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包钢布料器在大型高炉的应用与改进 发布时间:2017-11-06  来源:未知  作者:中国钢铁企业网   【字号: 】    

  高炉布料器作为向高炉炉喉布料的设备,必须能够准确地按操作需要将炉料分布在炉喉半径和圆周方向上,因此,布料器就需要具有足够的运动准确性和高度的工作可靠性。近年来,包钢拥有自主知识产权的布料器逐步发展,并在国内、国际大型高炉上得到应用。针对在包钢特殊炉况情况下,布料器在大高炉出现的故障,研究人员采取了改进措施,提高了包钢布料器在大高炉应用的能力。

  包钢布料器的特点与设计历程

  包钢布料器包含主传动(溜槽旋转β角转动)和副传动(溜槽倾动α角倾动)两种传动方式。主传动β角传动链如下:电动机-摆线针轮减速机-直齿小齿轮-上部回转支承-耳轴转套-溜槽。 副传动α角倾动传动链如下:直线油缸-托圈-下部回转支撑-钢圈-曲柄-耳轴-溜槽。主、副传动是相互独立的,既可独立运动,又可合成运动,以完成高炉多种布料形式。

  包钢型布料器的部分特性:一是倾动角速度为3°/s,齿轮传动为1.7 °/s,速度比传统的提高1倍 ,旋转速度为8rpm。二是检测装置为连接油缸的高精度编码器(0.0001),精度误差在±0.5°以内,控制系统扫描时间小于20ms,可达精度误差在±0.3°以内。三是设计原理简单、制造难度小,指到哪里就可以将炉料布到哪里,精确、可靠。

  1985年3月由包头钢铁设计研究院和包钢炼铁厂共同设计的包钢无料钟BGⅠ型布料器首次应用于包钢1号高炉,它以其完全不同于布料器PW齿轮箱的新颖简洁的结构而受到广泛关注。经过几年的实践,包钢对BGⅠ型布料器进行了大量的改进,形成了BGⅡ型布料器,并于1989年1月应用于3号高炉。为了进一步提高并完善包钢无料钟炉顶的性能,2001年包钢在炼铁厂完成了BGⅡ型布料器以及包钢无料钟炉顶其他装料设备的重大技术革新,形成了独具特色、性能优越的包钢BGⅢ型无料钟炉顶,并于2001年11月成功应用于扩容后的1号高炉(2200m3),次年4月应用于3号高炉(2200m3),之后相继应用于包钢炼铁厂5号、2号、4号、6号高炉。

  2014年5月,由美国Woodings制造的包钢改进型布料器首次应用于包钢新体系7号高炉(4150m3),次年10月应用于8号高炉(4150 m3)。与此同时,由秦皇岛秦冶重工公司制造的同类型布料器也逐步在宝钢湛江1号、2号高炉(5050m3)以及台塑越南和静1号、2号高炉 (4350m3)、印尼浦项高炉(3800m3)等大型高炉上应用,标志着包钢具有自主知识产权的布料器在国内、国际大型高炉全面开始应用。

  包钢布料器在大高炉的应用及故障原因分析

  包钢新体系7号高炉自2014年5月12日投产开始,由于布料器布料溜槽撒料、布料不均匀,布料器托架及溜槽无力抵抗高炉炉顶持续高温,多次出现托架及溜槽变形,一直制约着高炉的正常生产。截至2016年9月8日,7号高炉共造成高炉休风更换溜槽13台·次, 更换布料器3台·次。在2016年9月8日更换布料器之后,7号高炉分别又在2017年2月26日、3月1日和5月7日出现溜槽掉落、托架变形的情况。

  原设计的中心喉管在布料器过程中,炉料蛇行情况较为严重,同时,会有大量炉料从溜槽侧壁甩出的现象,造成了布料混乱。炉喉料面布料不均匀,既增加了工艺控制气流的难度,又造成了部分气流利用不好,引起顶温升高,甚至危害布料器寿命。几种原因相互影响,相互作用,最终导致高炉工艺操作困难,炉况波动严重,顶温难以控制,托架变形后,布料器损坏。

  研究人员通过对更换下来的布料器测量分析发现,导致布料器寿命较短的主要原因在于布料器托架变形,托架变形导致溜槽布料角度出现偏差,工艺操作无法准确地按照生产要求的角度将原燃料布在相应料面上;溜槽掉落同样是托架拉伸变形,溜槽压角无法压在托架接触面所致。布料器溜槽失效主要表现在两个方面:一方面是由于托架变形后,溜槽本体压角处随着托架变形也发生了变形,溜槽失效;另一方面是溜槽的耐磨衬板无法经受料流的冲刷而引起的失效。

  鉴于该布料器在国内外其他大型高炉正常应用的情况,研究人员认为,包钢7号高炉的布料器还应继续改进,以适应包钢自产矿的特殊炉况要求,从而提高布料器使用的可靠性,保证高炉的稳定顺行。

  布料器改进措施及效果

  改进中心喉管及其效果。研究人员对布料器中心喉管内径由原设计DN750改为DN650,改型后可以有效束缚料流,减轻布料过程中炉料在中心喉管中的蛇行,减少炉料偏析,避免向溜槽侧面溢料、撒料,增强炉料在炉喉料面的均匀性,有利于工艺操作稳定料面形状,控制气流分布,控制顶温。

  7号高炉于2017年5月7日在休风时将中心喉管改型,改进前后的各项参数见附表。在改进中心喉管后,料面的均匀性得到改善,高炉利用系数提高。同时,炉顶平均温度显著降低,温度得以控制,极大地减少了炉顶打水量。

  增加布料器托架冷却装置及其效果。经过对布料器寿命分析,研究人员发现,作为布料器的关键部件,布料器托架的寿命即是布料器的寿命。他们通过增加托架冷却装置,直接冷却布料器托架所处的高温区域,避免托架高温变形,延长了布料器使用寿命,保证了高炉稳定顺行。具体方案图见图1、2。在生产运行中,托架冷却装置管道内通入氮气,托架在运转过程中被冷却装置吹入的氮气冷却;3组冷却装置按角度吹入氮气后,形成冷却保护区域,托架始终处于3组冷却装置形成的冷却保护区域内。

  2017年6月13日,8号高炉利用计划休风时机,增加了托架冷却装置。布料器热负荷对比情况显示,未增加前的1个月,布料器平均热负荷为101.15kJ/h;增加后的1个月,布料器平均热负荷为69.7kJ/h。布料器热负荷明显降低,说明托架冷却装置对托架的保护起到良好效果,工作环境得到了改善。

  增加溜槽卡挂装置及其效果。7号高炉在2016年9月8日改造后,溜槽已更换3台,发生3次掉落,平均使用寿命为2.6个月,对高炉生产操作产生极大影响。研究人员认为,通过对现有布料器托架增加压角延长面,溜槽增加卡勾后,可以对溜槽形成有效保护,避免溜槽掉落,提高溜槽使用的可靠性,对高炉生产有重要意义。此措施在7号高炉2017年5月7日休风中进行,效果显著。溜槽卡挂装置方案见图3。

  托架材质及设计改型。作为布料器的关键部件,托架使用的可靠性提高,才是最终解决布料器寿命问题的关键。研究人员经过对前几年布料器的托架材质及大量实践使用情况的分析,选择了比较适用于高温环境的耐热材料,布料器托架材质选为ZG42CrMoV。托架易于受损变形的部位分别在以下两处:与溜槽卡挂处,容易变形压溃;两个侧壁,因材质及高温原因,出现强度降低、弯曲变形。因此,针对以上易损部位,他们通过增加材质强度进行改型。改型后托架示意图见图4。

  综上所述,目前,具有包钢自主知识产权的包钢布料器,在中小高炉上的应用已有十分成功的经验,通过一系列技术攻关改造,目前在大型高炉上也能够正常使用,寿命可控。



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