第六章高炉设备(二).ppt

一、概述 1 对炉顶装料设备要求（1）就炉料装入方面，要求布料时，在半径方向达到合理分布，在圆周方向上尽量均匀，而装料时不使炉料过碎；（2）就煤气导出方面，要有可靠的气密性，满足高压操作的要求。（3）就设备本身方面，要坚固长寿，能耐高温、耐磨损、抗冲击，结构尽量简单，易维修，更换方便。（4）就操作方面，要求设备的操纵、润滑尽可能地自动化。,6.4 高炉炉顶装料设备,2 炉顶结构的发展 以前炉顶装料设备使用较多的是马基式炉顶，即双钟带小料斗旋转式布料器，随着高压操作和高炉大型化的发展趋势，炉顶装料设备愈加庞大复杂，维修量巨大。从二十世纪六十年代后期以来，出现了各种新型炉顶。从应用广泛的程度来看，新型炉顶可分为两大类，第一类以双钟密封阀式为多，第二类以摆动旋转溜槽（即为无钟式）为多。双钟密封阀式炉顶中钟结构与马基式炉顶中的钟结构相似，而其密封阀结构与无钟式炉顶结构中的密封阀相似。,二、马基式炉顶 1 结构组成 马基式炉顶构造见图1。它由下列部分组成：（1）装料器 包括大料钟、大料斗、煤气封盖、大钟杆等；（2）布料器 包括小料钟、小料斗、小钟杆、旋转驱动机构、受科漏斗等；（3）装料设备的操纵装置。包括大小钟拉杆、平衡杆、平衡重锤、料钟卷扬机、料面探测装置和均压系统等。,图1马基式双钟炉顶结构（王平：P51)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-大钟；13-炉口钢圈；14-料车；15-斜桥弯轨，16-托压辊；17-布料器；18-布料器密封封阁圈和托圈；19-煤气上升管中心线；20-探尺；21-小钟推力轴承和大小钟杆间的封圈,2 装料器大料钟与大料斗的构造和安装，如图2所示。(1)大料钟。大料钟一般用ZG35整体铸成，大钟壁厚5560 mm，大钟倾角通常采用53，根据炉料的流散性好坏而适当减小或加大。大钟直径应在设计炉型时与炉喉直径配合考虑，以获得合适的漏料间隙，一般高炉的炉喉间隙为9001100mm，也可用下式算得炉喉间隙。a0.1d喉0.2，m 大钟下部内侧铸有水平刚性环和垂直加强筋，以减少扭曲和变形。大钟与大料斗的接触面，一般带宽100150mm，接触角为53，接触处焊上硬质合金。,图2 大料钟与大料斗安装示意图1一大料钟；2一大钟杆；3一大料斗；4一炉顶支圈；5一连接楔，6一保护钟；7一钢板保护罩；8一筒形环圈；9一衬板,(2)大料斗 通常由ZG35整体铸成，壁厚5055mm，料斗壁的倾角为85 86，料斗下缘无水平的加强环，没有垂直的加强筋，以保证下口具有良好的弹性。大料斗上与大料钟接触面处，也焊有硬质合金，并进行抛光。(3)煤气封盖 它是两半组成的钢板焊接，煤气封盖变成由上下两部组成，下部为圆筒形，内壁用铸造的锰钢板保护，上部为圆锥形，其上设置有两个均压阀的管道接头孔，四个人孔中三个小的人孔作为日常维修时的窥视孔，一个大的椭圆形孔用来在修理时，放进或取出半个小料钟之用。,3 布料器 作用：通常用的马基式布料器，是把承载着炉料的小料斗旋转起来，按规定角度把堆尖分别送到圆周上的各个位置上。4 探料器 探料器的作用是准确探测料面下降情况，以便及时上料。既可防止料满时开大钟顶弯钟杆，又可防止亏料时炉顶温度升高，烧坏炉顶设备。5 均压系统 作用：对大小钟间实行均压，以利于打开大小钟，同时减少钟斗接触面的气蚀，大大延长装料设备购寿命。,6 钟斗式炉顶装置存在的缺点 钟斗型式的炉顶，大钟体积庞大、重量大，难于制造、运输、安装和维修，寿命短。从大钟锥形面的布料结果看，大钟直径的加大，径向布料越不均匀，虽然在钟阀炉顶上配用了变径炉喉，但仍不能根本解决。料钟数目的增多和直径的加大，使辅助设备越来越多、越复杂，炉顶钢结构也因此而庞大，炉顶总高度，往往占整个高炉高度之半，投资甚巨。,三、无钟炉顶1 无钟炉顶的优缺点(1)优点 1）布料理想调剂灵活。在炉内采用布料榴槽，既可作圆周方向上的旋转，又能改变倾角，从理论上讲，炉喉截面上的任何一点都可以布有炉料，两种运动形式既可独立进行，又可复合在一起，故装料形式是极为灵活的。2)它取消了庞大笨重而又要精密加工的部件，代之以积木式系统的部件，解决了制造、运输、安装、维修和更换方面的困难。,3)用尺寸较小而又不受料流磨擦的两层密封阀，和小的转轴密封来解决炉顶密封，保证了高压操作的正常进行。4)由于炉顶设备及结构的大大简化，使炉顶总高度降低、设备重量减少，休风率大幅度地减少，维修费用较低，炉顶设备的操作总功率减少，一次投资和维修费用都能有显著的节约。（2）缺点 控制系统较复杂。要求有可靠的监护系统，防止堵料卡料；炉顶温度不能太高，要有优质的材料，如溜槽的材质、耐高温的轴承，润滑材料、密封材料等。新建大型高炉上采用。,2 无钟炉顶的结构 它由受料漏斗、料仓、中心喉管、气密箱、旋转溜槽等五部分组成。见图4。有带翻板的固定式受料漏斗，也有可沿滑轨移动的受料漏斗。料仓一般有两个，是为接受和贮存炉料用的。在料仓上口安有上密封阀，可在料仓漏料入炉时，密封住炉内煤气。在料仓下口安有闸门和下密封阀，闸门用来在关闭状态时锁料，避免下密封阀受炉料磨损，在开启状态时，可通过调节闸门的开度，以控制下料速度，下密封阀则在装料入料仓时，密封住炉内煤气。,图4 无钟炉顶1-皮带运输机；2-布料漏斗；3-上闸门；4-上密封阀；5-料仓；6-下闸门；7-下密封阀；8-叉型漏斗；9-中心喉管；10-冷却气体充入管 11-传动齿轮机构；12-探尺；13-旋转溜槽；14-炉喉煤气封盖；15-闸门传动液压缸；16-均压或放散管；17-料仓支撑轮；18-电子秤压头；19-支撑轮；20-下部闸门传动机构；2l-波纹管；22-测温热电偶；23-气密箱；24-更换溜槽小车；25-测音器,3 无钟炉顶的布料方式 基本布料方式：1)环形布料。倾角固定的旋转运动。2)螺旋形布料。倾角变化的旋转运动，就倾角变化的特点分为倾角渐变的螺旋形布料、倾角跳变的同心圆布料。3)定点布料。方位角固定的布料。4)扇形布料。方位角在规定范围内，反复变化的布料。,布料器的控制：（1）溜槽倾角的调节与控制。一般规定溜槽底线垂直为0，水平为90，通常在1060之间。因为无级调节时，电气设备复杂，故分档调节。（2）溜槽方位角的调节与控制。仍多按60为一点，圆周共六点工作。在布料周期控制中，溜槽旋转一次以(n+1)6为宜，以避免因起动和制动所造成的圆周布料不匀固定化，每次布料层数宜在4-12层之间，太少圆周布的不匀，太多则因离心的影响，会最后集中一起布下，所以要布料均匀，就要把漏料时间和溜槽转速配合起来。溜槽停止时的方位角应不影响料尺探料。,6.5 高炉送风系统一、高炉用鼓风机 随着高炉大型化和高压操作，鼓风机也向着大流量、高压力、高转速、大功率、高自动化水平的方向发展。对高炉鼓风机的要求（1）要有足够的送风能力。即高炉鼓风机送出的 风量和出口风压要足够。（2）既要能均匀、稳定地送风又要有良好的调节性能和一定的调节范围。（3）尽量使高炉有效容积和鼓风机都能充分发挥其生产能力。现代大中型高炉所用的鼓风机，多数是离心式和轴流式。,二、热风炉 现代热风炉是一种蓄热式热交换器。目前的风温水平，一般为10001200，高的为13501350，最高的可达14501550。热风炉工作原理是：煤气在燃烧室燃烧，高温烟气通过蓄热室将格子砖烧热，然后再将冷风通入格子砖，冷风被加热。由于燃烧(即加热格子砖)和送风(即冷却格子砖)是交替工作的，为保证向高炉连续供风，故每座高炉至少需配置两座热风炉，一般配置三座，大型高炉以四座为宜。热风炉的大小及各部位尺寸，取决于高炉所需的风量和风温。热风炉的加热能力用每立方米高炉有效容积所具有的加热面积表示，一般为80100m2/m3。,自从使用蓄热式热风炉以来，其基本原理至今没有改变，而热风炉的结构、设备及操作方法却有了重大改进。当前，热风炉结构有三种型式：内燃式热风炉、外燃式热风炉和顶燃式热风炉。内燃式热风炉是最早使用的一种形式，又称为考贝蓄热式热风炉。其结构包括燃烧室、蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、炉算子、支柱等构成，燃烧室和蓄热室砌在同一炉壳内，见图5。热风炉系统设有冷风管、热风管、混风管、燃烧用净煤气管和助燃风管、倒流休风管等，安装位置如图6所示。,图5 内燃式热风炉示意图1-炉壳；2-大墙；3-蓄热室；4-燃烧室；5-隔墙；6-炉箅；7-支柱；8-炉顶；9-格子砖；14-大墙；A-磷酸-焦宝石耐火砖；B-矾土-焦宝石耐火砖；C-高铝砖；D-粘土砖；E-轻质粘土砖；F-水渣硅藻土；G-硅藻土砖,图6 热风炉管道与阀门安装位置示意图1-高炉；2-热风炉；3-冷风管；4-热风管；5-热风围管；6-混风调节管；7-冷风大闸；8-倒流休风管,内燃式热风炉:20世纪60年代以前，各国普遍采用传统型内热式热风炉。随着高炉冶炼技术的发展，入炉风温要求1000以上，内燃式热风炉频繁发生拱顶裂缝、火井（燃烧室）倾斜、倒塌、掉砖、甚至短路，使热风炉使用寿命大大缩短。究其原因：（1）燃烧室和蓄热室同包在一个钢壳内，用隔墙分开，燃烧和送风过程中，温差波动大（尤其是下部），隔墙承受径向应力大，易产生径向位移从而导致隔墙损坏。（2）金属燃烧器的脉动燃烧，在燃烧室产生共振，也导致隔墙的损坏。,为提高风温，延长寿命，1972年荷兰霍戈文在新建的7号高炉（3667m3)上对内燃式热风炉做了较彻底的改进。改进后的内燃式热风炉，在国外称霍戈文内燃式热风炉，我国称改进型内燃式热风炉，其主要特征为：1)悬链线拱顶且拱顶与大墙脱开。2)燃烧室下部增设隔热砖层和耐热钢板层，以减少隔墙温度差和提高其气密性。3)眼睛形火井和与之相配的陶瓷燃烧器，以消除金属套管燃烧器火焰对隔墙的冲击现象。,改进后的热风炉送风温度可达到1200，热风炉寿命较长。内燃式热风炉主要特点是：结构较为简单，钢材及耐火材料消耗量较少，建设费用较低，占地面积较小；不足之处是蓄热室烟气分布不均，限制了热风炉直径进一步扩大，燃烧室隔墙结构复杂，易损坏；送风温度超过1200有困难。外燃式热风炉：在解决内燃式热风炉火井倾斜掉砖，烧穿短路的弊端中，产生了将火井搬出热风炉的设想，当前采用外燃式热风炉比较普遍，特别是要求1200以上风温的2000m3大高炉上。,外燃式热风炉的特征：(1)将燃烧室搬至炉外，彻底解决内燃式热风炉的致命弱点。(2)热风炉炉壳转折点采用曲面连接，较好解决了炉壳的薄弱环节。(3)圆形断面燃烧室及拱顶的特殊连接方式，较好解决高温烟气在蓄热室横截面的均匀分布问题。(4)外燃式热风炉高温区采用高温性能好的硅砖和陶瓷燃烧器。(5)为使热风炉砌体相邻的两块能咬住，广泛采用带有凹凸子母扣能上下左右咬合的异型砖，起到自锁互锁作用，提高整个砌体的强度和稳固性。,(6)普遍地在炉壳内侧喷一层约50mm陶瓷喷涂料，生产后高温作用下喷涂料和钢板结成一体，起保护炉壳的作用。(7)热风炉拱顶和缩口坐落在箱梁上，（或焊在炉壳的砖托上），在连接部位设有滑动缝。这样拱顶、缩口、大墙的耐火砌体均可自由涨落。外燃式热风炉缺点：(1)占地面积大，投资高。(2)外燃式热风炉壳体因晶间应力腐蚀而引起开裂。,顶燃式热风炉：又称为无燃烧室热风炉。它是将煤气直接引入拱顶空间内直接燃烧。为了在短暂的时间和有限的空间内，保证煤气和空气很好地混合并完全燃烧，就必须使用能力很大的短焰烧嘴或无焰烧嘴，而其烧嘴的数量和分布形式应满足燃烧后的烟气在蓄热室内均匀分布的要求。顶燃式热风炉的耐火材料工作负荷均衡，上部温度高，重量载荷小；下部重量载荷大，温度较低。顶燃式热风炉结构对称，稳定性好。蓄热室内气流分布均匀，效率高，更加适应高炉大型化的要求。顶燃式热风炉还具有节省钢材和耐火材料，占地面积较小的优点。是高炉热风炉的发展方向。,6.6 高炉喷吹系统,作用：从风口喷吹燃料，代替部分昂贵的冶金焦，降低成本，改善高炉操作指标。喷吹燃料种类：煤粉、重油、天然气，其它还有焦油、沥青、焦炉煤气。目前以喷吹煤粉为主，并提倡喷吹烟煤。,一、对喷吹系统要求(1)能提供数量足够，物理状态符合高炉喷吹需要的燃料。(2)能保证喷吹操作连续稳定，炉缸圆周上的各个风口要均匀喷吹，可以控制，并能使燃料完全燃烧。(3)设备力求简单、安全、不堵塞、少磨损，能在高温下可靠方便的工作，更换方便。,二、喷煤工艺 喷煤工艺组成：制粉、输煤、喷吹三部分。1 制粉 为了气动输送和煤粉的完全燃烧，要求小于180网目(0.088毫米)的煤粉占85%以上，湿度小于1%。设有制粉间。制粉包括原煤卸车、贮存、干燥、球磨、捕收、煤粉仓等，其工艺流程如图7所示。,图7 制粉工艺1-原煤皮带；2-原煤仓；3-给料盘；4-球磨机；5-粗粉分离器；6-一级旋风分离器；7-二级旋风分离器；8-排煤机；9-布袋收尘器；10-细粉仓；11-圆筒阀；12-热风阀门；13-热风阀；14-压缩空气罐,2 输煤 从煤粉仓到高炉旁的喷吹罐，从喷吹罐到风口，煤粉都用气动输送，其方式有两种，一是用带有压力的喷吹罐(即仓式泵，见图8)用差压法来给煤，给煤量是粉煤柱上下压力差的函数，煤粉进入混合器后用压缩空气向外输送。其优点是没有转动的机械设备，常用于向高炉内喷吹。另一类是用螺旋泵送煤，见图9。煤粉由煤粉仓(或喷吹罐)底部，经过阀门进入料箱，由电动机带动螺旋杆旋转，将煤粉压入混合室，借助于通入混合室内的压缩空气将煤粉送出。它可以用转数来调节给煤速度，也可防止压缩空气倒流入煤粉仓。,图8 喷吹煤粉的仓式泵,图8 螺旋泵构造示意图1-电动机；2-联轴节；3-轴承座；4-密封装置；5-螺旋杆；6-螺旋杆；6-压缩空气入口；7-单向阀；8-混合室；9-煤粉仓,3 喷吹 喷吹设施包括集煤罐、贮煤罐、喷吹罐、输送系统及喷枪。按喷吹罐工作压力可分为高压喷吹装置和常压喷吹装置。常压喷吹装置：喷吹用的煤粉罐处于常压状态下，由罐下口的输煤泵向高炉进行喷吹，煤粉从喷吹管送上高炉，经分配瓶分给各风口喷枪。高压喷吹装置：喷吹罐一直在充压状态下工作(34kg/cm2)，按仓式泵的原理向高炉喷吹煤粉，常用在高压操作的高炉上。,三、安全措施 煤粉是粉状可燃物，又采用了高压容器，易燃易爆。引起爆炸的因素有三：煤粉、空气、火源。挥发份高、粒度细的煤粉易爆炸。安全措施：压缩空气改用氮气；消除煤粉自燃，防止外来火源；在罐体上还应安有防爆孔，或置于罐侧或置于罐顶。消除煤粉自燃措施：取消煤粉仓的死角，把罐底锥体的角度750，长期不用时应该把料用净吹空。另外还应在罐体四周安装温度计，当超过70时，要及时停喷，排煤，并用氮气、蒸汽清扫，最好设有罐内煤粉温度指示及自动切换系统。在混合器与高炉之间，设有喷吹支管低压自动切断系统。,6.7 渣铁处理系统,一、出铁场与风口工作平台 1 风口工作平台 风口平台：风口工作平台与出铁场是紧密联系在一起的。在风口的下面，沿高炉炉缸四周设置的工作平台。用途：操作人员要通过风口观察炉况，更换风口，放渣，维护渣口、渣沟，检查冷却设备以及操作一些阀门等。为了操作方便，风口平台一般比风口中心线低1.5m左右。,2 出铁场 出铁场布置在出铁口方向的下面。一般高炉设一个出铁场，大高炉可设23个出铁场。出铁场除安装开铁口机、泥炮等炉前机械设备外，还布置有主沟、铁沟、下渣沟和挡板、沟嘴、撇渣器、炉前吊车、贮备辅助料和备件的贮料仓及除尘降温设备。3 渣铁沟（1）主沟 从铁口到撇渣器之间的一段叫主沟。主沟是一个壁厚为80mm左右的铸铁槽，内铺砌115mm厚的粘上砖，上面覆盖捣固的碳素耐火泥。,（2）铁沟与渣沟 铁沟的结构与主沟相同，坡度一般为6-7。在流嘴处达10，但宽度要比主沟窄得多。有的炼铁厂为了将多余的铁水流入出铁场，可以在铁沟的侧面再开一个口，一般情况是不使用的。渣沟是80mm厚的铸铁槽，上面捣一层垫沟料，一般用河砂即可，不必砌砖、这是因为渣液导热很差。冷却时自动结壳、不会烧坏渣沟。在铁沟和渣沟上，为了使渣和铁流入指定的流嘴，都设有渣铁闸门，在必要时打开。,（3）流嘴 流嘴是指铁水从出铁场平台的铁沟进入到铁水罐的末端那一段，其构造与铁沟类同，只是悬空部分的位置不易碳捣，常用碳素泥砌筑。小高炉出铁量不多，可采用固定式流嘴；大高炉渣沟与铁沟及出铁场长度要增加，所以新建的高炉多采用摆动式流嘴。,二、炉前设备 1 开铁口机 按动作原理开铁口机分为钻孔式、冲击式和冲钻式三种。有下列几种打开铁口的方法：1)用钻孔机钻到赤热的硬层，然后用气锤打开这一硬层；2)钻孔机具有递进机构，一直钻通铁口，然后将开铁口机迅速退出铁口；3)具有双杆的开铁口机，先用钻头钻到赤热层，然后将钻杆去掉，换上一根捅铁口用的钎子捅开出铁口；4)用钻孔机钻到赤热层，然后用氧气烧穿或用定向爆破的聚能药包炸穿出铁口；5)堵完出铁口后，立即用钻头将铁口钻到一定深度。,2 堵铁口泥炮 出完铁后，必须迅速用泥炮打出耐火泥将出铁口堵住。所用的耐火泥不仅应填满出铁口泥道，而且还应起到修补出铁口内周围炉墙的作用。泥炮需要在高炉不停风的全风压情况下把堵铁口泥压进出铁口，其压力应大于炉缸内压力，并能顶开放铁后填满铁口内侧的焦炭。我国高炉广泛使用电动泥炮，高炉大型化和高压操作技术的发展以及炉前机械化操作的要求，液压泥炮得到迅速的发展。电动泥炮主要由转炮机构、压炮机构及打泥机构组成。,3 堵渣口机 在出完渣之后要立即将渣口堵上，通常采用气动、电动或液压驱动的堵渣机。,6.8 煤气除尘系统,现代高炉容量大，冶炼强度高，产生大量副产品高炉煤气。平均每吨焦炭可产生高炉煤气3500m3(标准状态)，高炉煤气的发热值高，具有很好的使用价值。但是，从高炉炉顶排出的荒煤气含有灰尘，200-400温度，压力为1.2-4.5kg/m2(炉顶压力)。煤气中含尘量取决于炉料中的粉尘率、炉顶压力、煤气流速和用氧等情况。荒煤气不除尘直接使用，会降低煤气发热值，堵塞管道，使耐火砖渣化；灰尘中含有大量的含铁物质与燃料，可以回收利用。所以，荒煤气必须经过除尘，符含尘量降低到310 mg/m3及以下，温度要低于40，才能供用户使用。,一、煤气除尘原理与设备 高炉炉顶煤气管道如图9，煤气除尘系统如图10。根据除尘后煤气所能达到的净化程度，除尘设备大致可分为粗除尘、半精除尘和精除尘三级。实际的除尘过程是循序渐进的，一般60100m及其以上的颗粒除尘叫粗除尘，常采用重力除尘器、离心式除尘器。2060m的颗粒除尘叫半精细除尘，常用湿法处理。小于20m的颗粒除尘叫精除尘，常用文氏管，静电除尘器或其他高能量的除尘器。,图9 高炉炉顶煤气管道,图10 高炉煤气除尘系统,实用中的除尘技术，都是借助外力作用使尘粒和气体分离的，可借用的外力有惯性力当气流方向改变时，尘粒具有惯性力，使它继续前进而分离出来；加速度力即靠尘粒具有比气体分子更大的重力、离心力和静电引力而分离出来；束缚力主要是过筛和过滤的办法，挡住粗粒继续运动。高炉常用的除尘设备有重力除尘器、洗涤塔、文氏管、静电除尘器、袋式除尘器等。,图5 常用除尘设备a-重力除尘器；b-洗涤塔；c-文氏管,二、煤气清洗系统 合理的煤气清洗系统，应能得到合乎质量标准的煤气，并力求技术经济先进与合理。大中型高炉煤气清洗工艺流程，一般采用串联调径文氏管系统或塔后调径文氏管系统。串联调径文氏管系统是：高炉-重力除尘器-溢流文氏管-脱泥器-调径文氏管-减压阀组-脱水器-叶形插板-净煤气总管。塔后调径文氏管系统是：高炉-重力除尘器-洗涤塔-调径文氏管-减压阀组-脱水器-叶形插扳-净煤气息管。,对中小型常压高炉的煤气清洗工艺流程，采用塔后调径文氏管电除尘器系统：高炉-重力除尘器-调径文氏管-半净煤气总管-叶形插板-电除尘器-叶形插板-净煤气总管。或用塔前溢流定径文氏管电除尘器系统：高炉-重力电除尘器-溢流文氏管-脱泥器-喷淋冷却塔-半净煤气总管-叶形插板-电除尘器-叶形插板一净煤气总管。,思考题：,1高炉冶炼对炉顶装料设备有何要求？2双钟式炉顶结构由哪几部分组成？3无钟式炉顶装料设备有何优缺点？4无钟式炉顶结构由哪几部分组成？5高炉冶炼对送风系统有何要求？6高炉冶炼对喷吹系统有何要求？7高炉喷煤工艺流程主要有哪些？何谓高压喷吹？8炉前设备常用的设备主要有哪些？9什么是风口工作平台？10高炉除尘常用的设备有哪些？粗除尘原理是什么？,