-高炉无料钟炉顶布料器设计【全套图纸】 .doc.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）绪论：高炉布料器的发展变革高炉在中国的出现，已经有2700年的历史。由于古代生产装备差，技术水平低，虽然2000年前（西汉末年）已有50立方米的巨型高炉生产，但当时还不懂布料，煤气利用极差，每炼1吨铁用78吨木炭。燃料消耗高，煤气直接放散到空气中，致使高炉附近黑烟蔽日。前秦（公元350390年）高僧道安著的释氏西域记中曾记述新疆库车地区的当时实况：“屈茨北二百里有山，夜则火光，昼日但烟，人取此山石炭，冶此山铁，恒充三十六国。”在欧洲，阿格里科拉作的论金属中的一幅图，描述了当时北欧高炉生产状况，高炉较小，有固定的加料平台，炉料从高炉固定的一侧倒入。显然，当时尚未认识到布料的作用。全套图纸，加15389370618世纪有一张高炉图，描述了法国高炉加料情形。在炉喉周围有一层，加料工人可以沿炉喉周围加料。炉喉直径较小的高炉，这样加料比较均匀。倒料工人的对面有另一个人手持工具，估计他是在用一个耙子平料，以改善煤气利用。 第一个兼有布料和回收煤气的炉顶设备是1850年在英国应用的巴利式布料器，它用手工操作，炉顶放进料斗后，开大钟，炉料沿大钟斜面布到炉内，使炉内料面呈漏斗形：边缘料面高，中心料面低。边缘料多，使沿炉墙上升的煤气阻力增加，有利于改善煤气利用；中心料面低高炉中心的料柱阻力减少，有利于在整个高炉断面改善炉料与煤气的接触，对改善炉缸工作也有良好作用。虽然巴利式布料器在结构上存在严重缺点，但它对高炉布料起了启蒙作用，开拓了现代料面分布的重要方向。一百余年来，高炉炉料分布基本沿用巴利式大钟布料器所形成的漏斗形。巴利式布料器除结构上的缺点外，布料也不均匀。一批料倒进料斗后，炉料在倾斜的一侧，集中形成堆尖，而对面的炉料较少，造成粒度偏析。炉料下到炉内继续保持这种不均匀性，引起高炉偏行。如果料斗旋转，则堆尖位置可以变化，从而减小炉料在料斗内的不均匀性。布郎式布料器是初期的旋转式布料器。美国埃比威尔厂第一个使用布郎式布料器，该厂为高炉设计布料器提出了重要的原则-旋转。现代布料器无一例外，都是能够旋转的。布郎式布料器是单钟的，使用过程中发现它不能从根本上克服巴利式布料器密封性不佳的缺陷。加料时，大钟开启，炉内大量煤气从炉顶放出来。此外，布料器旋转的歪嘴放料口很大，料流时间较短，不能克服大料斗内炉料的不均匀性。1907年，美国马基公司设计的马基式布料器，继巴利式布料器之后，进行了高炉布料的第二次革命。在它出现的短短20年内，美国150座高炉几乎全部采用；除了美国外，它在世界范围内也得到迅速推广。到20世纪80年代，它已成为世界上绝大部分高炉的布料设备。马基式布料器继承了巴利式大钟、大斗的优点，并且用双钟、双斗克服加料时煤气漏出的缺陷；它吸收了布郎式布料器旋转的长处，使小钟、小斗一起旋转，把炉料按六点（每站60°）放到大斗内。这样就使炉料堆尖均匀地分布在大斗内。随着钢铁工业的发展，高炉容积日益扩大。冶金专家对高炉深入研究后发现，马基式布料器也不是完美无缺的。首先，炉料在小料斗内分布不均匀，这种不均匀性，在炉料下到大料斗内及随后下到炉内时依然存在。格鲁金诺夫曾仔细地研究过马基式布料器布料所带来的沿高炉圆周方向的不均匀性。当料车将炉料倒入小斗后，大块滚到对面，粉末留在堆尖附近，沿小斗上部有h高度是偏布的炉料。格鲁金诺夫仔细地计算了炉料在炉喉水平面上的不均匀，用图一目了然地表示出来。他将炉喉圆周展开成平面，画出一批炉料沿炉墙的厚度分布。为使不均匀分布的炉料明显起见，他做了两种处理。(1)只画出不均匀部分，而将均匀分布的一层炉料去掉；(2)纵坐标的比例尺比横坐标的比例尺放大10倍。这样处理后，炉料偏布现象被放大几十倍，突出了偏布的形象。根据格鲁金诺夫的研究结论，保持60°或60°倍数布料，或改变车数或加一定的修正角度，均无法消除水平面分布的不均匀性。对一批料而言，均匀分布的占大部分，在图中得不到反映；而纵坐标比例放大10倍，又将这相对不均匀部分再次放大10倍。库兹涅茨克钢铁公司炼铁厂高炉实验证明，格鲁金诺夫的有些结论是不正确的。现有高炉布料其它改变的影响，远远大于水平分布的不均匀。格鲁金诺夫关于水平面与垂直面不均匀的严格划分，是没有必要的。此外，炉料在炉喉内按一定堆角分布；随着高炉容积的扩大，矿石可能很少或根本布不到高炉中心。矿石少，中心气流容易发展，影响煤气利用。美国金尼的试验表明，随炉喉直径增加，保持炉喉间隙为609.6mm，矿石批重相应增加。实验结果如表一所示。表一 炉喉直径与炉料分布直径/m矿石环圈宽度炉喉面积m面积/m2无矿部分面积占炉喉面积比/炉喉直径中间无矿部分直径矿石环圈面积中心无矿部分面积炉喉面积5.21.22.019.921.1721.15.55.51.52.021.861.8323.77.75.81.82.023.662.6526.310.56.12.12.025.583.5929.212.36.42.42.027.474.6632.114.56.72.72.029.385.9235.316.77.03.02.031.267.3038.618.9从表一所列试验结果看出，炉喉直径由5.2 mm增加到7.0 mm，炉喉面积增加83.5，中心无矿部分的面积增加626.5。无矿部分占炉喉整个面积比由5.5增到18.9。由此，金尼得出结论：炉喉直径超过5.2m，炉料分布将不理想。这种结论，使部分美国高炉的炉径偏小，出现“瓶式高炉”。以巴甫洛夫为首的前苏联学派研究表明，马格尼托哥尔斯克厂的炉喉直径为5.8m的高炉，虽然矿石布不到中心，但“无矿区”的煤气利用并不差。这些结论使前苏联1300立方米的标准高炉炉喉直径达6.5m，冶炼效果良好。与此同时，一些设计专家研究把矿石既能布到边缘又能布到中心的新型布料器。研究的新型布料器种类繁多，但由于设备复杂，操作困难，而没能实现，或者在生产高炉上昙花一现，没有得到发展。著名的索洛金布料器就是基于上述思想设计的。20世纪60年代，巨型高炉不断出现，各工业国家为提高效率，增强竞争能力，高炉容积一扩再扩，大钟式布料器面对巨大直径的炉喉，中心布矿过少的现象更加突出；中心料面和边缘料面高度之差，随炉喉直径增大而增大。以炉料内堆角为30.8°计算，料面高度差H如下表2： 表2炉喉直径与高度差炉喉直径/m2.53.54.75.66.7料面高度差H/m0.751.041.401.672.0炉喉直径/m7.38.29.81112.4料面高度差H/m2.182.442.923.283.58为解决上述矛盾，出现了变径炉喉。第一个变径炉喉投产于1964年，是德国克虏伯公司设计建成的。变径炉喉在炉喉内有一组活动钢板，这组活动钢板可按布料要求在炉喉内形成一个“新炉喉”，入炉的料碰到钢板反弹入炉内，从而将炉料布到炉内指定的位置。这种解决中心布料的方式，比前述的方法优越，发展较快。在较短的时间内，出现克虏伯式（Krupp）、哥哈哈式(GHH) 、新日铁式(NSC) 、日本钢管式(NKK)等多种形式。显然，马基式布料器再加变径炉喉，解决了中心布矿问题。马基式布料器在低压高炉上使用，其密封性尚能满足要求；炉顶压力超过147Kpa以上，容易漏气，使大钟很快磨损，更换大钟，更费很多时间。因此，马基式炉顶已经不能适应现代高炉生产的需要。为了解决这些问题，曾出现三钟、四钟、双钟双阀、双钟四阀等多种形式的装料设备，试图克服马基式布料器的缺陷。虽然这些新型布料设备各有优点，但设备复杂，在巨型高炉上必须与结构复杂的变径炉喉配套使用，而且还不能省掉运输和安装很不方便的大钟，而变径炉喉在装料入炉过程中又多一次碰撞机会。马基式布料器的所有这些缺陷，都推动了新型布料器的诞生。第一个无钟布料器于1972年投产于德国蒂森钢铁公司汉博恩（Hamborn）厂，这是由卢森堡保尔屋斯（Paul Wurth在莱吉尔(E. Legille)主持下设计的。它以全新的原理，克服了马基式布料器的基本缺陷，为高炉布料设备完成了第三次革命。它一出现，就受到普遍欢迎，在第一个无钟设备投产后的10年里，有55座大高炉相继采用。现在，无钟装置已经在世界范围内推广，新建的大型高炉，几乎普遍使用无钟炉顶。我国第一个无钟炉顶装置于1979年应用于首钢2号高炉。在以后的12年里，相继有十余座无钟投入使用，发展之快，超过以往任何一种新型布料器。无钟布料器由两个料罐和一个溜槽组成。两个料罐相当于马基式布料器的大小钟之间的大漏斗，料罐的两端有两个密封阀，直径一般为1 m左右，上密封阀相当于小钟，下密封阀相当于大钟。放料时，溜槽以一定角度有规律地在炉内旋转，上密封阀（相当于关闭小钟），下密封阀打开（相当于开大钟），炉料稳定地沿料管流进转动的溜槽，边转边落到炉内料面上。一般，一批料布812圈。因此，炉料的水平分布是均匀的，没有马基式布料器堆尖偏布的放料过程。溜槽仰角可以任意变动，不像我国的大钟那样固定为53°角，因此炉料可以布到炉喉任何位置，而无需借助于变径炉喉，从根本上改变了大钟布料的局限性。溜槽角度变动和控制都很容易，改变布料十分灵活。无钟布料器的上、下密封阀直径很小，又嵌有弹性良好的橡胶密封圈，密封性好，能承受高压操作。下密封阀上部有一个节流阀承受罐内炉料的重量，上、下密封阀只管密封，不与炉料接触，因此阀体寿命较长，密封有保证。而大钟不断与下降的炉料摩擦，密封性难以持久。此外，无钟布料器的重量小，高度低，拆装灵活，运输方便，是马基式布料器无法比拟的。莱吉尔曾将无钟布料器与其它布料器作过比较，结论示于3。初期投入生产的无钟，都是并罐式，由并列的两个料罐分别装料。由于炉料在中心导管内眼子一侧偏行，造成炉料在炉喉内分布不均匀，这是并罐式无钟装置的固有缺点。钱人毅等曾定性地研究过这种偏布形成的原因。并罐式无钟在布料上的缺陷，推动了串罐式无钟的研制。串罐式无钟装置的两个料罐上下串联，下罐排料口与导料管在同一条中心线上，克服了炉料偏行的缺点，炉料在炉内分布均匀。表3 PW型与IHI型炉顶设备比较比较项目炉缸直径/m炉顶设备重量/t投资费用/百万美元IHI 型炉 顶设 备12.516234.3214.021554.73P W型炉 顶设 备12.59202.2014.010042.27由于上、下罐同心并与导料管在同一垂直轴线上，罐内的炉料大体沿轴线方向下降，与导料管和料罐摩擦力较小，避免了直接碰撞，既延长了设备寿命，又减少了炉料的粉末。无钟布料器优点很多，但和大钟布料器相比，它必须用氮气或净煤气充压，充压气体要有加压设备，这部分能耗是无钟装置所必须的。此外，无钟装置对炉料要求较高：无钟装置的密封依靠胶圈，因此不能使用热烧结矿；无钟装置放一批料一般溜槽要转812圈，使用粒度差别大的炉料，偏析会比大钟装置更严重。选择无钟装置，应当相应的使用冷料并进行筛分除去料中的粉末，以减少偏析。第一章 大型高炉装料设备的发展1.1传统的布料工艺设备简介及存在的主要问题炉顶设备是用来装料入炉并合理在炉内分布，同时对炉顶设备起密封作用。现代大型高炉每天要把上万吨的炉料从炉顶装入炉内，设备启动频繁，受载大，零件表面不断受到炉料的冲击。随着高压操作的推广和炉顶压力的提高，装料设备的寿命显著缩短。随着高炉容积的不断扩大，给装料设备的制造和运输及安装带来了一系列的困难。根据高炉冶金工艺的特点，对炉顶装料设备提出了下列要求：（1）能满足炉喉合理布料的要求，并能按生产所需进行炉顶调剂；（2）保证炉顶密封可靠，使高压操作顺利进行；（3）再满足上述条件下，设备结构应力求简单，制造、安装、运输方便；（4）零件的使用寿命长，维护和修理方便；（5）能实现操作自动化。总之，炉顶装料设备在满足生产要求的条件下，设备应尽量简单、维修方便、使用可靠，达到提高炉顶产量，促进生产的目的。高炉炉顶设备也是一个不断完善的过程。双钟式炉顶装料设备已有上百年的历史。目前仍占有相当的比例，它由受料漏斗料器和装料器三部分组成。炉料经料车上料，进入受料漏斗，布料器按照一定的工作制度进行布料，然后小钟打开，在压力均衡的条件下，再打开大钟炉料进入炉喉。随着高压操作技术的推广和高炉容积的不断扩大，双钟式炉顶也越来越不能满足生产的要求，主要存在的问题有：（1）布料器旋转漏斗的密封不够可靠，不是摩擦阻力过大，就是容易漏气，且维护工作量大；（2）小钟寿命短，一般不到一年，小钟漏斗的接触面也和小钟一样，很容易被含尘煤气吹破；（3）大、小钟拉杆之间的密封极易漏气，不易维护，在安装调整上就如何保持大小拉杆之间的同心度，也有困难；（4）大钟和大漏斗的寿命随着炉顶压力的提高而缩短，一般只有一年多。随着炉子容积的增大，大钟与大漏斗的尺寸也越来越大，重量也越来越大，给制造和运输都造成困难。此外，炉顶吊车的吨位也增加，使炉顶钢结构庞大，安装与调整等更加困难；（5）对于大型高炉而言，料钟炉顶不能满足、炉喉径向布料的要求，大钟下面的广大面积不能直接加料，使中心气流过于散发，煤气的热能与化学能得不到充分的利用，不利于炉喉调剂与定点布料。基于以上诸多问题，近年来 国内外出现了许多新型的炉顶，以取代双钟式炉顶。新型炉顶可分为两大类：一类仍属于料钟式炉顶，另一类属于无钟式炉1.2炉顶设备的主要形式及特点1907年，美国俄亥俄州的麦基公司发展的一种带有旋转布料器的双钟装料设备在高炉上获得了广泛的应用。根据统计，自1970年已有586套该公司制造的麦基型炉顶交付使用。在高炉大型化的初级阶段，麦基型炉顶仍是独一的炉顶装料设备。但随着大型高炉产量的增高和炉顶压力的提高，该设备的缺点也日益暴露出来：一是气密性太差，限制了炉顶的压力；二是大钟寿命短。1962年1月投产的美国钢铁公司杜昆厂6#高炉安装了三钟型炉顶，从而揭开了炉顶设备的序幕。自那时起到现在，各种新型炉顶的设计不下十种，现将五种主要形式的炉顶，列举如下：1.2.1两钟阀型炉顶装料设备 使用三钟型装料设备的两座高炉的炉顶压力并未超过1公斤/平方厘米，因而三钟型炉顶设备并不能满足高压操作的要求。但通过三钟装料设备的实践，人们认识到：（1）双室密封是提高大钟寿命的有效措施；（2）使用双室密封后，炉顶高度增加，在上部小钟处温度经常在200度以下，这就有可能使用带橡胶的密封圈的盘式密封，于是在三钟实践的基础上诞生了两钟阀封式炉顶。用两个到四个盘式阀代替三钟炉顶中的小钟，就构成了两钟阀封型炉顶。这种炉顶的装料过程是：料车接近炉顶时，打开放散阀，使均压室内的压力降为大气压，然后打开一个密封阀，同时启动布料器，接着料车倒料结束，关闭密封阀，打开均压阀，使钟阀的压力达到高压，打开小钟，原料落到大钟上，关闭小钟，再重复上述过程装下一车料。因为取消了上部的小钟，不能再用泰基旋转布料器，改用快速旋转的歪嘴布料器，视布料器的位置不同，两钟阀封型炉顶又分为两种。(1)IHI型装料设备在IHI型装料设备中，设有两个盘式阀，阀座上镶有硅橡胶密封圈，为了避免积灰和冷却密封圈，用氮气或干净的煤气进行连续的吹扫，歪嘴布料器在盘式阀和小钟之间。在料车高炉上，每个盘式阀上设有一个受料漏斗，料车上行时，均压放散阀开启，降低盘式阀和小钟之间的压力到达大气压，开盘式阀然后料车向受料漏斗内卸料，炉料经受料漏斗和布料器，卸到小车上。IHI型炉顶的优点是：以阀代钟，减少了设备的重量，为快速更换创造了条件，由于是在盘式阀上采用了金属与橡胶接触的密封方式，提高了气密性，但早期装有IHI型炉顶的高炉压力并不是很高，但近年来有很大提高。 IHI型炉顶的主要缺点是：布料效果不够理想，武汉钢铁设计院等作了歪嘴布料器的模拟实验，布料器按定点布料，一个周期后，沿圆周上无论是按粒度还是按粒重，都没有获得均匀。麦基型布料器则不然，同样是定点布料，一个周期后沿炉喉圆周上无论是按粒度还是按粒重，都获得了均匀。因此在麦基布料器的工作过程中，布料器是在装入炉料以后，才旋转的。不论该批炉料的转角是多少，卸到小钟上条件总是一样的。空转之后的歪嘴布料器则与此相反。它在炉料卸入之前旋转，布料器处在不同的位置上，炉料卸到小钟上也不同。于是在某个位置上形成固定的粒度偏析和粒重偏析。(2)新日铁型炉顶装料设备新日铁型炉顶是皮带上料的IHI型炉顶的改进，它将IHI型中密封在上密封室的歪嘴布料器移到了料仓的上方，炉料从皮带上卸下时，快速的旋转布料，料仓的下方和出料口增加为四个，每个出料口上设有一个阀口，密封阀也相应地增加为四个，其它与IHI型相同。新日铁型炉顶具有以下几个优点：）由于布料器设在密封阀之外，易于维修和检查，有利于提高密封室的压力；）皮带装料配合快速布料器，可使炉料在料仓内分布均匀；）大钟只起布料作用，因而不堆焊硬质合金，只加衬板。如果需要更换，由于炉顶结构的简化，更换时间较短。1.2.2三钟型炉顶装料设备 1959年，苏联扎波罗什钢铁厂实验了三钟型炉顶装料设备；1962年，美国杜昆厂6#高炉是第二座；1963年，日本室兰3#高炉也采用了三钟型炉顶。三钟型炉顶设备是在麦基型炉顶的基础上增添了一个小钟，构成两个密封室。上部的小钟泰基布料器的组成部分，可以旋转；中钟则不能旋转。三钟之间有两个密封室。下密封室位于大钟下部，与炉喉相通，始终保持高压。因此，大钟不起密封作用，只起布料作用。上部密封室摄有均压阀和放散阀，为小钟和中钟开启前均衡上部密封阀的压力。在三钟型炉顶中，大钟的寿命显著提高，但矛盾移到了上部，在高压操作的条件下，小钟易于损坏。1.2.3四钟型炉顶装料设备最上面的小钟是布料器的一部分，也只起均匀炉料的作用。气密性由下面的小钟和中钟担任。在小钟和旋转中钟之间不布料，并保持常压。小钟和中钟以及大钟之间构成两个气密室，大钟和中钟之间经常保持高压，因而大钟只起分布炉料的作用，不起密封作用。NKK型炉顶布料分布均匀，工作可靠，具有麦基三钟式和双钟阀封炉顶的优点，而消除了他们的缺点，但NKK型炉顶结构复杂，四个钟采用穿心杆结构，对设备的制造和安装要求较高。1.2.4麦基型炉顶在麦基型高炉炉顶中，布料器设在盘式阀以上，定比旋转，布料器下方设有六个盘式阀。结构与IHI相似，盘式阀下方是小钟，由于它要起气密作用，必须经过仔细加工。小钟上方是一个可以上下移动的圆锥型布料器，它不但不起气密作用，也不存料，它的唯一作用是布料。麦基型高压炉顶的布料性能与传统的麦基型炉顶相近，并且有了更大的适应性。以上几种炉顶有各自的优势与缺点，但随着高炉容积的扩大和炉顶压力的提高，普通的钟式或钟阀式炉顶存在以下一些缺点：目前用大钟装料的炉顶，炉喉径向布料已不能满足要求，料峰很窄，大钟下面的广大面积不能直接加料，致使中心气流发散，煤气的热能和化学能得不到充分的利用； 由于料钟的角度是固定的，炉料的径向调节功能靠装料制度（同、分装和正、倒装）和料批的大小来运行。这种方法既不灵敏，又不方便，并且使得电气控制复杂化；(1)不能定点下料或扇形布料；(2)炉顶密封靠大、小钟来完成，由于料钟直径大，在炉顶温度经常波动和原料不断冲击，摩擦，再加上炉喉煤气的冲刷等恶劣条件下，很难可靠的密封；(3)料钟、料斗及布料器的重量都随高炉的容积的扩大而增加，且尺寸也随着增加，带来一系列的困难。1.2.5无料钟炉顶由于上述几种型式的高炉炉顶仍采用的是大钟和小钟，因而给高炉的大型化带来了一系列的困难。首先是巨型高炉的大钟大多在八米以上，大钟和大漏斗重达百吨，使加工制造和运输极为不利；其次是为了更换大钟，需要在炉顶设置大功率的吊车，使炉顶的钢结构庞大而笨重，再次是随着大钟直径的增加，炉喉被大钟遮拦，面积越来越大，布到中心的物料越来越少。因而在高炉大型化的初期出现了不顺利崩料多。六十年代末期通过使用可移动炉喉保护板才纠正了崩料，因此不论是INI、NSC或NKK型炉顶，都必须配合采用可移动炉喉保护板，这种炉顶装置太复杂。1972年鲍尔公司设计出了无料钟炉顶；同年Ham borm公司一个下属工厂的1400立方米的高炉安装了该公司的双料槽的装料设备。在无料钟炉顶的设计中，它采用一个出料旋转速度固定的溜槽布料器（见装配图）来代替大钟，溜槽可以绕中心线旋转，也可以上下摆动。溜槽的正方有一个控制溜槽旋转与摆动的齿轮箱。减速齿轮箱用螺栓固定，吹氮气冷却，这样就可以防止充满粉尘的煤气从炉顶空间吹入。溜槽上方有两个料仓，轮换装料与卸料，当料仓的上密封阀（见装配图）开启时，下密封阀关闭，处于装料状态；当料仓的上密封阀关闭，下密封阀打开时，则处于卸料状态。开启密封阀时料仓需要减压，为了保护下密封阀，因而设有下阀门卸料时开启下密封阀，然后打开下阀门，从而避免炉料摩擦密封仓，下阀门的开启程度是可以控制的，使之与旋转溜槽的转速相配合，从而使炉料得到均匀分布。为了防止叉型漏斗卡料造成事故，对炉料的粒度有严格的要求。由于溜槽可以同时旋转与摆动，因而无料钟炉顶的布料有以下几个优点：(1)快速旋转且布料均匀；(2)在指定区域内来回旋转作扇形布料；(3)溜槽每隔一批料转动指定的角度，作与麦基布料相似的定点布料。目前，P W公司已在世界上安装了757个溜槽布料器，其中106个是单料槽。1982年，VNIT工厂设计的双料槽的溜槽式布料器（BCA）安装在2000立方米的6高炉上，在这台设备中使用了一个新颖的“漏斗滑板”布料器，它有一个固定截面出口的旋转受料漏斗和位于其下方的同轴旋转的布料器组成。滑板是圆锥形的，它的垂直轴是旋转轴，沿圆周方向滑板的母线长度是不同的，依靠调节滑板和漏斗出口的相对位置，能改变漏斗出口下母线的长度。从布料器出来的炉料与布料器表面分离的饿位置以及炉料在炉顶的运动轨迹，该类型的溜槽布料器在6高炉运行时表现滑板设计有缺陷。从旋转漏斗下来的料流，在滑板上形成又薄又宽的一层，阻碍了集中料流布向顶部周边区域。为了克服这一缺点，在漏斗安装了限制料流扩散的侧板。最近几年单料槽的溜槽布料器得到了广泛的应用，这些设计的改进达到了以下三个目的：(1)由于使用了单溜槽的溜槽布料器（BCA），去掉了并联溜槽，才可能减少设备重量、机构数目、制造和安装BCA的基建投资；(2)淘汰了并联溜槽，可以无须沿垂直轴线导料，即可使累计料槽中的料流有序地注入漏斗，这就避免了周向布料不均匀；(3)单料槽的BCA特定设计参数可以降低其高度，这在改建安装BCA时很重要。然而，为了达到以上三个目的，设计者不得不在炉料周向布料的均匀性（当高度降低是由料漏斗沿高炉轴线移动所致时）或在保证布料系统足够空间边缘的可能性方面作出让步。另外，单料槽BCA的一个普遍缺点是：料槽的机构能力降低了。1.3无料钟炉顶在我国的使用和发展我国于50年代至70年代建立的高炉，其炉顶设备都是从受料漏斗与麦基式布料器大钟装料设备及推动大、小钟开启的平衡杆等部分组成，而且当时普遍使用的是烧结矿，这种由大、小钟组成的单密封室装料设备，炉顶的操作压力一般只能有0.050.07Mpa，即使在使用冷烧结矿的高炉上，炉顶的操作压力也只能达到0.1-0.20Mpa，而且不能长期稳定地操作。虽然作过一些局部的改进，如：为了提高装料设备的密封性能，在旋转的布料器和大、小钟的拉杆上增加了密封室，在密封箱外加上水冷，以保证密封填料的弹性。大钟普遍采用双折角，使弹性漏斗于刚性大钟的密封角度不受下降物料的磨损而有所减小；为改善布料情况，在操作上采用了多点布料、正反装、上部调节等手段，但是钟与斗是金属间接触的硬密封，加之热烧结矿的高温作用，不可能把炉顶压力提的很高。此外，马基式布料器和固定大钟式布料器，不能彻底地解决各种物料在布料上的粒度偏析，因此到了70年代，料钟式炉顶设备已成为阻碍高炉产量提高的关键。70年代初期，日本改造和新建了一批高炉，炉顶大多采用了钟阀式（双钟双阀、双钟四阀）来适应高压操作的需要，双室高压炉顶炉料装料设备，既保留了起布料作用的大、小钟，又增加了起密封作用的内装耐热硅橡胶圈的密封阀，从而保证了30.257Mpa的压力，可以长期稳定地进行高压操作。为了改善固定式大钟布料粒度的不均匀，在装料设备的下部安装了可调炉喉装置，但仍不能理想地适应布料的要求。同时带来了炉顶设备过于庞大，结构过于复杂以及由三者引起的一系列问题。1968年，DW公司首先提出无料钟炉顶布料的技术，理想地解决了高炉炉顶装料设备存在的密封和布料两个难题。由于设备较小，重量较轻，从而降低了高炉的高度，减少了造价，也不存在大钟的加工和运输方面的问题，但由于上、下密封阀全部采用硅橡胶的软密封，这要求高炉不能吹热烧结矿，炉顶温度必须控制在硅橡胶的允许范围内（250°）。为了更好地吸收和消化这项技术，并且直接应用到了宝钢2#高炉，中国冶金进出口公司代表中国冶金设备制造公司于1984年4月于卢森堡的P.W公司签署了高炉无料钟技术合作协议。同年8月，又派出考察小组到卢森堡、比利时、法国与西德，专门对P.W公司提供的无料钟炉顶的技术在不同的高炉上的使用情况进行了调查，并于P.W公司就宝钢2#高炉无料钟炉顶的方案、合作设计、制造等有关问题进行了磋商。1986年8月，双方正式签署了宝钢2#高炉无料钟炉顶的技术合作合同。1987年，中国冶金设备制造公司积极组织重庆钢铁设计院、西安冶金机械厂和宝钢的生产建设单位去P.W公司参加基本设计、设备鉴别和设备验收等工作，从而学习到了新一代无料钟炉顶的设计与制造技术，为国内独立进行10004000立方米高炉无料钟的设计与制造打下了坚实的基础。无料钟炉顶发展至今，仍在不断地发展和完善。由于其自身的不足与其它原因，有待于进一步改进，从而使炉顶设备更有利于提高产量，改进工作中的一个重要步骤就是提高密封的可靠性。1.3.1无料钟炉顶的优缺点（1）优点：）炉喉布料是一个由重量较轻的旋转溜槽来进行的，由于该溜槽可以做圆周方向的旋转运动，又可以改变角度，能够实现理想的布料，并且操作灵活，能满足高炉布料和炉顶的调剂作用；）由于取消了大钟、大漏斗和旧式旋转布料器这些笨重又需要精密加工的零件，比较彻底地解决了制造、运输和安装、维护、更换等问题；）炉顶有两层密封阀，且不受原料的磨损与冲击，寿命比较长，阀和阀座的重量和尺寸比较大小，可以方便的调整与更换。更换时，可以整体更换，也可以单独更换某个零件；）炉顶结构大大简化了，部件的重量大大减轻了。炉顶安装的小轴由120吨减小到40吨，简化了炉顶的钢结构，降低了炉顶总高度，整个炉顶设备的总投资减小到三钟阀式炉顶的百分之五十，且降低了炉顶的高度。（2）缺点：目前，耐热硅橡胶的允许工作温度为250300，而国内的烧结矿装入高炉后，炉喉的温度往往高达400500，对耐热硅橡胶的破坏是很大的。1.3.2无料钟炉顶在我国的运用无料钟炉顶装料设备是首钢在1000立方米高炉上采用的新技术。经过1-2年的实践，在取得P.W公司的无料钟炉顶的技术的基础上作了相应的改进，改造了首钢的3#、4#高炉，并且协助酒泉钢铁公司制造和安装了1513立方米的无料钟炉顶。以后，包钢结合1#高炉大修，无料钟炉顶布料器的溜槽改为液压缸操作，将摆角的主要传动部件移到了炉外，简化了齿轮箱的机构。第一重型机械厂和梅山冶金公司合作设计制造了两座1000立方米的高炉，也比较全面地采用了无料钟炉顶的技术、液压技术和计算机控制技术。全国高炉设备的无料钟炉顶的最初形式是双罐并列式，这种形式也沿用了很长时间，在实践生产中也取得了较好的成果。这种现象在一侧上有料车装料时（另一侧料车发生故障）表现的特别明显。根据国外的生产经验，用单侧料车上料，一般不超过68小时后，炉内 就出现了偏析，引起炉况不顺。在双料车同时装料时，由于料流不均匀的方位是相对的，所以能起到相互补充的作用，只需在装料程序上作少量的调整，就能保持相对的稳定状态。在实际生产中，两个料车装料的品种不可能完全对等，因而总是保持高炉生产的一个不稳定因素。为了消除并列料车布料时出现的料流不均匀现象，通过实验和生产经验，近年来又出现了一种双料斗串联中心排料的无料钟炉顶装料设备。这种新型的炉顶设备，可以得到均匀的料流圈，是发展中的无料钟炉顶设备的新一代产品。通过对串、并联两种类型的无料钟炉顶的比较，主要是为了确保炉内料流的均匀性，有利于高炉生产的稳定进行。1.4无料钟炉顶在包钢的发展和使用包钢炼铁厂自80年代初开始与包头钢铁设计研究院等单位共同协作、开发、研制出了具有我国知识产权特色的无料钟炉顶布料器，并于1985年3月在包头钢铁公司炼铁厂1#高炉大修改造后，正式投入使用。因此，我国在1500立方米以上的大高炉上有了完全属于我们自己的知识产权的无料钟炉顶设备。1.4.1 BG型布料器的传动原理及现状1985年3月，第一台BG型布料器在包钢1号高炉正式投入使用，这台布料器与国内外普遍采用的P.W型无钟炉顶布料器相比较，具有完全不同的传动机构。国外P.W型布料器溜槽以行星差动减速机构来实现布料溜槽围绕高炉中心旋转（角）和使溜槽在挂轴上下摆动。使溜槽与炉体中心线形成不同的角度（角），在自动控制系统的控制下，由角与角的灵活组合，构成单环、多环、螺旋、定点、扇形布料等方式，以满足高炉冶炼的需要。而BG型布料器是采用一个滚柱或者球轴承将一个旋转圆筒吊在顶盖上，圆筒与轴承外圈相连，轴承内圈与顶盖相连，圆筒下端用两根花键轴悬吊溜槽托架和溜槽。这样，圆筒的旋转就使之绕高炉中心线旋转，实现溜槽的旋转运动，达到沿圆周均匀布料的目的。溜槽的倾角的运动是通过液压系统操纵和溜槽用花键轴连接的曲柄的滑块机构来实现的，该曲柄的一端的滑块在一个带有水平旋转托辊并可以在一个带有滚道的托圈内回转的浮动框架内滑动。当液压缸提升托圈时，通过托辊使浮动上下移动并带动曲柄绕花键轴旋转，从而达到溜槽上下摆动的目的，实现角的改变。通过控制系统对角和角进行控制，使其实现不同的组合，即可实现高炉生产工艺所需的各种布料方式，满足高炉布料的需要。BG型布料器初次在包钢使用，即显示出其独到的优点，受到有关方面的认可，但是它还存在角运动控制精度太低，其显示误差大于百分之十等缺陷。这些缺陷的存在严重地制约了布料器的使用，提高角的控制精度成为本布料器设计是否成功的关键环节。1988年，包钢3#高炉大修，在三年多实践的基础上，包钢炼铁厂有关技术人员对BG型布料器的结构和设计思想重新进行了分析，并有了新的突破，并在此基础上对原有布料器的结构作了重大改进，使布料器角的控制精度达到0.2°，满足了生产要求。同时对冷却系统、曲柄结构作了根本性的改动，完成了布料器第二代的设计改造，既现在生产中采用的BG型布料器。1.4.2 BG型布料器的主要特点BG型布料器自1988年投入运行至今，包钢的有关工程技术人员不断对其进行改善，实践证明：这种布料器已达到了国际先进水平，与PW型布料器相比，具有如下的独到之处：(1)BG型布料器机构设计合理，机构简单，各主要传动与运动部件受力明确，整机使用寿命长，设备重量轻，制造、调整、安装方便。而PW型布料器机构复杂，加工制造困难，要求精度高，因此价格昂贵。二者相比，国产BG型布料器在功能上完全达到PW型布料器的水平，但其价格却低的多，更为国内制造PW型布料器的1/5，因此在中国国情的条件下，极具竞争力，并有向国外推广的价值；(2)BG型布料器还具有良好的维修性，使用经验表明，布料器上有几个托辊在轴承达到其使用寿命期限时，需要定期检查更换，而更换托辊作业，只需高炉短期休风即可更换，其费用极为低廉，而PW型布料器传动机构一旦发生故障，不但备件不易检修更换，并且费工耗时，价格昂贵。因此，PW型布料器日常维护要求较高，而BG型布料器对炉顶环境的要求则相对比较宽松；(3)BG型布料器采用了开式水冷系统，冷却更为可靠。该系统是将水管引入气密箱盖的环水管喷淋系统，将水喷在回转圆筒上，沿圆筒壁流到水冷底盘上，再引到箱体外，系统简单，易于观察，不但使底盘得到冷却，而且整个机构的工作温度也比较低；(4)与PW型布料器相比，润滑简单也是其优点之一。BG型布料器各个润滑点均为干油脂润滑。实践证明，该布料器只需在高炉定期检修时，由修理人员手动注入润滑油即可，因此也不存在因润滑系统发生故障而造成损失的问题。BG型布料器在包钢高炉上已使用了数年之久，经受了恶劣环境的考验，特别是在炉顶煤气短期达到600时仍然能够正常工作，显出这种布料器独到的优点。1996年，美国凯瑟工程公司邀请美国一家大型钢铁公司炼铁专家到包钢进行考察，确认这种布料器具有很大的推广价值，要求在国外代理推销。1996年12月20日，中国钢铁工贸集团公司实业开发部，中国金属学会与凯瑟公司签定可代理协议更说明这种布料器推广应用前景的广阔。如果能对现在的不足改进的话，必将获得更好的效果。1.4.3 无料钟炉顶的密封和冷却无料钟炉顶的总体方案概括起来大致可分为三大类：并罐式、串罐式、串并罐式。早期无料钟炉顶布料器齿轮箱都采用氮气或加压后的半净煤气进行冷却，防止在炉顶高压和粉尘作用下，影响齿轮箱个零件的正常工作，通入箱中的气体随着炉子的大小而不同。一般情况下，2000方米的高炉需要3500立方米/小时，而4000方米的高炉则需要60007000立方米/小时。这样大量的气体输入炉内，不仅消耗大量的气体，而且需要增加大量的设备。尤其是煤气和氮气的加压设备，从而提高了项目的费用，还要消耗许多的能源。P.W公司于1984年首先在高炉中采用了水冷式密封齿轮箱，通入的气体流量均按5000立方米计算。用这些高于炉内压力的气体，防止了炉顶粉尘进入气密箱。我国的宝钢2#高炉、武钢的5#高炉、鞍钢11#高炉的无料钟炉顶均采用水冷式气密箱。美国的一家公司于1995和1996年分别建立了1#高炉和2#高炉，这次重建大大改善了冷却系统和耐火材料的寿命，并使耐火材料的寿命达15年之久，从而进一步提高了高炉的寿命和改善布料器的气体控制，并且该设备的上料的时间通过声音传感器来实现的，从而使得物料得到良好的控制。在矿石的填充过程中，不同粒度的烧结矿被分为不同的层，从而更好地控制了炉身热量的损失，并且当布料时，它能发出一种新的信息。通过调整料车的角度，而减少空料车的运行时间，排除了移动喉阀，从而保持高炉的体积。此外，该密封无料钟炉顶设备能够在减少热量损失的情况下，控制高炉煤气和物料的分布，且溜槽的角度将发生变化，使之自动地保持同一物料的分布以及气体的分布，而不管物料的高度。1.4.4 无钟操作事故的诊断及处理(1)溜槽不转溜槽不转，是无钟操作的典型故障之一。溜槽不转的原因很多，最经常出现的是密封室温度过高引起的齿轮传动系统不转。密封室正常工作温度为3550°，最高不超过70°，超过70°，常出现溜槽不转故障。溜槽不转要分析原因，不要轻易人工盘车，更不要强制启动。防止烧坏电机或损伤传动系统。密封室温度高，应顺序分析，找出原因：）顶温过高引起密封室温度高；）密封室冷却系统故障：用氮气、煤气或水冷却的密封室，应检查冷却介质的温