高炉冶炼操作与控制上篇

1 概述1.1 高炉炼铁的任务及工艺流程高炉炼铁的任务是用还原剂(焦炭、煤等)在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁的过程。高炉生产要求以最小的投入获得最大的产出，即做到高产、优质、低耗，有良好的经济效益。图1-1 高炉炼铁生产工艺流程 1一矿石输送皮带机；2一称量滴斗；3一贮矿槽；4一焦炭输送皮带机；5给料机；6一粉焦输带机；7一粉焦仓；8一贮焦槽； 9电除尘器；10一调节阀；11一文氏管除尘器； 12一净煤气放散管；13一下降管；14一重力除尘器；15一上料皮带机；16一焦炭称量漏斗；17一矿石称量漏斗；18一冷风管；19一烟道；20一蓄热室；2l一热风主管；22一燃烧室；23一煤气主管；24一混风管；25一烟囱高炉生产是借助高炉本体和其辅助设备来完成的。高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外层是由钢板制成的炉壳，在炉壳和耐火材料之间有冷却设备。要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其它附属系统的配合，它们是：其生产工艺流程如图11所示。（1）供料系统：包括贮矿槽、贮焦槽、称量与筛分等一系列设备，其任务是将高炉冶炼所需原料通过上料系统装入高炉。 （2）送风系统：包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，其任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需的热风。 （3）煤气除尘系统：包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经过一系列的净化使其含尘量降至10mgm3以下，以满足用户对煤气质量的要求。（4）渣铁处理系统：包括出铁场、开铁口机、堵渣口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，其任务是及时处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉生产正常进行。（5）喷吹燃料系统：包括原煤的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等，其任务是均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。高炉炼铁过程是连续不断进行的，高炉上部不断装入炉料和有煤气被导出，下部不断鼓入空气(有时富氧)和定期排放出渣铁。入炉料主要有含铁物料、焦炭和熔剂等。1.2 高炉冶炼产品及用途高炉生产的产品是生铁，副产品有炉渣和煤气及煤气带出的炉尘。1.2.1 生铁生铁按化学成分和用途可分为三种。 1.2.1.1 炼钢生铁它是炼钢的主要原料。表11列出了炼钢生铁标准。一般情况下炼钢生铁主要是控制硅、硫含量。表 1-1 炼钢用生铁铁号及化学成分铁种炼钢用生铁铁号牌号炼04炼08炼10代号L04L08LIO化学成分硅0.450.450.850.851.25硫特类类二类三类0.020.020.030.030.050.050.07锰一组二组三组0.030.030.050.05磷一级二级二级0.150.150.250.250.41.2.1.2 铸造生铁 用于铸造生铁铸件，主要用于机械行业。要求含硅高含硫低，以便工件硬度低易于加工，又要含一定量的锰，以利于铸造，且固态有一定韧性。表12是铸造生铁标准。铁 种铸造用生铁铁号牌 号铸34铸30铸26铸22铸18铸14代 号Z34Z30Z26Z22Z18Z14化学成分碳3.3硅3.23.62.83.22.42.82.02.41.62.01.251.6硫一类二类三类0.030.040.050.040.050.06锰一组二组三组0.500.500.900.901.20磷一级二级三级四级五级0.060.060.100.100.200.200.400.400.90表1-2 铸造用生铁铁号及化学成分1.2.1.3 铁合金高炉可生产品位较低的硅铁、锰铁等。用于炼钢脱氧和合金化或其它特殊用途。1.2.2 高炉炉渣 高炉炉渣中含CaO、SiO2、MgO、Al203等。一般将其冲制成水渣，作水泥原料。如制成渣棉可作隔音、保温材料。 1.2.3 高炉煤气 高炉煤气中可燃成分(以CO为主)约在2230，是良好的气体燃料，经除尘后可用于烧热风炉等。 1.3 高炉生产主要技术经济指标衡量高炉炼铁生产技术水平和经济效果的技术经济指标，主要有：（1）高炉有效容积利用系数(v)高炉有效容积利用系数是指每昼夜每m3高炉有效容积的生铁产量，即高炉每昼夜的生铁产量P与高炉有效容积V有之比：v是高炉冶炼的一个重要指标，v愈大，高炉生产率愈高。目前，一般大型高炉超过2.5tm3d，一些先进高炉可达到3.5tm3d。（2）焦比（K） 焦比是指冶炼每吨生铁消耗的焦炭量，即每昼夜焦炭消耗量QK与每昼夜生铁产量P之比： 焦炭消耗量约占生铁成本的3040，欲降低生铁成本必须力求降低焦比。焦比大小与冶炼条件密切相关，一般情况下焦比为450500kgt，喷吹煤粉可以有效地降低焦比。（3）煤比（Y） 冶炼每吨生铁消耗的煤粉量称为煤比。当每昼夜煤粉的消耗量为Qv时，则:单位质量的煤粉所代替的焦炭的质量称为煤焦置换比，它表示煤粉利用率的高低。一 般煤粉的置换比为0.70.9。 （4）冶炼强度（I） 冶炼强度是每昼夜每m3高炉有效容积燃烧的焦炭量，即高炉一昼夜焦炭消耗量Qk与有效容积V有的比值： 冶炼强度表示高炉的作业强度，它与鼓入高炉的风量成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度越高，高炉产量越大，当前国内外大型高炉一般为1.05左右。（5）生铁合格率化学成分符合国家标准的生铁称为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百分数为生铁合格率。它是衡量产品质量的指标。 （6）生铁成本生产一吨合格生铁所消耗的所有原料、燃料、材料、水电、人工等一切费用的总和。（7）休风率休风率是指高炉休风时间占高炉规定作业时间的百分数。休风率反映高炉设备维护和操作水平，先进高炉休风率小于1，实践证明，休风率降低1，产量可提高2。（8）高炉一代寿命高炉一代寿命是指从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。大型高炉一代寿命为10至15年。 复习思考题1、高炉冶炼的产品都有哪些？各有何用途？2、简述高炉生产的工艺流程。3、评价高炉生产都有哪些经济技术指标，各自的意义如何2 高炉装料操作与控制原料是高炉炼铁的物质基础。按照高炉冶炼的要求及时准确地把原燃料送入高炉是高炉装料操作的基本任务。2.1 原燃料的质量标准实践证明，原燃料质量的好坏对高炉生产有着决定性的影响。总结国内外在高炉精料上所做的努力和取得的成就，精料的内容是：炼铁的渣量要小于300kg/t；成分稳定、粒度均匀；冶金性能良好；炉料结构合理。2005年原国家冶金工业局提出的“十五”期间炼铁系统生产主要目标中，有关先进高炉原燃料质量指标见表2-1，2-2。表2-1 烧结矿和球团矿指标项 目烧 结 矿球 团 矿化学成分 （TFe）/(SiO2) /(FeO) ，57.05.07.066.03.050106.3mm转鼓指数/%95抗压强度,N/个2500 表2-2 焦炭指标项目灰分，%M40，M10，CRI，CSR，先进指标110906暂无要求2.2 高炉上料设备2.2.1高炉上料方式现代高炉炼铁生产的供料以贮矿槽为界,贮矿槽以后的供料设备属高炉上料系统。高炉上料系统由贮矿槽、槽上受料设施、槽下筛分设备、称量设备料车或皮带机等设备组成。这些设备根据冶炼工艺要求，把矿、焦等原燃料配成一定成分和质量的料批，然后由上料设备送到炉顶。目前高炉的上料方式主要有两种：中小型高炉一般采用料车上料，大型高图2-1高炉斜桥料车上料示意图1.称量漏斗 2、称量漏斗闸门 3.振动给料器4.振动筛 5.运矿皮带 6.粉矿皮带 7.上料小车 8.斜桥 炉一般采用皮带机上料。两种上料方式的工艺流程示意图见图2-1和图2-2，工艺方式的比图2-2 高炉皮带机上料流程示意图1焦炭料仓；2烧结矿料仓；3矿石料仓；4矿石及辅助原料集中斗；5烧结矿集中斗； 6焦炭集中斗；7皮带机张紧装置；8皮带机传动机构；9皮带机；10辅助原料仓较见表2-3。表2-3 料车上料与皮带机上料的比较料车上料皮带机上料（1）高炉周围布置集中,车间布置紧凑；（2）对有3个出铁场的高炉布置有困难（3）对中小型高炉有利,大型高炉因料车过大,炉顶煤气管道与炉顶框架的间距必须扩大,炉子高度增加,投资较大（4）对炉料分布不利,且破碎性较大（5）炉顶承受水平力大（6）大型高炉供料量大,尽管加大料车容积和上料速度,仍满足不了高炉强化后的供料要求（1）皮带坡度1018，高炉与原料称量系统的距离较远(约300 m),布置分散,高炉周围自由度大（2）对大型高炉布置特别有利,有利于改善高炉环境（3）炉顶设备无钢绳牵引之水平（4）皮带机运输能力大,可充分满足大型高炉上料的要求（5）对降低建设投资有利2.2.2 高炉上料系统的主要设备及点检要求2.2.2.1 贮矿槽贮矿槽位于高炉一侧，其作用是贮存原料用于解决高炉连续上料和间断供料的矛盾，对容积较大的贮矿槽，还有混匀炉料的目的。常见的贮矿槽有钢筋混凝土结构和混合结构两种形式。贮矿槽的总容积应能保证供给高炉1218h的矿石量，贮焦槽一般要保证供给高炉68h的焦炭需求量。一般贮焦槽的总容积为高炉有效容积的0.61.1倍，小高炉取上限。贮矿槽位于高炉卷扬机一侧，与炉列线平行，而与斜桥垂直。是炼铁厂供料系统中的重要设备。2.2.2.2 闭锁器 每个贮矿槽下设有两个漏嘴，漏嘴上应装有闭锁装置，即闭锁器。要求闭锁器能正确闭锁住料流，不卡不漏，而且还应该有足够的供料能力。大型高炉漏料能力达1525m3/min。闭锁器的常用形式有扇形板式（单扇形板、双扇形板、S形扇形板）、履带式以及振动式给料机，现常用的是振动给料机。振动给料机有电磁式和电机式两种形式。 电磁振动给料机我国已有定性设计。它可以把块状、粉状物料，从贮料仓中定量地、均匀地、连续地给出。其结构由给料槽、激振器、减振器等三部分组成，如图2-3所示。电磁振动给料器最大生产能力可达400600t/h。并可根据生产工艺要求调节其生产能力。一般在安装试车时调节给料器槽体的角度，角度越大给料量越大；也可调节料仓放料闸口或上部排料口与溜槽的间距，以调节槽体中料层的厚度，同时，在生产中可以控制电磁线圈中电流大小，均匀而连续地调节给料量，因为给料量是随振幅而发生变化的。因此通过电磁线圈中电流变化而使其振幅发生变化。通过对可控硅整流导通角度的控制，或改变电位器或调节器的输出电压，就可调节振幅改变给料量。电磁振动给料器在共振情况下工作，所以驱动功率小。设备没有回转运动的零件，故不需要润滑，维护比较简单，设备质量小。由于物料前进呈跳跃式，几乎不在小槽板表面滑动，故小料槽磨损很小。但噪音大，电磁铁易发热，弹簧寿命短，不能使用于有较大粘滞性的湿的粉状原料。图2-3 电磁振动给料机结构1-料槽；2-连接叉；3-衔铁；4-弹簧组5-铁芯；6-激振器；7-减震器图2-4 电机式振动给料机结构1-料槽；2-激振器；3-减震器电机式振动给料机由槽体、激振器、减振器等三部分组成，如图2-4所示。由成对电动机组成的激振器和槽体是用螺丝固结在一起的。振动电机可以安装在槽体的端部，也可以安装在槽体的两侧。电机振动给料机的优点是：更换激振器方便，振动方向角容易调整。2.2.2.3 振动筛精料是高炉实现高产、优质、低耗的物质基础。精料的重要措施之一就是整粒，因而烧结矿、焦炭在入炉之前普遍进行筛分。大中型高炉一般要求将入炉焦炭中小于2025mm的小焦块分出进入焦丁仓作为焦丁使用，将焦末与矿石中小于5mm的粉末筛除。按工作中的运动轨迹，振动筛可分为以下两类： 半惯性筛 平面圆周运动轨迹 惯性振动筛 自定中心振动筛振动筛 双轴惯性筛 定向直线运动轨迹 共振动筛 电磁振动筛平面圆周运动轨迹振动筛目前逐渐被淘汰。2.2.2.4运输设备槽下运输设备有称量车和胶带运输机。由于胶带运输机设备简单，投资少，自动化程度高，生产能力大，可靠性强，劳动条件比较好，已取代称量车成为目前槽下运输的主要设备。 2.2.2.5 称量漏斗称量漏斗的作用在于称量原料，使原料组成一定成分的料批。称焦漏斗由厚1015mm的钢板焊成，内衬厚为2025mm的锰钢板，其容积与料车的有效容积一致，斗底倾角应避免剩料。根据称量传感原理不同，可分为杠杆式称量漏斗和电子式处理漏斗。杠杆式称量系统比较复杂，整个尺寸结构庞大。刀口变钝后，不能保证其称量精度。因此，电子称量漏斗，目前在国内外广泛应用。图2-5电子式称量漏斗1-传感器；2-固定支座；3-称量漏斗4-传力滚珠；5-传力杆；6-传感元件；7-保护罩如图2-5所示，电子称量漏斗由传感器、固定支座、称量漏斗本体及启闭闸门组成。三个互成120角的传感器设在漏斗外侧突圈与固定支座之间，构成稳定的受力平面。料重通过传力滚珠及传力杆作用在传感器上。 电子式称量装置质量小，体积小，结构简单和拆装方便，不存在刀口磨损和变钝的问题，计量精度较高，一般误差不超过0.5。2.2.2.6 料车坑 采用斜桥料车上料的高炉均在斜桥下端设有料车坑。料车坑四壁为钢筋混凝土墙体，地下水位高的地区，料坑壁应设防水层，料车坑底面应有13的排水坡度，把水集中到坑的一角，由污水泵排出。2.2.2.7 料车上料机料车式上料机主要由斜桥、斜桥上铺设的轨道、料车、料车卷扬机及牵引用钢丝绳、绳轮等组成。设在卷扬机房中的卷扬机卷筒两侧，分别引出钢丝绳并通过绳轮牵引着各自的料车。当卷扬机运转时，装满炉料的料车自料车坑沿斜桥轨道上升。与此同时，在炉顶卸完料的空料车沿斜桥轨道下降（此时料车自重得到平衡）。当上升料车到达炉顶卸料时，空料车进入料车坑受料位置。（1）斜桥图2-6 卸料曲轨形式（a）曲线型 （b）直线型斜桥多采用由槽钢和角钢焊接的桁架式结构，其角度一般为5560。通常，斜桥与高炉连接二支点的比较多，下面支点安装在料车坑的墙壁上，上面支点有的支持在炉体的框架上，有的支持在单独设立的门型架上。也有少数高炉采用三支点式，即料车坑、单设的门型架、炉顶金属框架。在斜桥的下弦铺有两队平行的轨道，供料车行驶。一般料车轨道分为三段，一是料坑直线段，为了充分利用料车有效容积，使料车多装些料，倾角为60。中间段直轨是料车高速行驶段，倾角为4560；上部为卸料曲轨段，过去常用曲线型导轨，而近年来主要采用直线型卸料导轨，见图2-6（2）料车 料车由车体、车轮、辕架三部分组成，见图2-7。 料车车体一般由1012mm钢板焊成，在车的底部和侧壁均镶有铸钢或锰钢保护衬板，以防止车体磨损。车体的后部做成圆角以防矿粉粘结，在尾部上方有一个小窗口，供撒在料车坑内的料装回料车。料车前后两对车轮的构造不同，前轮只能沿主轨道滚动，后轮不仅沿主轨道，而在炉顶曲轨段还要沿辅助轨道滚动，以便倾翻卸料，所以后轮是做成具有两个踏面形状的轮子，料车上的四个轮子，可以单独转动，也可以做成轮子和轴固定的转轴式，单独转动的轮子采用双列向心球面轴承，它能避免车轮滑行、啃边及不均匀磨损。图2-7 有效容积为9m2的料车车辕是一个金属的门形框架，它与车体为活动连接，便于车辕与车体作相对转动，在车体的前面焊有防止料车仰翻的档板，钢丝绳与车辕的连接是通过能调整钢绳长度的调节器来进行的。一般牵引料车是采用双钢丝绳结构，这样既提高安全系数，又因为钢绳变细减小钢绳刚度，使钢绳弯曲的曲率半径减小，绳轮和卷筒的直径减小，从而使斜桥的质量减小。料车容积为高炉容积的0.71.0。扩大料车容积一般采用增加料车高度和宽度，并扩大开口的办法来进行，而很少用加长料车的办法。因为加长料车受到料车倾翻、曲轨长度以及运行时稳定性的限制 （3）料车卷扬机卷扬机是上料的驱动设备，必须运行安全可靠，调速性能良好，终点位置停车准确，且能自动运行。卷扬机的作业率一般不应超过75，以利于低料线时能及时赶上料线。料车卷扬机一般由调速性能比较好的直流电动机、减速箱、卷筒等组成。还应设置安全 保护装置。它包括事故闸、钢绳防松开关、速度继电器及行程继电器等，见图2-8。为确保安全，一般采用二台主卷扬电动机，当一台电机发生故障时，另一台电机可维持70的工作量。主卷扬机的卷筒是铸铁的，在它上面刻有左旋螺纹绳槽，用来绕二根平行的驱动钢绳，钢绳的一头用楔或其他方法固定在卷筒上，卷筒的一端装有供传动用的齿环，另一端为事故制动盘。卷筒由中间轴和卷筒轴上两组人字齿轮减速传动。为了保证料车卷扬机安全可靠地运行，卷扬机应有行程断电器、水银断电器、钢绳松弛断电器和事故制动器。行程断电器可以控制料车在斜桥上的运行速度。当电气设备控制失灵时，采用水银断电器来控制（曲轨上的速度不应超过最大卷扬速度的40%50%，直线段轨道上的速度不应超过最大卷扬速度的120%）。钢绳松弛断电器装于卷筒两侧，如图2-9所示，主要用来防止钢绳松弛。如果由于某种原因，料车下降时被卡住，钢绳松弛时，钢绳压在横梁上，通过杠杆2使断电器3起作用，卷扬机便停车。料车卷扬机的维护工作主要在润滑、制动器和钢丝绳等方面。维护人员应按时按要求完成所承担的设备维护项目，确保上料机正常运转，按时对上料机进行检查，并做好检查记录。料车卷扬机的点检路线：电机轴流通风机减速器联轴器滚筒松弛保护装置液力抱闸料线。图2-8 料车卷扬机组成1-事故制动器的制动块；2-事故制动器的电磁铁；3-工作制动器的电磁铁；4-工作制动器；5-电动机；6-齿轮联轴节；7、8、9-传动齿轮；10-大齿轮；11-卷筒；12-行程开关；13-减速箱；14-第二行程开关；15速度继电器；16-轴承2.2.2.8 带式上料机图2-9 钢绳松弛断电器1- 2-杠杆；3-断电器一座3000m3的高炉，料车坑深达五层楼以上，料车体积扩大使料车的容量和斜桥的质量加大，料车在斜桥上的振动力很大，使钢绳加粗到难以卷曲的程度，不论是扩大料车的容积，还是增加上料次数，只要是间断式上料，都是很不经济的，故大型高炉都采用皮带机上料系统。带式上料机由皮带以及上下托辊、装料漏斗、头轮及尾轮、张紧装置、驱动装置、换带装置、皮带清扫除尘装置以及料位监测装置等组成。（1）皮带 通常采用钢绳芯高强度皮带，这种皮带具有寿命长、抗拉力强、受拉时延伸率小、运输能力大等优点，但也具有皮带横向强度低、容易断丝的缺点。（2）上下托辊、头轮及尾轮 上下托辊采用三托辊30槽型结构。头轮设置在卸料终端，炉顶受料装置的上方，尾轮通过轴承座支持在基础座上。（3）张紧装置、驱动装置及换带装置 张紧装置在皮带回程，利用重锤将皮带张紧。驱动装置多为双卷筒四电动机（其中一台备用）的驱动方式，以减少皮带的初拉力。在驱动装置中的一个张紧滚筒上设置换带驱动装置。换带时打开主驱动系统的链条接手，然后利用旧皮带，牵引芯皮带在换带驱动装置的带动下更新皮带。（4）皮带清扫除尘装置 在机尾皮带返程端，设置橡胶螺旋清洁滚筒，压缩空气喷嘴、水喷嘴、橡胶刮板、回转刷及负压吸尘装置。（5）带式上料机的料位检测 如图2-10 所示，6、7两个检测点分别给出一个料堆的矿石或焦炭的料尾已经通过的判断，解除集中卸料口的封锁，发出下一个料堆可以卸到皮带机上的指令，卸料口到检测点的距离L，也就是两个料堆间的距离，应保证炉顶装料设备的准备当作能够完成。料头到达5检测点时，给出炉顶设备动作指令，并把炉顶设备动作信号返回。料头到达4检测点时，如炉顶设备的有关动作信号未返回，上料机停机。如果炉顶设备的有关动作信号已返回，料头通过检测点。当料尾通过4检测点时，向炉顶装料设备发出动作信号。2.2.2.9点检要求：（1）所有皮带不跑偏；托辊、平轮无破损、不缺轮；提升机运转正常；电机、减速器、电滚筒不漏油，运转正常，卫生干净；皮带接口无开裂；皮带轮无异音、转动灵活；皮带电机温度65，无异音、无松动；发现问题及时处理并做好记录。（2）所有筛、电机、激振器运转正常、不缺油；筛网不堵、不破、衬板完好无损，筛箅子、偏心护套无开焊、螺栓紧固无松动、无磨损、转动灵活；油缸无外泄，信号不松动、接触良好，电子秤传感器螺丝无松动、无断裂；所有除尘电机温度65，无异音、无松动，布袋无破损、无跑灰，联轴器运行平稳、地脚螺栓紧固，发现问题及时处理并做好记录。2.3 高炉炉顶布料设备高炉炉顶布料的作用是将炉料装入高炉，并使之分布合理，同时要保证炉顶可靠密封，使高压操作顺利进行。2.3.1 高炉炉顶的布料方式目前高炉的布料方式主要有两种，钟式炉顶布料与无钟炉顶布料，两种不同布料方式的比较见表2-4. 表2-4 无钟炉顶与钟式炉顶布料方式的比较项目无钟炉顶布料钟式炉顶布料布料范围与布料方式（1）旋转溜槽的倾角可在050范围内调节，炉料能布置在高炉炉喉边缘至中心任意半径圆面上，布料手段灵活，可以按环型、螺旋型、扇型、定点、中心加焦五种方式将炉料布到炉喉断面的任何区域，起到稳定炉况，延长炉龄，提高产量的作用（1）大钟倾角一般为5053，不能调节，仅有一种布料方式，炉料堆尖只能在大钟外缘至炉墙之间，可借助旋转布料器作定点布料或装偏料密封性（2）能保证炉顶可靠密封，提高炉顶压力达0.23Mpa（2）密封性能差，最高压力0.08Mpa炉料偏析炉料离开旋转溜槽时有离心力使炉料落点外移，炉料间堆尖外侧滚动多于内侧，形成料面布对称分布，外侧料面叫平坦，此种现象称为溜槽布料旋转效应，转速越大效应越强；环式布料有自然偏析（即小粒度在堆尖，大粒度在堆脚，每圈都重复这种偏析），采用多环布料或螺旋布料可适当弥补偏析多环布料，矿石对焦炭层的冲击推挤作用较均匀因节流阀控制不准，可能出现非整圈布料大钟开启时炉料下落初始速度为零，无旋转效应；一次放料，无法弥补自然偏析一次放料矿石对焦炭层的冲击推挤作用较集中没有非整圈布料现象2.3.2 双种炉顶布料的主要设备及检查图2-13是典型的双钟式炉顶设备的结构示意图。它主要由以下几部分组成：固定受料漏斗、布料器、装料器、料钟平衡和操纵装置（有的采用液压控制，从而取消了平衡装置）、探料装置、均压装置。双钟炉顶的装料过程如下：炉料由料车（或带式运输机）按一定程序和数量倒入受料漏斗后进入小料斗，然后根据布料器的工作制度旋转一定角度，打开小料钟，把小钟漏斗内的炉料装入大料钟料斗。一般来说，小料钟工作四次以后，大料钟料斗内装满一批料。待炉喉料面下降到预定位置时，提起探尺设备，同时发出装料指示，打开大钟（此时小料钟应关闭），把一批料装入炉喉料面。2.3.2.1 受料漏斗双料车上料的高炉上，受料漏斗上口呈矩形，下面收缩为圆形漏料口，其直径比转动料斗稍小些。为了便于漏料，在纵断面上漏斗下部倾角一般为4550，最好是60便于炉料顺利下滑。一般受料漏斗都采用钢板焊接件结构。漏斗内壁衬有可更换的耐磨钢板(厚1015mm)，一般为铸Mnl3，有采用钢轨作衬板的。为了便于安装，受料漏斗通常由两个半壳体用螺钉连接而成，漏斗口的尺寸应保证不卡料。图2-13 双钟式炉顶设备图1大钟平衡杆;2小钟平衡杆;3料车天轮;4受料漏斗;5小钟杆;6大钟杆;7大齿圈; 8小钟;9小斗;10煤气封盖;11大料斗;12大料钟;13炉口钢圈;14料车;15斜桥2.3.2.2布料器布料器设在受料漏斗下，煤气煤气封盖以上，用来接受从受料漏斗卸下的原料，并由小钟的上下运动和小料钟与小料斗的共同旋转来完成向大钟漏斗布料的任务。图2-14 马基式布料器总图1-漏斗上部；2-漏斗下部内层；3-漏斗下部外层；4-压轮和支撑轮；5-干式填料密封；6-大齿轮；7-小齿轮；8-定位轮马基式布料器由小料斗(漏斗)、小料钟及旋转传动装置组成，见图2-14。小料斗(漏斗)分上下两部分，上部分是单层。在小料斗下部外层的上缘固定着两个法兰，在法兰之间装有三个支撑辊和三个压辊(逆支辊)。两种辊子直径相同，只是支撑辊安装比压辊高23mm，并在三个支撑辊的架子上安有定心辊，使小料斗旋转中心不会偏离。在法兰外固定着一个大齿圃，电动机的轴通过减速箱、联轴节、轴承架和伞形齿轮，将垂直的旋转运动改为水平的旋转运动，并通过小齿轮与大齿轮啮合，实现传动。因为小钟关闭时与小料斗互相压紧，小钟与小钟杆联结成一体，故小料斗旋转时，小钟、小钟杆也一起旋转。 小料斗每装一车料后旋转不同角度，再打开小钟漏料。通常，后一车料比前一车料旋转递增60，即0、60、120、180、240、300。有时为了操作灵活，在设计上有的做成15一个点，这样就有可能采用2、3、4、6、8、12、24点布料，为了传动迅速，当转角超过180时，采用反方向旋转的方法，如240就可变为向反方向旋转120。 小料钟一般用焊接性能好的ZG35Mn2钢铸成，为了增加抗磨性，也有用ZG50Mn2铸钢件。倾角为5055，与小料斗接触处，甚至整个小料钟表面都堆焊有硬质合金(小钟寿命远低于小料斗、大料钟和拉杆等)，为了在不拆卸炉顶装料设备的条件下更换小钟，一般小钟由两个半瓣组成，以便于拆卸。两瓣通过垂直结合面用螺栓从内侧连接。小钟刚性联结在小钟拉杆上(小钟拉杆为空心拉杆，中心可自由通过大钟拉杆)，其上部经过悬挂装置与小钟平衡杆相连，悬挂装置支持在止推滚动轴承上。小钟杆由厚壁钢管制成，为了防止炉料对小料钟的冲击磨损，外圈用两个半环组成的锰钢套环保护，每节保护套环高150mm，外径为350mm，在小钟杆的中间部分磨损最严重，故保护套环外径处加到450mm。采用旋转布料器之后，要求在旋转的小钟杆和大钟杆之间加密封装置，(特别在高压操作时，大、小钟杆之间的缝隙可能漏煤气)大钟杆有可能被荒煤气磨损断裂，落入炉内)。常用的是油压干式填料密封或用胶圈密封，效果甚好。 为了达到均匀布料和解决小料斗日益严重的密封问题，近年来我国一些高炉采用了快速旋转布料器，见图2-15。这种布料器的结构原则是旋转部分不密封和密封部分不旋转，即受料漏斗下面，小料斗上面安放一个快速旋转布料器，当料车向炉顶受料漏斗卸料时，炉料通过正在快速旋转的漏斗，使原料在小钟上均匀分布；消除堆尖。快速旋转漏斗的容积为料车有效容积的0.30.4倍，转速与炉料粒度及漏料开口尺寸有关，过慢布料不均匀，过快则受离心力的作用，炉料漏不下去。而当料斗停止转动后，炉料又集中落下造成尖峰，一般转速为30r/min。快速旋转漏斗的开口直径与型式对布料有直接影响，开口小，布料均匀，但容易卡料，开口大则情况相反图2-15 255m3高炉快速旋转布料器1-固定受料漏斗；2-旋转布料器；3-小料斗；4-小钟空转螺旋布料器（见图2-16）的构造与快速旋转漏斗基本相同，只是操作程序不同。高炉每装完一批料后，大钟关闭，旋转料斗单向慢速空转一定角度。若转角为60，则相当于前面所述的旋转布料器，这种是定点布料。另一种是无定点布料，选择其转角原则是在整个冶炼周期中，炉内料尖的位置不重复出现，如选择转角53、57、63等，即在一圈中或在一个螺距上有6个堆尖，而且与下一个螺距上堆尖位置不重复。从整个料柱来看，堆尖象螺旋式上升，这有利于煤气的利用。当然，要求转角不能太小，否则一个螺距上堆尖太多。转角太大，反而使炉内的炉料分布不均，通常是68批料为一圈，才能消除堆尖的影响。空转螺旋布料器的实质是将快速布料变为定点布料，由于低速空转，所以电机容量很小，耗电量很低，设备结构简单，质量小，磨损轻，工作可靠，检修量小。图2-16 空转螺旋布料器大小料钟开闭应严格垂直，行程和开闭时间合适；现用的操纵装置，按动力来源，可分为电动的和液压传动的二种。用电动卷扬机操纵平衡杆的主要缺点是：在关闭大小钟时，对炉顶结构产生强烈冲击，有些高炉甚至在风口工作平台都能感到其强烈振动，甚至导致许多设备事故，例如某厂1513m3高炉曾发生过大钟杆折断、平衡杆折断和平衡杆主轴折断的事故：由于冲击负荷过大，使炉顶装料设备的大料斗，炉顶法兰和煤气封盖的连结处密封经常冲裂，小料斗法兰也经常裂开，破坏了炉顶装料设备的气密性，还使炉顶框架和斜桥强烈振动，加重了炉体框架的负荷。为了克服这个缺点，采取了两项重要措施： (1)料钟卷扬机用直流电动机传动，慢速关钟，控制关钟末速度。 (2)在大小料钟的吊挂系统中安装环形缓冲弹簧，加入弹簧之后虽然降低了吊挂系统的刚性，但减少了平衡锤对炉顶设备的冲击。实践表明，采用这两项措施是比较有效的，可大大减轻对炉顶的冲击和振动。自首钢高炉大钟升降采用液压传动代替平衡杆式的机械传动，设备运转正常，效果良好，炉顶液压传动已列入通用设计。液压传动与机械传动相比较主要的优点如下：结构轻巧，传动平稳，容易实现自动化， 容易安装和维护。旋转布料器能够保证长期的正常运行，在很大程度上取决于良好的检查、维护保养。点检的内容有：（1）小料钟开关行程、开关时间和速度是否正常，料钟拉杆密封及其润滑是否良好、有无磨损，料钟吊挂装置是否异常。密封气是否正常；（2）小料钟平衡杆位置是否适当，料钟传动钢丝绳、绳轮磨损和润滑情况是否正常，钢丝绳的紧固卡子是否牢靠；（3）布料器运转是否正常，转角是否适当，密封填料有无磨损泄露等。旋转布料器的维护保养重点是在密封、润滑、紧固、调整和清扫几方面。2.3.2.3 装料器 装料器是双钟式炉顶装料设备的主要组成部分，包括大料钟、大料斗、煤气封盖、大钟拉杆等。它能满足常压高炉及炉顶压力不很高的(0.15MPa)高炉的基本要求，其结构见图2-17。大料钟一般用ZG35钢整体铸造，有的工厂采用ZG45钢，为了防止磨损在钟背上面堆焊硬质合金。大钟壁厚一般为5560mm，大型高炉达6080mm，钟壁与水平的倾角一般在4555之间，我国定型设计规定为53，根据炉料流散性可适当减少或加大。在设计炉型时大钟直径与炉喉直径统一考虑，以获得合适的漏料间隙，一般大高炉的炉喉间隙为9001100mm，也可用下式计算得到炉喉间隙：图2-17 双钟式炉顶装料器的安装图1-大料钟；2-大钟杆；3-大料斗；4-炉顶支圈 5-连接楔；6-保护钟；7-钢板保护罩；8-筒形环圈；9-衬板a=0.1d喉-0.2 在大钟的内壁下部有水平的刚性环和垂直的加强筋，以减少扭曲和变形。大钟与大料斗的接触面，是一圈环形带，一般带宽为100150mm，为了保证紧密接触并避免磨损，大钟与大料斗的接触处都必须堆焊硬质合金，进行研磨，使接触带的缝隙小于0.08mm。在大钟上部铸造出与大钟杆相接的圆孔槽。大钟铸成后，在机械加工前，需高温退火和回火，消除内部应力，大钟在安装前必须做平衡试验(在内侧加焊钢板或切割掉部分下缘凸出部分)，使大钟达到良好的静平衡，如要求4800mm的大钟，静平衡精确度要求达到lmm。 大钟拉杆由直径为175mm的15号钢做成，长度达1415m。由于很难直接得到这种大尺寸的钢材，所以通常用钢锭锻成坯料，然后再加工，要求整个长度加工到4的光洁度，特别在对应的填料密封段，应采用滚压法加以抛光。 大钟与钟杆的连接方式有绞式连接与刚性连接两种。为了保护连接处不受损害，在大钟上有铸钢的保护钟和钢板焊成的保护罩。保护钟分成两半，用螺钉连接，保护罩则焊成整体。大料斗用铸钢ZG35整体浇注，壁厚5055mm，料斗壁的倾角大于70，一般为8586，料斗下缘无水平的加强环，也没有垂直的加强筋，目的是使料斗的下口具有良好的弹性，便于钟斗良好的吻合，一般大料斗的尺寸都比较大，为了便于铁路运输，要求大料斗高度不大于2m。大型高炉的大料斗则分成两段式，下段被磨损后可及时更换，上部还可继续使用。大料斗与大钟接触处焊有硬质合金，并要研磨抛光，大料斗与大料钟一样，在铸成后都要作退火处理，消除内应力，防止产生裂纹。大料斗和大料钟接触处的密封性，应严格检查和控制，根据需要把大料斗套在大钟上，分四个互相垂直的位置，从上下两侧用塞尺法检查接触面的间隙，要求间隙值小于0.05mm。在安装过程中，要求大料斗与大料钟的中心线相重合，其公差为2mm，由于大料斗的法兰是安装在炉顶钢圈上的，所以炉顶钢圈的水平度为2mm。标高差为20mm，大料斗安装在炉顶钢圈上，要保证与高炉中心线相重合，大料斗安装完毕后，它就是整个高炉的中心。 在高压操作下，为了防止高炉煤气从大料斗法兰处逸出，在上下接触的沟槽处加铜芯石棉绳，拧紧螺丝以后，将炉顶钢圈、大料斗和煤气封盖处用电焊焊死，使它不漏气或在法兰盘之间的两个环槽里，填入盐水浸过的石棉绳，并在法兰盘间焊一个补偿环，用螺栓把法兰盘压紧。图2-18 煤气封盖煤气封盖与大料斗相连接，是封闭大小料钟之间的外壳（图2-18）。一般是由钢板焊接成的两半式锥体结构，为了使料钟间的有效容积能满足最大料批同装的要求和强化冶炼的需要，它应为料车有效容积的六倍以上。煤气封盖实际上由上下两部分组成，下部为圆筒形，内壁衬以锰钢板保护层，上部为圆锥形，主要起密封作用，上面有两个均压阀的管道接头孔，有四个人孔，其中一个大的椭圆形孔用来检修，能取出半个小料钟，其他三个作为日常维修用的巡视孔。装料器器要想长期的正常运行，一定要做好良好的检查、维护保养工作。装料器点检的内容有：（1）大料钟开关行程、开关时间和速度是否正常，料钟拉杆密封及其润滑是否良好、有无磨损，料钟吊挂装置是否异常。（2）各润滑点的润滑油和润滑情况是否正常，漏斗衬板是否磨损，密封情况是否正常等。装料器的维护主要是密封、减少磨损，提高寿命。大钟在常压下可以使用35年，大料斗可以工作810年。可在高压操作(当炉顶压力大于0.2MPa时)，大钟一般只能工作一年半左右，甚至只有几个月就需要维修。大钟和大 图2-19 大料钟和大料斗磨蚀过程料斗损坏的主要原因是大钟和大料斗的接触带密封性差，荒煤气以高速通过微小的缝隙时很快磨损设备（见图2-19），装料器一旦漏气，就会加速损坏。更换装料器时要拆卸整个炉顶设备，需时一周，直接影响高炉的生产率。以1000m3的高炉为例，要损失近万吨生铁，多消耗二、三十吨焦炭以及大量的修理设备和劳动力。可见，改善钟斗间的密封是提高大钟和大料斗寿命的主要途径。为此，可采取的措施有：采用刚性钟柔性斗相配合，采用双折角的大料钟，料钟与料斗采用球面接触，大钟与大料斗接触处增加煤气导向段等。实践还证明，泄露煤气中含尘量越大，对设备的冲刷约剧烈，磨损加剧，所以筛除炉料中的粉末是防止磨损的一个重要措施。 图2-20 用于高压操作的探尺(链式探尺) l炉喉的支持环；2大钟料斗；3煤气封罩；4旋塞阀；5重锤；6链条卷筒；7通到卷扬机上钢绳的卷筒另外，大型高炉每天有万吨以上炉料通过大小料钟。由于高炉不断强化，单位时间内加入的原料数量不断增加；焦比不断降低，矿石和烧结矿量相对增加，这会加速磨损装料设备。因此减少磨损，在钟斗接触处堆焊耐磨硬质合金是装料设备维修的一个重要方面。2.3.2.4探料装置料线应低于大料钟下降位置1.52.0m，料线过高会损坏有关部件。探料设备必须能准确地测定料线高度，并通过检测仪表，反映炉料下料速度和炉况是否正常。（1）探料尺 中型高炉一般都采用链式探料尺，如图2-20所示。它将整个料尺密封在与炉内相通的壳内，只有转轴伸出处采用干式填料密封，探料深度为46m，探尺的零点是大料钟开启位置的下缘，探料尺从大料斗外侧炉头内侧伸入炉内，重锤中心距炉墙不应小于300mm，探尺卷筒下面有旋塞阀；可以切断煤气，以便由阀上的水平孔中取出重锤和环链进行更换。探尺的直流电机是经常通电的(向提升料尺方向)，由于电动机力矩小于重锤力矩，故重锤不能提升，只能拉紧钢丝绳，到了该提升的时候，只要切去电枢上的电阻，起动力矩随之增大，探尺才能提升，当提升到料线零点以上时，大钟才可以打开装料。 这种机械料尺存在以下缺点，一个是只能测两点，不能全面了解炉喉的下料情况。二是料尺端部与炉料直接接触，容易滑尺和陷尺而产生误差。（2）用放射性同位索测量高炉料线位置 用放射性同位素Co60来测量料面形状和炉喉直径上各点下料速度。放射性同位素的射线能穿透炉喉，而被炉料吸收，使到达接收器的射线强度减弱，从而指示出该点是否有炉料存在。将射源固定在炉喉不同高度水平，每一高度水平沿圆圈每隔90安置一个放射源。当料位下降到某一层接收器以下时，该层接收到的射线突然增加，控制台上相应的讯号灯就亮了。这种测试需要配有自动记录仪器。 放射性探料与机械料尺相比，前者结构简单，体积小，可以远距离控制，无需在炉顶开孔，结构轻巧紧凑，所占空间小，检测的准确性和灵敏度比较高，可以记录出任何方面的偏料及平面料面，但射线对人体有害，需要加以防护。（3）高炉料面红外线摄像技术 现代高炉料面红外线技术是用安装在炉顶的金属外壳微型摄像机获取炉内影像，通过具有红外线功能的CCD芯片将影像传到高炉值班室监视器上，再线显示整个炉吼料面的气流分布图像，如将上述图像送入计算机，经过处理还可得到料面气流分布和温度分布状况的定量数据，绘制出各种图和分布曲线。（4） 激光探测料面技术 激光探测料面技术是在高炉炉顶安装激光器，连续向料面发射激光，激光反射波被接受器接收和处理后，经计算机计算可显示出炉喉布料形状和料线高度。激光测料面比目前所用的要形象而精确的多。此外料层测定磁力仪可以用来测试矿石层与焦炭层的厚度及其界面移动情况。这对了解下料规律及焦、矿层分布很有意义。 对于探料装置来说要经常检查探料设备运转是否正常，其动作与料钟（或旋转溜槽）的配合是否协调，润滑油是否适量等内容。2.3.2.5 均压系统 高压操作的高炉，炉顶煤气对双钟、钟阀或无料钟炉顶的钟和阀产生很大的托力(压力)。开启它们之前必须在料钟和密封阀的上下充入(或放出)高压煤气(或氮气)，进行均压。例如4800mm的大钟，在炉顶表压为0.1MPa时，托力达180t。可见，不均压就打不开大钟、另外，均压还可以减少荒煤气对钟斗的磨损，大大延长装料设备的寿命。图2-21 钟式炉顶均压阀配置图1送半净煤气到大钟均压阀的煤气管；2管道接头；3装料器；4大钟均压阀；5小钟均压阀；6将煤气放到大气的垂直管；7闸板阀图2-22 大型高炉均压系统钟式炉顶均压系统的布置如图2-21、图2-22所示。在煤气封盖上开两个均压孔，每个孔的引出管又分成一个均压用的煤气引入管，它来自于半净煤气管，在它的上面有均压阀，另外一个是排压用的煤气导出管，它一直引到炉顶上端，出口处由放散阀排压。在开小钟前先要打开与大气相通的均压放散阀，在开大钟前先要关闭小钟的放散阀，再打开均压阀，使大钟上下压力相同，只有这样大钟才能打开，否则，即使强迫下降也不能开启，并可能将大钟杆折断，为了保护大钟与大料斗的接触带不受磨损，可将均衡大钟压力的均压阀常开，仅在开启小钟前关上，小钟关闭后，又立即打开。这种做法使大钟上下压力有一半以上时间是均衡的，大钟与大料斗寿命延长，但是均压阀寿命由于频繁工作而降低。现行的均压制度有三种：第一种为基本工作制，料钟空间常保持大气压，只在大钟下降前才充压，大钟关闭后马上排压，两钟空间易产生爆炸性气体，所以需要通蒸气防止爆炸；第二种为辅助工作制，即料钟间经常具有高压煤气，仅在小钟下降前把煤气放掉，这种工作制均压阀工作次数等于小钟工作次数，易磨损，不利于布料器和大小拉杆间的密封；第三种为混合工作制，两钟空间保持大气压，大钟均压阀按第一种工作制工作，小钟均压阀按第二工作制工作，它能减少上述两种工作制的缺点， 均压用的煤气，目前国内多用高能文氏管前的半净煤气，引来的煤气压力低于高炉炉顶煤气压力，因此大钟上下仍有一些压差存在。所以，炉顶有两个均压室，均压系统为一次均压用半净高炉煤气，二次均压用氮气进行，而且只给上均压室均压就可以了(如图2-22)。先把半净煤气的一次均压阀打开，得到一定程度的均压，接着打开氮气的二次均压阀，然后是二次均压调节闽，从手动全闭切换到自动位置上达到完全均压。在正常状态时，两组排压管可以并联，在非常状态时，则打开非常均压阀，由非常均压阀排压。2.3.3 无钟炉顶布料的主要设备及点检无钟炉顶设备主要由受料漏斗、储料罐、上密封阀、下密封阀、料流调节阀，旋转溜槽以及驱动装置、探料装置、均排压装置等组成。按照料罐布置方式的不同，无钟炉顶可分为并罐与串罐两种基本形式。图2-23、图2-24分别为为并罐式与串罐式无钟炉顶装置示意图。串罐式上下料罐是分开的，称量斗独立存在，不受外界影响，称量精度高。串罐式无料钟与高炉同心，不仅减少炉料的偏析，而且减少了炉料运动的撞击，减少破损，以利于煤气流的畅通和高效利用，也减少中心喉管的磨损。当一个料罐出现故障时，高炉要休风，但投资少，结构简单，事故率低，维修量相应减少。并罐式两个