任 彤，方杞清，張 鈺，陳亞文，雷雨田

(1.中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2.蘇州寶聯(lián)重工有限公司，江蘇 蘇州 215152)

0 前言

RH爐外精煉設(shè)備復(fù)雜，投資大，同時能夠生產(chǎn)高附加值鋼種;最初的RH設(shè)計只是為了脫氣;頂槍和預(yù)熱槍的開發(fā)應(yīng)用，使RH可以在更短的時間內(nèi)完成更多的精煉工藝，能夠大大提高真空處理的時間和效率。頂槍在真空處理時，可以對鋼液吹氧脫碳，加熱升溫，噴粉脫硫，RH是冶煉超低碳鋼、石油管線鋼等的必要工藝和設(shè)備。預(yù)熱槍的功能主要是在線加熱真空槽和熱彎管，使其保持精煉需要的溫度 (800～1 000℃)，根據(jù)煉鋼工藝需要隨時可進(jìn)行真空處理。但現(xiàn)有的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的布置型式存在不足，為了提高精煉設(shè)備的利用率，減少投資及后期的設(shè)備維修量，降低產(chǎn)品的成本，需要對頂槍(預(yù)熱槍)裝置的布置型式及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究改進(jìn)。

1 頂槍和預(yù)熱槍裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的RH爐外精煉布置型式分為單工位和雙工位。在單工位中，有一個處理位和兩個待機(jī)位，其布置如圖1所示，處理位設(shè)置一套頂槍裝置，在兩個待機(jī)位分別設(shè)置一套預(yù)熱槍裝置1，5。頂槍系統(tǒng)和預(yù)熱槍系統(tǒng)是獨(dú)立固定設(shè)置的，處理位的吹氧脫碳，噴粉脫硫，加熱升溫由獨(dú)立的頂槍裝置3完成;待機(jī)位的真空槽加熱升溫，熔化冷鋼由獨(dú)立的預(yù)熱槍裝置1、5完成;按照此布置，一套標(biāo)準(zhǔn)單工位需設(shè)置兩套預(yù)熱槍系統(tǒng)1、5和一套頂槍系統(tǒng)3，共需三套獨(dú)立的機(jī)械設(shè)備和相應(yīng)的電氣及閥站控制系統(tǒng)。同時為了實現(xiàn)真空槽系統(tǒng)在處理位與待機(jī)位之間的往復(fù)平移，其數(shù)量應(yīng)該為二套，比相應(yīng)的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的數(shù)量少一套。

圖1 傳統(tǒng)單工位RH頂槍、預(yù)熱槍布置Fig.1 Simplex position arrangement of top lance and preheating lance in RH

在單工位RH中，根據(jù)真空槽系統(tǒng)的數(shù)量及頂槍或預(yù)熱槍裝置的數(shù)量，可以確定頂槍或預(yù)熱槍裝置在線同時使用的組合型式有以下幾種，見表1。

表1 頂槍及預(yù)熱裝置的工作組合Tab.1 Combination of top lance with preheating device

從表1可以看出，對于標(biāo)準(zhǔn)單工位RH，頂槍 (預(yù)熱槍)裝置同時在線工作的最大數(shù)量為二套，對于所設(shè)置的三套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置始終有一套是備用。同時說明單工位RH安裝兩套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置，即在傳統(tǒng)的單工位RH減少一套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置可以保證傳統(tǒng)RH所有的精煉工藝。

從圖1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)單工位RH的頂槍和預(yù)熱槍系統(tǒng)設(shè)置的總數(shù)量與總工藝位數(shù) (處理位、待機(jī)位一、待機(jī)位二)相同。從表1可以看出，由于頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置的在線工作數(shù)量與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量是一一對應(yīng)的，標(biāo)準(zhǔn)單工位RH頂槍和預(yù)熱槍裝置同時在線工作的數(shù)量只有兩套。而現(xiàn)有頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置共設(shè)置了三套，第三套頂槍裝置 (或預(yù)熱槍裝置)在正常生產(chǎn)時只能作為備用，沒有真正發(fā)揮其能力。每套頂槍系統(tǒng)或預(yù)熱槍系統(tǒng)均需單獨(dú)的閥站控制各種介質(zhì)的流量，如果按照傳統(tǒng)的獨(dú)立頂槍、預(yù)熱槍系統(tǒng)的布置型式，共需三套獨(dú)立的閥站分別控制每套頂槍或預(yù)熱槍的介質(zhì)流量，以滿足各種工藝需求。

對于雙工位RH爐外精煉系統(tǒng)，分為四車六位 (即設(shè)置四套真空槽車系統(tǒng)，有六個工藝位置，兩個處理位和四個待機(jī)位)、三車五位 (即設(shè)置三套真空槽車系統(tǒng)，有五個工藝位置，兩個處理位和三個待機(jī)位)和兩車四位 (即設(shè)置兩套真空槽車系統(tǒng)，有四個工藝位置，兩個處理位和兩個待機(jī)位)。其頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置是獨(dú)立設(shè)置，數(shù)量與雙工位RH中的工位總數(shù)量相同，在四車六位的雙工位布置中，兩個處理位各有一套頂槍裝置，在其余四個待機(jī)位分別有一套預(yù)熱槍裝置，共需六套頂槍 (預(yù)熱槍)裝置，以此類推，在三車五位的雙工位布置中，共需五套頂槍和預(yù)熱槍裝置，在兩車四位的雙工位布置中，共需四套頂槍和預(yù)熱槍裝置。同時在雙工位RH中，還需要配備與頂槍裝置相同的介質(zhì)控制閥站。

由此可見，在雙工位RH中，RH頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置的總數(shù)量也是與總的工位數(shù)量相同，其同時使用的數(shù)量也是與真空槽車系統(tǒng)的數(shù)量相同。在傳統(tǒng)的雙工位中必然有兩套頂槍(預(yù)熱槍)裝置處于待機(jī)狀態(tài)，對設(shè)備的能力造成很大的浪費(fèi)，增加了產(chǎn)品的成本。

由于頂槍裝置是結(jié)構(gòu)成熟的機(jī)械設(shè)備，故障率很低，按照煉鋼廠正常的檢修即可完全滿足正常生產(chǎn)需要，因此頂槍裝置可以在不同工藝位置間往復(fù)移動，即頂槍 (預(yù)熱槍)裝置可以在待機(jī)位和處理位之間往復(fù)移動，在不同的工藝位置可以實現(xiàn)相應(yīng)的冶煉工藝，完全可以減少一套頂槍 (或預(yù)熱槍)裝置，即在線設(shè)置的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置為兩套，與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量相同，對正常的煉鋼不會產(chǎn)生任何不利的影響，提高了頂槍 (預(yù)熱槍裝置)裝置的利用率，減少了初期的設(shè)備投資，同時減少了后期的備件和維修量。

2 新型的多用途頂槍裝置

中國重型機(jī)械研究院股份公司為了提高頂槍裝置和預(yù)熱槍裝置在線工作的利用率，對傳統(tǒng)頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的布置型式進(jìn)行改進(jìn)，申報了兩項發(fā)明專利“RH爐外精煉中新型的多用途頂槍的布置工藝” (專利號:201010232477.4)，“一種雙工位RH多功能頂槍的布置結(jié)構(gòu)” (專利號:201110137882.2)。新型的多用途頂槍裝置采用電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動平移頂槍裝置，在處理位與待機(jī)位之間往復(fù)切換，根據(jù)不同介質(zhì)控制，多功能頂槍可以在不同工藝位置實現(xiàn)不同的冶煉工藝要求，最重要的是減少了頂槍 (預(yù)熱槍)裝置的數(shù)量，大大提高了頂槍裝置的利用率。

多用途頂槍裝置中所配備的頂槍不但可以在處理位進(jìn)行鋼液的真空處理，同時可以在待機(jī)位進(jìn)行真空槽的加熱及保持其溫度，熔化真空槽內(nèi)的冷鋼。下面詳細(xì)介紹多用途頂槍裝置的布置型式。

如圖2所示，在單工位RH中，新型的多用途頂槍裝置只需要設(shè)置兩套，與真空槽車的數(shù)量相同，根據(jù)工藝需要，多用途頂槍裝置可在相鄰的工藝位置之間往復(fù)平移。頂槍裝置a通過電機(jī)減速器驅(qū)動，可以在待機(jī)位一和處理位之間往復(fù)移動，頂槍裝置b可以在待機(jī)位二與處理位之間往復(fù)移動。到達(dá)所要求的工藝位置后由所配套的制動器制動固定在相應(yīng)的位置，可以保證每個工藝位置均有多用途頂槍裝置停放，進(jìn)行鋼液精煉的各種工藝。

圖3～5所示的是雙工位RH的多用途頂槍裝置的布置型式。圖3表示四車六位的多用途頂槍裝置布置型式，共設(shè)置四套多用途頂槍裝置，與真空槽 (系統(tǒng))的數(shù)量相同。圖4表示三車五位的多用途頂槍裝置的布置型式，共設(shè)置三套多用途頂槍裝置，圖5表示二車四位的多用途頂槍裝置的布置型式，共設(shè)置二套多用途頂槍裝置。

圖2所示的新型單工位RH多用途頂槍裝置的布置型式，比傳統(tǒng)的頂槍 (預(yù)熱槍)裝置(圖1)減少了一套。圖3～5所示的新型雙工位RH多用途頂槍裝置的布置型式比傳統(tǒng)的頂槍(預(yù)熱槍)裝置減少了兩套。大大提高了頂槍(預(yù)熱槍)裝置的利用率。

多用途頂槍裝置的原始位置的確定必須遵循一個原則，無論單工位或雙工位RH， (每個)處理位必須有兩臺不同的真空槽車 (系統(tǒng))的可以同時到達(dá)，這樣在一套多用途頂槍裝置出現(xiàn)故障時，可能將其移至一側(cè)的待機(jī)位，另外一側(cè)待機(jī)位的頂槍裝置平移至處理位繼續(xù)進(jìn)行真空精煉，不會因為其中一套頂槍裝置的故障對精煉工藝流程造成停滯或其它任何不利的影響，與傳統(tǒng)頂槍裝置比較，新型頂槍裝置具有無可比擬的優(yōu)點。

新型多用途頂槍裝置的布置型式與傳統(tǒng)頂槍的布置比較，新型頂槍裝置的主要功能是可以在不同工藝位置間往復(fù)平移。

圖5 新型雙工位RH多用途頂槍布置 (二車四位)Fig.5 Double-position arrangement of new type multi-purpose top lances in RH

多用途頂槍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，它由頂槍1、升降裝置2、平移支撐架3、平移裝置4、定位裝置5、升降小車6、圓環(huán)鏈7、軟管組8、升降軌道9、鏈條張緊輪10、軌道11、12組成。

圖6 多用途頂槍裝置結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of multi-purpose top lance device

與傳統(tǒng)頂槍裝置的結(jié)構(gòu)相同，頂槍1固定連接在升降小車6上，升降小車6通過其上的車輪組與升降軌道9連接，傳動軌道9與升降裝置2固定連接，升降裝置2位于升降軌道9的上部，升降軌道9的下端是鏈條張緊輪10，傳動裝置2通過鏈輪驅(qū)動圓環(huán)鏈7帶動升降小車6和頂槍1在升降軌道9上移動，達(dá)到在不同工藝位置所需的噴吹高度，鏈條張緊輪10可以調(diào)整圓環(huán)鏈7的張緊度，使鏈傳動更為可靠安全，各種工作介質(zhì)通過軟管組8使介質(zhì)閥站與多用途頂槍1連接起來。技術(shù)人員從主控室自動控制閥站上儀表、閥門，可以實現(xiàn)多用途頂槍裝置的各種功能。

為了實現(xiàn)多用途頂槍裝置在處理位和待機(jī)位之間的往復(fù)移動，在頂槍裝置上設(shè)置了平移裝置4，帶動整個頂槍裝置平移，將平移支撐架3的一端與傳動裝置2固定連接，平移支撐架3的另一端與平移裝置4連接并安裝于軌道11上，平移支撐架3在平移裝置4的驅(qū)動下沿著軌道11實現(xiàn)平移;平移到位后通過平移支撐架3下端的定位裝置5將多用途頂槍裝置鎖緊。

水平支撐架采用四點支撐，安裝于軌道11上的為兩組主動輪，分別采用獨(dú)立的減速電機(jī)驅(qū)動，兩組從動輪組安裝于軌道12上。兩組主動輪及兩組從動輪形成的四點支撐可以得到更好的剛性和強(qiáng)度。

多用途頂槍裝置平移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，平移裝置由減速電機(jī)1、主動輪2、水平定位輪3組成。減速電機(jī)1與主動輪2連接，安裝于平移軌道4上，平移軌道4與鋼結(jié)構(gòu)平臺焊接成為一體，主動輪2在減速電機(jī)1的驅(qū)動下能夠沿著在平移軌道4移動，同時主動輪2的支撐架與多用途頂槍裝置的平移支撐架5固定連接，因此主動輪2在減速電機(jī)1的驅(qū)動下沿著軌道5水平移動的同時帶動了平移支撐架5，最終帶動頂槍裝置平移，當(dāng)頂槍裝置達(dá)到所需位置后，由置于減速電機(jī)1自帶的制動器將減速電機(jī)1鎖緊，從而使得頂槍1可靠的鎖緊于工作位置。

圖7 多功能頂槍平移裝置的結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure diagram of translation device for multi-functional top lance

同時為了避免頂槍裝置在工作時誤動，除了采用電機(jī)自帶的制動器鎖定外，同時設(shè)置了獨(dú)立的鎖緊裝置，采用氣缸帶動定位銷將平移支撐架與鋼平臺可靠鎖定。二者的鎖定在電氣上與頂槍的移動形成聯(lián)鎖。

從上面的分析可以看出，多用途頂槍裝置的平移裝置采用的是成熟的機(jī)械傳動，不存在任何的使用安全風(fēng)險，新型的多用途頂槍裝置是完全可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

3 結(jié)束語

新型頂槍裝置的布置型式比傳統(tǒng)的頂槍布置型式更具優(yōu)點。新型設(shè)備初次投資及后期備件和維護(hù)大大減少，提高了頂槍裝置的利用率。使煉鋼的成本有所減少，提高了產(chǎn)品的競爭力。由于采用成熟的傳動技術(shù)，使多用途頂槍裝置能夠在不同工位間的往復(fù)平移，使 (每個)處理位都有兩套不同的頂槍裝置可以停放交替進(jìn)行真空處理，使整個煉鋼工藝的可靠性提高。

(1)設(shè)備數(shù)量。在單工位RH中新型的多用途頂槍裝置比傳統(tǒng)的頂槍 (預(yù)熱槍布置)減少了一套，在雙工位RH中減少了兩套。

(2)設(shè)備投資。在單工位RH中，新型的頂槍裝置比傳統(tǒng)的設(shè)備投資減少30%;在雙工位RH中，新型的頂槍裝置比傳統(tǒng)的減少20%～30%。

(3)處理位可用的頂槍裝置。傳統(tǒng)的頂槍布置型式每個處理位只有一套頂槍裝置，新型的頂槍布置型式每個處理位可以有兩套不同頂槍裝置，大大提高精煉的可靠性。

(4)備件量。新型的頂槍布置比傳統(tǒng)的布置型式減少20%～30%。

(5)維修量。設(shè)備的減少使維修量減少30% ～50%。

［1］M.舍費(fèi)爾，G.帕耶爾，F(xiàn).庫爾茨編著，起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)［M］.范祖堯等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［2］趙沛.爐外精煉及鐵水預(yù)處理實用技術(shù)手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［3］王義行主編，鏈輪設(shè)計制造應(yīng)用手冊 ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.