煉鋼鋼包全程加蓋工藝設(shè)備比較分析

劉世杰 徐 勇 牟世學(xué)

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029）

鋼水包是用于煉鋼廠、鑄造廠在電爐或轉(zhuǎn)爐承接鋼水、進(jìn)行澆注作業(yè)的一種鋼水容器，由外部的鋼結(jié)構(gòu)敞口罐狀鋼包殼體及內(nèi)部的耐火保溫材料包襯組成。根據(jù)寶鋼煉鋼廠300t整體鋼包熱循環(huán)實(shí)測(cè)研究的結(jié)論［1］，新包投入運(yùn)轉(zhuǎn)的前6個(gè)周期，包襯一直處于蓄熱狀態(tài)，需要對(duì)鋼水進(jìn)行溫度補(bǔ)償。據(jù)煉鋼廠鋼水溫降研究現(xiàn)狀［2］記載的研究結(jié)果，增加包襯溫度可以降低出鋼溫降，而鋼水及空鋼包主要散熱方式是輻射傳熱，通過在鋼水表面覆蓋保溫劑及連鑄過程中鋼包加蓋，可以降低鋼水溫降。煉鋼廠鋼包全過程加蓋技術(shù)是冶金行業(yè)一項(xiàng)新興的節(jié)能技術(shù)，它通過鋼包全程帶蓋運(yùn)行，降低了空包包襯及鋼水的熱輻射，進(jìn)而降低鋼水溫降及出鋼溫度，提高燃料的利用率，降低保溫劑的使用量，節(jié)約能源及碳排放［2］。由于煉鋼工藝的復(fù)雜性，通常在接鋼水前后、精煉前后甚至鋼包傾翻前后需要進(jìn)行鋼包加取蓋作業(yè)。為了適應(yīng)各煉鋼廠不同的工藝布置，鋼包加取蓋裝置衍生出了很多種類型。本文按照加取蓋動(dòng)作時(shí)，跟加取蓋裝置和鋼包之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，將其分為移動(dòng)式及固定式兩大類鋼包加取蓋裝置。移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置，是在進(jìn)行加取蓋動(dòng)作時(shí)，先將鋼包固定，再利用加取蓋專用吊具為鋼包取下、帶上鋼包蓋的技術(shù)方案。其典型案例有回轉(zhuǎn)式加取蓋裝置、移動(dòng)插齒式加取蓋裝置、懸掛移動(dòng)式加取蓋裝置等［3］。而固定式鋼包加取蓋裝置是利用鋼包車自身的走行運(yùn)動(dòng)及設(shè)置在特定位置的裝置進(jìn)行鋼包加取蓋操作的技術(shù)方案，其典型案例為插齒式鋼包加取蓋裝置。本文主要分析目前各種主流鋼包加取蓋裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出改進(jìn)意見，為推廣鋼包全程加蓋技術(shù)提出新的優(yōu)化方向。

1 各型加取蓋裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 固定插齒式鋼包加取蓋裝置

1.1.1 “順向取蓋”裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

加取蓋操作流程如下：

取蓋前，包蓋帶在鋼包口上，鋼包蓋固定掛鉤與對(duì)應(yīng)的耳座保持鎖定位置，取蓋時(shí)，鋼包向圖示無鋼包鉸鏈座的方向運(yùn)動(dòng)，通過插齒時(shí)，鋼包蓋上的銷軸沿著插齒斜面運(yùn)動(dòng)，使鋼包掛鉤與鋼包鉸鏈座脫鉤，使鋼包蓋達(dá)到取出位置。

圖1 “順向取蓋”裝置

1－焊接在鋼包上的鋼包鉸鏈座（2 個(gè)）；2－插齒；

3－鋼包蓋；4－插齒提升機(jī)構(gòu)；5－鋼包蓋固定掛鉤

（2個(gè)，與鋼包上的固定耳座一一對(duì)應(yīng)）；6－鋼包蓋上銷軸

帶蓋時(shí)，鋼包蓋位于插齒上的取出位置，鋼包向圖示有鋼包鉸鏈座的方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過插齒時(shí)，鋼包鉸鏈座推動(dòng)鋼包蓋固定掛鉤，使鋼包蓋銷軸沿著插齒斜面運(yùn)動(dòng)，使鋼包蓋固定掛鉤與鋼包鉸鏈座達(dá)到鎖定位置，使鋼包蓋帶在鋼包口上。

必要時(shí)通過插齒提升機(jī)構(gòu)將插齒向上提升避讓鋼包。

這種插齒式加取蓋裝置國(guó)外的研究比較早，stelco inc公司于1988年申請(qǐng)的歐洲專利EP0331822［4］，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家采用與之類似的方案。

1.1.2 “反向取蓋”裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)形式與“插齒固定，鋼包移動(dòng)”方式類似，結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

其加取蓋操作流程如下：

取蓋前，包蓋帶在鋼包口上，鋼包蓋固定掛鉤與對(duì)應(yīng)的耳座保持鎖定位置，取蓋時(shí)，鋼包向圖示有鋼包鉸鏈座的方向運(yùn)動(dòng)，通過插齒時(shí)，鋼包蓋上的銷軸沿著插齒斜面運(yùn)動(dòng)，使鋼包掛鉤與鋼包鉸鏈座脫鉤，使鋼包蓋達(dá)到取出位置。

帶蓋前，鋼包蓋位于插齒上的取出位置，鋼包向圖中無鋼包鉸鏈座的方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過插齒時(shí)，鋼包鉸鏈座推動(dòng)鋼包蓋固定掛鉤，使鋼包蓋銷軸沿著插齒斜面運(yùn)動(dòng)，使鋼包蓋固定掛鉤與鋼包鉸鏈座達(dá)到鎖定位置、使鋼包蓋帶在鋼包口上。

必要時(shí)通過插齒提升機(jī)構(gòu)將插齒向上提升避讓鋼包。

中國(guó)專利CN201320096435.1［5］采用了類似方案。

圖2 “反向取蓋”裝置

1.2 移動(dòng)式加取蓋裝置

1.2.1 移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于移動(dòng)式加取蓋裝置的實(shí)現(xiàn)形式很多，在此僅以回轉(zhuǎn)式鋼包加取蓋裝置為例說明其機(jī)構(gòu)動(dòng)作特點(diǎn)。如圖3所示，回轉(zhuǎn)式加取蓋裝置主要由吊鉤，吊鉤升降裝置，回轉(zhuǎn)裝置，支架，底座等組成。加取蓋作業(yè)主要依靠吊鉤升降將鋼包蓋從鋼包上取出。

圖3 回轉(zhuǎn)式加取蓋裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置工藝流程

取蓋前，帶蓋鋼包達(dá)到加蓋／取蓋操作點(diǎn)停下，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)，使處于低位的吊鉤升降裝置從待機(jī)工位水平回轉(zhuǎn)至加蓋／取蓋工位。吊鉤上升達(dá)到高位將鋼包蓋從鋼包上取出?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)，使處于高位、帶著鋼包蓋的吊鉤升降裝置回轉(zhuǎn)到待機(jī)工位。

加蓋前，無蓋鋼包達(dá)到加蓋／取蓋操作點(diǎn)停下，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)，使處于高位、帶著鋼包蓋的吊鉤升降裝置從待機(jī)工位水平回轉(zhuǎn)至加蓋／取蓋工位。吊鉤帶著鋼包蓋下降到低位，使鋼包蓋戴在鋼包上?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)，使處于低位的吊鉤升降裝置從加蓋／取蓋工位水平回轉(zhuǎn)至待機(jī)工位。

2 各型加取蓋裝置優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 固定插齒式鋼包加取蓋裝置優(yōu)缺點(diǎn)

固定插齒式加取蓋裝置的優(yōu)點(diǎn)是：由于加蓋／取蓋操作時(shí)可以利用鋼包車的水平運(yùn)行動(dòng)作，其主要機(jī)構(gòu)——通常為插齒——不用配合鋼包做任何動(dòng)作，造成其基本動(dòng)作比較簡(jiǎn)單——僅是當(dāng)加蓋／取蓋操作完成后通過提升裝置提升插齒到高位避讓鋼包，在進(jìn)行加蓋／取蓋前通過提升裝置推動(dòng)插齒到低位等待鋼包。由于利用鋼包臺(tái)車的水平運(yùn)行動(dòng)作進(jìn)行加蓋／取蓋操作，固定插齒式加取蓋裝置可以沿著鋼包臺(tái)車的運(yùn)行方向進(jìn)行布置，在加蓋／取蓋操作中并沒有一個(gè)需要臺(tái)車停下的固定操作點(diǎn)，對(duì)臺(tái)車的定位精度幾乎無要求。此類裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小、節(jié)約投資及運(yùn)行費(fèi)用，是廣泛使用的一種技術(shù)方案。

固定插齒式加取蓋裝置的缺點(diǎn)是無法布置在鋼包臺(tái)車運(yùn)行受限制或開不到的工位，同時(shí)加取蓋動(dòng)作和臺(tái)車的運(yùn)行方向相關(guān)，需要根據(jù)煉鋼廠臺(tái)車運(yùn)行的流程決定是使用“正向取蓋”還是“反向取蓋”。因?yàn)橐陨蟽深惙桨钢袖摪鼉H有一側(cè)有鋼包鉸鏈座與相應(yīng)的鋼包蓋掛鉤處于安全鎖定位置，所以，帶蓋鋼包只能向沒有鋼包鉸鏈座的一側(cè)傾翻。在一些需要鋼包進(jìn)行雙側(cè)傾翻的煉鋼廠，固定插齒式鋼包加取蓋裝置的使用受到比較大的限制，不能充分發(fā)揮自身的優(yōu)越性。

2.2 移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置優(yōu)缺點(diǎn)

移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置優(yōu)點(diǎn)：由于加蓋／取蓋操作時(shí)不依賴臺(tái)車配合，可以在鋼包臺(tái)車走行不到的工位為鋼包實(shí)施加蓋／取蓋操作。此類裝置布置時(shí)不需考慮臺(tái)車的運(yùn)行方向，占地面積小，容易布置在各種工位。

移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置缺點(diǎn)：加取蓋專用吊具在加蓋／取蓋時(shí)一般是從待機(jī)位置運(yùn)行到工作位置進(jìn)行加蓋／取蓋作業(yè)，完成作業(yè)后再運(yùn)行至待機(jī)位置避讓鋼包。此類裝置操作時(shí)需要鋼包停在加蓋／取蓋操作點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的要求比較高，對(duì)臺(tái)車的定位精度要求也比較高。此類裝置動(dòng)作機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜，故障點(diǎn)多，難于維護(hù)，一般只是作為固定插齒式鋼包加取蓋裝置的補(bǔ)充。

3 改進(jìn)措施

固定插齒式鋼包自動(dòng)加取蓋裝置，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小、節(jié)約投資及運(yùn)行費(fèi)用。如根據(jù)鋼廠的工藝布置，正確選用“順向取蓋”或“反向取蓋”方案，可以在不加重臺(tái)車作業(yè)負(fù)擔(dān)的情況下，縮短加取蓋作業(yè)周期，是廣泛使用的一種技術(shù)方案。然而，無論是“順向取蓋”還是“反向取蓋”，目前主流的方案都有著不能直接雙向傾翻的缺點(diǎn)。如煉鋼廠鋼包在運(yùn)轉(zhuǎn)過程，傾翻方向始終保持一致則無需考慮這個(gè)缺點(diǎn)，鋼包可以直接帶蓋傾翻。但是，由于現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性及廠房空間限制的不利影響，很多鋼廠的鋼包在運(yùn)行過程中需要向兩個(gè)相反的方向傾翻，這給全程采用固定插齒式鋼包自動(dòng)加取蓋裝置帶來了問題。對(duì)于這個(gè)問題，通常的解決方案，是保證鋼包能夠帶蓋向一側(cè)傾翻（一般是保證鋼包帶蓋倒渣），當(dāng)需要向另一側(cè)傾翻時(shí)，采用移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置進(jìn)行傾翻前摘蓋和傾翻后帶蓋的操作，以避免帶蓋鋼包在傾翻的過程中發(fā)生掉蓋事故。這種方案不能說是錯(cuò)誤的方案，因?yàn)樗谕顿Y允許的情況下確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)鋼包全程加蓋工藝。但是，這種解決方案由于雜糅了固定式和移動(dòng)式兩類鋼包自動(dòng)加取蓋裝置，而這兩類裝置都有自身固有的優(yōu)點(diǎn)和不足。混合使用這兩類方案，并不能突出任何一類方案的優(yōu)點(diǎn)，甚至兼有兩類方案的不足。例如，從操作時(shí)間上來說，雖然固定插齒式鋼包加取蓋裝置操作時(shí)間比較短，但多數(shù)情況下，只能保證不低于原工位不加蓋的正常操作時(shí)間。使用移動(dòng)式鋼包自動(dòng)加取蓋進(jìn)行傾翻前摘蓋和傾翻后帶蓋的操作卻會(huì)延長(zhǎng)操作時(shí)間，拖慢整體的工藝節(jié)拍，以上的方案屬于“治標(biāo)不治本”。要推廣固定插齒式加取蓋裝置，需要在原有機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，使其可以滿足帶蓋鋼包雙向傾翻的工藝要求。為此，本文提出了一個(gè)新的解決方案：雙向傾翻鋼包自動(dòng)加取蓋裝置［6］（中國(guó)專利號(hào)：CN201320116568.0）。

4 雙向傾翻鋼包自動(dòng)加取蓋裝置介紹

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如圖4所示）

圖4 雙向傾翻鋼包自動(dòng)加取蓋裝置

4.2 工藝動(dòng)作介紹

4.2.1 自動(dòng)取蓋

自動(dòng)取蓋前，鋼包蓋戴在鋼包口上，鋼包蓋固定掛鉤與固定耳座1保持鎖定狀態(tài)，鋼包蓋活動(dòng)掛鉤與鋼包固定耳座2保持鎖定狀態(tài)，插齒與水平面夾角處于自動(dòng)取蓋設(shè)定值。當(dāng)鋼包沿著圖示取蓋方向通過插齒時(shí)，鋼包上固定耳座1的耳軸，推動(dòng)鋼包蓋固定掛鉤，鋼包蓋各轉(zhuǎn)軸、定軸沿插齒斜面運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼包蓋升降、平移、翻轉(zhuǎn)，使鋼包蓋固定掛鉤、鋼包蓋活動(dòng)掛鉤與各自對(duì)應(yīng)的鋼包上的固定耳座（固定耳座1、固定耳座2）脫鉤并達(dá)到取蓋通過位置。

4.2.2 避讓無蓋鋼包

自動(dòng)取蓋后，包蓋保持在插齒上的取蓋通過位置，可用液壓缸或卷揚(yáng)機(jī)向上拉動(dòng)插齒吊耳，使插齒與水平面夾角變小，包蓋位置上升，使包蓋固定掛鉤及活動(dòng)掛鉤的下沿均高于鋼包上固定耳座1、固定耳座2的上沿，使無蓋鋼包順利從其下通過。

4.2.3 自動(dòng)加蓋

自動(dòng)取蓋后，用液壓缸或卷揚(yáng)機(jī)推動(dòng)插齒吊耳，調(diào)整插齒使無蓋鋼包通過插齒，固定耳座1上的銷軸推動(dòng)包蓋固定掛鉤，使包蓋上各轉(zhuǎn)軸、定軸沿著插齒斜面運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼包蓋升降、平移、翻轉(zhuǎn)，令包蓋固定掛鉤及活動(dòng)掛鉤達(dá)到鎖定位置，最終使鋼包蓋戴在鋼包口上。

4.2.4 帶蓋鋼包向固定耳座1側(cè)傾翻

傾翻前，經(jīng)過自動(dòng)加蓋操作，包蓋戴在鋼包上，包蓋固定掛鉤、活動(dòng)掛鉤均處于鎖定位置，鋼包戴蓋向固定耳座1側(cè)傾翻時(shí)，包蓋上活動(dòng)掛鉤鉤緊固定耳座2，使包蓋固定掛鉤保持與固定耳座1的鎖定，包蓋在傾翻過程中，包蓋始終牢靠的戴在鋼包口上，方便操作工隔著鋼包蓋對(duì)鋼包進(jìn)行操作。

圖5 帶蓋鋼包向固定耳座1側(cè)傾翻

4.2.5 帶蓋鋼包向固定耳座2側(cè)傾翻

傾翻前，包蓋戴在鋼包上，包蓋固定掛鉤、活動(dòng)掛鉤均與各自對(duì)應(yīng)的鋼包固定耳座保持鎖定位置，鋼包戴蓋向固定耳座2側(cè)傾翻時(shí)，包蓋固定掛鉤鉤緊固定耳座1，使包蓋掛在固定耳座1上不脫落，同時(shí)包蓋活動(dòng)掛鉤在重力的作用下可向下打開，脫離與固定耳座2的 鎖定位置，使得包蓋在固定耳座2側(cè)可自由打開。

圖6 帶蓋鋼包向固定耳座2側(cè)傾翻

5 結(jié)束語

固定插齒式鋼包加取蓋裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，能夠利用臺(tái)車的走行動(dòng)作進(jìn)行加蓋和取蓋作業(yè)，節(jié)約操作時(shí)間，這與移動(dòng)式鋼包加取蓋裝置相比有很多優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)想的一種雙向傾翻鋼包自動(dòng)加取蓋裝置，在利用固定插齒式取蓋機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了其固有的不能直接雙側(cè)傾翻的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了操作工藝，從根本上解決了上述問題，可以作為未來鋼包全程加蓋工藝設(shè)備的一個(gè)新的優(yōu)化方向。

［1］吳曉東，劉青，徐安軍等.寶鋼煉鋼廠300t整體鋼包熱循環(huán)實(shí)測(cè)研究［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)2001，Vol.23（5）：418－420.

［2］張威，劉曉峰，朱光俊等.煉鋼廠鋼水溫降研究現(xiàn)狀［J］.重 慶 科 技 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)（自 然 科 學(xué) 版），2005，Vol.7（4）：34－36.

［3］劉曉峰.鋼包全程加蓋設(shè)備與工藝研究現(xiàn)狀［J］.四川冶金，2011（3）：19－22.

［4］stelco inc，Ladle lid，EP0331822（A1）－1989－09－13.

［5］中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，一種反推式鋼包全過程自動(dòng)加卸蓋裝置，中國(guó)專利：CN201320096435.1－2013－03－04.

［6］北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司，一種雙向傾翻鋼包自動(dòng)加取蓋裝置，中國(guó)專利：CN201320116568.0－2013－03－14.