我国炉前设备的技术进步和发展

惠 展

(中钢集团西安重机有限公司 陕西西安 710201)

1 前言

炉前设备主要包括泥炮、开铁口机和揭盖机三大设备。我国炉前设备正经历着从单机版向集成化发展，从半自动化向自动化发展的过程。为了进一步推动炉前技术发展，为了钢铁公司提供炉前设备选型和定位，本文将从我国炉前设备的发展历史和当下的技术进步进行分析，提出我国炉前设备的发展方向。

2 我国炉前设备技术现状

自上世纪80年代以来，随着冶炼强度的提高和无水炮泥的推广应用，液压泥炮已经全面取代电动泥炮。本世纪以来，随着淘汰落后产能和环保要求的提高，正在经历着由小型高炉向中大型高炉发展的过程，炉前设备也正在由小型化向大型化发展，由泥炮、开铁口机为主机向炉前三机发展；炉前控制系统由手动向自动化发展。

以液压泥炮为代表，我国炉前技术经历了引进消化国外先进技术和自主开发、改进相结合的发展历程。上世纪80年代自主开发了BG型系列泥炮，90年代开发KD型系列泥炮(即YPK系列泥炮)。同时，自在上世纪80年代引进DDS和PW泥炮技术以来，我国技术人员对其消化吸收，并改进完善成为YPE型和YPF型液压泥炮。目前，已经形成YPK、YPE、YPF 三大类系列泥炮以及与其配套的KJK、KJE、KJF三大类系列开铁口机，完全可以满足于小于6000m3级高炉炉容的炉前需要。同时，根据高炉炉前工艺，也形成了悬挂式揭盖机、落地横移式揭盖机、臂架摆动回转式揭盖机、平行折叠式揭盖机等多种形式的揭盖机。

就炉前布置(泥炮和开铁口机是否布置在铁沟的一侧)而言，基于成本和揭盖机的考虑，同侧布置正在取代异侧布置。在中小型高炉(<2000m3)炉前多采用泥炮在上、开铁口机在下的布置方式，在大中型高炉(≥2000m3)炉前多采用泥炮在下、开铁口机在上的布置方式。YPK、YPE型泥炮与开铁口机同侧布置时，多位于开铁口机的下方；而YPF型泥炮与开铁口机同侧布置时，多位于开铁口机的上方。

就液压电控技术而言，基于成本和自动化程度的影响，在中小型高炉炉前多采用手动操作技术，在大中型高炉炉前多采用遥控操作技术。炉前自动化操作技术虽然在调试阶段可以实现，但由于炼铁工艺、操作水平以及环境因素等多方面的影响，仍没有在生产中实现一键操作完成炉前所有设备和所有动作的功能。

我国炉前设备单机技术已经很成熟，达到国际先进水平，集成技术也已掌握。但在设备使用寿命方面仍有差距，有待于进一步持续改进。

3 炉前技术持续改进

3.1 机型改进

3.1.1 YPK加强型泥炮和开铁口机

中小型高炉炉前随着蓄铁池铁沟的发展，对炉前设备的热辐射进一步加强。为了减少热辐射，提高设备的使用寿命，需要将泥炮、开铁口机的基础远离铁沟。通过加大回转油缸、对杆机构进行优化等方式，改进为YPK型加强型泥炮和开铁口机。

3.1.2 YPT型泥炮和KJX型开铁口机

大中型高炉多采用YPE型泥炮和KJT型开铁口机，为了进一步改善泥炮的的使用维护要求和开铁口机的稳定性，对原有机型进行改进，开发了YPT型泥炮和KJX型开铁口机。

YPT型泥炮采用回转油缸外置，油缸的更换方式由上面改为侧面，检修和维护更加方便，同时也大幅降低了泥炮所需高度空间。

KJX型开铁口机则采用高斜立柱形式，在回转的过程中，钻杆自动对准铁口，减少了倾斜机构。

3.2系列化开发

YPK型泥炮自开发出YP750K以来，已经开发了YP750K～ YP7000K系列泥炮；YPE型泥炮也已开发YP3080E～YP7000E系列泥炮；YPF型泥炮则开发了 YP3000F～YP7000F系列泥炮。泥炮的泥塞推力由750～7000KN。

KJK型开铁口机分为KJ2500K～KJ4000K系列开铁口机；KJE型开发了KJ3500E～KJ5500E系列开铁口机；KJF型则开发了KJ2500F～KJ4000F系列开铁口机。开铁口机的钻进深度由2000～5000mm。

泥炮和开铁口机都通过系列化开发，都可以满足300～6000m3高炉炉前需要。而揭盖机多集中在大中型高炉炉前，但随着环保要求的不断提高小型系列化全覆盖将成为必然趋势。

3.3 关键部件的优化

3.3.1 打泥量测量和开铁口深度检测技术

打泥量测量有机械标尺、直线位移传感器、拉线装置等多种方式，目前普遍采用可靠性高的机械标尺的方式。对于自动化较高的大中型高炉多采用涡轮流量计的方式，通过测量流量来检测打泥量。而开铁口深度的检测因为操作工艺的复杂性，目前多采用编码器的方式。

3.3.2 回转角度的检测

为了满足泥炮和开铁口机的自动化操作，需要通过检测回转角度来确定设备所在位置。回转中心相对铁沟距离远，热辐射量少，采用编码器检测回转角度很容易实现。

3.3.3 开铁口机钻杆扶持技术

在开铁口的过程中，在中小型开铁口机上仅在钻杆的前面用固定导钩来扶持钻杆。而在大中型开铁口机上为了保证钻杆的有效工作，多采用由固定钻杆前端的钻杆夹持机构和钻杆中间位的浮动托板机构构成的钻杆扶持技术。

3.3.4 凿岩机

凿岩机被应用到开铁口机上以来，先后经历了电动-气动-气液混合-全液压的转变过程。由于液压凿岩机在技术性能和钻孔效率上的优越性，目前已经成为市场主流。

液压凿岩机主要有250J、300J、350J、400J、450J、500J等机型，适用于300～6000m3高炉炉前，在400J及以上机型多带有逆打功能。

3.4 可靠性研究

通过产品使用对发现的问题进行解决是提高产品技术进步的主要手段。例如：泥炮吊挂机构通过在上盖和鞍座之间增加防剪键，防止连接螺栓被剪断，增加安全环，避免因螺栓失效后打泥机构和鞍座脱落上盖螺栓；为了解决开铁口机拖链偏重问题而提出的前托辊技术等。

同时，也在不断通过保护措施来提高产品的寿命。例如：为保护油缸，在液压系统上设置安全阀和自锁阀；为提高设备的寿命，而采用隔热或水冷保护等。

目前，液压泥炮的重点在于解决好跑泥、漏泥和漏油三大问题；开铁口机的重点在于提高凿岩机的寿命；揭盖机的重点在于解决液压元件的漏油和沟盖的准确复位。

4 炉前技术新发展

炉前设备在对本机进行持续改进的同时，为提高效率和自动化水平，在辅助设备方面也有了巨大的进步。

4.1自动润滑技术

炉前三机的润滑技术也经历了机上单点润滑、机上集中手动润滑以及自动润滑三个阶段。自动润滑技术即根据润滑制度进行编程，控制润滑泵站完成炉前三机各点润滑。

4.2炮泥恒温技术

炮泥恒温技术在于根据气候的变化通过加热和冷却来改善炮泥的流动性进而提高泥炮的工作效率和使用寿命。炮泥加热功能主要适用于我国北方寒冷的冬天。在大部分区域、大部分时间段内更需要对炮泥进行冷却，可以用简易的冷却水管来代替，降低成本。

4.3 开铁口机水钻技术

为提高开铁口的效率和效果，近些年开铁口机水钻得到了普遍推广。根据凿岩机是否带油雾润滑，基本分为两大类产品。

4.4装泥机

装泥机是用来代替人工给泥炮装泥的专用设备。其基本原理就是对泥块进行分拣，并将其放入到泥炮的泥缸内，其放入泥块的多少根据泥炮泥缸的有效容积大小来确定。

4.5 换杆机

换杆机是用来代替人工给开铁口机更换钻杆的专用设备。其基本原理就是通过机械臂与开铁口机配合拆卸废旧钻杆和安装新钻杆。

5 炉前技术发展方向

5.1长寿化研究

炉前设备的关键性和应用环境的特殊性对炉前设备提出了可靠性高、使用寿命长的要求，特别是泥炮和开铁口机方面，充分考虑经济性的同时，对长寿化的研究是当前、乃至未来永恒的研究课题。

5.2环保节能技术

随着环保要求的提高，炉前布置不同程度上增加了顶吸、侧吸、幕布及机盖机设备。环保设备的应用正在由大型高炉向中小型高炉发展，其应用成为必然趋势。

同时，由于节能降耗的要求，炉前设备的备件统一化成为钢铁公司的基本要求，产品的保养、修复也已成为主要节能降耗的手段之一。

所以，对环保设备、备件的统一化和设备修复技术的研究已经成为主要研究课题。

5.3集成化技术

这些年，高炉炉前设备多采用单机承包，机械设备和液压控制由不同的公司承制，制造厂家之间存在理解上的偏差，导致设备存在能力过剩或缺陷的情况时有发生。

随着炉前三机和液控技术已经完善成熟，炉前设备集成化发展成为大势所趋。

5.4自动化技术

目前，小型高炉炉前多采用手动操作，但大中型高炉都已普遍采用遥控技术。

自动控制技术(一键操作技术)在工厂机电液联合试车的过程中已实现多年。近几年解决了个别原件的寿命问题，并对炉前辅助系统进行了深入的研究，炉前自动化技术的推广已具备条件。

5.5 智能化技术

在自动化技术应用成熟以后，即可实现炉前无人化。结合炼铁工艺对炉前设备的操作、维护等建立专家数据库，通过作业—检测—反馈—对比(与专家数据库)—修正的过程不断改进优化炉前作业，最终实现人工智能。

6 总结

我国炉前设备正在经历着机械化—自动化—智能化的过程。大型高炉炉前设备引领和推动着中小型高炉炉前设备的技术进步和发展。