CN1036410A - 高炉布料器的水冷水封方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种高炉用水冷水封式布料器，采用由炉内煤气 自均压的水冷传动箱和U形管水封式排水系统。传 动箱处于炉内一侧的动壳体和静壳体皆设有隔热和 水冷却及防止水进入炉内的设施，并为炉气自由进出 传动箱设有水除尘的通道，使进入箱内的炉气经过水 冷却和水除尘并留在箱内与炉内煤气形成动态压力 平衡。U形管水封式排水系统既可以不断地排水又 可以防止炉气从排水管泄漏，保证高炉高压操作顺利 进行。

Description

为了适应现代高炉布料控制和高压操作等方面的需要，无料钟炉顶装料设备逐渐得到广泛应用，核设备的一个重要部件是布料器传动箱及其传动机构（见U·S·Pat.№3814403和3880302）。其主要特点是利用行星传动机构使布料溜槽既绕高炉中心线旋转，又可随时改变本身倾角，从而给高炉布料控制提供较好的手段。但由于传动箱是置于高炉炉头上受到炉内高温脏煤气侵袭的设备，只有解决好传动箱的冷却和防止炉内高温脏煤气进入才能保证箱内传动机构的正常工作。已有的技术是往传动箱内连续不断地通冷气（加压后的氮气或净煤气），经过传动箱使用后的冷气又不断地排入炉内，抵卸炉内高温脏煤气进入传动箱内。

实践表明，往传动箱内不断地通冷气虽可保证箱内正常的温度和无尘的工作环境，但为了连续不断地供冷气除了要配备至少两台约500KW的加压机及其厂房和有关的控制设备外，尚需增设由加压机房（一般与制氧厂在一起）至炼铁厂高炉炉顶的管路和其他有关设施，为此要多化数百万元投资。另一方面，由于日常的冷气消耗量大，使每年的生产维持费也要增加近百万元的开支，影响该项新技术的经济效益。氮气排入炉内要降低高炉煤气的发热值，也是一个缺点。

为了克服上述气冷传动箱的缺点，本发明提出一种不要任何外来冷气的水冷水封式布料器。这种布料器的特点是采用由炉内煤气自均压的水冷传动箱及其U形管水封式排水系统向外排水。水冷传动箱处于炉内一侧的动壳体和静壳体皆设有隔热和水冷及防止水进入炉内的设施，并为炉气自由进出传动箱设有水除尘的专用通道，使进入箱内的炉气在入口处即经过水冷却和水除尘，并长期留在箱内形成冷态净气的环境，同时箱内的净气始终与炉内的高温脏煤气形成动态压力平衡。传动箱内的传动机构除动壳体及穿过动壳体进入炉内的零件需要水冷却和防止水进入炉内之外，其他所有零件处于冷态净气包围的环境，因此也就不需要水冷。

传动箱的U形管水封式排水系统是利用炉身高度从炉顶引至地面后再上升到炉身上部所形成的高达数十米的U形管排水，它既可以连续不断地排水又可以防止炉内任何压力的煤气从排水系统泄漏，因此保证高炉高压操作的顺利进行。

下面结合三幅简图予以说明：

图1，溜槽倾角可调的水冷传动箱剖视图;

图2，溜槽倾角不变的水冷传动箱剖示图;

图3，传动箱的给水和排水系统图。

图1所示的传动机构与上述美国专利类似，但壳体及零件的有关部分已是改为水冷后的新结构。由箱盖（1）、箱体（2）和底座（3）所组成的传动箱壳体安装和固定在炉头锥壳（4）上支承着内部所有传动机构及其转动壳体。动力由行星传动箱出轴（未示出）的两个小齿轮（5、6）传给两个大齿圈（7、8）。两个大齿圈（7、8）通过轴承和有关零件支承在箱体（2）上。由旋转水槽（9）和淋水旋转屏风（10）所组成的动壳体与齿圈（7）连接在一起。淋水旋转屏风（10）上安装有两个溜槽倾动箱（11），在溜槽倾动箱（11）的输入轴端部装有小齿轮（12）与齿圈（8）做成一体的另一齿圈（13）相啮合，倾动箱的水平出轴（14）穿过屏风立墙（15）探入炉内悬挂布料溜槽（未示出）。

箱盖（1）的颈部设有环形水腔（16），环形水腔（16）有进水管（17）与压力水给水系统接通。均布的许多喷水孔（18）将冷却水喷淋到旋转水槽（9）内。

从箱盖颈部悬挂着与高炉同轴心的隔热圆筒（19）支承炉料通道（未示出）为布料溜槽供料。

传动箱的底座（3）由钢圈（20）、具有隔热层的底板（21）和内墙（22）形成环形静水槽（23），在静水槽（23）的外壁即钢圈（20）上有排水孔（24）与U形管排水系统接通。箱体（2）上的通气孔（25）与U形管排水系统的跌水管接通。

传动箱内的冷却水流动方向如箭头W和虚线所示。

旋转水槽（9）由具有溢水口（26）的外圆筒（27）和具有隔热层的内圆筒（28）相连构成。旋转水槽（9）内有以箱盖（1）悬挂下来的隔离圆筒（29）使水槽内的水形成U形等压水封。为了防止从环形水腔（16）喷淋下来的水进入炉内，隔热圆筒（19）的外壁（30）起挡水环的作用。隔热圆筒（19）下段外壁（31）与旋转水槽（9）的内圆筒（28）之间形成间隙（32），因此不会妨碍旋转壳体的转动。高炉煤气G₁通过间隙（32）可以进入旋转水槽（9）的内圆筒（28）与隔离圆筒（29）所包围的环形空腔内。

淋水旋转屏风（10）有法兰与旋转水槽（9）的下法兰相连，共同形成传动箱炉内一侧的动壳体。淋水旋转屏风（10）由数面具有隔热层的立墙（15），两个具有隔热层的水平弓形板（33）和一个环形淋水槽（34）相连形成。整个屏风处于箱内一侧的所有表面由旋转水槽（9）溢水口（26）排出的水淋流冷却。为了减少冷却水的用量和降低冷却水的温升，屏风炉内侧具有隔热层，隔热层的厚度根据空间大小而定，厚度较大的隔热层用绝热材料充填，较小的用绝热板（如石棉板）。

淋水旋转屏风（10）有透气圆筒（35）插入静水槽（23）内，使水槽内的水形成U形等压水封。在透气圆筒（35）上有间隔布置的刮水板（36）和串气孔组（37），每组串气孔（37）的位置处于淋水槽（34）排水缝（38）的下方，使每组串气孔（37）的表面不断有水淋流。括水板（36）的作用是当屏风（10）旋转时刮动静水槽（23）内的积水，促使沉积泥砂漂浮随流水一起排出。

淋水旋转屏风（10）还有下垂隔热圆筒（39）与静水槽（23）的内墙（22）形成环形间隙（40），炉气G₂可以经过间隙（40）进入静水槽（23）的炉内侧，然后经过串气孔组（37）进入传动箱内。由于串气孔（37）的表面有淋水形成水幕，使进入传动箱的炉气在入口处即经过水冷却和水除尘并长期留在箱内形成冷态净气的环境，同时使箱内的净气始终与炉内的高温脏煤气形成动态压力平衡。高炉生产时炉内煤气压力由于各种原因经常波动，传动箱内的净气压力也跟着波动，即当箱内的气压小于炉内气压时，立即由炉内煤气得到补充;反之，当箱内气压大于炉内气压时，箱内的净气立即经过串气孔（37）进入炉内。这就是本发明的水冷传动箱由炉内煤气自行均压的原理。正是由于传动箱内的净气与炉内煤气始终保持动态压力平衡，因此旋转水槽（9）和底座静水槽（23）内的存水形成U形等压水封，其水面高度由溢水口（26）和排水口（24）的位置决定。

在淋水旋转屏风（10）的两个水平弓形板（33）上，安装有两个溜槽倾动箱（11），其底面与屏风之间有冷却水流过。倾动箱（11）的水平出轴（14）穿过屏风立墙（15）处有填料密封装置，它由固定在屏风立墙（15）上具有O型密封圈（41）的法兰盖（42）及其密封软垫（43）和填料环（44）组成。水平出轴（14）是既通水又淋水的空心轴，有进水管（45）插入其空腔内，进水管（45）的进水端（46）由管接头和胶管（未示出）与旋转水槽（9）和外圆筒（27）上的接口（47）连通，由于接口（47）的标高低于溢水口（26），因此可以保证进水管（45）的给水不会中断。进水管（45）的外表面与水平出轴（14）空腔内表面形成环形通道（48），使冷却水沿进水管（45）流到轴端部再反向沿环形通道（48）流出倾动箱（11）外，由屏风接住汇集到淋水槽（34）内，水平出轴（14）还设有淋水和防止水沿轴表面渗入炉内的装置，它包括一个固定在水平出轴（14）上的两端具有挡水法兰（49、50）的接淋套筒（51），两个半圆瓦形带有法兰的淋水盖（52、53）分别罩在接淋套筒（51）的挡水法兰（49、50）上，其中一个淋水盖（52）的法兰固定在倾动箱（11）的轴端盖上，另一个淋水盖（53）的法兰与屏风立墙（15）上的法兰盖（42）固定在一起。

管子（54）是大齿轮轴承的润滑管。箱盖上的孔（55）接蒸汽管和截门（未示出），高炉生产时关闭截门不通蒸汽，只有高炉体风需要打开工作孔（56）前，才打开截门通蒸汽驱赶传动箱内的煤气排入炉内。在箱体的支承板（57）上有若干个排冷凝水的孔（58），这些孔（58）也是箱内上下气流平衡的通道。

图2的布料器采用一种新型溢槽（59）（该溜槽的结构见另一份同时申请的专利），在溜槽倾角不变的情况下仍能灵活布料，因此使传动箱及其传动机构大为简化。传动箱内只有一对齿轮（60、61）带动旋转水槽（62）及其溜槽（59）旋转。动力由联轴器和输入轴（63）传入。传动箱的静壳体由箱盖（64）和箱体（65）及其底座（66）形成，由法兰支承在炉头锥壳（67）上。与图1的水冷设施相似，与齿圈（61）相连的旋转水槽（62）由具有溢水口（68）的外圆筒（69）和具有隔热层的内圆筒（70）相连构成。旋转水槽（62）内有以箱盖（64）悬挂下来的隔离圆筒（71）使水槽内的水形成U形等压水封。从旋转水槽（62）延伸下来的裙筒（72）两侧有耳轴（73），布料溜槽（59）的两个挂钩（74）支承在耳轴（73）上，溜槽尾部（75）通过楔形垫块（76）与裙筒（72）上的楔形缺口（77）自动对中和定位。与楔形缺口（77）相对的裙筒空缺，以便装卸溜槽时可以摆平操作。

和图1的结构相似，箱盖颈部具有环形水腔（78），有进水管（79）与压力水给水系统接通，有许多喷水孔（80）通向旋转水槽（62）。由箱盖（64）下垂的挡水环（81）防止喷淋水进入炉内。在箱盖颈部悬挂着隔热圆筒（82），隔热圆筒（82）内部的庞大空腔可以容纳上面密封阀（未示出）盖（83）打开时躲开下落原料的接触。支承在隔热圆筒（82）上的中心漏斗（84）引导料流进入布料溜槽（59）。隔热圆筒（82）的外壁（85）与旋转水槽（62）的内圆筒（70）之间形成间隙（86），炉气G₁可以通过间隙（86）进入旋转水槽（62）的隔离圆筒（71）的炉内侧。由于水槽内U形等压水封的阻隔，炉气G₁只能停留在由隔距圆筒（71）和旋转水槽内圆筒（70）及箱盖（64）所包围的环形空腔内。

传动箱的下部壳体（65）和具有隔热层的底板（66）及其内墙（87）形成静水槽（88）。从旋转水槽（62）沿伸下来的透气圆筒（89）插入静水槽（88）内。在透气圆筒（89）上分布有若干组串气孔（90）。每组串气孔（90）的位置处于旋转水槽溢水口（68）的下方，使串气孔（90）的表面不断有冷却水流过，保证炉气G₂经过串气孔（90）进入传动箱时经过水冷却和水除尘。为了加强除尘效果，在旋转水槽的外圆筒（69）上固定有除尘板（91），使炉气G₂经过串气孔（90）进入传动箱时走曲折的线路。和图1的自均压方法一样，炉气进入传动箱时经过水冷却和水除尘并长期留在箱内形成冷态净气的环境，当炉内气压波动时，箱内净气也跟着波动，始终与炉内煤气形成动态压力平衡。与除尘板（91）相连的括水板（92）插入静水槽（88）内，其作用与图1的括水板（36）相同。

由图1和2两种结构的传动箱可以看出，尽管传动箱及其传动系统的复杂程度差别很大，但本发明提出的水冷水封方法和有关设施基本相同。由此可见，本发明提出的水冷水封方法和设备对其他类型的布料器仍然有效。

图3是水冷传动箱的给水和排水系统，传动箱由一套压力水给水系统（93）供水，和至少一套U形管排水系统（94）排水。

压力水给水系统（93）除了由给水总管（95）流经流量计（96）、温度计（97）、压力计（98）、单向阀（99）、给水支管（100）和截门（101）所组成的长通管路外，尚有检修测量仪表时接通的旁通截门（102）及其管路。

U形管水封式排水系统（94）由下列管路和附件所组成：由传动箱静水槽引出数根排水支管（103）至环管（104）后接下斜管（105）和截门（106），再由短管（107）接跌水管（108）经截门（109、110）折回向上接溢水管（111）至炉身上部的排水槽（112）。跌水管（108）的顶部有通气管（113）和截门（114）与箱体接通，使跌水管（108）内的净气与传动箱内的净气沟通，随时与炉内煤气保持动态压力平衡。由于U形管内的存水形成几十米高的U形水封，足以防止炉内任何压力的煤气从排水管泄漏，保持高炉高压操作的顺利进行。在U形管的底部设有排污截门（115）和排污时沟通U形管的旁通截门（116）。在溢水管（111）上设有温度计（117）控制排水温度。

实施例

高炉布料器的水冷水封方法和设备已作过多种设计，其中2500型和620型水冷传动箱及其U型管排水系统的参数如下：

名称	2500型	620型
			名义直径，mm	3000	2000
上、下法兰间高度，mm	2000	1000
			重量，t	40	20
U型管高度，m	35	27
			U型管直径，mm	80	80
冷却水耗水量，t／时	15	8
			溜槽倾角调整方式	随时可调	休风时可调

620型水冷传动箱已在某高炉上实施投产，运行良好。

Claims (16)

1、一种高炉无料钟炉顶布料器的水冷水封方法和设备。本发明方法的特征是采用由炉内煤气自均压的水冷传动箱及U形管水封式排水系统，所说的水冷传动箱处于炉内一侧的动壳体和静壳体皆设有隔热和水冷却及防止水进入炉内的设施，并为炉气自由进出传动箱设有水除尘的通道，使进入箱内的炉气经过水冷却和水除尘，并留在箱内与炉内煤气形成动态压力平衡，所说的U形管水封式排水系统是利用炉身高度从炉顶引至地面再上升到炉身上部所形成的U形管将冷却水排出，所用设备包括：

一个支承在高炉炉头上并由箱盖(1、64)、箱体(2、65)和底座(3、66)所组成的静壳体及其炉内一侧的隔热、通水和挡水装置；

一个从箱盖(1、64)悬挂下来的隔热圆筒(19、82)；

一个经过齿圈(7、61)和轴承支承在箱体(2、65)上的旋转水槽(9、62)或者和淋水旋转屏风(10)组成的动壳体及其隔热、通水、淋水和防止水进入炉内的装置；

一个与动壳体相连的透气圆筒(35、89)及其水除尘和括水板装置；

二根穿过屏风立墙(15)的水平出轴(14)及其通水、淋水和防止水渗入炉内的装置；

一套压力水给水系统(93)和至少一套U形管水封式排水系统(94)。

2、按权利要求1所说的箱盖（1、64）颈部具有环形水腔（16、78），环形水腔（16、78）有进水管（17、79）与压力水给水系统（93）接通，有许多喷水孔（18、80）通向旋转水槽（9、62）。

3、按权利要求1所说的底座（3、66）由钢圈（20）或箱体（65）下部壳体、具有隔热层的底板（21、66）和内墙（22、87）形成环形静水槽（23、88），在静水槽（23、88）的钢圈（20）或箱体（65）上有排水孔（24）或排水支管（103）与所说的U形管水封式排水系统（94）相连通。

4、按权利要求1所说的旋转水槽（9、62）由具有溢水口（26、68）的外圆筒（27、69）和具有隔热层的内圆筒（28、70）相连形成，旋转水槽（9、62）内有从箱盖（1、64）悬挂下来的隔离圆筒（29、71）。

5、按权利要求1所说的箱盖（1、64）有下垂的挡水环（81）或由隔热圆筒（19）的外壁（30）兼作挡水环。

6、按权利要求1所说的隔热圆筒（19、82）的外壁（31、85）与旋转水槽（9、62）的内圆筒（28、70）之间形成环形间隙（32、86）。

7、按权利要求1所说的旋转水槽（62）具有悬挂溜槽的下垂裙筒（72）和插入静水槽（88）内的透气圆筒（89），在透气圆筒（89）上分布有若干组串气孔（90），每组串气孔（90）的位置处在旋转水槽溢水口（68）的下方。

8、按权利要求4所说的外圆筒（69）的每个溢水口（68）下方固定有淋水除尘板（91）及相连的括水板（92）伸入静水槽（88）内。

9、按权利要求1所说的淋水旋转屏风（10）由数面具有隔热层的立墙（15），两个具有隔热层的水平弓形板（33）和一个环形淋水槽（34）相连构成。

10、按权利要求1所说的淋水旋转屏风（10）有下垂隔热圆筒（39）与静水槽（23）的内墙（22）形成环形间隙（40）。

11、按权利要求1所说的淋水旋转屏风（10）有透气圆筒（35）插入静水槽（23）内。所说的透气圆筒（35）有间隔布置的括水板（36）和串气孔组（37），每组串气孔（37）的位置处于淋水槽（34）排水缝（38）的下方。

12、按权利要求1和9所说的淋水旋转屏风（10）的水平弓形板（33）上有两根对向布置的既通水又淋水冷却的水平出轴（14）穿过屏风立墙（15）伸入炉内悬挂溜槽。所说的水平出轴（14）内部有插入空腔的进水管（45），进水管（45）的外表面与水平出轴（14）空腔内表面形成环形通道（48）。所说的进水管（45）的进水端（46）由管接头和胶管与旋转水槽（9）外圆筒（27）上的接口（47）连通。

13、按权利要求1所说的水平出轴（14）穿过屏风立墙（15）处有填料密封装置，它由固定在屏风立墙（15）上的具有O型密封圈（41）的法兰盖（42）及其密封软垫（43）和填料环（44）组成。

14、按权利要求1所说的水平出轴（14）设有淋水和防止水沿轴表面渗入炉内的装置，它包括一个固定在水平出轴（14）上的两端具有挡水法兰（45、50）的接淋套筒（51），两个半圆瓦形带有法兰的淋水盖（52、53）分别罩在接淋套筒（51）的挡水法兰（49、50）上，其中一个淋水盖（52）的法兰固定在倾动箱（11）的轴端盖上，另一个淋水盖（53）的法兰与屏风立墙（15）上的法兰盖（42）固定在一起。

15、按权利要求1所说的压力水给水系统（93）除了由给水总管（95）流经流量计（96）、温度计（97）、压力计（98）、单向阀（99）、给水支管（100）和截门（101）所组成的长通管路外尚有旁通截门（102）及其管路。

16、按权利要求1所说的U形管水封式排水系统（94）由下列管路和附件组成：由传动箱静水槽（23、88）引出数根排水支管（103）至环管（104）后接下斜管（105）和截门（106），再由短管（107）接跌水管（108）经截门（109、110）折回向上接溢水管（111）至炉身上部的排水槽（112），所说的跌水管（108）顶部有通气管（113）和截门（114）与箱体接通，下部有排污截门（115）和排污时接通U形管的旁通截门（116），所说的溢水管（111）设有温度计（117）。