2006年，首鋼國際工程公司啟動了首鋼京唐鋼鐵廠5500立方米高爐并罐無料鐘爐頂設(shè)備設(shè)計開發(fā)項目。在設(shè)計研發(fā)過程中，技術(shù)團隊圍繞設(shè)備大型化、布料控制精確化、設(shè)備運行可靠性這三方面開展技術(shù)攻關(guān)，主要技術(shù)指標直指國際最高水平。經(jīng)過研發(fā)團隊的共同努力，技術(shù)攻關(guān)獲得成功。2007年底，由首鋼國際工程公司設(shè)計開發(fā)并總承包的國內(nèi)第一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)、完全國產(chǎn)化的5500立并罐無料鐘爐頂設(shè)備在制造廠完成單體設(shè)備試車。2008年4月，這套設(shè)備進行了1:1模擬布料試驗，獲得了重要的生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)。2008年8月，設(shè)備在京唐一號高爐安裝完畢。2009年5月，第四代首鋼型并罐無料鐘爐頂在首鋼京唐鋼鐵廠1號高爐投入使用。通過近半年的運行情況表明，這套無料鐘爐頂?shù)母黜椫饕夹g(shù)指標均達到國際先進水平。
（首鋼京唐鋼鐵廠5500立方米高爐爐頂設(shè)備雄姿）
1首鋼型并罐無料鐘爐頂技術(shù)研究背景
1979年12月，首鋼新2號高爐（1327立方米）點火投產(chǎn)。在這座新投產(chǎn)的高爐上使用了37項新技術(shù)，其中并罐式無料鐘爐頂技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，而首創(chuàng)者就是當時的首鋼設(shè)計院。首鋼依靠自己的科研、設(shè)計及制造力量在國內(nèi)首先成功研制開發(fā)高爐無料鐘爐頂技術(shù)，開創(chuàng)了國內(nèi)無料鐘爐頂技術(shù)的先河。首套無料鐘爐頂?shù)难邪l(fā)經(jīng)歷了1:6.5模型試驗研究、工藝參數(shù)確定、設(shè)備設(shè)計、設(shè)備制造等過程，歷時3年時間，首鋼第一代無料鐘爐頂研制獲得成功。當時，首鋼無料鐘爐頂在高爐上的應用僅比世界上第一套高爐無料鐘爐頂?shù)膽猛?年。到1990年，歷經(jīng)11年實際生產(chǎn)考驗，其總體技術(shù)水平與當時國際先進水平相當。首鋼型第一代無料鐘爐頂獲得國家科技進步一等獎。
1992年，首鋼4號高爐擴容到2100立方米。為滿足2000立方米以上大型高爐生產(chǎn)要求，首鋼國際工程公司研發(fā)了首鋼第二代并罐無料鐘爐頂。首鋼第二代無料鐘爐頂比第一代無料鐘爐頂在裝料能力上有了大幅度提高，可滿足2000立方米-3200立方米高爐的生產(chǎn)要求。第二代并罐無料鐘爐頂?shù)暮诵募夹g(shù)仍然沿用第一代并罐無料鐘爐頂使用的由首鋼國際工程公司自主研發(fā)的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，首鋼國際工程公司又自主開發(fā)了無料鐘爐頂多環(huán)布料技術(shù)。這項技術(shù)的開發(fā)成功突破了國外某公司在世界范圍內(nèi)的技術(shù)壟斷，結(jié)束了國產(chǎn)無料鐘爐頂只能進行單環(huán)布料的歷史，也使首鋼無料鐘爐頂技術(shù)的整體水平接近當時的國際先進水平。首鋼國際工程公司自主開發(fā)的無料鐘爐頂多環(huán)布料技術(shù)獲得北京市科技進步一等獎。
20世紀80年代末，無料鐘爐頂技術(shù)又出現(xiàn)了幾項重大改進，氣密箱（也稱布料溜槽傳動齒輪箱）由氮氣冷卻改為水冷卻是其中重要內(nèi)容。水冷氣密箱技術(shù)的應用大大降低了氮氣消耗量，降低了設(shè)備運行費用。同時降低了氮氣對高爐煤氣的貧化作用，有助于提高高爐煤氣熱值，提高熱風爐風溫。首鋼國際工程公司及時跟蹤了這一新技術(shù)的發(fā)展，于1994年自主開發(fā)設(shè)計了水冷氣密箱。1998年至2001年這項新技術(shù)分別應用于唐鋼和首鋼共4座2500立方米高爐。之后又對設(shè)備的結(jié)構(gòu)、使用方法、使用條件等進行了全面改進，研發(fā)成功用水膜式水冷板冷卻的高效水冷氣密箱。與傳統(tǒng)盤管式水冷板的間接冷卻方式不同，水膜式水冷板采用水與受熱面直接接觸和冷卻水對受熱面完全覆蓋的冷卻方式。因此水膜式水冷板的冷卻效率比盤管式水冷板成倍提高。另外，水膜式水冷板有更寬的水流斷面，因此過水能力、防漏防堵能力遠高于盤管式水冷板。2004年首鋼國際工程公司將高效水冷氣密箱、布料溜槽鎖緊裝置、高耐磨性襯板、復合密封式行星差動減速機等多項創(chuàng)新成果集成后，開發(fā)出第三代首鋼型無料鐘爐頂設(shè)備并在首鋼遷鋼公司1號高爐(2650立方米)投入使用。五年來這套無料鐘爐頂?shù)母黜椉夹g(shù)指標均達到了國內(nèi)外同類設(shè)備的先進水平，其中水冷氣密箱的抗高溫能力、布料溜槽和中心喉管耐磨襯板的使用壽命均達到了世界領(lǐng)先水平。首鋼第三代無料鐘爐頂技術(shù)獲全國冶金行業(yè)技術(shù)進步三等獎。
首鋼無料鐘爐頂?shù)暮诵募夹g(shù)始終與世界上該領(lǐng)域的先進技術(shù)同步發(fā)展并達到同等水平，有些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)超越世界先進水平。首鋼國際工程公司先后為國內(nèi)外十多座高爐提供無料鐘爐頂成套技術(shù)，應用范圍從600立方米高爐到5500立方米高爐，這標志著首鋼國際工程公司在無料鐘爐頂研發(fā)、設(shè)計、制造、設(shè)備成套等方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，達到了國際先進水平。
2首鋼型并罐無料鐘爐頂技術(shù)特點
2.1所有核心技術(shù)均為自主研發(fā)
1）無料鐘爐頂設(shè)備計算分析技術(shù)，如：主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（溜槽長度、中心喉管直徑等）計算方法，物料狀態(tài)（速度、流量、軌跡）分析計算方法及仿真模型，布料溜槽傳動系統(tǒng)運動學動力學分析計算，布料溜槽水冷齒輪箱冷卻計算，關(guān)鍵零部件的三維模型設(shè)計及有限元計算。
（首鋼京唐鋼鐵廠5500m³高爐并罐無料鐘爐頂設(shè)備三維效果圖）
2）布料控制技術(shù)，如：多環(huán)布料技術(shù)，布料溜槽、料流調(diào)節(jié)閥位置控制技術(shù)、布料偏析控制和糾正技術(shù)。
3）設(shè)備可靠性技術(shù)，如：高效水冷氣密箱，高效重載布料溜槽傾動減速機，行星差動減速機（也稱上部減速機）及其復合密封，長壽命耐磨性襯板。
4）無料鐘爐頂檢修技術(shù)，如：布料溜槽機械化更換裝置，用于更換上密封閥密封圈的快裝平臺，易損耐磨件快速更換和修補方法。
2.2關(guān)鍵設(shè)備和零部件國產(chǎn)化率達到100％
1）回轉(zhuǎn)支承，用于首鋼五座2500立方米高爐爐頂氣密箱，最長的使用時間已經(jīng)超過8年。
2）復合密封件，用于氣密箱，使用壽命超過5年。
3）鑲嵌硬質(zhì)合金襯板用于布料溜槽，取得了過料600萬t的優(yōu)異成績。
4）鑲嵌硬質(zhì)合金襯板用于2500立方米高爐并罐式無料鐘爐頂?shù)闹行暮砉苁褂脮r間超過4年。
5）新型水冷氣密箱使用5年不漏水、不阻塞、冷卻效率不降低。
2.3高標準的技術(shù)性能指標和可靠性
1）能實現(xiàn)高爐操作所需的任何形式布料（螺旋、單環(huán)、多環(huán)、扇形、定點、時間法、重量法）。
2）布料控制精度：α角（布料溜槽傾角）顯示精度0.01°定位精度＜±0.2°；γ角（料流調(diào)節(jié)閥開度）顯示精度0.01°定位精度＜±0.2°；料罐稱重精度0.5％。
3）設(shè)備最大裝料能力：滿足5500立方米及以上高爐生產(chǎn)要求。
4）水冷氣密箱（含布料溜槽傾動減速機、行星差動減速機）使用壽命：正常使用條件下8年。
5）氣密箱適應高溫能力：長期：爐頂平均溫度200℃-250℃，爐喉十字測溫中心點溫度500℃-600℃；短期：爐頂平均溫度300℃-400℃，爐喉十字測溫中心點溫度700℃-800℃。
6）對物料沖擊區(qū)的保護：使用高耐磨性鑲嵌硬質(zhì)合金或鑲嵌鑄造硬質(zhì)合金襯板，使用壽命比傳統(tǒng)高鉻鑄鐵襯板提高2-5倍。
3首鋼型并罐無料鐘爐頂技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益
首鋼國際工程公司對首鋼型無料鐘爐頂技術(shù)擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，除極少數(shù)傳感器和小型軸承選用國外產(chǎn)品，所有設(shè)備均在國內(nèi)制造，另外首鋼型無料鐘爐頂技術(shù)性能和可靠性與國外進口設(shè)備相當。因此首鋼型無料鐘爐頂比國外進口無料鐘爐頂有巨大的價格優(yōu)勢和更高的性價比。首鋼型無料鐘爐頂?shù)膬r格只相當同類國外進口設(shè)備的1/3。若考慮設(shè)備使用后備件使用成本，首鋼型并罐無料鐘爐頂?shù)慕?jīng)濟效益更為可觀。
首鋼國際工程公司為國內(nèi)外高爐提供過18套無料鐘爐頂設(shè)備，其中投產(chǎn)16套，在建2套。高爐應用范圍：650立方米-5500立方米。首鋼型無料鐘爐頂在實際生產(chǎn)中已使用30年，經(jīng)歷了各種惡劣工況條件的考驗，高爐生產(chǎn)指標一直位居全國前列，充分證明首鋼型無料鐘爐頂設(shè)備具有技術(shù)性能良好、運行可靠、耐用等特點。
（首鋼京唐鋼鐵廠5500m³高爐并罐無料鐘爐頂1：1仿真試驗現(xiàn)場）
4首鋼型并罐無料鐘爐頂技術(shù)研發(fā)團隊
從國內(nèi)首創(chuàng)至今的三十多年，經(jīng)過首鋼國際工程公司幾代技術(shù)專家們對無料鐘爐頂技術(shù)孜孜以求的不懈努力，首鋼無料鐘爐頂技術(shù)始終緊跟國際先進水平。首鋼國際工程公司的技術(shù)研發(fā)團隊在具有二十多年豐富經(jīng)驗的首鋼專家蘇維、張建等教授高工的帶領(lǐng)下，陳廣生、蔣志浩、耿云梅、李俊青等高級工程師和閆樹武、梁偉、戴建華、李欣等具有博士、碩士學位的技術(shù)研發(fā)團隊采用三維建模、三維設(shè)計、運動動力學計算機仿真、有限元計算和流場分析等國際先進的三維數(shù)字化精準設(shè)計方法，已掌握了具有國際領(lǐng)先水平的無料鐘綜合技術(shù)，通過首鋼京唐5500m³高爐的實踐驗證，實現(xiàn)了我國冶金關(guān)鍵裝備技術(shù)的重大突破。
（撰稿人：蘇維）
