RH爐外精煉設(shè)備新型的多用途頂槍布置型式

任 彤，方杞清，張 鈺，陳亞文，雷雨田

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2.蘇州寶聯(lián)重工有限公司，江蘇 蘇州 215152)

0 前言

RH爐外精煉設(shè)備復(fù)雜，投資大，同時(shí)能夠生產(chǎn)高附加值鋼種;最初的RH設(shè)計(jì)只是為了脫氣;頂槍和預(yù)熱槍的開發(fā)應(yīng)用，使RH可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成更多的精煉工藝，能夠大大提高真空處理的時(shí)間和效率。頂槍在真空處理時(shí)，可以對(duì)鋼液吹氧脫碳，加熱升溫，噴粉脫硫，RH是冶煉超低碳鋼、石油管線鋼等的必要工藝和設(shè)備。預(yù)熱槍的功能主要是在線加熱真空槽和熱彎管，使其保持精煉需要的溫度 (800～1 000℃)，根據(jù)煉鋼工藝需要隨時(shí)可進(jìn)行真空處理。但現(xiàn)有的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的布置型式存在不足，為了提高精煉設(shè)備的利用率，減少投資及后期的設(shè)備維修量，降低產(chǎn)品的成本，需要對(duì)頂槍(預(yù)熱槍)裝置的布置型式及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究改進(jìn)。

1 頂槍和預(yù)熱槍裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的RH爐外精煉布置型式分為單工位和雙工位。在單工位中，有一個(gè)處理位和兩個(gè)待機(jī)位，其布置如圖1所示，處理位設(shè)置一套頂槍裝置，在兩個(gè)待機(jī)位分別設(shè)置一套預(yù)熱槍裝置1，5。頂槍系統(tǒng)和預(yù)熱槍系統(tǒng)是獨(dú)立固定設(shè)置的，處理位的吹氧脫碳，噴粉脫硫，加熱升溫由獨(dú)立的頂槍裝置3完成;待機(jī)位的真空槽加熱升溫，熔化冷鋼由獨(dú)立的預(yù)熱槍裝置1、5完成;按照此布置，一套標(biāo)準(zhǔn)單工位需設(shè)置兩套預(yù)熱槍系統(tǒng)1、5和一套頂槍系統(tǒng)3，共需三套獨(dú)立的機(jī)械設(shè)備和相應(yīng)的電氣及閥站控制系統(tǒng)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)真空槽系統(tǒng)在處理位與待機(jī)位之間的往復(fù)平移，其數(shù)量應(yīng)該為二套，比相應(yīng)的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的數(shù)量少一套。

圖1 傳統(tǒng)單工位RH頂槍、預(yù)熱槍布置Fig.1 Simplex position arrangement of top lance and preheating lance in RH

在單工位RH中，根據(jù)真空槽系統(tǒng)的數(shù)量及頂槍或預(yù)熱槍裝置的數(shù)量，可以確定頂槍或預(yù)熱槍裝置在線同時(shí)使用的組合型式有以下幾種，見表1。

表1 頂槍及預(yù)熱裝置的工作組合Tab.1 Combination of top lance with preheating device

從表1可以看出，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單工位RH，頂槍 (預(yù)熱槍)裝置同時(shí)在線工作的最大數(shù)量為二套，對(duì)于所設(shè)置的三套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置始終有一套是備用。同時(shí)說明單工位RH安裝兩套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置，即在傳統(tǒng)的單工位RH減少一套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置可以保證傳統(tǒng)RH所有的精煉工藝。

從圖1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)單工位RH的頂槍和預(yù)熱槍系統(tǒng)設(shè)置的總數(shù)量與總工藝位數(shù) (處理位、待機(jī)位一、待機(jī)位二)相同。從表1可以看出，由于頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置的在線工作數(shù)量與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量是一一對(duì)應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)單工位RH頂槍和預(yù)熱槍裝置同時(shí)在線工作的數(shù)量只有兩套。而現(xiàn)有頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置共設(shè)置了三套，第三套頂槍裝置 (或預(yù)熱槍裝置)在正常生產(chǎn)時(shí)只能作為備用，沒有真正發(fā)揮其能力。每套頂槍系統(tǒng)或預(yù)熱槍系統(tǒng)均需單獨(dú)的閥站控制各種介質(zhì)的流量，如果按照傳統(tǒng)的獨(dú)立頂槍、預(yù)熱槍系統(tǒng)的布置型式，共需三套獨(dú)立的閥站分別控制每套頂槍或預(yù)熱槍的介質(zhì)流量，以滿足各種工藝需求。

對(duì)于雙工位RH爐外精煉系統(tǒng)，分為四車六位 (即設(shè)置四套真空槽車系統(tǒng)，有六個(gè)工藝位置，兩個(gè)處理位和四個(gè)待機(jī)位)、三車五位 (即設(shè)置三套真空槽車系統(tǒng)，有五個(gè)工藝位置，兩個(gè)處理位和三個(gè)待機(jī)位)和兩車四位 (即設(shè)置兩套真空槽車系統(tǒng)，有四個(gè)工藝位置，兩個(gè)處理位和兩個(gè)待機(jī)位)。其頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置是獨(dú)立設(shè)置，數(shù)量與雙工位RH中的工位總數(shù)量相同，在四車六位的雙工位布置中，兩個(gè)處理位各有一套頂槍裝置，在其余四個(gè)待機(jī)位分別有一套預(yù)熱槍裝置，共需六套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置，以此類推，在三車五位的雙工位布置中，共需五套頂槍和預(yù)熱槍裝置，在兩車四位的雙工位布置中，共需四套頂槍和預(yù)熱槍裝置。同時(shí)在雙工位RH中，還需要配備與頂槍裝置相同的介質(zhì)控制閥站。

由此可見，在雙工位RH中，RH頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置的總數(shù)量也是與總的工位數(shù)量相同，其同時(shí)使用的數(shù)量也是與真空槽車系統(tǒng)的數(shù)量相同。在傳統(tǒng)的雙工位中必然有兩套頂槍(預(yù)熱槍)裝置處于待機(jī)狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的能力造成很大的浪費(fèi)，增加了產(chǎn)品的成本。

由于頂槍裝置是結(jié)構(gòu)成熟的機(jī)械設(shè)備，故障率很低，按照煉鋼廠正常的檢修即可完全滿足正常生產(chǎn)需要，因此頂槍裝置可以在不同工藝位置間往復(fù)移動(dòng)，即頂槍 (預(yù)熱槍)裝置可以在待機(jī)位和處理位之間往復(fù)移動(dòng)，在不同的工藝位置可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的冶煉工藝，完全可以減少一套頂槍 (或預(yù)熱槍)裝置，即在線設(shè)置的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置為兩套，與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量相同，對(duì)正常的煉鋼不會(huì)產(chǎn)生任何不利的影響，提高了頂槍 (預(yù)熱槍裝置)裝置的利用率，減少了初期的設(shè)備投資，同時(shí)減少了后期的備件和維修量。

2 新型的多用途頂槍裝置

中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司為了提高頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置在線工作的利用率，對(duì)傳統(tǒng)頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的布置型式進(jìn)行改進(jìn)，申報(bào)了兩項(xiàng)發(fā)明專利“RH爐外精煉中新型的多用途頂槍的布置工藝” (專利號(hào):201010232477.4)，“一種雙工位RH多功能頂槍的布置結(jié)構(gòu)” (專利號(hào):201110137882.2)。新型的多用途頂槍裝置采用電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)平移頂槍裝置，在處理位與待機(jī)位之間往復(fù)切換，根據(jù)不同介質(zhì)控制，多功能頂槍可以在不同工藝位置實(shí)現(xiàn)不同的冶煉工藝要求，最重要的是減少了頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的數(shù)量，大大提高了頂槍裝置的利用率。

多用途頂槍裝置中所配備的頂槍不但可以在處理位進(jìn)行鋼液的真空處理，同時(shí)可以在待機(jī)位進(jìn)行真空槽的加熱及保持其溫度，熔化真空槽內(nèi)的冷鋼。下面詳細(xì)介紹多用途頂槍裝置的布置型式。

如圖2所示，在單工位RH中，新型的多用途頂槍裝置只需要設(shè)置兩套，與真空槽車的數(shù)量相同，根據(jù)工藝需要，多用途頂槍裝置可在相鄰的工藝位置之間往復(fù)平移。頂槍裝置a通過電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)，可以在待機(jī)位一和處理位之間往復(fù)移動(dòng)，頂槍裝置b可以在待機(jī)位二與處理位之間往復(fù)移動(dòng)。到達(dá)所要求的工藝位置后由所配套的制動(dòng)器制動(dòng)固定在相應(yīng)的位置，可以保證每個(gè)工藝位置均有多用途頂槍裝置停放，進(jìn)行鋼液精煉的各種工藝。

圖3～5所示的是雙工位RH的多用途頂槍裝置的布置型式。圖3表示四車六位的多用途頂槍裝置布置型式，共設(shè)置四套多用途頂槍裝置，與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量相同。圖4表示三車五位的多用途頂槍裝置的布置型式，共設(shè)置三套多用途頂槍裝置，圖5表示二車四位的多用途頂槍裝置的布置型式，共設(shè)置二套多用途頂槍裝置。

圖2所示的新型單工位RH多用途頂槍裝置的布置型式，比傳統(tǒng)的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置(圖1)減少了一套。圖3～5所示的新型雙工位RH多用途頂槍裝置的布置型式比傳統(tǒng)的頂槍(預(yù)熱槍)裝置減少了兩套。大大提高了頂槍(預(yù)熱槍)裝置的利用率。

多用途頂槍裝置的原始位置的確定必須遵循一個(gè)原則，無論單工位或雙工位RH， (每個(gè))處理位必須有兩臺(tái)不同的真空槽車 (系統(tǒng))的可以同時(shí)到達(dá)，這樣在一套多用途頂槍裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可能將其移至一側(cè)的待機(jī)位，另外一側(cè)待機(jī)位的頂槍裝置平移至處理位繼續(xù)進(jìn)行真空精煉，不會(huì)因?yàn)槠渲幸惶醉敇屟b置的故障對(duì)精煉工藝流程造成停滯或其它任何不利的影響，與傳統(tǒng)頂槍裝置比較，新型頂槍裝置具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

新型多用途頂槍裝置的布置型式與傳統(tǒng)頂槍的布置比較，新型頂槍裝置的主要功能是可以在不同工藝位置間往復(fù)平移。

圖5 新型雙工位RH多用途頂槍布置 (二車四位)Fig.5 Double-position arrangement of new type multi-purpose top lances in RH

多用途頂槍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，它由頂槍1、升降裝置2、平移支撐架3、平移裝置4、定位裝置5、升降小車6、圓環(huán)鏈7、軟管組8、升降軌道9、鏈條張緊輪10、軌道11、12組成。

圖6 多用途頂槍裝置結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of multi-purpose top lance device

與傳統(tǒng)頂槍裝置的結(jié)構(gòu)相同，頂槍1固定連接在升降小車6上，升降小車6通過其上的車輪組與升降軌道9連接，傳動(dòng)軌道9與升降裝置2固定連接，升降裝置2位于升降軌道9的上部，升降軌道9的下端是鏈條張緊輪10，傳動(dòng)裝置2通過鏈輪驅(qū)動(dòng)圓環(huán)鏈7帶動(dòng)升降小車6和頂槍1在升降軌道9上移動(dòng)，達(dá)到在不同工藝位置所需的噴吹高度，鏈條張緊輪10可以調(diào)整圓環(huán)鏈7的張緊度，使鏈傳動(dòng)更為可靠安全，各種工作介質(zhì)通過軟管組8使介質(zhì)閥站與多用途頂槍1連接起來。技術(shù)人員從主控室自動(dòng)控制閥站上儀表、閥門，可以實(shí)現(xiàn)多用途頂槍裝置的各種功能。

為了實(shí)現(xiàn)多用途頂槍裝置在處理位和待機(jī)位之間的往復(fù)移動(dòng)，在頂槍裝置上設(shè)置了平移裝置4，帶動(dòng)整個(gè)頂槍裝置平移，將平移支撐架3的一端與傳動(dòng)裝置2固定連接，平移支撐架3的另一端與平移裝置4連接并安裝于軌道11上，平移支撐架3在平移裝置4的驅(qū)動(dòng)下沿著軌道11實(shí)現(xiàn)平移;平移到位后通過平移支撐架3下端的定位裝置5將多用途頂槍裝置鎖緊。

水平支撐架采用四點(diǎn)支撐，安裝于軌道11上的為兩組主動(dòng)輪，分別采用獨(dú)立的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩組從動(dòng)輪組安裝于軌道12上。兩組主動(dòng)輪及兩組從動(dòng)輪形成的四點(diǎn)支撐可以得到更好的剛性和強(qiáng)度。

多用途頂槍裝置平移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，平移裝置由減速電機(jī)1、主動(dòng)輪2、水平定位輪3組成。減速電機(jī)1與主動(dòng)輪2連接，安裝于平移軌道4上，平移軌道4與鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)焊接成為一體，主動(dòng)輪2在減速電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下能夠沿著在平移軌道4移動(dòng)，同時(shí)主動(dòng)輪2的支撐架與多用途頂槍裝置的平移支撐架5固定連接，因此主動(dòng)輪2在減速電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下沿著軌道5水平移動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)了平移支撐架5，最終帶動(dòng)頂槍裝置平移，當(dāng)頂槍裝置達(dá)到所需位置后，由置于減速電機(jī)1自帶的制動(dòng)器將減速電機(jī)1鎖緊，從而使得頂槍1可靠的鎖緊于工作位置。

圖7 多功能頂槍平移裝置的結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure diagram of translation device for multi-functional top lance

同時(shí)為了避免頂槍裝置在工作時(shí)誤動(dòng)，除了采用電機(jī)自帶的制動(dòng)器鎖定外，同時(shí)設(shè)置了獨(dú)立的鎖緊裝置，采用氣缸帶動(dòng)定位銷將平移支撐架與鋼平臺(tái)可靠鎖定。二者的鎖定在電氣上與頂槍的移動(dòng)形成聯(lián)鎖。

從上面的分析可以看出，多用途頂槍裝置的平移裝置采用的是成熟的機(jī)械傳動(dòng)，不存在任何的使用安全風(fēng)險(xiǎn)，新型的多用途頂槍裝置是完全可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

3 結(jié)束語(yǔ)

新型頂槍裝置的布置型式比傳統(tǒng)的頂槍布置型式更具優(yōu)點(diǎn)。新型設(shè)備初次投資及后期備件和維護(hù)大大減少，提高了頂槍裝置的利用率。使煉鋼的成本有所減少，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。由于采用成熟的傳動(dòng)技術(shù)，使多用途頂槍裝置能夠在不同工位間的往復(fù)平移，使 (每個(gè))處理位都有兩套不同的頂槍裝置可以停放交替進(jìn)行真空處理，使整個(gè)煉鋼工藝的可靠性提高。

(1)設(shè)備數(shù)量。在單工位RH中新型的多用途頂槍裝置比傳統(tǒng)的頂槍 (預(yù)熱槍布置)減少了一套，在雙工位RH中減少了兩套。

(2)設(shè)備投資。在單工位RH中，新型的頂槍裝置比傳統(tǒng)的設(shè)備投資減少30%;在雙工位RH中，新型的頂槍裝置比傳統(tǒng)的減少20%～30%。

(3)處理位可用的頂槍裝置。傳統(tǒng)的頂槍布置型式每個(gè)處理位只有一套頂槍裝置，新型的頂槍布置型式每個(gè)處理位可以有兩套不同頂槍裝置，大大提高精煉的可靠性。

(4)備件量。新型的頂槍布置比傳統(tǒng)的布置型式減少20%～30%。

(5)維修量。設(shè)備的減少使維修量減少30% ～50%。

［1］M.舍費(fèi)爾，G.帕耶爾，F(xiàn).庫(kù)爾茨編著，起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.范祖堯等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［2］趙沛.爐外精煉及鐵水預(yù)處理實(shí)用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［3］王義行主編，鏈輪設(shè)計(jì)制造應(yīng)用手冊(cè) ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.