无料钟炉顶的发展及秦冶重工BF-T(BCQS)炉顶设备的特点及应用

2018-02-28 11:44:25 0

 

  PW无料钟炉顶设备的国产化

  在本世纪初由中国西冶(西安冶金机械设备制造公司,后为中钢集团西安重机荣鼎娱乐官网),中钢集团设备公司,卢森堡PW公司等企企业及个人合资成立北京中鼎泰克冶金设备公司,经PW公司授权生产制造1000m3级PW型无料钟炉顶设备,在我国中小高炉得到广泛应用。同时西冶也得到卢森堡PW公司授权生产制造<2000m3级PW型无料钟炉顶设备。国内大型高炉的PW型炉顶设备仍由卢森堡公司垄断生产制造。

  秦冶重工BF.T(BCQS)无料钟炉顶设备的特点及应用

  秦冶重工研发制造的新型BF-T炉顶的关键设备为BCQS布料器。

  其核心技术为:垂直平动大轴承技术;溜槽倾动的液力平衡技术;溜槽旋转的变频电机加减速机控制技术(该三项技术在1987年获中国发明专利和实用新型专利)。

  其主要特点是;炉顶设备的布料器溜槽的倾动和旋转分开,倾动由三油缸自由同步液压传动及控制,旋转由电机倾动及调速,布料器结构简单,倾动独立,维护方便;布料器全开式水冷,氮气密封,冷却强度大,密封性能好,氮气耗量少;另外溜槽闭环三缸同步控制系统使溜槽倾角控制精度高,速度可调,倾角范围大,布料工艺性更好;匹配的新结构并有自主知识产权的布料溜槽料流布控性好、寿命长。这四个特点是秦冶重工炉顶相对于PW炉顶的优势和独到之处。

  新中国成立后,为实现我国的社会主义现代化,重点发展钢铁工业,我国钢铁产量从年产几十万吨(1949年产18万吨)到几千万吨(1978年产3479万吨),再到年产近十亿吨(2014年产82000万吨,产能116000万吨),成占世界总产量一半的钢铁大国。经过几十年的发展,我国炼铁工艺技术水平进入世界先进行列。建国后,经过几代人在工艺和设备技术上进行的探索,我国在冶金工艺及设备上正在赶上和超过世界先进水平。特别在高炉炼铁设备上:国产大风机、国产TRT、国产高炉铜冷却壁及铜风口、高炉喷煤粉技术及制粉设备、炉渣微细粉立磨等技术和设备已跨进世界先进水平。但在高炉炉顶设备方面,国外卢森堡PW公司的无料钟炉顶设备一直垄断世界和我国的高炉炉顶设备市场,特别是大高炉市场。

  我国钢铁工业发展到今天更应采用新的技术和装备,以降低企业生产制造成本,在世界市场上提升企业的竞争能力和生存空间。秦冶重工研发制造的BF-T(BCQS)无料钟炉顶设备在宝钢湛江两座5050m3高炉、浦项本部2550m3高炉、浦项印尼3800m3高炉及台塑越南和静4350m3等大型高炉上的成功应用,预示着具有中国自主知识产权的该炉顶设备可以竞争PW公司的炉顶设备。这标志着我国炼铁不仅在工艺技术上走在世界的前列,在设备研发及制造上也处于世界先进水平。

  现就世界炼铁高炉炉顶设备发展历程及我国秦冶重工研发制造的BF.T(BCQS)无料钟炉顶设备的特点及应用做以概述。

  高炉炉顶设备及国内外无料钟炉顶设备发展史

  炼铁是一个古老而又现代的行业,它促进了人类文明和社会进步。我国从汉代开始炼铁,是世界上最早炼铁和使用铁制工具的国家。真正使用焦碳炼铁的高炉的出现是在第一次工业革命时期,为工业文明提供了全新的材料和设备。封闭式双钟炉顶设备的应用是现代高炉的重要标志。这种钟阀式高炉装料设备以钟斗接触面的密封、均压放散阀的冲压及放散、旋转布料器的旋转布料。在自动化操作系统的控制下实现了高炉有压操作,高炉煤气的回收及按工艺要求完成炉料的正装、倒装、分装、正分装、倒分装、圆周定点布料,并配合料线高低及料批大小、装料种类完成高炉操作的上部调剂。

  随着第一,第二次工业革命的完成及科学技术进步,现代高炉由于上世纪七十年代PW无料钟炉顶设备的发明及应用,其相对于有钟炉顶设备的优越的工艺和设备性能,立刻取代有料钟炉顶设备,高炉炼铁进入无料钟炉顶设备时代。PW无料钟炉顶设备是由上下密封阀、气密布料箱、可倾动及旋转的布料溜槽等部件组成的紧凑、密闭、多功能的高炉装料设备;它是以行星差动机械传动驱动溜槽径向倾动和圆周转动的新型布料器;由直径<1000mm的上下密封阀代替双钟炉顶的钟、斗密封和装料;并以水冷气封实现炉顶装料设备的冷却和煤气封闭;在计算机系统控制下,按高炉生产工艺要求通过调整布料溜槽的α角(径向倾动),β角(圆周转动)及料流阀的γ角而调整布料溜槽的挡位、布料圈数、布料终点,进而实现了高炉炼铁生产的高压操作、实现多功能的高炉炼铁工艺的上部调剂—实现了有钟炉顶不能完成的单环,多环,螺旋,扇型,随机定点布料及中心加焦等布料功能。

  由于无料钟炉顶设备的研发和应用及多代人在炼铁工艺技术和设备的探索和实践,使现代高炉成为我们星球最大的单体工业设备,高效而技术设备复杂且成熟的炼铁设备,是现代钢铁工业基础设备,为人类文明和进步作出重要贡献。

  上世纪70年代由于高炉炼铁工艺技术的进步,特别是高炉大型化和高压操作工艺的需要,传统的双钟炉顶设备已不能满足高炉上料、装料及高压操作的要求;由于高炉大型化,炉喉直径加大、顶压升高、料批加大,后来出现的三钟、四钟加导料板的多料钟炉顶设备也不能满足工艺要求;于是一种全新的炉顶装料设备-无料钟炉顶设备出现了,这就是由欧洲卢森堡的P.W 公司研发的PW型无料钟炉顶设备及工艺技术。1972年PW无料钟炉顶设备首次应用于德国奥古斯特.蒂森公司汉堡厂4号高炉。由于它的技术及设备优越性,立刻在世界范围内替代了有钟炉顶,现代高炉炼铁的无料钟时代到来了。

  卢森堡PW 无料钟炉顶设备的研发及其在大型高炉的成功应用立刻引起我国炼铁界的领导及工程技术人员的高度重视,国内钢铁企业、钢铁院校、科研院所投入了对无料钟炉顶设备及工艺技术的研讨和国产无料钟炉顶设备的研制中。

  北京钢铁学院(现北京科技大学)及严允进教授对无料钟炉顶设备的首次研发及探索

  我国在建国后现代高炉一直是钟阀式炉顶设备(双钟加均压、放散阀),配料车或料罐上料;1975年,北京钢铁学院(现北京科技大学)严允进教授开始研究无料钟炉顶设备。严允进教授时任北京钢铁学院机械系助教、讲师、副教授、教授、《炼铁机械》主编及研究生导师,一直从事冶金设备的教学和科研工作,主要成果是研发高炉无料钟炉顶设备和炼铁机械。在上世纪七十年代后期为打破国外对无料钟炉顶工艺技术及设备的专利垄断和封锁,他和他的学生及团队完成了中国第一套无料钟炉顶设备实验研发和工业设计,为中国拥有自主知识产权的无料钟设备的诞生和发展做出了开创性的贡献。

  我国第一套无料钟炉顶设备(仿PW型)的研究、设计及模拟实验

  上世纪七十年代是世界钢铁发展的重要时期,炼铁高炉大型化,3000m3—4000m3高炉如雨后春笋般涌现。为适应大型高炉在工艺上的高压操作和合理布料,以及设备上容易制造和维护(相对于钟式炉顶),并满足上料能力的提升,西方PW无料钟炉顶诞生了,于1972年在西德蒂森汉堡厂4号高炉成功投入运行,随后几年PW无料钟炉顶风靡世界,被许多国家采用。当时我国还在文革后期,还没有改革开放,西方在技术上封锁新中国。中国只有靠自力更生攻克这项新技术。在此形势下,原北京钢铁学院(现北科大)接受国家冶金部下达的研发国产无料钟炉顶的科研任务。与马钢合作,以马钢一铁厂13号高炉(330m3)为试点炉 ,严教授和他地研发团队于 1976年上半年完成了具有行星差动传动箱的无料钟炉顶模型实验研究,并在此基础上完成了中国第一套无料钟炉顶的设备设计,工艺及工厂设计,并在马钢完成1:10模型的现场模拟布料实验。这为我国后来国产无料钟炉顶设备的研发提供了借鉴和启发。

  “首钢式”无料钟炉顶设备的研究、制造及应用

  首钢是当时中国最有雄心壮志发展的大型钢铁企业,决心在2号高炉(1327m3)大修改造时 率先采用无料钟炉顶技术。在严教授研发和实验基础上我国首钢工程技术人员曾纪奋(北京钢铁学院严教授学生)及其团队从1976年下半年开始经过收集资料(国外已发表的文献资料)、现场模拟实验、借鉴严教授提供的马钢13号高炉无料钟炉顶设计资料,在没有国外图纸可供参考的情况下于1978年上半年完成了我国“首钢型”无料钟炉顶工艺及设备设计,首钢自行制造、安装,于1979.12月15日年成功应用于首钢2号高炉大修改造工程中;该炉投产2个月利用系数达2.33T/m3.d 并于1981年通过国家冶金部的技术鉴定。“首钢型”无料钟炉顶除总体布置与国外PW炉顶相似,其设备结构皆是中国首钢自行设计、制造、安装并成功应用于高炉生产的,它开创了中国式无料钟炉顶首次研发及应用于生产的先河。“首钢型”的无料钟炉顶设备由于其设计理念、工艺性能及设备制造及维护难易程度还没有超越卢森堡的PW无料钟炉顶设备,因此没能在国内外高炉上得到广泛推广应用。尽管在与PW公司的技术产权纠纷中严允进教授代表首钢于瑞典斯德哥尔摩知识产权法院做维权申诉成功,由于其他方面原因,“首钢型”无料钟炉顶设备仅在首钢企业范围高炉应用。

  我国新式无料钟炉顶设备的研究及探索

  在上世纪七十及八十年代,严允进教授及其团队和国内高炉设备工作者对中国式无料钟炉顶设备进行了不懈的学术探讨和研发工作。其中严教授自1976年以来在国内发表十余篇无料钟炉顶的论文,并在中国二十多座城市的钢铁厂及学术会议上进行了讲座及学术报告。如在《冶金设备》1980年第二、第三期发表了长篇的《国内无料钟炉顶的首次设计》。该文章系统地研讨了高炉无料钟炉顶的各个方面,比较了几种有代表性的技术方案;然后对具有行星差动传动的方案(PW型)进行了详细地分析;对其基本参数、结构关键、传动系统运动学做了详细论述并给出计算公式,为后来国内无料钟炉顶设计提供了参考和依据;在1980年12月召开的《中国金属学会冶金设备第一届学术年会》上严教授发表了长篇论文《高炉无料钟炉顶多环布料器的研究》,针对PW型式无料钟炉顶设备存在的驱动布料器(气密箱)溜槽行星差速传动装置结构复杂,制造精度及加工难度大,第一代PW炉顶气冷气封耗气量大(高压净煤气或氮气),耗能高,密封和冷却难度大等难题,研发并提出具有自主知识产权的水冷水封的《百丈泉式》无料钟炉顶设备技术专利及新型无料钟炉顶设备结构及溜槽传动设计—多环布料溜槽,溜槽倾动及转动分开由电动或液压缸驱动,布料器(气密箱)的冷却及密封改为水冷水封。

  “百丈泉式”无料钟炉顶设备的研究、设计、制造、实验及应用

  北京钢铁学院(现北京科技大学)严允进教授的“百丈泉式”无料钟炉顶设备技术和发明得到了天津6985工程指挥部(现天津铁厂)领导和工程技术人员的认可和赞同,并决定在天津铁厂进行设计、试制、实验和应用。经1981-1987年长达6年时间,在天津铁厂、北京钢铁学院及有关设计及设备制造单位的艰难探索,共同努力下完成了设备设计、设备制造、布料工艺程序设计、设备冷态及热态实验、生产高炉炉顶煤气水冷水封实验、新型无料钟炉顶设备的1:1布料实验 、工厂设计等,并于1987-1988年分别在天津铁厂600m3(3号)高炉及湖北鄂城钢铁厂600m3(1号)高炉应用成功;

  1991年,这项由严允进等人研发的新型无料钟炉顶《高炉布料器的水冷水封方法和设备》获国家发明专利;(专利号88101584.9) 1992年冶金部在天津铁厂召开新型无料钟炉顶设备技术鉴定会,肯定了这项由天津铁厂、北京科技大学经过近十年共同研发并取得成功的技术成果:“其无料钟水冷水封技术达国际先进水平”;1989年,这项由严允进等人研发的新型无料钟炉顶《高炉布料器的水冷水封方法和设备》获发明专利(专利号881015849);1995年又获国家优秀专利奖;

  1993年这项由我国北京科技大学、天津铁厂、鄂城钢铁厂合作,严允进等人为发明人的拥有中国自主知识产权的专利技术(三项炉顶专利技术)经中国专利进出口公司转让美钢联;这是中国首次向美国输出钢铁技术,1994年严教授被邀为美钢联(UEC)公司的技术顾问(Consultant),去匹兹堡,芝加哥对美国钢铁公司进行技术指导;

  1997年设立在英国剑桥国际传记中心(IBC)将其事迹收录在其三种 传记内;2000年严教授等应邀参加在美国旧金山召开的第二届国际金属材料加工会议(PMP—Ⅱ)并宣读论文,《A NewType of Bell-Less Top for Blast Furnaces》; 2004年11月18日中国《冶金报》系统地介绍了《水冷水封型无料钟炉顶的特点和优势》一文;

  “百丈泉式”无料钟炉顶设备由于其溜槽相对不能倾动(休风时可调整倾角),仅利用特殊结构溜槽,以溜槽正反转,不同料批,利用科里奥利力的作用,以不同的料批矩阵组合形成加重边缘或中心多种布料模式(24—64种)来实现炉喉上部布料调剂。这种无料钟炉顶设备由于溜槽相对不能随机倾动,因此布料功能(布料调剂手段)达不到PW无料钟炉顶设备的工艺水平,故一直没能在高炉上广泛应用,特别是大高炉。但其水冷水封的技术影响了国内外无料钟炉顶设备冷却及密封技术的发展。PW公司第二代的无料钟炉顶设备水冷水封技术以及第三代无料钟炉顶设备水冷气封技术,还有国内研发和应用的多种无料钟炉顶设备的水冷气封技术都受到严教授全水冷水封技术的影响而发展起来的。

  无料钟炉顶设备布料理论的研究及实践

  在我国新式无料钟炉顶设备研发及应用同时严允进教授继续对国内外无料钟炉顶工艺技术及设备进行学术研究及探讨:在首钢钢研所《科技情报》1976年第二期发表了《国外无料钟炉顶概况》,系统地介绍了国外无料钟炉顶的工艺和设备;在北京钢铁学院《学报》1980年第三期发表了《高炉无料钟炉顶布料溜槽物料的运动》、《无料钟炉顶布料轨迹的计算》等论文,对旋转溜槽内的物料运动进行了分析,通过建立质点在溜槽内运动方程式计算溜槽内物料运动的加速度、相对速度、受柯氏力作用下的偏心角,通过具体计算探讨无料钟溜槽的布料规律及影响因素、计算步骤、根据流体力学和理论力学的方法给出各个阶段的计算公式;还在《重型机械》、《钢铁》等刊物发表多篇论文探讨各种炉顶设备的布料及料流规律,为新型无料钟炉顶设备的研发提供理论依据;国内刘云彩、徐同宴等炼铁专家结合无料钟高炉生产实践研究无料钟炉顶高炉的布料规律及理论以指导高炉操作。

  溜槽可以随机倾动的热矿无料钟炉顶设备研发工作

  在此期间针对烧结矿热矿入炉的需要,严允进教授与本溪钢铁公司合作又进行溜槽可以随机倾动的热矿无料钟炉顶设备研发工作。

  国产“僧氏”无料钟炉顶设备,

  “BT(包头)”型、“BG(包钢)”型无料钟炉顶设备的研究及应用

  与严允进教授研发国产无料钟炉顶设备同时,原国家冶金部僧全松处长(教授)等也在研发国产无料钟炉顶设备。

  1981年,在他主持冶金部在天津铁厂召开的《高炉冲渣水闭路循环新工艺》技术鉴定会期间提出了新型无料钟炉顶设备结构设想:即将倾动和回转分开,取消PW行星差速传动结构,由液压油缸自由同步控制溜槽倾动或伺服电机加钢丝绳传动驱动溜槽倾动。并由天铁炼铁厂按其构想设计并制做了1:10模型,该模型在冶金部进行展示;

  该模型引起原冶金部包头钢铁设计院钟世良教授等重视,在冶金部僧全松教授及包头钢铁设计院钟世良教授、包钢炼铁厂王玉修高工等合作下于1985年共同研制开发了三缸自由同步液压控制溜槽倾动,电机驱动溜槽旋转的无料钟炉顶设备布料器——即“BT(包头)”型无料钟炉顶设备,1985年应用于包钢炼铁厂1513m3高炉上,于1991年获国家发明专利;

  后来,在BT型无料钟炉顶设备的基础上经包钢炼铁厂韩建军厂长等改进为“BG(包钢)”型及“BG3(包钢3)”型无料钟,并应用于包钢其他高炉;

  1998年僧全松教授又同石家庄阀门三厂合作研制开发出伺服电机加钢丝绳传动驱动溜槽倾动的布料器及无料钟炉顶设备—“僧氏”无料钟炉顶,并应用于国内多座中小高炉。

  过去PW炉顶设备在世界没有竞争对手,也垄断了中国高炉炉顶设备市场,我们受制于人,因此我们需要研发我们中国自己的无料钟炉顶设备。我们当时的心愿是有一天国产的无料钟炉顶设备能取代PW炉顶设备。经过几代钢铁人的努力,由秦冶重工研发成功具有中国自主知识产权的秦冶新型BF.T(BCQS)研发成功并成功打入国际大高炉市场。这是中国炼铁界一件很了不起的事情,我们为秦冶重工、为秦冶重工陈晓光董事长及其研发团队表示敬佩,为我国几代钢铁人为研发国产无料钟炉顶设备所付出的艰辛努力表示敬意,为与秦冶重工合作开发国产新型无料钟炉顶设备的宝钢、中冶赛迪及其工程技术专家表示感谢。

  钢铁业是中国和世界制造业的基础工业,高炉炼铁又是钢铁业主要生产工艺,炼铁高炉又是钢铁生产主要工艺设备,而炉顶设备又是高炉的重要和关键设备,炉顶设备市场大得很。我国目前有近千座(953座)符合《国家钢铁行业规范经营准入条件》的大中型高炉,改造及大修的工作量很大;而世界新建、改造、大修的高炉也很多。我作为一名在钢铁战线工作了几十年的冶金科技工作者,心愿就是将来有一天国产的无料钟炉顶设备能打破国外公司的垄断。经过几代中国钢铁人的努力,由秦冶重工研发的具有中国自主知识产权的BF.T型炉顶终于获得成功,并打入了国际大高炉市场,这是中国炼铁界一件很了不起的事情。

  我们对秦冶重工的创新精神表示钦佩并充满期待,对致力于中国炉顶技术发展而付出艰苦劳动的人们表达由衷的敬意。希望秦冶这样不断创新的企业都能开发出更多的新产品和新技术,占领者两个市场,为中国和世界钢铁业的发展做出更大的贡献。

  今天与会的是我国钢铁企业的领导和炼铁厂的厂长和工艺、设备专家,希望大家在了解、研讨、交流秦冶重工新型无料钟炉顶设备的基础上,在我们企业高炉的大修改造时能借鉴秦冶的新型无料钟炉顶设备并推广应用。

 

 

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