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东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究1专科毕业实习报告学生教学中心专业层次东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究2冶金技术专业专科实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究摘要：炼铁是联合型钢铁企业生产中的一个中心环节，生产生铁的质量和产量直接影响到炼钢生产。高炉生产是获得大量生铁的主要手段。在高炉顶部，炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起到炉顶密封作用的设备。然而随着高炉冶炼技术的发展，高炉炉顶逐渐被无料钟式炉顶取代。本文主要研究普阳钢铁无料钟炉顶装料装置。这种炉顶装料装置具有设备结构简单、传动效率高、设备重量轻、布料灵活、密封性能好等特点，能够满足高炉大型化和超高压操作的要求。关键词：高炉无料钟炉顶布料器第一章绪论1.1研究背景钢铁是国民经济、社会发展和国防建设重要的基础原材料，是工业发展中最重要的基础性结构材料和功能材料，没有钢铁就没有工业东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究3化。随着世界各国经济的不断发展，世界钢铁生产还会有增长，而高炉炼铁工艺成熟、产量大，相对能耗低，故在钢铁生产中占举足轻重的地位。但随着钢铁工业产业化发展，高炉生产也面临更加严重的挑战，产量、质量、效益、技术与管理等方而的竞争也会越来越激烈，所以各类新工艺新技术迅速在各个钢铁业中运用。从古至今，炼铁工艺的研究与开发就从未停止过。单从装料装置看，从最初的敞开式炉顶到密封式炉顶，再到钟式炉顶，一直到今天的无料钟式炉顶，工艺同趋完善，密封愈加严密，布料方式更加合理，效率越来越高，成本越来越低。特别是无料钟炉顶布料器以其布料方式灵活多样，布料均匀的优势，很快在高炉上得到广泛使用。进行炉顶布料装置的研究，不仅能够满足设备更新换代的需要，而且能够促进企业改革发展、提高经济效益。1.2高炉炼铁技术综述我国是世界上用铁最早的国家之一．据历史资料记载，殷代就出现了铁器，至春秋时代(公元前6、7世纪)，中国已有了较大规模的冶炼鼓风炉，发明了生铁的冶炼及铸造技术，铁器在军事上、农业上有了广泛的应用，使社会逐步由铜器社会过渡至铁器社会。公元前513年，赵国铸“邢鼎”。公元前200多年的战国时代，又发明了自然钢的冶炼法，炼制出非常坚韧而锋利的著名的“干将”、“莫邪”、东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究4“龙泉”、“阿泰一宝剑，由此演绎出许多神奇迷人的传说。东汉时期，我国南部地区发明了水力鼓风机和水力鼓风炼铁炉，这是冶炼史上的一大创举，其结果大大节省了人力，并实现了不间断鼓风，使炉温升高，产量增加。南北朝前后，开始采用右炭作燃料，宋朝开始采用木风箱鼓风，风量大幅度增加。至宋代，又发明了有活塞和活门的木风箱，使冶炼技术日臻完善。我国冶炼技术的发明比欧洲早17个世纪。至公元13～14世纪时，炼铁技术才传入欧洲。近代炼铁技术的发展，是由18世纪欧洲爆发工业革命开始的，18,-20世纪这200年中，炼铁技术经历了以下几个突破性的发展阶段：(1)1709年，英国首先开始用焦炭代替木炭，这样不仅缓解了当时日益严重的木材危机，而且为以后高炉向大型化发展打下了基础。(2)19世纪初，英俄采用蒸汽鼓风机，鼓风能力大大提高，为扩大炉缸直径创造了条件。(3)1829年，英国人发明了用高炉煤气加热鼓风、用热风代替冷风的技术，使燃料消耗量大幅下降。同时，炉内温度分布更趋合理。(4)上世纪50年代开始使用人造富矿，一举解决了天然富矿奇缺、冶金性能差的高炉炉顶装料液压缸耳环断裂分析及结构优化问题。(5)上世纪60年代开始采用综合鼓风，从风口喷入燃料(煤气、天然气或重油)直接代替一部分焦炭，大大缓解了焦煤的供应问题，扩东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究5大了高炉燃料的来源。(6)上世纪90年代以来，电子计算机的应用使高炉生产实现了人工智能化，多数部位实现了自动化连续控制，大大减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。1.3生铁冶炼工艺简介生铁是从铁矿石中还原出来的。铁矿石中的铁多以磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等铁氧化物的形态存在。天然富矿的资源有限。较贫矿石为了提高品位，改善其冶金性能，一般开采以后需要经过破碎，选矿、烧结(焙烧)等工序制成人造富矿才能进入高炉冶炼。要从矿石中获得生铁，必须使用还原剂将铁还原出来；同时必须提供热量为还原反应创造温度条件，使炉料化为液体，以便渣铁分离；由于高炉内煤气和炉料逆向流动，炉料在此期间经历了从固体到软融体再到液体的形态变化，煤气通过必须有通道，高炉料中的焦炭恰好起到了上述三种作用。它既是还原剂，又是发热剂，并起到了骨架作用，为炉内煤气上升提供了通道。矿石中，除了Fe203、Fe204等有用矿物以外，还有在高炉条件下不能被还原的CaO、MgO、A1203以及少量被还原的Si02MnO等脉石，为了使这些脉石溶化成为能够自由流动的炉渣，从而与铁分离，还需加入一定数量的熔剂。由于脉石多为酸性的，所以一般熔剂多采用碱性的石灰石和白云石。熔剂可加在东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究6烧结矿中，也可直接加在高炉里。另外，为了降低焦比，还可从风口喷入一些重油、煤气或天然气等燃料以代替一部分焦炭。这样，高炉生产所用的原料主要有：铁矿石(天然富矿或人造富矿)、焦炭、熔剂和喷吹物。这些原料(除喷吹物外)按一定比例从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入热风，焦炭在风口前燃烧生成煤气，煤气在上升过程中完成还原和加热炉料的任务，最终作为高炉煤气从炉顶逸出。高炉煤气中含有相当数量的CO、H2等可燃成分，可供热风炉和其它厂作为燃料使用，也可用于煤气发电。1.4本课题研究的意义进行炉顶布料装置的研究，不仅能够满足设备更新换代的需要，而且能够促进企业改革发展、提高经济效益。研究无钟炉顶布料设备可以为高炉生产布料操作管理，高炉上料管理和炉顶设备检修管理奠定良好的理论基础，同时对生产中各类事故的判断和原因的分析都有很大的帮助。第二章高炉炉顶装料设备发展进程2.1高炉炉顶装料设备概况在高炉顶部，炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起到炉顶密封东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究7作用的设备。它与铁产量的高低、能源的消耗和企业的效益等等都有直接密切的关系。炉顶装料设备应该满足下列要求：(1)能够满足炉喉的合理布料，并能按生产需要进行炉顶调剂；(2)保证炉顶的可靠密封，使高压操作顺利进行；(3)在满足上面的要求下，设备结构力求简单，制造、运输、安装方便；(4)零件的寿命长，维护修理方便；(5)能实现操作自动化。布料器作为高炉炉顶装料设备的一个重要部分，是关系到高炉能否正常生产的关键环节之一。自研制生产以来主要经历了从钟式巴利式布料器、布朗式布料器、马基式布料器到双钟式炉顶、钟阀式炉顶和无料钟炉顶布料器等几个重要发展阶段。无料钟布料器的产生被称为高炉布料设备完成的一次新的革命。它一出现就受到广泛的欢迎。目前，世界各国现代化大型高炉均采用无料钟炉顶装置。我国各个大小钢厂在其新建的高炉上也都采用了无料钟炉顶这一先进技术及其设备。2.2初期高炉布料器高炉在中国出现，已有2700年的历史。2000年前(西汉末年)已有50m3的巨型高炉，由于古代生产设备差，技术水平低，不懂布料，东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究8煤气利用极差，燃料消耗高，每炼1吨铁要用7～8吨木炭。炉顶是敞开式的，煤气直接放散到大气里，致使高炉附近黑烟蔽日。炉料靠人工装入炉内，不但生产不安全，而且装料速度比较慢，生产效率低下。炉项变为封闭式之后，才有了所谓的“炉顶装料设备”。但是，起初的“炉顶装料设备”仅能把炉料装入炉内，而不能担负起合理布料的任务。其后，随着生产技术的发展，炉顶装料设备不断得到完善。1850年在英国出现了巴利式布料装置，它用手工操作。炉料放进料斗后，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。不仅改善了炉顶劳动条件，还能完成简单的装料和布料任务，初步实现了高炉生产的上部调剂。巴利式布料器的结构如图1所示。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究9图1钟式炉项最初结构一巴利式布料器1、高炉炉喉2、炉料3、固定料斗4、圆锥形料钟5、驱动装置巴利式布料器是单钟的，使用过程中密封性不佳的缺陷也是很明显的。加料时，大钟开启，炉内煤气大量从炉顶放出来。尤其是随着高炉容积的护大，炉喉和料钟尺寸随之增加之后，煤气外泄现象更加严重。此外，布料器旋转的歪嘴放料口很大，料流时间短，不能克服大料斗内炉料的不均匀性。2.3钟式炉顶布料器为了切断煤气外逸，确保安全，人们在料钟的上面再增加一个盖子，其开闭与料钟形成反连锁(料钟开，盖子就关；料钟关，盖子就东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究10开)，这就是双钟式炉顶的雏形。针对起初的双钟式炉顶炉料偏析严重的问题而设计的一种细长型的盖涅特布料器，曾流行一时。随后，1907年美国马基公司首次设计的马基式布料器(图2)，逐渐取代了盖涅特布料器，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。它吸收了布朗式布料器旋转的长处，使小钟、小斗一起旋转，把炉料按六站(每站604)放到大斗内。这样就使炉料堆尖较均匀地分布在大斗里。早在20世纪40年代初，就曾被公认为世界最好的密封煤气和装料设备。在它出现的短短20年内，美国150座高炉几乎全部采用；除美国之外，它在世界范围内也得到迅速推广。马基式布料器在常压高炉上使用，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，要费很多时间。因此，马基式炉顶已不能适应现代高炉生产的需要。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究11图2马基式布料器1、旋转小斗2、大料斗3、大钟为解决这些缺点，双钟式炉项技术出现了，这项技术在世界范围内得到了广泛采用。至今己有上百年历史，仍是中小型高炉的常用装料设备。它是由受料斗、小钟料斗、小料钟、大钟料斗、大料钟、布料器等组成。图3为双钟式高炉装料设备。装料时，受料斗接受料车或皮带送入的炉料，并进入小钟斗，然后打开小钟将炉料倒入大钟斗，关闭小钟，再打开大钟，将炉料按要求布到炉内。大小钟的启闭必须交错进行，保证装料时煤气密封。大小钟之间有效容积必须大于一个最大料批的总容积。料车上料的高炉其大小钟之间有效容积常为料车容积的5倍。东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究12图1．3双钟式高炉装料设备1、大钟2、大料斗3、炉顶支圈4、拉杆5、煤气封盖6、保护钟7、楔形连接键8、加强钟由于高炉冶炼技术的发展，高炉容积不断扩大，炉顶压力不断提高，双钟式炉顶具有的体积笨重，密封性能差，维护工作量大，不能实现高压操作等缺点，已不能满足生产的要求。大钟和大料斗的寿命随着炉顶压力的提高而显著的缩短，通常只有一年，这样大大的降低了冶炼的质量。此后随着高炉大型化和炉顶压力的提高，许多国家竟相研制新型炉顶装料设备，出现了以双室密封的三钟、四钟型装料设备和使用盘东北大学继续教育学院专科毕业实习报告高炉无料钟炉顶设备的研究13式阀减小密封面积的钟阀式装料设备。三钟、四钟型装料设备由于其结构复杂，高度增加，均压繁琐，不但制造安装要求严格且不便于维修和管理，故未得到普遍采用。钟阀式炉顶装料设备是20世纪60年代初由日本石川岛播磨厂开发出来的，它博采了三钟炉顶的长处，将最上部的料钟改为蝶型密封阀进行密封，满足了高炉的高压甚至超高压操作。同时，采用了可调炉喉挡料板来解决传统的钟式炉顶径向布料能力的不足。这种装料设备即保留了具有布料作用的大小料钟，又加设了软质填料的密封阀门，这样便解决了炉顶高压煤气的密封问题。钟阀式炉顶有多种，用的最多的是双钟双阀炉顶。这种设计的主要目的是为了使煤气不泄漏、设备少磨损，并解决了炉料在圆周及径向分布的均匀性和合理性问题，但结果是炉顶越来越高，设备越来越重，