高炉无料钟炉顶齿轮箱水冷系统的改进

蔡飞，赵晓君

(鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山114021)

摘 要：对高炉无料钟炉顶齿轮箱内部构造和冷却水循环系统进行了介绍，分析了水温升高的原因，采取了一系列措施，对管路进行了改造，增加了冷却塔，回水循环利用，解决了齿轮箱冷却水循环系统温度高的问题，使整个循环系统更趋合理化。

关 键 词：高炉；齿轮箱；冷却水循环系统

鞍钢股份有限公司炼铁总厂现有高炉均采用串罐式无料钟炉顶，齿轮箱是无料钟炉顶的核心设备。为了保证齿轮箱内部轴承和传动零部件的工作寿命，在齿轮箱的气密箱旋转底盘的外侧，装有隔热耐高温材料，在气密箱内侧装有水冷板，由冷却水交换出气密箱内的热量，控制气密箱内部温度小于70℃，从而保证齿轮箱内部的零部件正常运行。

高炉工作时炉顶煤气压力最高可以达到0．28MPa，而且煤气中含有大量的炉尘，炉尘进入到水冷齿轮箱内，会加速轴承、齿轮及各传动面的磨损，从而影响到水冷齿轮箱的寿命。本文分析了影响齿轮箱水循环系统的因素，提出了改进循环水冷却效果的措施。

1 冷却水循环系统组成

齿轮箱由行星传动齿轮箱与气密箱组成。由于常规密封很难达到工作要求，为此，采用了给齿轮箱内通入氮气的方法来防尘。氮气入口压力为0．26MPa，流量为610m³／h，氮气压力高于炉内压力，这样便把高炉煤气阻挡在齿轮箱之外。气密箱外侧安装8块水冷板，用来传导出气密箱内的热量，齿轮箱及冷却系统示意图见图1。

给水厂供给的工业新水由浮球阀控制水位，自动补水，进入水箱，再由提升泵站水泵加压，打到炉顶水冷站，经过滤器过滤后，一路进入接受罐(煤气均压罐)，平时对齿轮箱冷却水循环系统进行补水；另外一路水经过滤器过滤后供给板式换热器，对齿轮箱进行冷却，在进水温度控制在40℃以下的前提下，保持齿轮箱循环系统水温低于50℃。接受罐相当于水箱(水源)，水泵将接受罐内的水加压，先经过自动反冲洗过滤器进行过滤，然后进入板式换热器，在板式换热器内完成热量交换，将齿轮箱传来的热量交换给提升泵站水循环系统，降低齿轮箱冷却水循环系统的循环水温度，最终将冷却水送到上水槽，再由上水槽自上而下流经下部8块水冷却板的水管中，最后经下水槽回水到接受罐。为了保证上水槽不发生向高炉内漏水，上下水槽之间有溢流管，上水槽水位过高，水自动溢流到下水槽。提升水泵断电情况下，为了确保齿轮箱水冷系统热交换和补水顺利进行，可以关闭水冷站内提升泵来水阀门，采用风口高压管线供水。北方冬季气温低，水结冰，管道容易发生冻、堵现象，需要打开上部进气阀门和提升泵站内的放水阀门，放净管道内的存水，可防止使用净环水后，提升泵站至水冷站管道出现冻、堵或者冻裂而无法再使用提升泵站循环水的情况。

2  影响循环水冷却效果的因素分析

高炉正常生产时，炉顶温度为150～250℃，齿轮箱的温度能够控制在70℃以下；反之，炉顶温度会大幅度升高，齿轮箱现有的水冷系统难以满足生产要求。分析认为，影响循环水冷却效果有以下4方面原因。

2．1提升泵站无浮球阀

提升泵站水箱原设计没有浮球阀，定时补水排污，仅靠管路和水箱表面散热，循环水温度越来越高，长时间循环后水温度无法控制，即便发现温度高，临时排水置换，也存在一定时间滞后。

采用开关补水阀门开启度来控制水位，开启度如果小，补水量小，冷热水置换量小，水温升高问题无法解决，开启度大，靠水箱溢流保持水温稳定，水大量排走，浪费水资源。

2．2提升泵站无冷却塔

提升泵站冷却水循环系统原设计没有冷却塔，循环水的热量只能通过系统管道和水箱表面向外散发，温降速度较慢，循环水温度越来越高，齿轮箱的温度也会随之升高。

2．3提升水泵自身能力不足

新1#高炉提升泵站提升水泵的扬程为82．0m，设计流量为21．0m³／h，出口压力为0．8MPa时，流量为25．0m³／h，同时供给水冷站和液压站冷却水，供给水冷站循环水流量为17．0～21．0m³／h，供给液压站分配水流量为4．0～8．0m³／h，满足不了水冷却要求，是导致齿轮箱循环水温度升高的原因，油温控制也很困难。此外，管道内水流速小，悬浮物质沉淀，特别是到水冷站后水压力减小，不能满足快速补水的需要，同时板式换热器也容易堵塞，换热能力减小，齿轮箱和液压站水温和油温在夏季无法满足生产需要。

2．4水冷站过滤器不能实现深度过滤

过滤器原理是靠离心力和小孔进行分离，常规过滤时，过滤粒径在1μm以上，部分悬浮颗粒和溶解性离子不能去除，所以靠自动反冲洗过滤器过滤和排污不能实现深度过滤，而从实质上解决水质问题。齿轮箱内水靠重力流动，管道又不完全是垂直进出，水流速小的地方和死水区随时间推移产生沉淀和淤积，同时黏附物质在管道上聚集，水流速度小不足以将其冲刷走，也导致管道堵塞。如果将闭路除盐水或者软水引过来使用，因冷却塔是开放式使用，所以不可避免带入灰尘。

3  水循环系统改进措施及效果

3．1  安装浮球阀及放水阀门

在提升泵站水箱安装浮球阀，解决了补水和溢流问题，实现了节能减排，但水温升高问题无法解决。为节约资金，在回水管道上开DN50口并接管和安装放水阀门，调节该放水阀门开启度，控制排水流量。利用现有管路在排水阀门管道下方原有水槽处接DN100排水管道，一直架设到风口平台上的风口小套冷却水排水槽内。利用净环补充水代替部分工业新水，不仅节约用水，而且减少能源浪费，同时提升泵站水系统水质也得到保证。

为了便于管理和维护，所有提升泵站水箱补水管道均加装了口径为DN80mm浮球阀，但是新1#高炉补水管道来水压力比高炉小，仅为0．1MPa左右，且水箱顶部在地面以上3．0m多，流经浮球阀的水量为7．0～15．0m³／h。夏季为控制齿轮箱及提升泵站循环水温度，将排水量调大到8．9m³／h以上后，水箱经常发生抽空现象，甚至来水压力无法开启浮球阀，补水无法进行。当水泵出口止回阀不严时，齿轮箱内氮气和少量煤气混合物会沿上水管道倒回泵站内，发生氮气窒息死亡事故，而且水箱抽空不易及时被发现，甚至发生齿轮箱温度升高的现象，因此将浮球阀口径增大到。DN100mm，流量最小到8．9m³／h，解决水箱经常抽空问题。

3．2回水管道增加冷却塔

为解决循环水散热能力不足，在回水管道上增加了冷却塔等设备。冬季不使用冷却塔时，将通往水箱和冷却塔的阀门倒换开启和关闭即可，同时把排放提升泵站循环水入净环的DN50mm阀门关闭，在冷却塔满足不了冷却要求时，则开启DN50mm阀门，严格控制排水量。此外，由于冷却塔为开放式，含氮气的混合气体从回水管道倒入提升泵站内的情况明显减小，提高了设备安全性。

3．3提升水泵改型

齿轮箱冷却水循环系统流量为20m³／h，液压站油循环流量为7．7m³／h，两者总流量为27．7m³／h，板式换热器要求冷热水循环水流量比为1．2：1，因此提升泵站流量为27．7×1．2=33．24m³／h。从提升泵站到水冷站垂直距离约为40m，考虑到自清洗过滤器适宜的工作压力为0．2一0．5MPa，给接受罐补水还要受到罐内0～0．28MPa氮气压力作用，加之管路内的水头损失，及到达水冷站后水的压力最好维持在0．4～0．5MPa等综合因素，最终选择的提升机工况点流量为31．0～58．0m³／h，扬程为98．0～102．0m的水泵。水泵改型后，管道流速增大，管道垂直高度较高，止回阀采用消声微阻缓闭止回阀，避免了停泵水锤造成管路损坏。

3．4增加补水及加药装置

将闭路除盐水或软水直接加入齿轮箱水循环系统，再另加补水系统，或在齿轮箱循环水系统增加加药装置，阻垢去油脂，保证水质，该工艺简单可行，但为了节约用药量，冷却塔必须长期运行。

3．5效果分析

齿轮箱水冷系统改进后，可减少补水量，节约工业新水，改进后每座高炉每小时节水5m³，一座高炉每年节水量为：5×24×365=43800m³。全厂共有5座高炉，每年共节约总水量为：43800m³×5=219000m³，可见，经济效益相当可观。

4  结语

齿轮箱是无料钟炉顶的关键设备，齿轮箱冷却水循环系统能否正常工作，直接影响高炉生产。因此设计齿轮箱水冷系统时，应考虑适量加大提升机泵能力、增设泵站水箱浮球阀和冷却塔等设备，同时要提高冷却水质量，采用除盐水或软水。