z13和傾動(dòng)大齒圈Z14可以同步旋轉(zhuǎn)也可以差動(dòng)旋轉(zhuǎn)。同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)單獨(dú)工作，由于此時(shí)n13等于n14，旋轉(zhuǎn)圓筒與傾動(dòng)大齒圈之間無差速，布料溜槽只在一個(gè)半徑布料，可完成環(huán)形布料或扇形布料；當(dāng)Z13和Z14差動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和傾動(dòng)電機(jī)同時(shí)工作，溜槽同時(shí)回轉(zhuǎn)和傾動(dòng)，則可完成螺旋布料或定點(diǎn)布料。

此氣密箱的優(yōu)點(diǎn)在于采用齒輪傳動(dòng)，運(yùn)行可靠、平穩(wěn)，能精確實(shí)現(xiàn)多種布料方式，滿足高爐工藝的要求。

3 水冷氣封齒輪傳動(dòng)氣密箱技術(shù)

由于氣冷氣封齒輪傳動(dòng)氣密箱主要存在氮?dú)饬啃枨筇貏e大、成本高、冷卻效果差、影響高爐煤氣質(zhì)量等因素，后改進(jìn)為水冷氣封齒輪傳動(dòng)形式。

水冷氣封齒輪傳動(dòng)型氣密箱保留了原有氣冷氣封氣密箱采用齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確布料的優(yōu)勢。為保障齒輪箱的有效運(yùn)行，利用流動(dòng)水對箱體進(jìn)行冷卻，利用氮?dú)鈱鲃?dòng)件與固定件進(jìn)行氣封隔離[8，9]。

3.1 水冷原理

氣密箱的水冷原理如圖3所示，在爐頂與齒輪箱之間采用隔熱材料來減少熱量進(jìn)入氣密箱，對進(jìn)入氣密箱的熱量通過蛇形管將熱量帶出。四根進(jìn)水管從氣密箱頂端進(jìn)入相對開放的上水槽，由上水槽通過蛇形管將冷卻水導(dǎo)向與爐頂高溫相接觸的表面，進(jìn)而流向下水槽，從出水管流出。水冷系統(tǒng)與氣密箱的進(jìn)出水管相連，通過水泵提供壓力水，系統(tǒng)具有換熱功能。水冷系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，水量最大可以達(dá)到25 m3/h[10]。

圖3 氣密箱水冷原理圖

3.2 氣封原理

氣密箱采用氣體封閉旋轉(zhuǎn)接口，如圖4所示。在氣密箱頂端設(shè)有四個(gè)氮?dú)夤?，氮?dú)饬飨蛐D(zhuǎn)體與氣密箱箱體之間的上下迷宮密封處，并形成氮?dú)鈪^(qū)域，用來隔離在旋轉(zhuǎn)體與中心喉管之間的高爐煤氣及灰塵進(jìn)入氣密箱的齒輪傳動(dòng)部分。通常情況下，保證氣密箱氣壓大于爐頂壓力0.01 MPa。

同時(shí)，在氣密箱的中下部設(shè)有兩個(gè)強(qiáng)制氮?dú)夤?，在必要時(shí)打開，隔離高爐煤氣及灰塵的同時(shí)可以起到降低氣密箱溫度的作用。

氮封系統(tǒng)分為兩支，一支氮?dú)獯等胂麻y箱對閥板密封圈進(jìn)行冷卻，另一支用來為氣密箱提供氮?dú)?，從而起到氣封的作用。氮封系統(tǒng)設(shè)有可調(diào)控制閥門。

圖4 氣密箱氣封原理圖

3.3 改進(jìn)措施

早期水冷氣封齒輪傳動(dòng)氣密箱存在著在高溫下卡阻[11]與氮?dú)庀牧看蟮默F(xiàn)象。

3.3.1卡阻現(xiàn)象的原因分析和改進(jìn)

氣密箱卡阻的主要原因有：回轉(zhuǎn)軸承游隙偏小，受熱后會產(chǎn)生卡阻；齒輪加工精度不夠，部分齒輪嚙合間隙無法控制；差動(dòng)減速機(jī)箱體加工誤差，不能保證差動(dòng)減速機(jī)小齒輪與回轉(zhuǎn)軸承之間嚙合間隙；下部旋轉(zhuǎn)底盤橢圓度超差，導(dǎo)致迷宮密封間隙不均等。

通過調(diào)整回轉(zhuǎn)支承的游隙、齒形公法線公差要求、軸承保持架的結(jié)構(gòu)等，解決了因回轉(zhuǎn)軸承游隙偏小在受熱后會產(chǎn)生膨脹而卡阻的問題；通過工藝的改進(jìn)(數(shù)控、磨齒)解決了箱體、齒輪制作加工精度不夠，部分齒輪嚙合間隙不均勻，運(yùn)行時(shí)噪音偏大的問題。

3.3.2氮?dú)饬看蟮脑蚍治龊透倪M(jìn)

鐵廠反饋氣密箱氮?dú)庀牧看蟮闹饕蛴校旱庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，氣密箱氮?dú)鉀]有獨(dú)立計(jì)量，將氣密箱和閥箱共用氮?dú)饬空f成了氣密箱氮?dú)饬?；用戶現(xiàn)場多存在儀表損壞或失效，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確的情況；水冷系統(tǒng)不穩(wěn)定，當(dāng)采用開式水系統(tǒng)時(shí)，冷卻數(shù)量偏小且不穩(wěn)定，就需要靠增加氮?dú)饬縼砝鋮s氣密箱；在高爐采用中心加焦炭的生產(chǎn)工藝時(shí)，爐頂溫度高，水冷降溫?zé)o法滿足，需要增加氮?dú)鈦磉M(jìn)行冷卻。

氣密箱氮?dú)饬看笮〉母驹蛟谟跉饷芟洵h(huán)縫間隙是否合理，間隙過小，熱膨脹時(shí)易卡阻；間隙過大，建立氣密箱和爐頂壓力平衡所需要的氮?dú)饬烤痛蟆?/p>

經(jīng)過對氮封系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將氣密箱和閥箱獨(dú)立控制、獨(dú)立檢測，實(shí)現(xiàn)可調(diào)、可控的氣密箱氮?dú)庀到y(tǒng)；采用閉式水冷系統(tǒng)和在氣密箱內(nèi)部的上、下部旋轉(zhuǎn)圓筒連接處增加水冷套間隔，提高了氣密箱冷卻效果。

標(biāo)準(zhǔn)型或加強(qiáng)型氣密箱氮?dú)饬坷碚撛O(shè)計(jì)都是200～500 m3/h，經(jīng)大量市場調(diào)研，中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用普遍都在700 m3/h左右。例如：梅山3 200 m3高爐氮?dú)饬?96 m3/h、柳鋼2 800 m3高爐氮?dú)饬?07 m3/h、寧波鋼鐵2 500 m3高爐氮?dú)饬?36 m3/h、龍鋼1 800 m3高爐氮?dú)饬?47 m3/h。

4 強(qiáng)制水冷氣密箱技術(shù)

水冷氣封齒輪傳動(dòng)氣密箱經(jīng)過多年的市場檢驗(yàn)，其可靠性高。但對冶煉強(qiáng)度和爐頂溫度要求較高，為進(jìn)一步提高氣密箱對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，中鋼西重開發(fā)了強(qiáng)制水冷氣密箱，其水冷原理如圖5所示。

圖5 強(qiáng)制水冷氣密箱水冷原理圖

強(qiáng)制水冷氣密箱與標(biāo)準(zhǔn)型相比，氣封原理、齒輪傳動(dòng)原理完全相同，不同點(diǎn)在于采用獨(dú)立的水冷系統(tǒng)，即水氣分離。

冷卻水為全封閉形式，分為上下兩部分水冷系統(tǒng)。上部分水冷系統(tǒng)中蛇形管依附在旋轉(zhuǎn)體上，進(jìn)出水管安裝在氣密箱箱體上，在蛇形管與進(jìn)出水管之間采用旋轉(zhuǎn)接頭連接。下部分水冷系統(tǒng)獨(dú)立存在，主要作用是冷卻氣密箱底部。

強(qiáng)制水冷氣密箱避免了氣密箱的翻水現(xiàn)象和水不會被進(jìn)入氣密箱的灰塵污染，同時(shí)通過加壓冷卻水，可以將冷卻水量大幅提高到60 m3/h，爐頂中心溫度提高100 ℃。

5 結(jié)論

齒輪傳動(dòng)氣密箱具有運(yùn)行平穩(wěn)、精準(zhǔn)的技術(shù)優(yōu)勢，可以滿足不同的布料工藝。采用水冷氣封結(jié)構(gòu)以后，隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，有效解決了氣密箱卡阻和氮?dú)庀牧看蟮膯栴}，已成為氣密箱最為成熟的技術(shù)。而強(qiáng)制水冷氣密箱技術(shù)將進(jìn)一步滿足更高的外部環(huán)境溫度?？傊瑲饷芟浼夹g(shù)必將沿著精準(zhǔn)布料、安全可靠、便于維護(hù)、節(jié)約能源、綜合成本低的方向發(fā)展。