对适用于高炉热装工艺的hg布料器研发

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1、适用于高炉热装工艺的HG布料器研发夏志煌①，刘斌奇(中冶南方工程技术有限公司湖北武汉430223)摘要：为满足高炉热装工艺的要求，在常规HG布料器的基础上，开发出了闭式水冷HG布料器，论文主要分析了闭式水冷HG布料器的技术特点，根据HG布料器样机的运行情况及CAE仿真分析结果，闭式水冷HG布料器的各关键零部件均满足设计要求。关键词：高炉热装工艺；HG布料器；闭式水冷1前言在今后相当长一段时间内，高炉炼铁工艺在钢铁生产过程中仍将占据主导地位。而低碳、低耗和环保将是未来高炉炼铁技术研究的重点和方向。打破高炉炼铁原、燃料采用

2、冷装的传统工艺，实现高炉原、燃料热装一直是钢铁行业专家的一个梦想，原、燃料热装能够利用高炉炼铁原、燃料的显热，达到有效节约能源和减少CO2排放的目的。高炉原、燃料的热装工艺对高炉炉顶设备也提出了新的更高的要求，而布料器则是高炉炉顶中的关键设备，布料器性能的好坏直接影响着高炉冶炼产品的产量和质量。中冶南方工程技术有限公司依托山东焦化北海冶金熔岩炉炉顶设备成套供货项目，以具有自主知识产权的HG(HelixGear)布料器技术为基础，研发了适用于高炉原、燃料热装的闭式水冷HG布料器，下文将对其技术特点进行分析。2HG布料器简

3、介目前，国内外大都采用PW布料器，PW布料器于1972年正式应用于高炉上，迄今为止在全世界有超过一千座高炉的工程业绩，PW布料器采用差动齿轮机构，通过一系列齿轮传动来带动溜槽两侧的悬挂轴旋转，从而实现溜槽倾动。但随着该布料器的广泛应用，其缺点也日益明显，例如传动结构复杂、制造精度要求及高氮气消耗量大等。鉴于PW布料器的上述缺点，同时为了满足炼铁设备向大型化、自动化、高效化、长寿化以及节能环保等方向发展的要求[1]，国内外钢铁相关的企业及研究机构竞相研究新型无料钟炉顶布料器。例如西门子奥钢联的万向节无料钟炉顶布料器，该布

4、料器采用液压驱动机构和曲柄连杆机构作为驱动机构和执行结构，具备PW布料器相同的功能，但溜槽运动的数学模型非常复杂，对溜槽的控制非常困难。国内也出现了一些新型的无料钟炉顶布料器，例如攀钢的SS型无料钟炉顶布料器。包钢的BG型无料钟炉顶布料器等，这些布料器大部分停留在设计阶段，没有进入投产或者广泛要用到阶段[1]。中冶南方工程技术有限公司近年来也加大了对无料钟炉顶设备特别是无料钟炉顶布料器的研发力度，2010成功研发出具有自主知识产权的HG布料器，并于2011年5月成功制作出样机。HG布料器的传动原理图如图1所示。HG布料

5、器包括溜槽旋转机构和溜槽倾动机构，溜槽的旋转和倾动是完全分开的独立运动。旋转机构由固定在顶盖上的减速电机驱动上部回转支承的外圈，带动旋转圆筒旋转，从而驱动溜槽旋转。溜槽卡挂在左右动臂上，左右动臂分别通过连杆机构与下部回转支承的内圈连接，当溜槽旋转时，该连杆机构和下部回转支承的内圈都与溜槽一起旋转。下部回转支承的外圈与Helix齿轮固定连接，当两倾动减速电机驱动两倾动齿轮，并共同驱动Helix齿轮，由于Helix齿轮的支承轮是沿螺旋线布置的，当Helix齿轮旋转时，在螺旋轨道的作用下，Helix齿轮边旋转边沿轴线做上下运

6、动。于是，通过下部回转支承带动滑动箱形做上下运动，铰接在滑动箱形圈上的连杆通过曲柄推动悬挂轴和动臂倾动，这样溜槽就完成了倾动。HG布料器的特征在于采用了Helix齿轮，Helix齿轮的最大特点在于：普通齿轮仅做旋转运动，而Helix齿轮在旋转的同时还沿其轴线做上下运动，如同常见螺栓连接中的螺母一样。HG布料器具有以下有点[2]：①HG布料器溜槽的旋转和倾动是分开的，布料灵活；②采用连杆机构实现溜槽倾动，结构简单；③Helix齿轮支撑点多，承载能力大；④采用双动臂卡挂溜槽，溜槽更换方便；⑤旋转体采用夹套式水冷结构，冷却效

7、果好；⑥下部环隙采用浮动密封环，氮气耗量小；⑦动臂悬挂轴芯部通水冷却，使用寿命长；⑧下水槽设置水位检测，连锁控制水流量；⑨外部连接与PW布料器相同，可互换。3适合于高炉热装工艺的HG布料器的设备组成随着HG布料器的成功研发及样机(重型HG布料器)的无故障运行，中冶南方先后承接了首钢伊犁2×1260立方米高炉炉顶设备供货项目及山东焦化北海冶金熔岩炉炉顶设备供货项目。前者主要是对HG布料器的样机进行小型化设计，而后者则是将传统的冷料入炉改为800℃的高温红料直接入炉，对HG布料器的所有组成部分特别是水冷系统提出了新的更高的

8、要求。因此需要重点解决设备冷却、隔热、密封、构件高温下的强度和刚度、设备热膨胀的克服和适应、高温耐磨等问题[1]。中冶南方的研发团队针对这些问题逐一进行了研究，开发出适用于高炉热装工艺的闭式水冷HG布料器，其技术参数见表1。闭式水冷HG布料器的三维模型如图2所示。其组成主要包括顶盖组件、倾动驱动组件、旋转装配组件、布料器壳体、水冷