秦冶大型无料钟炉顶设备的出口及发展应用

盖晓明 张建民 王晓丽 魏 欢

(秦皇岛秦冶重工有限公司 河北秦皇岛066318)

秦冶大型无料钟炉顶设备的出口及发展应用

盖晓明①张建民 王晓丽 魏 欢

(秦皇岛秦冶重工有限公司 河北秦皇岛066318)

秦皇岛秦冶重工有限公司同宝钢、赛迪合作研发大型无料钟炉顶，经过设计仿真分析和1∶1试验平台测试，各种测试所得到的数据和指标，完全达到了预期目标。由于新一代大型无料钟炉顶设备的优异性能，秦冶赢得了客户的信任，获得多项国内外大型高炉炉顶产品的合同，实现国产大型无料钟炉顶设备出口零的突破。出口的首套大型无料钟炉顶设备在浦项印尼PTKP3800m3高炉无料钟炉顶设备已通过最终验收，自2013年12月23日点火投产以来，炉顶设备保持连续稳定运行。

无料钟炉顶 液压传动布料器 试验平台 出口 最终验收

1 概述

无料钟炉顶装料设备作为第三代高炉装料系统，是目前唯一能够将原料布置到高炉炉喉料线表面任意点的装料系统。近二十年来，高炉炉容一直向着大型化的方向发展，随着各种强化冶炼的手段不断涌现，对高炉炉顶装料设备也提出了更高、更严格的要求，无料钟炉顶可以很容易实现炉顶高压操作，能够满足大高炉节能、减排和降耗的要求。

无料钟炉顶和钟式炉顶相比较具有结构简单、布料灵活、密封性好、维护检修方便和投资省等优点，逐步被世界绝大多数高炉(尤其是大中型高炉)所采用，目前已经成为高炉炉顶装料的技术主流[1]。卢森堡PW公司的炉顶核心部件布料器采用了行星差速传动机构来实现溜槽的旋转与摆动，中国自1979年由冶金部僧全松教授首次提出了“直线运动与旋转的合成运动”方案获得国家发明专利[2]，并据此传动原理设计制造了包钢1号高炉布料器，于1985年3月26日投产，此布料器溜槽摆动采用三支液压缸传动。

2 研发背景

秦皇岛秦冶重工有限公司作为冶金设备设计和制造的龙头企业，始终坚持走技术创新的道路、以提升中国冶金装备技术实力及市场竞争力为己任。1993年，秦冶开始关注国内外无料钟炉顶技术发展，并于1998年开始国产无料钟炉顶的研发工作，先后在2003年7月与北京僧氏冶金设备技术有限公司和2007年初与包钢炼铁厂合作，共同研发并推出了具有国内自主知识产权的智能化无料钟炉顶装料设备，成功应用于天铁2800m3，承钢新3号、新4号2500m3，水钢2380m3等中小型高炉40余座；随着国产液压传动布料器技术和新型并罐无料钟炉顶技术的成功应用，实现大型无料钟炉顶装料设备全面国产化的时机已经成熟。

3 研发历程

2009年5月15日，宝钢、中冶赛迪、秦冶重工三方经过友好协商，成立湛江钢铁高炉大型无料钟炉顶联合攻关小组，合作开发新一代大型无料钟炉顶技术，通过整合三方优势进行科技攻关，开发具有国内自主知识产权、完全国产化、适用于大型高炉使用的无料钟炉顶设备。

3.1 原液压传动布料器存在的主要问题

1)布料器α角控制精度尚待提高；

2)个别零部件需定期更换，难以满足布料器整体一代炉龄使用要求；

3)局部结构有待优化，影响设备使用可靠性。

攻关工作重点从设备精度、寿命、可靠性等方面进行考虑，结合具体问题及试验测试拟定了相关重点子课题进行专项研究。

3.2 液压传动布料器的数值仿真研究

攻关组对新一代大型布料器进行了详细的数值仿真研究，联合清华大学实验室进行耳轴轴套摩擦磨损实验，与北京科技大学、重庆大学、燕山大学合作进行动态仿真实验。

实验包括静力学仿真研究、模态仿真、液压缸波动载荷仿真、炉料冲击影响载荷分析等。

3.2.1 布料器α角控制精度研究

通过该课题研究，获得布料器液压缸载荷波动规律及影响α角精度因素，指导进行布料器控制系统开发。

原控制方案中布料器液压缸采用一个比例阀控制三个液压缸，三个油缸的有杆腔和无杆腔分别连通，利用八组导轨进行导向，通过布料器导轨和导轮之间的机械间隙来保证控制精度。新控制方案采用三个比例阀分别控制三个油缸，三个油缸相互独立，根据每个缸的速度和位移反馈信号，对三个油缸的位移进行实时调整，实现三个液压缸的同步运动，进而保证控制精度。新的控制系统经过试验测试，极大提高了控制精度，此控制系统应用于印尼3800m3高炉上，从2013年底投入运行以来，效果良好。

3.2.2 布料器数值仿真研究

1)对炉顶关键零部件进行仿真模拟研究。

2)通过应力测试对分析结果进行验证，进而指导结构优化和材料的选择。

图1 静力学仿真

3.2.3 布料器应变测试

1)对布料器多个关键部位(顶板、曲柄、万向框架、花键、溜槽托架等)进行了应变测试，掌握布料器的实际受力情况。

2)对比结果显示：实测结果与理论分析值吻合较好，验证了结构和材料的可靠性。

图2 应变情况

3.3 试验平台测试

根据理论研究结果制造样机并按5000m3级高炉搭建1∶1实验平台，实验系统主要由上料系统、称重系统、液压系统、电控系统、润滑系统、冷却系统、加热系统、除尘系统、监控系统九个系统组成。装料设备包括100m3料罐、料流调节阀、模拟下阀箱导料管、布料器、布料溜槽五个部分。

实验完成了布料器功能测试：单环、多环、扇形、螺旋、定点及中心加焦功能；同时获得了料流调节阀排料流量与开度关系(FCG)曲线、焦炭和烧结矿各自的料流轨迹曲线、炉料的粒度偏析情况、布料的椭圆度(并罐效应)以及中心喉管的过料能力数据。完成了布料器内部加热到50℃和80℃时布料器运转参数的测定；模拟炉顶将布料器底部空间加热到300℃、500℃和750℃时，布料器运转参数的测定，冷却水流量与炉顶温度的关系曲线测试。

图3 试验平台结构图

图4 布料测试—料流轨迹测试

图5 布料测试—料面形状测试

图6 热态测试—箱体内部加热

4 结论

经过项目组人员缜密的计算分析，该设备结构设计合理，总体性能可靠。由秦冶重工研制开发具有国内自主知识产权、完全国产化的新一代大型无料钟炉顶设备(BCQS)突破了国外产品的技术垄断，克服了目前无料钟炉顶设备存在的问题，推动了中国冶金装备的民族振兴，有极其广阔的发展前景。

2011年12月16日在秦冶重工举行了自主创新和国产化大型无料钟炉顶技术发布会。

5 典型工程应用

1)2011年12月15日秦冶重工与浦项建设签订了浦项3800m3无料钟炉顶供货合同，实现了国产大型无料钟炉顶设备出口零的突破。

(1)浦项印尼3800m3无料钟炉顶采用秦冶最新型的BCQS布料器——设备结构简单，维修维护方便，抗炉顶高温性能良好；

(2)采用三缸同步控制技术——保证溜槽角度的控制精度±0.1°；

(3)设备的主要耐磨部位采用新型耐磨材料：陶瓷衬板——使用寿命更长且密度低，减轻炉顶钢结构的载荷；

(4)采用新型并罐结构——能够减少并罐偏析效应。

2)高炉于2013年12月23日点火，投产运行一年多来经历了不同炉况的考验，炉顶设备始终保持连续稳定运行，目前高炉稳定日产量8700t。布料溜槽角度的控制精度，布料器的耐温性能，冷却水量和氮气耗量均达到设计要求。

3)2014年8月顺利通过了炉顶设备最终验收测试，并颁发了最终验收通过证书。

4)秦冶无料钟炉顶经过十几年的发展，已涵盖了各炉容级别的产品，与韩国浦项签订的印尼3800m3高炉炉顶的供货合同，标志着具有我国自主知识产权的大型无料钟炉顶成套设备正式走出国门。

5)近期国内外主要供货业绩如表1。

表1 近期业绩表

6)新一代自主知识产权特大型无料钟炉顶技术的优越性体现在以下几个方面：

(1)结构设计简单，结构精巧，密封可靠，耐磨材料使用寿命长；

(2)设备抗高温性能良好，工艺性能优良，可实现各种方式的布料；

(3)成套设备检测与控制精度高，可完全实现自动化控制；

(4)成套设备维护检修方便，可大大降低工人的劳动强度；

(5)成套设备拥有国产自主知识产权和技术诀窍，性价比极高。

7)良好的操作和可靠长寿的设备给用户带来的是高炉的稳定顺行、稳产高产。随着新材料新工艺的不断涌现，秦冶公司将继续组织攻关人员向着更高层次要求的产品不断研究开发，从而为钢铁冶炼行业提供性能更稳定、寿命更长、操作更灵活的产品。

[1]中国冶金设备总公司.现代大型高炉设备及制造技术[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[2]僧全松等.液压传动布料装置：中国，85109284[P]，1985.2.27.

[3]秦冶重工冶炼设备填补国内空白．河北省政府门户网站．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

盖晓明，男，1979年出生，2002年毕业于太原科技大学机械工程及自动化专业，学士，工程师，从事无料钟炉顶设备的研发工作

TF321.3

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10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.014

2015-04-13)