李宏伟，赵金龙，张洪亮
（鞍钢重型机械设计研究院有限公司，辽宁 鞍山 114031）
钢水温度作为重要的炼钢物流过程指标和工艺参数，对炼钢生产水平和产品质量影响较大[1-2]。近年来，国内大部分炼钢厂均已在炼钢工序实施钢包全程加盖，钢包全程加盖后，显著降低钢水热辐射损失[3-5]。
钢包全程加盖可取消保温覆盖剂，节省原料成本，降低转炉出钢温度，节省炼钢成本；
延长钢包运行周期，节省维修成本。
取消钢包在线烘烤，可以节省能源成本；
降低钢水夹杂物，提高铸坯质量；
降低钢包扬尘，减少环境污染等优点，经济效益和环保效益显著。鞍钢股份有限公司炼钢总厂三分厂（以下简称“三分厂”）原加揭盖过程需要占用工艺生产时间，严重影响了运行效率，通过分析制约加揭盖设备RH 工位运行效率的原因，提出了一种悬臂式钢包加揭盖设备，本文对此做一详细介绍。
三分厂RH 工位采用回转台式真空精炼炉，即一个回转台可承托两个钢包，通过回转台旋转，将钢包旋进或旋出真空精炼位。改造前工艺布置图如图1 所示。
图1 改造前工艺布置图Fig. 1 Process Layout Diagram before Upgrading
改造前RH 工位真空精炼工艺流程：带盖A钢包在回转台0°位置进行座罐作业；
带盖A 钢包旋入至90°位置停车，进行揭盖作业；
A 钢包旋入至180°位置停车，进行真空精炼作业；
此时带盖B钢包在回转台0°位置进行座罐作业，等待A 钢包精炼结束；
当A 钢包精炼结束，A 钢包旋出至90°位置停车，进行加盖作业，此时B 钢包旋入至270°位置，进行揭盖作业；
带盖A 钢包旋出至0°，等待天车调运至下一工位，此时，B 钢包旋入至精炼位进行真空精炼。根据生产实测，每个钢包加揭盖过程约占用5 min 工艺生产时间，严重影响RH 工位运行效率。
改造后工艺布置图见图2。
图2 改造后工艺布置图Fig. 2 Process Layout Diagram after Upgrading
改造后RH 工位真空精炼工艺流程：带盖A钢包在回转台0°位置进行座罐作业；
1#加揭盖机从待机位驶至加揭盖位（即座罐位）进行揭盖作业，A 钢包直接旋入至180°位置停车，进行真空精炼作业；
此时，揭盖后的1#加揭盖机从加揭盖位返回至待机位；
带盖B 钢包在回转台0°位置进行座罐作业；
2#加揭盖机从待机位驶至加揭盖位（即座罐位）准备揭盖作业；
在A 钢包精炼结束前5 min，2#加揭盖机对B 钢包进行揭盖作业；
当A 钢包精炼结束，A 钢包旋出至0°位置，由2#加揭盖机直接进行加盖作业，2#加揭盖机完成加盖作业后，返回至待机位，带盖A 钢包等待天车调运至下一工位，此时B 钢包旋入至180°位置，直接进行真空精炼。
整个加揭盖过程不占用任何工艺生产时间，且回转台运行效率得到显著提升。
改造前后RH 工位钢包加揭盖理论工艺流程如图3 所示。
图3 改造前后RH 工位钢包加揭盖理论工艺流程对比Fig. 3 Comparison of Theoretical Process Flow of Ladle in RH Station before and after Upgrading
在RH 工位连续生产条件下，加揭盖工艺流程改造前，每罐钢水在RH 真空精炼工位理论用时约36 min，加揭盖工艺流程改造后，每罐钢水在RH 真空精炼工位理论用时约31 min，即每罐钢水在RH 精炼工位可节省约5 min。
图3（a）中0 s 表示回转台旋入旋出时，前后两罐共用时间，时间计入前一罐，前后两罐加盖与揭盖过程需分别操作，各自分别计时。
图3（b）中0 s 表示回转台旋入旋出时，前后两罐共用时间，时间计入前一罐，在前一罐加盖时，后一罐已经开始精炼，所以前一罐加盖作业不占用工艺时间；
图中2#加揭盖机对B 钢包完成揭盖作业后，原地等待B 钢包旋入，A 钢包旋出，直接将B 钢包的钢包盖加在A 钢包上，以此类推，2#加揭盖机对C 钢包完成揭盖作业后，原地等待C 钢包旋入，B 钢包旋出，直接将C 钢包的钢包盖加在B 钢包上，按此流程，每次加揭盖过程可减少一次加揭盖机的使用；
钢包盖升级改造后，可实现垂直升降，缩短加揭盖时间。
4.1 加揭盖设备设计
改造后加揭盖设备见图4，双梁悬臂式加揭盖设备采用悬臂式走行大车及卷扬横移小车结构形式，悬挂安装在厂房柱列外侧轨道上，可沿厂房主梁往复移动，额定起升载荷为10 t，最大起升高度为10 m。
图4 改造后加揭盖设备Fig. 4 Cap-covering &Uncovering Equipment after Upgrading
4.1.1 悬臂式走行大车
悬臂式走行大车主要由悬臂梁、 驱动轮主梁、连接横梁、驱动轮、三合一减速电机、上摆动平衡轮、下平衡轮、防脱轨导轮、上下检修平台、缓冲器、横移车轨道等组成。悬臂梁通过连接横梁连接固定在驱动轮主梁上，在悬臂梁上方采用轨道压扣形式安装横移车轨道；
上摆动平衡轮通过固定支座安装在悬臂梁尾部上方，可有效保证上平衡轮承压均匀；
下平衡轮通过固定支座安装在悬臂梁尾部下方，防脱轨导轮通过支座安装在驱动轮主梁两端，防脱轨导轮前端安装缓冲器；
驱动轮安装在驱动轮主梁两侧，通过三合一减速电机独立驱动，三合一减速电机采用变频调速电机，保证大车启停平稳。悬臂式走行大车技术参数如表1 所示。
表1 悬臂式走行大车技术参数Table 1 Technical Parameters for Cantilever-type Traveling Cart
4.1.2 卷扬横移小车
卷扬横移小车主要由箱型车架、焊接卷筒、卷筒联轴器、三环减速机、卷扬电机、制动器、带制动轮鼓形齿联轴器、滑轮组、从动车轮组、主动车轮组、立式减速机、套筒式鼓形齿联轴器、走行电机、起升高度限制器等组成。
箱型车架前端安装从动车轮组，后端安装主动车轮组，主动车轮组通过套筒式鼓形齿联轴器连接于立式减速机双输出轴上，走行电机前出轴通过鼓形齿联轴器与立式减速机输入轴连接，后出轴通过制动轮与制动器相连，走行电机安装在车架纵梁尾部；
滑轮组倾斜安装在车架横梁上；
焊接卷筒一端通过轴承座固定在车架纵梁上，并与起升高度限制器相连；
另一端通过卷筒联轴器与三环减速机输出轴相连；
三环减速机采用双输入形式，一侧通过带制动轮的鼓形齿联轴器与卷扬电机及制动器相连，另一侧通过制动轮与制动器相连，实现卷筒双制动安全措施；
钢丝绳通过绳夹缠绕在卷筒上，钢丝绳绕过滑轮组与具备张力自平衡吊架相连。
横移小车及卷扬装置技术参数参见表2。
表2 横移小车及卷扬装置技术参数Table 2 Technical Parameters for Traversing Trolley and Hoisting Device
4.2 改造后钢包盖结构设计
为了进一步提升加揭盖设备的运行效率，将原利旧钢包盖进行升级改造，以实现加揭盖过程中钢包盖可垂直升降，取消加揭盖过程中钢包盖横移避让步骤，原利旧钢包盖扣在钢包上时，钢包盖安全钩含在钢包铰座销轴下方，无法实现钢包盖垂直升降，加揭盖过程操作比较繁琐；
改造后钢包盖通过优化安全钩结构尺寸及调整安全钩重心位置，加长安全钩支座长度等一系列措施，保证钢包盖扣在钢包上时，安全钩与钢包铰座销轴在水平方向具有一定安全距离，可实现钢包盖垂直升降，简化加揭盖操作过程，缩短加揭盖时间。
改造前后钢包盖结构如图5所示。
图5 改造前后钢包盖结构Fig. 5 Structure of Cover for Ladle before and after Upgrading
对三分厂现有2 座RH 真空精炼炉进行加揭盖设备升级改造后，每罐钢水在RH 真空精炼工位可节省约5 min 工艺时间，即每罐钢水真空精炼时间由36 min 压缩至31 min，按每天每座RH炉处理40 罐钢水计算，一天可节省约200 min，每天每座RH 炉可多处理6 罐钢水，三分厂的钢包容量为205 t，一年按300 天生产时间计算，每座RH 真空精炼炉每年可增产约35 万t，对炼钢工序进一步压降生产成本，提质增效意义重大。
目前，三分厂已经实现一座RH 真空精炼炉供一台连铸机连续浇铸的生产目标，有效保障了连铸工序生产的顺行性，同时也实现了两台连铸机可同时生产不同牌号钢坯的生产目标。
鞍钢股份有限公司炼钢总厂三分厂原RH 工位加揭盖设备布置在回转台90°和270°位置，加揭盖过程制约回转台运行效率，约占用工艺生产时间5 min。
通过采用悬臂式加揭盖设备，布置在钢包回转台0°位置（即座罐位），实现了加揭盖过程无需回转台中途停车，且加揭盖作业与精炼作业可同时进行，加揭盖过程不占用工艺生产时间，有效提高了回转台的运行效率，每罐钢水可压缩精炼时间约5 min，通过优化钢包盖安全钩，实现钢包盖垂直升降，简化了加揭盖设备操作步骤，每年每座RH 精炼炉可增产约35 万t，压降炼钢工序吨钢成本效果显著。
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