BT型无料钟炉顶特点存在的问题及解决方法

摘要：BT型无料钟炉顶装料设备是中冶东方工程技术有限公司自主开发、拥有全部知识产权的一种无料钟技术。本文通过对其特长的介绍，提出其存在的问题及解决方法，旨在使BT型无料钟炉顶设计技术持续改进，不断完善，在国内外占有更大的市场份额。

关键词：无料钟 特点 问题 解决办法

中图分类号：U462文献标识码： A

Features of BT type bell-less top equipment 、itsexistingproblemsandsolution

Li Jian-guo

Beris Engineering and Research CorporationShandong 266555

Abstract:BT type blast furnace bell-less top equipment is a technology independently developed by BERIS and has total intellectual property rights. The design features of this equipment were introduced and the existing problems were analyzed ，intending to keep improving it and to enlarge the market share both home and abroad.

Key words：bell-lessfeaturesproblemssolution

1.引言

无料钟炉顶是高炉成套技术装备之一，是高炉炉顶装料设备的重大变革。与传统的“钟式、钟阀式”炉顶装料设备相比，具有密封可靠、布料灵活、使用寿命长的优点。七十年代初，卢森堡保尔・沃特公司（PW公司）发明了PW型无料钟炉顶，并于一九七二年在德国汉堡高炉上应用成功。继PW公司之后，中国、日本又相继开发了结构、原理不同于PW型的无料钟炉顶，如由中冶东方（原包头钢铁设计研究总院）开发的BT型无料钟炉顶，北京科技大学开发的百丈泉型无料钟炉顶及日本石川岛播磨重工业株式会社开发的卡路丹型(CARDAN)无料钟炉顶等。

2.BT型无料钟炉顶技术

BT型无料钟炉顶是国内同类技术中最早开发、具有完全自主知识产权且唯一有发明专利的技术。目前国内市场已形成北京中鼎泰克和西冶（这两家基本上用卢森堡PW技术）、中冶东方北雷和北京僧氏（秦冶）、石家庄华远和阀三的三种装备水平和价格体系。BT型无料钟炉顶同国内其它无钟技术相比，是目前唯一既有串罐式、又有并罐式的炉顶。两种炉顶各有特点，经过近三十年的实践证明，BT型无钟炉顶完全可满足高炉工艺要求，其顶压、能耗、连续工作无故障率等都达到了国内较好水平。

作者近年来参加了无料钟炉顶成套设备的监制工作及无料钟炉顶设备大型化科研课题开发方案的制定和现场调研考察等工作。据此将BT型无料钟炉顶设备的特点及存在的某些问题做一分析。

2.1.BT型无料钟炉顶设备组成

BT型无料钟炉顶可分为串罐式和并罐式两种，主要由炉顶装料设备、炉顶均排压系统、液压传动系统、自动化控制系统、炉顶钢结构等组成。炉顶装料设备一般由受料斗（罐）、放料阀、上密封阀、料罐、节流阀、下密封阀和布料器组成，其核心技术是布料器和工艺自动化控制技术。

BT型布料器主要部件可分为三部分，布料溜槽回转传动机构、布料溜槽倾动传动机构及连接两套传动机构的回转臂架。布料溜槽的旋转与倾动为两套相对独立的传动系统，二者之间通过回转臂架相配合，从而实现布料溜槽水平旋转和上下倾动的联合运动，从而实现布料溜槽的多种布料方式。

2.2.BT型无料钟炉顶的特点

1）可按工艺要求，电控实现真正的环形、螺旋、扇形、定点布料方式。

2）可在较高温度下长期稳定运行，保持顶压稳定满足工艺要求。除密封阀的密封圈外，易损件寿命均在一年以上，设备主体均可保证一代炉役。

3）整体布置采用抽屉式，关键设备均可单独推出，易于安装、检修、维护。

4）布料器α角和β角分别驱动，互不干涉，即使某一驱动出现故障也不会影响另一部分的正常工作。运动部件少、易操作、检修维护方便；分别驱动在电控方面是极易实现螺旋布料的，国外某著名品牌，存在电控上实现螺旋布料困难。

5）溜槽采用撑挂式防脱安装，工作可靠，极易更换。一般更换一次为2小时，最快仅用40分钟可更换一次。加装防脱装置后从未有溜槽脱落现象。

6）料流调节阀放料口采用八角对称深孔设计，不易卡料，不易偏析，又比较容易计算其开口度与下料量的关系。

7）采用开、闭式冷却、窄边环缝及浮动密封环密封。对水质无特殊要求（仅用工业净环水即可，而国外型式无料钟炉顶一般均需软水，且需一套专门的冷却装置。）；动力消耗小，运行费用低。BT型布料器在1000m3以下高炉使用，冷却水量仅为3t/h，氮耗小于200m3/h；在1000～2500m3高炉水耗也仅为5t/h，氮耗不大于300m3/h。2001年韶钢3＃高炉采用BT型无料钟炉顶，同2000年韶钢4＃高炉采用某国际著名炉顶相比，氮耗量仅为后一种无料钟炉顶的40%，一年仅此一项就节约费用一百多万元。

2.3.BT型无料钟炉顶关键技术性能及参数计算

2.3.1.BT型无料钟炉顶布料器的技术性能

表1-1BT型布料器的技术性能

2.3.2.BT型布料器中心喉管的计算

为了防止卡料，实现均匀布料需合理确定喉管尺寸。目前工艺有一种想法，随着高炉容积的增加，喉管内径应相应的增加。但从设备角度来说，喉管直径同料流调节阀、密封阀之口径又息息相关，所以不能一味的扩大。从设备角度来说，只要高炉容积在5000m3以内，则喉管直径一般不应超过Φ750mm，相应的料流调节阀的口径也就是Ф750mm。在这一点上设备专业同工艺专业的认识是不一样的。

怎样合理确定喉管直径呢？通过近几年推广BT型无料钟炉顶设备的情况，根据经验可按下式计算：

D=1.128；t=；式中：D――喉管内径，m；Ω――原料通过中心喉管的流量,m3/s；

v――原料通过中心喉管的速度，与原料有关,m/s；v=；λ――原料的流动系数，对于焦碳取0.4～0.5，对于烧结矿取0.5～0.6；t――一次布料的时间，s；V――料罐有效容积（即最大批料量）m3；而溜槽的最高转速要据烧结矿选取，以满足一个料批布料的圈数。

3.BT型无料钟炉顶存在的问题及解决办法

3.1.溜槽寿命

布料器α角采用油缸传动。这样使得布料器轴向空间相对的增高（避免油缸同下密封阀设备相碰）。目前一般的讲，我们因油缸这一块，同其它类型的无料钟设备相比高300～400mm。这样的结果，势必增加由料罐至溜槽这一落料的高度。根据我们给韶钢750m3高炉的计算，炉料落至溜槽时的速度＞10m/s，这样快的速度对溜槽冲击是比较大的。这是溜槽寿命不能很长的一个重要因素。

解决方法：

（1）最有效的方法是将布料器油缸的安装点降低，这在空间上，结构上是完全可以实现的。通过苏钢、寿钢两座高炉布料器托圈的改造可看出，完全可以降低120mm以上。

（2）可将三个油缸的安装中心扩大，因为下密封阀底部是锥形的，将油缸安装中心扩大，即相当于降低了安装位置。

（3）可将目前的波纹补偿装置及下密适当降低。目前我们采用六波波纹补偿器，从生产实践中来看，完全可以适当降低。改短波纹补偿装置就可将节余的高度加在下密上，使下密底部锥体角度更小，也更减少此处积料。

通过以上三个方面的改造，完全可以在总高度不变或可能更小及总重量不变的情况下，使得节流阀至溜槽的距离缩短200～300mm，有效的减少物料对溜槽的冲击，延长溜槽寿命。同时改变溜槽衬板结构也很重要。近年来，我们将溜槽衬板斜筋高增至100mm左右，使得料垫高度大大增加，也有效的提高衬板寿命。

3.2.水冷及氮封

目前我们采用的是水冷气封，开、闭式冷却。水冷底盘设计中是ZG35的，这么大的铸件，在铸造及热处理中，容易出现问题（特别是冬季铸造）。制造厂已尝试了几套铸焊结构的，使用中未出现异常情况。如果改成全焊的，对制造可能更为可靠。当然如果改成全焊的则需在选材、焊接坡口及热处理方面加强监督。

布料器在氮封系统操作失误时，有漏水的现象，虽然不致于影响生产，但也不愿意让其发生，究其原因，是水封刀下沿距水面的控制不准，从设计上来说是没问题的，但在加工制造中，特别是耳轴转套是铸件，上水槽一但铸厚了，就可能存不住水，起不到水冷的作用，现场往往是根据水槽上面的位置加工泄水孔，这是十分危险的。据此，今后在加工耳轴转套时，应将水槽表面加工一刀，保证水面底部的尺寸，也就确定了水封刀距水面的距离。

而在气封方面，氮耗还不是最低的，所以在密封圈方面，还需进一步的推敲其结构。现在的密封圈还没能真正的浮动起来，实现这一步目前看比较困难，但可以这样考虑，将现有的结构作一改造，如图：

图1 氮封结构改造示意图

从理论上讲，这样改造后，可以明显降低氮气的泄漏量，但能否实现，主要需同制造部门协商确定这种迷宫式的结构能否做出。

3.3.上、下密封阀

密封阀在使用中是没问题的，但也存在一些不足之处。首先旋转轴较粗，给密封带来困难；同时轴粗了，曲臂法兰就得相应大，使得周围安装、检修困难，法兰也不能够作的足够的厚。粗略的从油缸活塞杆直径同密封阀驱动轴相比较，该轴在目前的规格尺寸上，还可将直径断面面积减小10～15%，轴承直径也可相应的减小（选用较宽的型式）。通过这样的改造，使得各部件的结构更为协调，更成比例。

3.4.料罐及受料斗

料罐及受料斗主要的不足之处在于：衬板的块太小、数太多，螺栓也相应的多。

料罐采用由上至下，三层布置，根据制造及实践，这些衬板三、五年是坏不了的。所以最多应布置两层，更换也不困难，而在450m3这一级高炉，料罐罐体斜长也就是一米六七，可以尝试布置一层衬板。如用一层衬板，每块衬板上最多两个螺栓，而直段衬板每块上三个螺栓就可以了。受料斗由于采用天方地圆的结构，衬板布置的就更多了，而有的衬板一块上四、五个螺栓，从外面看上去特别凌乱，不整齐。今后完全可将受料斗的衬板块数减少1/3以上，而每个衬板的螺栓不超过三个，所有斜面上的衬板，每块两个螺栓即可。同时受料斗上口必须增加刚度，用型钢封闭焊接。

3.5.关于料罐称重

为实现按重量布料，我们在包钢1＃和3＃、燕钢1#和2#、印度ESSAR 1#高炉炉顶设计中均采用了称重方式，这是我公司设计已投产使用的较大高炉。一般选用的是称重电子压头3～4个，但是在非标设计中，考虑下密打开后，计算煤气上浮作用至料罐上的上浮力是以料罐的最大直径计算的，如果以此为计算依据，当顶压为0.2MPa时，串罐式炉顶上浮力可达到200多吨。在以前的设计中，考虑了在这个压力下，可能把料罐浮起，或称重不准确，所以在节流阀端增设了平衡这一上浮力的机械装置。但是如果在一个串罐式料罐中，平衡这么大的上浮力这个平衡装置是很难作的。笔者以为，这种计算方法是不对的。这也是过去重量称重不准的关键原因。

图2 无料钟炉顶局部示意图

从以上图形中可看出：如果我们关闭下密，那料罐内没有压力气，是不称重的，如果打开下密，此时上密关着而料罐以下同炉喉相通充满着压力气，初看料罐上部是受着上浮力，但认真分析一下不难看出，当料罐内充满气体时，不但上部受压力而腔体内下部也在受力。同理，下部其它设备也是这样，即上部受力时，下部也在受力。由此我们就可推出，整个炉顶上部，也就是波纹管最大直径处是有效受力面积，而此处最大直径也就是一米以内，在0.2MPa的压力下，也就是十多吨的上浮力。这样同我们以往的计算结果就大相径庭了。根据以上分析，得出一个结论：我们在做重大结论设计前，应认真分析结构受力，从理论上实践上作分析，否则浪费了很多机构，还使设备不好使用，起不到预期的效果。

3.6.料位检测

目前我们所做的高炉除山东寿光巨能特钢450m3高炉以外，全部采用Co60射线检测，其特点是：准确、直观但现场普通比较反感这样的仪表。况且至2007年前起，国家严格控制射源买卖，办理手续非常繁琐，十分困难，且价格也在今年初大幅上涨。如果山东寿光所用雷达料位仪使用效果不错，那今后就可推广至其它炉顶上。

4.结束语

近三十年实践证明，BT型无料钟炉顶在高炉上的应用是成功的，已完全能够满足高炉工艺生产的要求。今后在大量生产实践基础上，持续改进、不断总结完善，将会使BT型无料钟炉顶在国内外占有更大的市场份额。

参考文献：

[1].严允进.炼铁机械.北京:冶金工业出版社，1981年.

[2].项钟庸，王筱留.高炉设计―炼铁工艺设计理论与实践.北京:冶金工业出版社，2007年.