我國爐前設備的技術進步和發展

惠 展

(中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安 710201)

1 前言

爐前設備主要包括泥炮、開鐵口機和揭蓋機三大設備。我國爐前設備正經歷著從單機版向集成化發展，從半自動化向自動化發展的過程。為了進一步推動爐前技術發展，為了鋼鐵公司提供爐前設備選型和定位，本文將從我國爐前設備的發展歷史和當下的技術進步進行分析，提出我國爐前設備的發展方向。

2 我國爐前設備技術現狀

自上世紀80年代以來，隨著冶煉強度的提高和無水炮泥的推廣應用，液壓泥炮已經全面取代電動泥炮。本世紀以來，隨著淘汰落后產能和環保要求的提高，正在經歷著由小型高爐向中大型高爐發展的過程，爐前設備也正在由小型化向大型化發展，由泥炮、開鐵口機為主機向爐前三機發展；爐前控制系統由手動向自動化發展。

以液壓泥炮為代表，我國爐前技術經歷了引進消化國外先進技術和自主開發、改進相結合的發展歷程。上世紀80年代自主開發了BG型系列泥炮，90年代開發KD型系列泥炮(即YPK系列泥炮)。同時，自在上世紀80年代引進DDS和PW泥炮技術以來，我國技術人員對其消化吸收，并改進完善成為YPE型和YPF型液壓泥炮。目前，已經形成YPK、YPE、YPF 三大類系列泥炮以及與其配套的KJK、KJE、KJF三大類系列開鐵口機，完全可以滿足于小于6000m3級高爐爐容的爐前需要。同時，根據高爐爐前工藝，也形成了懸掛式揭蓋機、落地橫移式揭蓋機、臂架擺動回轉式揭蓋機、平行折疊式揭蓋機等多種形式的揭蓋機。

就爐前布置(泥炮和開鐵口機是否布置在鐵溝的一側)而言，基于成本和揭蓋機的考慮，同側布置正在取代異側布置。在中小型高爐(<2000m3)爐前多采用泥炮在上、開鐵口機在下的布置方式，在大中型高爐(≥2000m3)爐前多采用泥炮在下、開鐵口機在上的布置方式。YPK、YPE型泥炮與開鐵口機同側布置時，多位于開鐵口機的下方；而YPF型泥炮與開鐵口機同側布置時，多位于開鐵口機的上方。

就液壓電控技術而言，基于成本和自動化程度的影響，在中小型高爐爐前多采用手動操作技術，在大中型高爐爐前多采用遙控操作技術。爐前自動化操作技術雖然在調試階段可以實現，但由于煉鐵工藝、操作水平以及環境因素等多方面的影響，仍沒有在生產中實現一鍵操作完成爐前所有設備和所有動作的功能。

我國爐前設備單機技術已經很成熟，達到國際先進水平，集成技術也已掌握。但在設備使用壽命方面仍有差距，有待于進一步持續改進。

3 爐前技術持續改進

3.1 機型改進

3.1.1 YPK加強型泥炮和開鐵口機

中小型高爐爐前隨著蓄鐵池鐵溝的發展，對爐前設備的熱輻射進一步加強。為了減少熱輻射，提高設備的使用壽命，需要將泥炮、開鐵口機的基礎遠離鐵溝。通過加大回轉油缸、對桿機構進行優化等方式，改進為YPK型加強型泥炮和開鐵口機。

3.1.2 YPT型泥炮和KJX型開鐵口機

大中型高爐多采用YPE型泥炮和KJT型開鐵口機，為了進一步改善泥炮的的使用維護要求和開鐵口機的穩定性，對原有機型進行改進，開發了YPT型泥炮和KJX型開鐵口機。

YPT型泥炮采用回轉油缸外置，油缸的更換方式由上面改為側面，檢修和維護更加方便，同時也大幅降低了泥炮所需高度空間。

KJX型開鐵口機則采用高斜立柱形式，在回轉的過程中，鉆桿自動對準鐵口，減少了傾斜機構。

3.2系列化開發

YPK型泥炮自開發出YP750K以來，已經開發了YP750K～ YP7000K系列泥炮；YPE型泥炮也已開發YP3080E～YP7000E系列泥炮；YPF型泥炮則開發了 YP3000F～YP7000F系列泥炮。泥炮的泥塞推力由750～7000KN。

KJK型開鐵口機分為KJ2500K～KJ4000K系列開鐵口機；KJE型開發了KJ3500E～KJ5500E系列開鐵口機；KJF型則開發了KJ2500F～KJ4000F系列開鐵口機。開鐵口機的鉆進深度由2000～5000mm。

泥炮和開鐵口機都通過系列化開發，都可以滿足300～6000m3高爐爐前需要。而揭蓋機多集中在大中型高爐爐前，但隨著環保要求的不斷提高小型系列化全覆蓋將成為必然趨勢。

3.3 關鍵部件的優化

3.3.1 打泥量測量和開鐵口深度檢測技術

打泥量測量有機械標尺、直線位移傳感器、拉線裝置等多種方式，目前普遍采用可靠性高的機械標尺的方式。對于自動化較高的大中型高爐多采用渦輪流量計的方式，通過測量流量來檢測打泥量。而開鐵口深度的檢測因為操作工藝的復雜性，目前多采用編碼器的方式。

3.3.2 回轉角度的檢測

為了滿足泥炮和開鐵口機的自動化操作，需要通過檢測回轉角度來確定設備所在位置。回轉中心相對鐵溝距離遠，熱輻射量少，采用編碼器檢測回轉角度很容易實現。

3.3.3 開鐵口機鉆桿扶持技術

在開鐵口的過程中，在中小型開鐵口機上僅在鉆桿的前面用固定導鉤來扶持鉆桿。而在大中型開鐵口機上為了保證鉆桿的有效工作，多采用由固定鉆桿前端的鉆桿夾持機構和鉆桿中間位的浮動托板機構構成的鉆桿扶持技術。

3.3.4 鑿巖機

鑿巖機被應用到開鐵口機上以來，先后經歷了電動-氣動-氣液混合-全液壓的轉變過程。由于液壓鑿巖機在技術性能和鉆孔效率上的優越性，目前已經成為市場主流。

液壓鑿巖機主要有250J、300J、350J、400J、450J、500J等機型，適用于300～6000m3高爐爐前，在400J及以上機型多帶有逆打功能。

3.4 可靠性研究

通過產品使用對發現的問題進行解決是提高產品技術進步的主要手段。例如：泥炮吊掛機構通過在上蓋和鞍座之間增加防剪鍵，防止連接螺栓被剪斷，增加安全環，避免因螺栓失效后打泥機構和鞍座脫落上蓋螺栓；為了解決開鐵口機拖鏈偏重問題而提出的前托輥技術等。

同時，也在不斷通過保護措施來提高產品的壽命。例如：為保護油缸，在液壓系統上設置安全閥和自鎖閥；為提高設備的壽命，而采用隔熱或水冷保護等。

目前，液壓泥炮的重點在于解決好跑泥、漏泥和漏油三大問題；開鐵口機的重點在于提高鑿巖機的壽命；揭蓋機的重點在于解決液壓元件的漏油和溝蓋的準確復位。

4 爐前技術新發展

爐前設備在對本機進行持續改進的同時，為提高效率和自動化水平，在輔助設備方面也有了巨大的進步。

4.1自動潤滑技術

爐前三機的潤滑技術也經歷了機上單點潤滑、機上集中手動潤滑以及自動潤滑三個階段。自動潤滑技術即根據潤滑制度進行編程，控制潤滑泵站完成爐前三機各點潤滑。

4.2炮泥恒溫技術

炮泥恒溫技術在于根據氣候的變化通過加熱和冷卻來改善炮泥的流動性進而提高泥炮的工作效率和使用壽命。炮泥加熱功能主要適用于我國北方寒冷的冬天。在大部分區域、大部分時間段內更需要對炮泥進行冷卻，可以用簡易的冷卻水管來代替，降低成本。

4.3 開鐵口機水鉆技術

為提高開鐵口的效率和效果，近些年開鐵口機水鉆得到了普遍推廣。根據鑿巖機是否帶油霧潤滑，基本分為兩大類產品。

4.4裝泥機

裝泥機是用來代替人工給泥炮裝泥的專用設備。其基本原理就是對泥塊進行分揀，并將其放入到泥炮的泥缸內，其放入泥塊的多少根據泥炮泥缸的有效容積大小來確定。

4.5 換桿機

換桿機是用來代替人工給開鐵口機更換鉆桿的專用設備。其基本原理就是通過機械臂與開鐵口機配合拆卸廢舊鉆桿和安裝新鉆桿。

5 爐前技術發展方向

5.1長壽化研究

爐前設備的關鍵性和應用環境的特殊性對爐前設備提出了可靠性高、使用壽命長的要求，特別是泥炮和開鐵口機方面，充分考慮經濟性的同時，對長壽化的研究是當前、乃至未來永恒的研究課題。

5.2環保節能技術

隨著環保要求的提高，爐前布置不同程度上增加了頂吸、側吸、幕布及機蓋機設備。環保設備的應用正在由大型高爐向中小型高爐發展，其應用成為必然趨勢。

同時，由于節能降耗的要求，爐前設備的備件統一化成為鋼鐵公司的基本要求，產品的保養、修復也已成為主要節能降耗的手段之一。

所以，對環保設備、備件的統一化和設備修復技術的研究已經成為主要研究課題。

5.3集成化技術

這些年，高爐爐前設備多采用單機承包，機械設備和液壓控制由不同的公司承制，制造廠家之間存在理解上的偏差，導致設備存在能力過剩或缺陷的情況時有發生。

隨著爐前三機和液控技術已經完善成熟，爐前設備集成化發展成為大勢所趨。

5.4自動化技術

目前，小型高爐爐前多采用手動操作，但大中型高爐都已普遍采用遙控技術。

自動控制技術(一鍵操作技術)在工廠機電液聯合試車的過程中已實現多年。近幾年解決了個別原件的壽命問題，并對爐前輔助系統進行了深入的研究，爐前自動化技術的推廣已具備條件。

5.5 智能化技術

在自動化技術應用成熟以后，即可實現爐前無人化。結合煉鐵工藝對爐前設備的操作、維護等建立專家數據庫，通過作業—檢測—反饋—對比(與專家數據庫)—修正的過程不斷改進優化爐前作業，最終實現人工智能。

6 總結

我國爐前設備正在經歷著機械化—自動化—智能化的過程。大型高爐爐前設備引領和推動著中小型高爐爐前設備的技術進步和發展。