煉鋼鋼包全程加蓋工藝設備比較分析

劉世杰 徐 勇 牟世學

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 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、進行澆注作業(yè)的一種鋼水容器，由外部的鋼結(jié)構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)實測研究的結(jié)論［1］，新包投入運轉(zhuǎn)的前6個周期，包襯一直處于蓄熱狀態(tài)，需要對鋼水進行溫度補償。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是冶金行業(yè)一項新興的節(jié)能技術，它通過鋼包全程帶蓋運行，降低了空包包襯及鋼水的熱輻射，進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行鋼包加取蓋作業(yè)。為了適應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。本文按照加取蓋動作時，跟加取蓋裝置和鋼包之間的相對運動關系，將其分為移動式及固定式兩大類鋼包加取蓋裝置。移動式鋼包加取蓋裝置，是在進行加取蓋動作時，先將鋼包固定，再利用加取蓋專用吊具為鋼包取下、帶上鋼包蓋的技術方案。其典型案例有回轉(zhuǎn)式加取蓋裝置、移動插齒式加取蓋裝置、懸掛移動式加取蓋裝置等［3］。而固定式鋼包加取蓋裝置是利用鋼包車自身的走行運動及設置在特定位置的裝置進行鋼包加取蓋操作的技術方案，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，并提出改進意見，為推廣鋼包全程加蓋技術提出新的優(yōu)化方向。

1 各型加取蓋裝置結(jié)構特點

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)構特點

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應的耳座保持鎖定位置，取蓋時，鋼包向圖示無鋼包鉸鏈座的方向運動，通過插齒時，鋼包蓋上的銷軸沿著插齒斜面運動，使鋼包掛鉤與鋼包鉸鏈座脫鉤，使鋼包蓋達到取出位置。

圖1 “順向取蓋”裝置

1－焊接在鋼包上的鋼包鉸鏈座（2 個）；2－插齒；

3－鋼包蓋；4－插齒提升機構；5－鋼包蓋固定掛鉤

（2個，與鋼包上的固定耳座一一對應）；6－鋼包蓋上銷軸

帶蓋時，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動，經(jīng)過插齒時，鋼包鉸鏈座推動鋼包蓋固定掛鉤，使鋼包蓋銷軸沿著插齒斜面運動，使鋼包蓋固定掛鉤與鋼包鉸鏈座達到鎖定位置，使鋼包蓋帶在鋼包口上。

必要時通過插齒提升機構將插齒向上提升避讓鋼包。

這種插齒式加取蓋裝置國外的研究比較早，stelco inc公司于1988年申請的歐洲專利EP0331822［4］，國內(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)構特點

結(jié)構形式與“插齒固定，鋼包移動”方式類似，結(jié)構組成如圖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應的耳座保持鎖定位置，取蓋時，鋼包向圖示有鋼包鉸鏈座的方向運動，通過插齒時，鋼包蓋上的銷軸沿著插齒斜面運動，使鋼包掛鉤與鋼包鉸鏈座脫鉤，使鋼包蓋達到取出位置。

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動，經(jīng)過插齒時，鋼包鉸鏈座推動鋼包蓋固定掛鉤，使鋼包蓋銷軸沿著插齒斜面運動，使鋼包蓋固定掛鉤與鋼包鉸鏈座達到鎖定位置、使鋼包蓋帶在鋼包口上。

必要時通過插齒提升機構將插齒向上提升避讓鋼包。

中國專利CN201320096435.1［5］采用了類似方案。

圖2 “反向取蓋”裝置

1.2 移動式加取蓋裝置

1.2.1 移動式鋼包加取蓋裝置的結(jié)構特點

由于移動式加取蓋裝置的實現(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構動作特點。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)構示意圖

1.2.2 移動式鋼包加取蓋裝置工藝流程

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

加蓋前，無蓋鋼包達到加蓋／取蓋操作點停下，回轉(zhuǎn)機構驅(qū)動懸臂回轉(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)機構驅(qū)動懸臂回轉(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)至待機工位。

2 各型加取蓋裝置優(yōu)缺點

2.1 固定插齒式鋼包加取蓋裝置優(yōu)缺點

固定插齒式加取蓋裝置的優(yōu)點是：由于加蓋／取蓋操作時可以利用鋼包車的水平運行動作，其主要機構——通常為插齒——不用配合鋼包做任何動作，造成其基本動作比較簡單——僅是當加蓋／取蓋操作完成后通過提升裝置提升插齒到高位避讓鋼包，在進行加蓋／取蓋前通過提升裝置推動插齒到低位等待鋼包。由于利用鋼包臺車的水平運行動作進行加蓋／取蓋操作，固定插齒式加取蓋裝置可以沿著鋼包臺車的運行方向進行布置，在加蓋／取蓋操作中并沒有一個需要臺車停下的固定操作點，對臺車的定位精度幾乎無要求。此類裝置機構簡單、維護量小、節(jié)約投資及運行費用，是廣泛使用的一種技術方案。

固定插齒式加取蓋裝置的缺點是無法布置在鋼包臺車運行受限制或開不到的工位，同時加取蓋動作和臺車的運行方向相關，需要根據(jù)煉鋼廠臺車運行的流程決定是使用“正向取蓋”還是“反向取蓋”。因為以上兩類方案中鋼包僅有一側(cè)有鋼包鉸鏈座與相應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 移動式鋼包加取蓋裝置優(yōu)缺點

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

移動式鋼包加取蓋裝置缺點：加取蓋專用吊具在加蓋／取蓋時一般是從待機位置運行到工作位置進行加蓋／取蓋作業(yè)，完成作業(yè)后再運行至待機位置避讓鋼包。此類裝置操作時需要鋼包停在加蓋／取蓋操作點，對控制系統(tǒng)的要求比較高，對臺車的定位精度要求也比較高。此類裝置動作機構過于復雜，故障點多，難于維護，一般只是作為固定插齒式鋼包加取蓋裝置的補充。

3 改進措施

固定插齒式鋼包自動加取蓋裝置，機構簡單、維護量小、節(jié)約投資及運行費用。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，可以在不加重臺車作業(yè)負擔的情況下，縮短加取蓋作業(yè)周期，是廣泛使用的一種技術方案。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。如煉鋼廠鋼包在運轉(zhuǎn)過程，傾翻方向始終保持一致則無需考慮這個缺點，鋼包可以直接帶蓋傾翻。但是，由于現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)工藝的復雜性及廠房空間限制的不利影響，很多鋼廠的鋼包在運行過程中需要向兩個相反的方向傾翻，這給全程采用固定插齒式鋼包自動加取蓋裝置帶來了問題。對于這個問題，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），當需要向另一側(cè)傾翻時，采用移動式鋼包加取蓋裝置進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誤的方案，因為它在投資允許的情況下確實能夠?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式兩類鋼包自動加取蓋裝置，而這兩類裝置都有自身固有的優(yōu)點和不足?；旌鲜褂眠@兩類方案，并不能突出任何一類方案的優(yōu)點，甚至兼有兩類方案的不足。例如，從操作時間上來說，雖然固定插齒式鋼包加取蓋裝置操作時間比較短，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間。使用移動式鋼包自動加取蓋進行傾翻前摘蓋和傾翻后帶蓋的操作卻會延長操作時間，拖慢整體的工藝節(jié)拍，以上的方案屬于“治標不治本”。要推廣固定插齒式加取蓋裝置，需要在原有機構的基礎上進行優(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，本文提出了一個新的解決方案：雙向傾翻鋼包自動加取蓋裝置［6］（中國專利號：CN201320116568.0）。

4 雙向傾翻鋼包自動加取蓋裝置介紹

4.1 結(jié)構特點（如圖4所示）

圖4 雙向傾翻鋼包自動加取蓋裝置

4.2 工藝動作介紹

4.2.1 自動取蓋

自動取蓋前，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取蓋設定值。當鋼包沿著圖示取蓋方向通過插齒時，鋼包上固定耳座1的耳軸，推動鋼包蓋固定掛鉤，鋼包蓋各轉(zhuǎn)軸、定軸沿插齒斜面運動，帶動鋼包蓋升降、平移、翻轉(zhuǎn)，使鋼包蓋固定掛鉤、鋼包蓋活動掛鉤與各自對應的鋼包上的固定耳座（固定耳座1、固定耳座2）脫鉤并達到取蓋通過位置。

4.2.2 避讓無蓋鋼包

自動取蓋后，包蓋保持在插齒上的取蓋通過位置，可用液壓缸或卷揚機向上拉動插齒吊耳，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 自動加蓋

自動取蓋后，用液壓缸或卷揚機推動插齒吊耳，調(diào)整插齒使無蓋鋼包通過插齒，固定耳座1上的銷軸推動包蓋固定掛鉤，使包蓋上各轉(zhuǎn)軸、定軸沿著插齒斜面運動，帶動鋼包蓋升降、平移、翻轉(zhuǎn)，令包蓋固定掛鉤及活動掛鉤達到鎖定位置，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)過自動加蓋操作，包蓋戴在鋼包上，包蓋固定掛鉤、活動掛鉤均處于鎖定位置，鋼包戴蓋向固定耳座1側(cè)傾翻時，包蓋上活動掛鉤鉤緊固定耳座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鋼包進行操作。

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、活動掛鉤均與各自對應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，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，同時包蓋活動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)構簡單，操作簡便，能夠利用臺車的走行動作進行加蓋和取蓋作業(yè)，節(jié)約操作時間，這與移動式鋼包加取蓋裝置相比有很多優(yōu)點，本文設想的一種雙向傾翻鋼包自動加取蓋裝置，在利用固定插齒式取蓋機構的優(yōu)點的同時，克服了其固有的不能直接雙側(cè)傾翻的缺點，簡化了操作工藝，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備的一個新的優(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)實測研究［J］.北京科技大學學報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 院 學 報（自 然 科 學 版），2005，Vol.7（4）：34－36.

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

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

［5］中冶京誠工程技術有限公司，一種反推式鋼包全過程自動加卸蓋裝置，中國專利：CN201320096435.1－2013－03－04.

［6］北京中冶設備研究設計總院有限公司，一種雙向傾翻鋼包自動加取蓋裝置，中國專利：CN201320116568.0－2013－03－14.