2800m3高炉原料及炉顶装料系统设计

包头原料条件下2800m高炉原料及炉顶装料系统设计

（专业：冶金工程 班级：冶金06-1班 姓名：张彩云 指导老师：侯贵平）

摘要：在本设计中，槽上槽下均采用皮带供料系统，槽下胶带运输机供料与称量漏斗相配合，是高炉槽下实现自动化操作的最佳方案。

串罐式无料钟炉顶的称量料罐卸料支管中心线与波纹管中心线以及高炉中心线一致，避免了下料和布料过程中的粒度和体积偏析，通过布料溜槽的旋转和倾动、料流调节阀的排料控制，可实现多种布料方式，适应各种炉况的上部调节要求，布料均匀，使高炉装料操作简单化，有利于高炉的稳定和长寿。

关键词：高炉炉顶；串罐无料钟炉顶；供料系统；皮带上料

3

Design of 2800 m Blast Furnace Meterials and the Top Charging System Under the Conditions of Baotou Raw Materials

Abstract：This design uses the blet for the feeding system. The best way of realizing automatic operation under tanks is the coorperation between the weighing hopper and the feeding of belt transporter under tanks.

By comparison,because the center line of the weighing bucket is consistent with the center line of the bellow,the string-up bucket type bell-less top can avoid the pratide segregation and the volume segregation during the blanking and the mix feeding. Through the rotation and the tilting of the rotating chute ,and the control of the material flow gate,the furnace can achieve various distributing modes to adapt kinds of furance conditions which the upside request.All of these things make the operation of the blast furance simplistic and is conducive to the stability and longevity of BF.

Key words：blast furnace top; the string-up bucket type; material supply system; belt charging

3

前言

现代大型高炉每昼夜连续需要原、燃料上万吨。原、燃料的供应由高炉的炉顶装料和供料系统来保证。炉顶装料和供料系统是由装料设备和上料胶带运输机，以及槽下各种卸料、筛分、称量、运输设备所组成的系统。因此设备间相互紧密衔接、配合、协调的进行工作是考察炉顶装料和供料系统性能的重要指标，也是设计炉顶装料和供料系统的基础要求。 1．高炉供料系统设计

1.1贮矿槽和贮焦槽个数、总容积及主要尺寸的确定

在本设计中槽上供料系统设有两条带式输送机，将高炉原燃料运送至贮矿槽和贮焦槽，槽下供料系统设有六个烧结矿槽，四个球团矿槽，两个块矿槽，两个杂矿槽，呈一列式布置，贮矿槽和贮焦槽下设有给料、筛分、称量设备和一条运矿、运焦主皮带机，一条返矿皮带机，一条返焦皮带机。

贮矿槽容积相当于高炉有效容积的1.6～2.0倍[1]。本设计取1.6倍，V贮矿=2800×1.6=4480m3。本设计中，烧结矿的贮存时间为14h，球团矿的贮存时间为28h，块矿的贮存时间为40h。

本设计中，烧结矿槽和球团矿槽的长度定为5000mm，块矿槽和杂矿槽的长度定为3200mm，宽度都定为5600mm。焦槽长度定为5600mm，宽度定为6600mm。矿槽壁倾斜角为55°，焦槽壁倾斜角为45°，以使炉料能顺利下滑放出。

根据焦槽的贮存时间，本设计选焦槽数为4个。贮焦槽总容积一般为高炉有效容积的0.53～1.5倍，本设计中取贮焦槽容积为高炉有效容积的0.6倍，V贮焦=2800×0.6=1680m3，贮存时间为8～10h。

本设计中贮矿槽和贮焦槽的尺寸设计如下表所示：

表1-1贮矿槽的主要参数

原料名称

个数

单槽有效 容积m3

烧结矿 球团矿 块矿 杂矿

6 4 2 2

360 370 210 210

总有效 容积m3 2160 1480 420 420

总贮存量

t 4104 3404 1008

贮存时间

h 14 28 40

堆比重 t/m3 1.9 2.3 2.4

表1-2贮焦槽的主要参数

原料名称

个数

单槽有效容积m

焦炭

4

420

3

总有效 容积m 1680

3

总贮存量

t 756

贮存时间

h 10

堆比重 t/m 0.45

3

1.2电磁振动给料机的设计

本设计中采用的是电磁振动式给料机，并把给料机底板换成筛网式，在给料的同时还能起到筛分的作用。安装时保持横向水平，槽体一般向下0°～10°倾斜安装[2]，最大的给料能力为400～700t/h，生产能力为25m/h，驱动功率为0.2kw。 1.3料批重量的确定

高炉有效容积：2800m3，平均利用系数：2.2t/m3·d， 平均昼夜产量：2800m3×2.2t/m3·d=6160t/d， ㈠ 每天需要矿石量计算如下：

烧结矿：6160×1689.48×10-3×0.8=8325.76t/d，

2

块 矿：6160×1689.48×10-3×0.05=520.36t/d 球团矿：6160×1689.48×10-3×0.15=1561.08t/d， 硅 石：6160×38.52×10-3=237.28t/d， 则每天需要铁矿石量为10407.20t，

每天需要的焦炭量为：6160×423.68×10-3=2620.28t； ㈡ 焦炭批重、矿石批重的确定

由前面计算知炉喉直径：d1=8.4m即8400mm；

高炉装料设备的容积应根据矿石料批重量确定。高炉矿石料批重量宜符合下表的规定：

表1-3高炉矿石料批参照

炉容级别/m 正常矿石批重/t 最大矿石批重/t

3

[3]

1000 30～60 35～70

2000 50～95 60～100

3000 80～125 90～140

4000 115～140 126～160

5000 135～170 150～190

本设计选取正常矿石批重=88t，最小矿石批重=78t，最大矿石批重=100t。所以，根据公式： Vonor=0.270d12.4187=0.270×8.42.4187=46.44m3 （式1-1） Vomax=0.472d12.2266=0.472×8.42.2266=53.94m3 （式1-2） 所以，选取Vonor=46.5m3，Vomax=54.0m3，因此，料斗容积=60m3。 由矿石批重Wo计算焦炭批重Wc：

Wc=CR×Wo/OR （式1-3）

式中，OR——铁矿石消耗量，吨/吨铁；CR——焦比，吨/吨铁；Wc——焦批，吨/批

最小焦炭批重Wc=423.68×78/1689.48=19.56t；正常焦炭批重Wc=423.68×88/1689.48=22.07t最大焦炭批重Wc=423.68×100/1689.48=25.08t

1.4槽下筛分设备

表1-4振动筛的参数

筛型 筛孔尺寸 振幅 筛面倾角 处理量

矿石振动筛

上层14mm,下层6～7mm 7～10mm 安装倾角为20° 500～800t/h.台

焦炭振动筛

上层孔为40mm，下层长方孔为25×35mm 7～10mm

上层为15°，下层为20° 120～170t/h.台

1.5称量设备 1.5.1矿石称量漏斗

设计中槽下共设14个矿石称量漏斗，每一个贮矿槽下设有一台电子称量漏斗。其参数选择如下：

烧结矿、球团矿、块矿的称量漏斗有效容积为7.5m3，称量范围范围为0～15t； 杂矿的称量漏斗有效容积为4.0m3，称量范围为0～6.5t； 1.5.2焦炭称量漏斗

本设计中采用的是焦炭集中称量，共四个焦槽，采用两个焦炭集中称量漏斗，按两个焦炭称量漏斗能容纳一批焦炭考虑。其参数选择如下所示：

Vc=Wc.max/(2?c) （式1-4） =25.08/（2×0.45）=27.87m

其中：Vc—焦炭称量漏斗容积，m3；Wc.max —最大焦炭批重，t/批；?c—焦炭堆密度，t/m3

所以，选两个有效容积为30m3、最大称重量为15t的焦炭称量漏斗。 1.6槽下运输设备

本设计中采用皮带上料。设备的传动装置采用装有备用电动机的多驱动方式，皮带采用的是夹钢丝绳芯的强张力型胶带。

为了准确检测原料位置，在皮带机长度方向上设有四个原料位置检测装置：焦炭终点检测点、矿石终点检测点、炉顶准备监测点、原料到达炉顶的检测点。 1.6.1 矿石输送胶带YK

选取胶带速度为2.0m/s，带宽B=1400mm，则根据公式

B=（Q/KγVKa）1/2 (式1-5)

∴ Q=B2KVγKa

式中：Q—运输量t/h；V—运输速度2.0m/s；γ—炉料堆比重t/m3，取1.8t/m3；K—断面系数,选取351；Ka—倾角系数，取0.925

将数据代入公式：Q=2291t/h

由于槽上槽下均采用皮带上料，所以矿槽的高度不宜太高，皮带的倾角也不宜太大，过大容易出现矿石滑落。 1.6.2 焦炭输送胶带YJ

为了适应生产的需要，焦炭的输送速度应与矿石的输送速度相适应，故带速选取2.0m/s，选带宽1200mm，则有公式

Q=BKVγKa

∴ Q=1.2×351×2.0×0.45×0.925=420.78t/h

2

2

[4]

3

（式中：B取1.2m，K取351，V取2m/s，γ取0.45t/m3，Ka取0.925） 1.6.3 上料主胶带机 1.6.3.1 上料主胶带机选择

高炉上料主胶带机应能平稳运行，不出现撒料现象，本设计中选主胶带机的运行速度也为2m/s。则Q=B2KvγKa，其中B取1600mm，v取2m/s，γ取1.8t/m3，Ka取0.925，K选取351，带入公式可得Q=2292.2t/h。

1.6.3.2上料主胶带机上料能力的检验

上料带式输送机输送能力的决定性参数是带速和带宽。带速过高会引起烧结矿和焦炭的破碎。输送能力用物料堆积面积A乘以带速v表示。则输送能力计算公式为:

Q=60AvCaCbγ （式1-6）

其中:Q—输送能力，t/h；A—输送物料堆积断面积，m2；V—带速，m/min；γ—物料堆积密度，t/m3

Ca—输送机的倾角系数；Cb—物料不连续系数，一般取Cb=0.8～0.85。

式中：A=0.0693B+0.08B（2Θ-sin2Θ）/sinΘ （式1-7）

=0.32m2 (其中Θ为槽角，取30°)

已知条件：带速：v=2m/s即120m/min；带宽：B=1.6m；槽角为300，堆积角为150；物料堆积密度：γ

矿

2

2

2

=1.8t/m，γ炭=0.45t/m；输送机倾角系数：Ca =0.95；料流不连续系数：Cb=0.82

33

则输送能力Q=60AvCaCbγ=3231t/h>2292.2t/h。所以，该皮带合适。 1.6.4 碎焦和返矿胶带输送机

按碎焦占合格焦炭的10％，即420.78×10％＝42.08t/h考虑到焦炭中碎焦量的波动，其能力按45t/h设计[5]。故在本设计中选取碎焦皮带的宽度为600mm，带速为1m/s，运输能力为45t/h；选取返矿运输胶带的宽度为800mm，带速为1m/s，运输能力为200t/h。 1.7废铁清除装置

为保证槽下主胶带运输机安全运转，设置了废铁清除装置。 2．高炉炉顶设备

2.1高炉炉顶设备类型的确定

本设计中采用串罐式无料钟炉顶的装料设备。 2.2串罐式无料钟炉顶

2.2.1 串罐式无料钟炉顶的优点

串罐式无料钟炉顶装料设备具有良好的高压密封性，灵活的布料手段，实现了中心加焦，能使高炉充分利用煤气能，保持高炉顺行。同时运行可靠，易损部件少，炉顶宽敞，检修方便快捷，有利于实现高炉高产、稳产、低耗和长寿。 2.2.2 串罐式无料钟高炉的布料方式

无料钟旋转溜槽一般设置11个环位，每个环位对应一个倾角，由里向外，倾角逐渐加大，布料时由外环开始，逐渐向里环进行，可实现多种布料方式。

本设计中的装料方式： 主要：C↓O↓；O↓C↓。

辅助：C↓C↓O↓；O↓O↓C↓；C↓C↓O↓O↓；O↓O↓C↓C↓。 2.2.3 串罐式无料钟炉顶的主要设计参数表

表2-1设计参数表

有效容积 2800m

3

炉喉直径 Ф8400mm

利用系数 2.2t/md

3

日产铁量 6160t/d

设计炉顶压力 0.15～0.2Mpa

炉顶温度 正常200C最大500C

o

o

2.2.4 串罐式无料钟炉顶装料设备性能及参数计算

表2-2装料设备的基本参数的规定[6]

高炉容积 参数名称 上料闸通径/mm 料流调节阀通径/mm 上密封阀通径/mm 下密封阀通径/mm 料罐有效容积/m3 中心喉管通径/mm 布料溜槽长度/mm 布料溜槽速度r/min 布料溜槽布料角度° 2.2.4.1固定受料斗

固定受料斗通过设置插入件，使物料在料斗内均匀布置，从而达到减少物料粒度偏析。故在本设计中采用固定受料斗来替代旋转受料斗。

在料斗内设有防止炉料偏析的插入件，插入件固定在料斗内壁上部。料斗为焊接钢结构，用来接受和贮存炉料。

由于焦炭的堆比重为0.45t/m，称量料罐的有效容积为焦批重的1.0～1.2倍，则受料斗的容积V斗=WC/WJ×1.2，则V斗=（22.07÷0.45）×1.2=58.85m3。

考虑到高炉强化的要求，本设计中取料罐容积为60m3，所以固定受料斗的容积为60m3，称量料罐也取60m3。固定受料斗的具体尺寸计算如下：取中间圆柱体的半径

R=1800㎜，高h1=4700㎜；下部圆锥半径R1=1700㎜，高h2=3600㎜。所以，固定受料斗的体积计算如下：

V=Sh1?合适。

13Sh2，式中：S=∏R2=3.14×1.82=10.17m3，代人数据可知V=59.98m3，选取数据

3

750～1500以下 1500～2500以下 2500～5000以下

600～800 500～600 700～900 650～800 20～30 550～650 2000～3000

3～8 10～55

800～1100 600～700 900～1200 800～850 30～55 650～750 3000～4000

3～8 5～55

1100～1500 700～850 1200～1600 850～1000 55～100 750～850 4000～5000

3～8 2～55

2.2.4.2上部料流阀和上密封阀

上部料流阀通径Φ1100mm。

表2-3上密封阀规格参数

型式 阀通径 旋转角度 控制元件 数量

液压驱动开闭式。焊接钢结构，带硅橡胶的阀板，液压缸实现阀板开闭。 φ1300mm 110° 开关2个 1台

2.2.4.3称量料罐

称量料罐既起称量作用也起钟式炉顶中的均压室作用，设有均压管和均压放散管。罐内上部装有上密封阀，罐中心设有防止炉料偏析、改善下料条件的插入件（导料器）且固定在料罐壁上，它可以上下调整高度。料罐下部设有三个防扭转装置、两个抗震装置和三个吊挂装置并用三个电子秤称量料罐重量。

由上面的计算可知，称量料罐和固定受料斗的容积相同，都为60m。具体计算如下： 取中间圆柱体的半径R=2200㎜，高h1=1500㎜；下部圆锥形的高h2=3500㎜；上部是把圆锥的锥角去掉的那部分，其中半径R1=1700㎜，圆锥高度h3=6900㎜，去掉的高度 h4=5200㎜。所以，料罐的体积计算如下：

V=

13Sh2?Sh1?13Sh3?13S1h4

3

式中：S=∏R2=3.14×2.22=15.20m3，S1=∏R12=3.14×1.72=9.07m3 代人数据可知V=60.03m3，选取数据合适。 2.2.4.4料流调节阀和下密封阀

表2-4料流调节阀规格参数 扇形液压摆动式。液压驱动装置，液压缸实现角度的开闭。

型式 控制元件 阀门通径及开口度 数量 阀体吊装于料罐下支承板上。 位置检测开关1个 750mm，0°～72° 1台 本设计中下密封阀采取液压驱动开闭式，设有带氮气吹扫的阀座，带硅橡胶的阀板。 下密封阀通径为：850mm，旋转角度为110°。 2.2.4.5中心喉管

中心喉管上部与下密封阀、料流调节阀阀箱相连接。中心喉管设有波纹补偿器，以减少料罐均

压时产生的浮力和炉顶压力波动时对料罐物料称量引起的偏差以及吸收高炉生产后产生的位移，确保称量准确和炉顶正常工作。

中心喉管长度通常取大些以免从中心喉管流出的炉料发生偏行，中心喉管的直径应大于焦炭最大粒度的5倍，由对装料设备基本参数的规定可知，高炉有效容积为2800m3时，中心喉管通径为750～850mm，故本设计中取中心喉管通径为800mm.则有关中心喉管的计算如下表所示：

表2-5中心喉管的有关计算

D L=πD F=πD2/4 Rd=F/L V=入(3.2gRd)0.5 Q=vF V t=V/Q n N=tn/60 800 2.51 0.502 0.20

焦炭1.13 0.567 60 105.82 8 14.1 烧结1.38 0.693 60 86.58 8 11.54

其中：D—中心喉管通径，mm；L—中心喉管内径周边长m；F—中心喉管截面积，m；Rd—水力半径，m；v—原料通过中心喉管的速度，m/s；入—原料流动系数，焦炭0.4～0.5；烧结矿0.5～0.6； Q—原料通过中心喉管的流量，m3/s；V—料罐的有效容积，m3；t—一次布料时间，s；n——布料器转数，r/min；g—自由落体加速度，取9.80665m/s；N—一次布料达到的料层数目，圈； 2.2.4.6布料器（传动机构）及旋转溜槽

布料器为无料钟炉顶设备中的核心装置。它分为两部分：一部分为传动装置，由主传动齿轮箱、上部齿轮箱、倾动齿轮箱、旋转溜槽、及其他元件组成。另一部分为气密箱，气密箱采用循环水冷却。气密箱是按炉顶温度200～250℃设计的（短期最高温度可达600℃）。为防止齿轮箱内有积灰吹入，用氮气进行密封，并设有两台氮气罐和通风机及必要设施。在主传动齿轮箱的上箱体上安装有眼镜阀和波纹管。

本设计中布料器和旋转溜槽的参数如下：

布料器旋转速度为8r/min，慢速时为2.65r/min；旋转溜槽的长度L=4000mm；旋转溜槽的工作倾角范围为10°～55°，检修时最大可达85°。 2.2.4.7电子秤

料罐上设有电子秤，用以监视料罐内满料、空料、过载以及料流快慢的情况，同时发出讯号指挥上下密封阀的开启和关闭。 2.2.4.8均压、放散装置

称量料罐的均压是分两次进行的。一次均压阀通径为Φ400mm，二次均压伐通径为Φ250mm,液压传动。为防止均压过压，在均压管道上还设有安全阀。安全阀通径为Φ400mm。

均压放散阀为Φ400mm，液压传动。在放散均压煤气时，装设除尘器和消音器。

故在本设计中，高炉均排压系统包括两台一均阀（Φ400mm），两台二均阀（Φ250mm）,两台放散阀（Φ400mm），在均压管上装有眼镜阀，便于一均阀更换。为保证二次均压在5秒内完成，炉顶设置一个26m的氮气罐，其贮存压力大于0.8Mpa。 2.2.4.9炉顶钢圈

炉顶钢圈为钢板焊接件。作为炉体锥台与无料钟炉顶的连接件。

3

2

[7]

2.2.4.10探尺

本设计中，炉顶装有两台紧凑型垂直电动探尺，探尺下降速度为0.2～0.3m/s，提升速度为0.5～0.55m/s，探尺深度为0～6m。为了用于事故时探测炉内料面，设置一台卷扬重锤式探料尺，其形式为密封型设计，齿箱和卷筒构成一体，用法兰联接在外封罩上，探尺深度为0～24m。 2.3高炉炉顶其它系统 2.3.1炉顶液压站

炉顶液压站设在炉顶平台上，在站内设有油箱、轴向柱赛泵、电动机、循环泵以及必要的过滤器、蓄势器、冷却设施、电加热器和机电元件。 2.3.2润滑系统

各系统采用40MPa双路干油集中润滑。润滑脂采用2#极压锂基脂。采用高压润滑系统可减小钢管直径，减少润滑脂在管道内停留的时间，保证润滑脂的性能。 2.3.3炉顶冷却系统

炉顶布料器通过一个封闭的水循环进行冷却，泵将蓄水罐内的水抽出，经自动旋风式过滤器，热交换器注入到布料器齿轮箱的水槽内，水在重力作用下经过蛇形管流到下水槽又流回蓄水罐内[8]。 2.3.4炉顶检修设施

在本设计中，在高炉炉顶上料主胶带头轮之上，设有安装吊车，负责所有大件设备和材料的吊装工作。地面上预留铁路或公路的吊运场地。主钩为慢速度，副钩速度设置的高一些。

炉顶最高处，设单轨电动葫芦吊装煤气放散阀和消声器等，由于电动葫芦的起重高度有限，均在一定高度上由炉顶安装吊车转接运。

参考文献

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