秦冶大型無料鐘爐頂設備的出口及發展應用

蓋曉明 張建民 王曉麗 魏 歡

(秦皇島秦冶重工有限公司 河北秦皇島066318)

秦冶大型無料鐘爐頂設備的出口及發展應用

蓋曉明①張建民 王曉麗 魏 歡

(秦皇島秦冶重工有限公司 河北秦皇島066318)

秦皇島秦冶重工有限公司同寶鋼、賽迪合作研發大型無料鐘爐頂，經過設計仿真分析和1∶1試驗平臺測試，各種測試所得到的數據和指標，完全達到了預期目標。由于新一代大型無料鐘爐頂設備的優異性能，秦冶贏得了客戶的信任，獲得多項國內外大型高爐爐頂產品的合同，實現國產大型無料鐘爐頂設備出口零的突破。出口的首套大型無料鐘爐頂設備在浦項印尼PTKP3800m3高爐無料鐘爐頂設備已通過最終驗收，自2013年12月23日點火投產以來，爐頂設備保持連續穩定運行。

無料鐘爐頂 液壓傳動布料器 試驗平臺 出口 最終驗收

1 概述

無料鐘爐頂裝料設備作為第三代高爐裝料系統，是目前唯一能夠將原料布置到高爐爐喉料線表面任意點的裝料系統。近二十年來，高爐爐容一直向著大型化的方向發展，隨著各種強化冶煉的手段不斷涌現，對高爐爐頂裝料設備也提出了更高、更嚴格的要求，無料鐘爐頂可以很容易實現爐頂高壓操作，能夠滿足大高爐節能、減排和降耗的要求。

無料鐘爐頂和鐘式爐頂相比較具有結構簡單、布料靈活、密封性好、維護檢修方便和投資省等優點，逐步被世界絕大多數高爐(尤其是大中型高爐)所采用，目前已經成為高爐爐頂裝料的技術主流[1]。盧森堡PW公司的爐頂核心部件布料器采用了行星差速傳動機構來實現溜槽的旋轉與擺動，中國自1979年由冶金部僧全松教授首次提出了“直線運動與旋轉的合成運動”方案獲得國家發明專利[2]，并據此傳動原理設計制造了包鋼1號高爐布料器，于1985年3月26日投產，此布料器溜槽擺動采用三支液壓缸傳動。

2 研發背景

秦皇島秦冶重工有限公司作為冶金設備設計和制造的龍頭企業，始終堅持走技術創新的道路、以提升中國冶金裝備技術實力及市場競爭力為己任。1993年，秦冶開始關注國內外無料鐘爐頂技術發展，并于1998年開始國產無料鐘爐頂的研發工作，先后在2003年7月與北京僧氏冶金設備技術有限公司和2007年初與包鋼煉鐵廠合作，共同研發并推出了具有國內自主知識產權的智能化無料鐘爐頂裝料設備，成功應用于天鐵2800m3，承鋼新3號、新4號2500m3，水鋼2380m3等中小型高爐40余座；隨著國產液壓傳動布料器技術和新型并罐無料鐘爐頂技術的成功應用，實現大型無料鐘爐頂裝料設備全面國產化的時機已經成熟。

3 研發歷程

2009年5月15日，寶鋼、中冶賽迪、秦冶重工三方經過友好協商，成立湛江鋼鐵高爐大型無料鐘爐頂聯合攻關小組，合作開發新一代大型無料鐘爐頂技術，通過整合三方優勢進行科技攻關，開發具有國內自主知識產權、完全國產化、適用于大型高爐使用的無料鐘爐頂設備。

3.1 原液壓傳動布料器存在的主要問題

1)布料器α角控制精度尚待提高；

2)個別零部件需定期更換，難以滿足布料器整體一代爐齡使用要求；

3)局部結構有待優化，影響設備使用可靠性。

攻關工作重點從設備精度、壽命、可靠性等方面進行考慮，結合具體問題及試驗測試擬定了相關重點子課題進行專項研究。

3.2 液壓傳動布料器的數值仿真研究

攻關組對新一代大型布料器進行了詳細的數值仿真研究，聯合清華大學實驗室進行耳軸軸套摩擦磨損實驗，與北京科技大學、重慶大學、燕山大學合作進行動態仿真實驗。

實驗包括靜力學仿真研究、模態仿真、液壓缸波動載荷仿真、爐料沖擊影響載荷分析等。

3.2.1 布料器α角控制精度研究

通過該課題研究，獲得布料器液壓缸載荷波動規律及影響α角精度因素，指導進行布料器控制系統開發。

原控制方案中布料器液壓缸采用一個比例閥控制三個液壓缸，三個油缸的有桿腔和無桿腔分別連通，利用八組導軌進行導向，通過布料器導軌和導輪之間的機械間隙來保證控制精度。新控制方案采用三個比例閥分別控制三個油缸，三個油缸相互獨立，根據每個缸的速度和位移反饋信號，對三個油缸的位移進行實時調整，實現三個液壓缸的同步運動，進而保證控制精度。新的控制系統經過試驗測試，極大提高了控制精度，此控制系統應用于印尼3800m3高爐上，從2013年底投入運行以來，效果良好。

3.2.2 布料器數值仿真研究

1)對爐頂關鍵零部件進行仿真模擬研究。

2)通過應力測試對分析結果進行驗證，進而指導結構優化和材料的選擇。

圖1 靜力學仿真

3.2.3 布料器應變測試

1)對布料器多個關鍵部位(頂板、曲柄、萬向框架、花鍵、溜槽托架等)進行了應變測試，掌握布料器的實際受力情況。

2)對比結果顯示：實測結果與理論分析值吻合較好，驗證了結構和材料的可靠性。

圖2 應變情況

3.3 試驗平臺測試

根據理論研究結果制造樣機并按5000m3級高爐搭建1∶1實驗平臺，實驗系統主要由上料系統、稱重系統、液壓系統、電控系統、潤滑系統、冷卻系統、加熱系統、除塵系統、監控系統九個系統組成。裝料設備包括100m3料罐、料流調節閥、模擬下閥箱導料管、布料器、布料溜槽五個部分。

實驗完成了布料器功能測試：單環、多環、扇形、螺旋、定點及中心加焦功能；同時獲得了料流調節閥排料流量與開度關系(FCG)曲線、焦炭和燒結礦各自的料流軌跡曲線、爐料的粒度偏析情況、布料的橢圓度(并罐效應)以及中心喉管的過料能力數據。完成了布料器內部加熱到50℃和80℃時布料器運轉參數的測定；模擬爐頂將布料器底部空間加熱到300℃、500℃和750℃時，布料器運轉參數的測定，冷卻水流量與爐頂溫度的關系曲線測試。

圖3 試驗平臺結構圖

圖4 布料測試—料流軌跡測試

圖5 布料測試—料面形狀測試

圖6 熱態測試—箱體內部加熱

4 結論

經過項目組人員縝密的計算分析，該設備結構設計合理，總體性能可靠。由秦冶重工研制開發具有國內自主知識產權、完全國產化的新一代大型無料鐘爐頂設備(BCQS)突破了國外產品的技術壟斷，克服了目前無料鐘爐頂設備存在的問題，推動了中國冶金裝備的民族振興，有極其廣闊的發展前景。

2011年12月16日在秦冶重工舉行了自主創新和國產化大型無料鐘爐頂技術發布會。

5 典型工程應用

1)2011年12月15日秦冶重工與浦項建設簽訂了浦項3800m3無料鐘爐頂供貨合同，實現了國產大型無料鐘爐頂設備出口零的突破。

(1)浦項印尼3800m3無料鐘爐頂采用秦冶最新型的BCQS布料器——設備結構簡單，維修維護方便，抗爐頂高溫性能良好；

(2)采用三缸同步控制技術——保證溜槽角度的控制精度±0.1°；

(3)設備的主要耐磨部位采用新型耐磨材料：陶瓷襯板——使用壽命更長且密度低，減輕爐頂鋼結構的載荷；

(4)采用新型并罐結構——能夠減少并罐偏析效應。

2)高爐于2013年12月23日點火，投產運行一年多來經歷了不同爐況的考驗，爐頂設備始終保持連續穩定運行，目前高爐穩定日產量8700t。布料溜槽角度的控制精度，布料器的耐溫性能，冷卻水量和氮氣耗量均達到設計要求。

3)2014年8月順利通過了爐頂設備最終驗收測試，并頒發了最終驗收通過證書。

4)秦冶無料鐘爐頂經過十幾年的發展，已涵蓋了各爐容級別的產品，與韓國浦項簽訂的印尼3800m3高爐爐頂的供貨合同，標志著具有我國自主知識產權的大型無料鐘爐頂成套設備正式走出國門。

5)近期國內外主要供貨業績如表1。

表1 近期業績表

6)新一代自主知識產權特大型無料鐘爐頂技術的優越性體現在以下幾個方面：

(1)結構設計簡單，結構精巧，密封可靠，耐磨材料使用壽命長；

(2)設備抗高溫性能良好，工藝性能優良，可實現各種方式的布料；

(3)成套設備檢測與控制精度高，可完全實現自動化控制；

(4)成套設備維護檢修方便，可大大降低工人的勞動強度；

(5)成套設備擁有國產自主知識產權和技術訣竅，性價比極高。

7)良好的操作和可靠長壽的設備給用戶帶來的是高爐的穩定順行、穩產高產。隨著新材料新工藝的不斷涌現，秦冶公司將繼續組織攻關人員向著更高層次要求的產品不斷研究開發，從而為鋼鐵冶煉行業提供性能更穩定、壽命更長、操作更靈活的產品。

[1]中國冶金設備總公司.現代大型高爐設備及制造技術[M].北京：冶金工業出版社，1996.

[2]僧全松等.液壓傳動布料裝置：中國，85109284[P]，1985.2.27.

[3]秦冶重工冶煉設備填補國內空白．河北省政府門戶網站．2011.12.21.

Export and Development of Large Bell-less Top Charging Equipment of Qinye

Gai Xiaoming Zhang Jianmin Wang Xiaoli Wei Huan

(Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co., Ltd, Qinhuangdao 066318)

The Qinhuangdao Qinye Heavy Industry Co., Ltd research and development the large bell-less top charging equipment with BaoSteel and CISDI, through the design and simulation analysis and 1∶1 experiment platform to test, the obtained data and indicators achieved the expected goal. As a new generation of large bell-less top charging equipment with excellent performance, Qinye won the trust of customers, sign a number of contracts of domestic and foreign contracts of large blast furnace products, implementation of domestic large bell-less top equipment exports zero breakthrough. The first large bell-less top charging equipment of PTKP 3800m3blast furnace top already past the final acceptance test, from 23th Nov 2013, the bell-less top charging equipment keeps steady running.

Bell-less top Hydraulic drive distributor Test platform Export Final acceptance

蓋曉明，男，1979年出生，2002年畢業于太原科技大學機械工程及自動化專業，學士，工程師，從事無料鐘爐頂設備的研發工作

TF321.3

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.014

2015-04-13)