我國(guó)爐前設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展

惠 展

(中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安 710201)

1 前言

爐前設(shè)備主要包括泥炮、開鐵口機(jī)和揭蓋機(jī)三大設(shè)備。我國(guó)爐前設(shè)備正經(jīng)歷著從單機(jī)版向集成化發(fā)展，從半自動(dòng)化向自動(dòng)化發(fā)展的過程。為了進(jìn)一步推動(dòng)爐前技術(shù)發(fā)展，為了鋼鐵公司提供爐前設(shè)備選型和定位，本文將從我國(guó)爐前設(shè)備的發(fā)展歷史和當(dāng)下的技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行分析，提出我國(guó)爐前設(shè)備的發(fā)展方向。

2 我國(guó)爐前設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀

自上世紀(jì)80年代以來，隨著冶煉強(qiáng)度的提高和無水炮泥的推廣應(yīng)用，液壓泥炮已經(jīng)全面取代電動(dòng)泥炮。本世紀(jì)以來，隨著淘汰落后產(chǎn)能和環(huán)保要求的提高，正在經(jīng)歷著由小型高爐向中大型高爐發(fā)展的過程，爐前設(shè)備也正在由小型化向大型化發(fā)展，由泥炮、開鐵口機(jī)為主機(jī)向爐前三機(jī)發(fā)展；爐前控制系統(tǒng)由手動(dòng)向自動(dòng)化發(fā)展。

以液壓泥炮為代表，我國(guó)爐前技術(shù)經(jīng)歷了引進(jìn)消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和自主開發(fā)、改進(jìn)相結(jié)合的發(fā)展歷程。上世紀(jì)80年代自主開發(fā)了BG型系列泥炮，90年代開發(fā)KD型系列泥炮(即YPK系列泥炮)。同時(shí)，自在上世紀(jì)80年代引進(jìn)DDS和PW泥炮技術(shù)以來，我國(guó)技術(shù)人員對(duì)其消化吸收，并改進(jìn)完善成為YPE型和YPF型液壓泥炮。目前，已經(jīng)形成YPK、YPE、YPF 三大類系列泥炮以及與其配套的KJK、KJE、KJF三大類系列開鐵口機(jī)，完全可以滿足于小于6000m3級(jí)高爐爐容的爐前需要。同時(shí)，根據(jù)高爐爐前工藝，也形成了懸掛式揭蓋機(jī)、落地橫移式揭蓋機(jī)、臂架擺動(dòng)回轉(zhuǎn)式揭蓋機(jī)、平行折疊式揭蓋機(jī)等多種形式的揭蓋機(jī)。

就爐前布置(泥炮和開鐵口機(jī)是否布置在鐵溝的一側(cè))而言，基于成本和揭蓋機(jī)的考慮，同側(cè)布置正在取代異側(cè)布置。在中小型高爐(<2000m3)爐前多采用泥炮在上、開鐵口機(jī)在下的布置方式，在大中型高爐(≥2000m3)爐前多采用泥炮在下、開鐵口機(jī)在上的布置方式。YPK、YPE型泥炮與開鐵口機(jī)同側(cè)布置時(shí)，多位于開鐵口機(jī)的下方；而YPF型泥炮與開鐵口機(jī)同側(cè)布置時(shí)，多位于開鐵口機(jī)的上方。

就液壓電控技術(shù)而言，基于成本和自動(dòng)化程度的影響，在中小型高爐爐前多采用手動(dòng)操作技術(shù)，在大中型高爐爐前多采用遙控操作技術(shù)。爐前自動(dòng)化操作技術(shù)雖然在調(diào)試階段可以實(shí)現(xiàn)，但由于煉鐵工藝、操作水平以及環(huán)境因素等多方面的影響，仍沒有在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)一鍵操作完成爐前所有設(shè)備和所有動(dòng)作的功能。

我國(guó)爐前設(shè)備單機(jī)技術(shù)已經(jīng)很成熟，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，集成技術(shù)也已掌握。但在設(shè)備使用壽命方面仍有差距，有待于進(jìn)一步持續(xù)改進(jìn)。

3 爐前技術(shù)持續(xù)改進(jìn)

3.1 機(jī)型改進(jìn)

3.1.1 YPK加強(qiáng)型泥炮和開鐵口機(jī)

中小型高爐爐前隨著蓄鐵池鐵溝的發(fā)展，對(duì)爐前設(shè)備的熱輻射進(jìn)一步加強(qiáng)。為了減少熱輻射，提高設(shè)備的使用壽命，需要將泥炮、開鐵口機(jī)的基礎(chǔ)遠(yuǎn)離鐵溝。通過加大回轉(zhuǎn)油缸、對(duì)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化等方式，改進(jìn)為YPK型加強(qiáng)型泥炮和開鐵口機(jī)。

3.1.2 YPT型泥炮和KJX型開鐵口機(jī)

大中型高爐多采用YPE型泥炮和KJT型開鐵口機(jī)，為了進(jìn)一步改善泥炮的的使用維護(hù)要求和開鐵口機(jī)的穩(wěn)定性，對(duì)原有機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)了YPT型泥炮和KJX型開鐵口機(jī)。

YPT型泥炮采用回轉(zhuǎn)油缸外置，油缸的更換方式由上面改為側(cè)面，檢修和維護(hù)更加方便，同時(shí)也大幅降低了泥炮所需高度空間。

KJX型開鐵口機(jī)則采用高斜立柱形式，在回轉(zhuǎn)的過程中，鉆桿自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)鐵口，減少了傾斜機(jī)構(gòu)。

3.2系列化開發(fā)

YPK型泥炮自開發(fā)出YP750K以來，已經(jīng)開發(fā)了YP750K～ YP7000K系列泥炮；YPE型泥炮也已開發(fā)YP3080E～YP7000E系列泥炮；YPF型泥炮則開發(fā)了 YP3000F～YP7000F系列泥炮。泥炮的泥塞推力由750～7000KN。

KJK型開鐵口機(jī)分為KJ2500K～KJ4000K系列開鐵口機(jī)；KJE型開發(fā)了KJ3500E～KJ5500E系列開鐵口機(jī)；KJF型則開發(fā)了KJ2500F～KJ4000F系列開鐵口機(jī)。開鐵口機(jī)的鉆進(jìn)深度由2000～5000mm。

泥炮和開鐵口機(jī)都通過系列化開發(fā)，都可以滿足300～6000m3高爐爐前需要。而揭蓋機(jī)多集中在大中型高爐爐前，但隨著環(huán)保要求的不斷提高小型系列化全覆蓋將成為必然趨勢(shì)。

3.3 關(guān)鍵部件的優(yōu)化

3.3.1 打泥量測(cè)量和開鐵口深度檢測(cè)技術(shù)

打泥量測(cè)量有機(jī)械標(biāo)尺、直線位移傳感器、拉線裝置等多種方式，目前普遍采用可靠性高的機(jī)械標(biāo)尺的方式。對(duì)于自動(dòng)化較高的大中型高爐多采用渦輪流量計(jì)的方式，通過測(cè)量流量來檢測(cè)打泥量。而開鐵口深度的檢測(cè)因?yàn)椴僮鞴に嚨膹?fù)雜性，目前多采用編碼器的方式。

3.3.2 回轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)

為了滿足泥炮和開鐵口機(jī)的自動(dòng)化操作，需要通過檢測(cè)回轉(zhuǎn)角度來確定設(shè)備所在位置。回轉(zhuǎn)中心相對(duì)鐵溝距離遠(yuǎn)，熱輻射量少，采用編碼器檢測(cè)回轉(zhuǎn)角度很容易實(shí)現(xiàn)。

3.3.3 開鐵口機(jī)鉆桿扶持技術(shù)

在開鐵口的過程中，在中小型開鐵口機(jī)上僅在鉆桿的前面用固定導(dǎo)鉤來扶持鉆桿。而在大中型開鐵口機(jī)上為了保證鉆桿的有效工作，多采用由固定鉆桿前端的鉆桿夾持機(jī)構(gòu)和鉆桿中間位的浮動(dòng)托板機(jī)構(gòu)構(gòu)成的鉆桿扶持技術(shù)。

3.3.4 鑿巖機(jī)

鑿巖機(jī)被應(yīng)用到開鐵口機(jī)上以來，先后經(jīng)歷了電動(dòng)-氣動(dòng)-氣液混合-全液壓的轉(zhuǎn)變過程。由于液壓鑿巖機(jī)在技術(shù)性能和鉆孔效率上的優(yōu)越性，目前已經(jīng)成為市場(chǎng)主流。

液壓鑿巖機(jī)主要有250J、300J、350J、400J、450J、500J等機(jī)型，適用于300～6000m3高爐爐前，在400J及以上機(jī)型多帶有逆打功能。

3.4 可靠性研究

通過產(chǎn)品使用對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行解決是提高產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步的主要手段。例如：泥炮吊掛機(jī)構(gòu)通過在上蓋和鞍座之間增加防剪鍵，防止連接螺栓被剪斷，增加安全環(huán)，避免因螺栓失效后打泥機(jī)構(gòu)和鞍座脫落上蓋螺栓；為了解決開鐵口機(jī)拖鏈偏重問題而提出的前托輥技術(shù)等。

同時(shí)，也在不斷通過保護(hù)措施來提高產(chǎn)品的壽命。例如：為保護(hù)油缸，在液壓系統(tǒng)上設(shè)置安全閥和自鎖閥；為提高設(shè)備的壽命，而采用隔熱或水冷保護(hù)等。

目前，液壓泥炮的重點(diǎn)在于解決好跑泥、漏泥和漏油三大問題；開鐵口機(jī)的重點(diǎn)在于提高鑿巖機(jī)的壽命；揭蓋機(jī)的重點(diǎn)在于解決液壓元件的漏油和溝蓋的準(zhǔn)確復(fù)位。

4 爐前技術(shù)新發(fā)展

爐前設(shè)備在對(duì)本機(jī)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的同時(shí)，為提高效率和自動(dòng)化水平，在輔助設(shè)備方面也有了巨大的進(jìn)步。

4.1自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)

爐前三機(jī)的潤(rùn)滑技術(shù)也經(jīng)歷了機(jī)上單點(diǎn)潤(rùn)滑、機(jī)上集中手動(dòng)潤(rùn)滑以及自動(dòng)潤(rùn)滑三個(gè)階段。自動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)即根據(jù)潤(rùn)滑制度進(jìn)行編程，控制潤(rùn)滑泵站完成爐前三機(jī)各點(diǎn)潤(rùn)滑。

4.2炮泥恒溫技術(shù)

炮泥恒溫技術(shù)在于根據(jù)氣候的變化通過加熱和冷卻來改善炮泥的流動(dòng)性進(jìn)而提高泥炮的工作效率和使用壽命。炮泥加熱功能主要適用于我國(guó)北方寒冷的冬天。在大部分區(qū)域、大部分時(shí)間段內(nèi)更需要對(duì)炮泥進(jìn)行冷卻，可以用簡(jiǎn)易的冷卻水管來代替，降低成本。

4.3 開鐵口機(jī)水鉆技術(shù)

為提高開鐵口的效率和效果，近些年開鐵口機(jī)水鉆得到了普遍推廣。根據(jù)鑿巖機(jī)是否帶油霧潤(rùn)滑，基本分為兩大類產(chǎn)品。

4.4裝泥機(jī)

裝泥機(jī)是用來代替人工給泥炮裝泥的專用設(shè)備。其基本原理就是對(duì)泥塊進(jìn)行分揀，并將其放入到泥炮的泥缸內(nèi)，其放入泥塊的多少根據(jù)泥炮泥缸的有效容積大小來確定。

4.5 換桿機(jī)

換桿機(jī)是用來代替人工給開鐵口機(jī)更換鉆桿的專用設(shè)備。其基本原理就是通過機(jī)械臂與開鐵口機(jī)配合拆卸廢舊鉆桿和安裝新鉆桿。

5 爐前技術(shù)發(fā)展方向

5.1長(zhǎng)壽化研究

爐前設(shè)備的關(guān)鍵性和應(yīng)用環(huán)境的特殊性對(duì)爐前設(shè)備提出了可靠性高、使用壽命長(zhǎng)的要求，特別是泥炮和開鐵口機(jī)方面，充分考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，對(duì)長(zhǎng)壽化的研究是當(dāng)前、乃至未來永恒的研究課題。

5.2環(huán)保節(jié)能技術(shù)

隨著環(huán)保要求的提高，爐前布置不同程度上增加了頂吸、側(cè)吸、幕布及機(jī)蓋機(jī)設(shè)備。環(huán)保設(shè)備的應(yīng)用正在由大型高爐向中小型高爐發(fā)展，其應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。

同時(shí)，由于節(jié)能降耗的要求，爐前設(shè)備的備件統(tǒng)一化成為鋼鐵公司的基本要求，產(chǎn)品的保養(yǎng)、修復(fù)也已成為主要節(jié)能降耗的手段之一。

所以，對(duì)環(huán)保設(shè)備、備件的統(tǒng)一化和設(shè)備修復(fù)技術(shù)的研究已經(jīng)成為主要研究課題。

5.3集成化技術(shù)

這些年，高爐爐前設(shè)備多采用單機(jī)承包，機(jī)械設(shè)備和液壓控制由不同的公司承制，制造廠家之間存在理解上的偏差，導(dǎo)致設(shè)備存在能力過剩或缺陷的情況時(shí)有發(fā)生。

隨著爐前三機(jī)和液控技術(shù)已經(jīng)完善成熟，爐前設(shè)備集成化發(fā)展成為大勢(shì)所趨。

5.4自動(dòng)化技術(shù)

目前，小型高爐爐前多采用手動(dòng)操作，但大中型高爐都已普遍采用遙控技術(shù)。

自動(dòng)控制技術(shù)(一鍵操作技術(shù))在工廠機(jī)電液聯(lián)合試車的過程中已實(shí)現(xiàn)多年。近幾年解決了個(gè)別原件的壽命問題，并對(duì)爐前輔助系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，爐前自動(dòng)化技術(shù)的推廣已具備條件。

5.5 智能化技術(shù)

在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用成熟以后，即可實(shí)現(xiàn)爐前無人化。結(jié)合煉鐵工藝對(duì)爐前設(shè)備的操作、維護(hù)等建立專家數(shù)據(jù)庫(kù)，通過作業(yè)—檢測(cè)—反饋—對(duì)比(與專家數(shù)據(jù)庫(kù))—修正的過程不斷改進(jìn)優(yōu)化爐前作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)人工智能。

6 總結(jié)

我國(guó)爐前設(shè)備正在經(jīng)歷著機(jī)械化—自動(dòng)化—智能化的過程。大型高爐爐前設(shè)備引領(lǐng)和推動(dòng)著中小型高爐爐前設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。