Независимо от выбранной схемы компоновки системы вторичных датчиков, их общими характеристиками являются механизированное и автоматическое выполнение таких операций, как монтаж зонда, опускание зонда в печь для проведения измерений, подъём зонда и демонтаж зонда. Анализируя типовые установки вторичных датчиков на отечественных и зарубежных металлургических предприятиях и классифицируя их по общей схеме размещения оборудования, можно выделить следующие пять основных типов:
1. Стороннее стационарное расположение;
2. При работе рама вращается по принципу противоположного поворотного устройства;
3. При работе рама не вращается; расположение с противоположной стороны по типу поворотного механизма;
4. Ротационное расположение на одной и той же стороне, при котором рама во время работы не вращается;
5. Размещение с боковым перекрёстным смещением.
Упомянутые в вышеизложенных типах понятия «одностороннее» и «противоположное» относятся к расположению установки кислородного пистолета по одной стороне мартеновского пролёта. Если дополнительный пистолет и кислородный пистолет размещены по одну сторону мартеновского пролёта, это считается односторонним расположением; в противном случае — противоположным. Каждый из этих вариантов конструкции применяется в рамках различных технологий сталеплавильного производства и соответствующих конфигураций цехов и обладает своими особенностями.
1 Симметричное стационарное расположение
Расположение вспомогательной горелки с неподвижной противоположной стороной означает, что рельсовый путь вспомогательной горелки закреплён на противоположной от кислородной горелки стороне прокатного цеха. В подразделении нержавеющей стали компании Baosteel такой подход применяется на 120‑тонном агрегате AOD. Во время работы зонд вспомогательной горелки устанавливается непосредственно в положении загрузки в печь, после чего проводится измерение внутри печи; по завершении операции и подъёма горелки из печи зонд сразу же демонтируется в том же положении загрузки.
Основными особенностями данного способа размещения являются:
(1) Рабочий цикл вспомогательной горелки короткий (обычно менее 100 с)
К преимуществам короткого цикла относится следующее: если текущий анализ завершился неудачей из‑за неисправности зонда, сигнала или других факторов и требуется его повторное проведение, то чем быстрее будет осуществлена дополнительная проверка, тем меньше будет влияние на качество жидкой стали и продолжительность металлургического цикла. Кроме того, поскольку интервал между промежуточным и конечным анализами с помощью вспомогательной пушки обычно составляет всего около 3 минут, слишком длительный рабочий цикл вспомогательной пушки непосредственно отражается на общей продолжительности металлургического процесса.
(2) Ход подъёма и опускания вспомогательной пушки достаточно велик.
Поскольку на месте загрузки в печь выполняется монтаж и демонтаж зонда на дополнительной горелке, независимо от используемого оборудования для этих операций необходимо обеспечить достаточное пространство по высоте между верхней частью оборудования над отверстием в парогазовом канале дополнительной горелки и нижним концом разъёмного соединения зонда, чтобы можно было производить его монтаж и демонтаж. Поэтому, по сравнению с вариантом размещения, при котором зонд монтируется и демонтируется на другом участке, ход подъёма‑опускания стационарной дополнительной горелки составляет примерно 2,5–3 м.
Вспомогательная горелка с неподвижным креплением на противоположной стороне постоянно занимает часть пространства над конвертером; она применяется в следующих случаях:
Кладка огнеупорных материалов в конвертере осуществляется по офлайн‑технологии. Например, в конвертерах для выплавки нержавеющей стали, где расход огнеупоров высок и срок службы одной кампании короток, чтобы минимизировать влияние ремонтных работ на производство, обычно применяют замену корпуса. Старый корпус, находящийся в эксплуатации, извлекают, а его место занимает новый корпус, уже выложенный и просушённый; это позволяет немедленно возобновить производство, тогда как старый корпус выводят из работы для проведения демонтажа, кладки и сушки, не нарушая основной производственной линии.
Конвертер, в котором применяется метод нижней перекладки. При таком способе ремонта днище конвертера съёмное: во время ремонта оно демонтируется, а с помощью специального тележки и других устройств осуществляется подача и укладка огнеупорных материалов через нижнюю часть обечайки.
Конвертер, ремонтируемый методом простого верхнего ремонта. Этот способ ремонта применяется на небольших и средних конвертерах с невысокой степенью автоматизации. При проведении ремонта рабочие вручную возводят временные леса для выполнения кладки огнеупорных материалов;
Применяется в цехах, где однокамерные или двухкамерные конвертеры размещены рядом друг с другом. В процессе производства кислородные горелки находятся на рабочем месте, что вместе с дополнительными горелками перекрывает транспортный коридор конвертерного пролёта и ограничивает маршруты перемещения для подачи запасных кислородных горелок и проведения других ремонтных работ. При смежном размещении двухкамерных конвертеров, чтобы исключить взаимное влияние производственных и ремонтных операций между ними, по обеим сторонам конвертерного пролёта необходимо предусмотреть отдельные места для хранения запасных кислородных горелок и шлангов.
2 Ротационное расположение на противоположной стороне при вращении рамы во время работы
При таком способе компоновки рама подвесной направляющей для подъёма‑опускания вторичной горелки размещается с противоположной стороны от кислородной горелки и вращается вместе с опорной точкой. Рабочий процесс следующий: на месте ожидания устанавливается зонд, после чего горелка поворачивается к месту загрузки печи для проведения измерений; затем, подняв горелку, она вновь возвращается с места загрузки на место ожидания для демонтажа зонда.
Особенности данного способа размещения заключаются в следующем:
(1) Рабочий цикл относительно длительный
Вследствие добавления двух дополнительных циклов поворота и времени на позиционирование период работы данного типа компоновки составляет от 120 до 160 с.
(2) Ход подъёма и опускания вспомогательной пушки небольшой
Верхнее предельное положение вспомогательной штанги должно обеспечивать лишь такое расположение, при котором нижняя часть зонда находится выше оборудования, установленного над отверстием вспомогательной штанги в парогазовом канале (устройства азотной защиты, герметичные двери, скребки для удаления шлака и т. п.). Благодаря короткому ходу и небольшой общей высоте оборудования вспомогательной штанги требования к высоте пролёта цеха конвертера не являются жёсткими.
Благодаря вращающейся раме повышаются гибкость и адаптивность, что делает её пригодной для следующих случаев:
Две или более конвертерных цехов, расположенных параллельно в пределах одной пролёта. При проведении операций по подъёму и замене кислородной горелки либо при ремонте оборудования вторичная горелка находится в резервном положении, что позволяет освободить транспортный проход;
В конвертере применяется высокоавтоматизированный метод ремонта с использованием ремонтной башни. При проведении ремонтных работ две кислородные горелки и вспомогательная горелка находятся в режиме ожидания; вытяжная камера‑тележка отводится в сторону, ремонтная тележка перемещается непосредственно над конвертером, а ремонтная башня поднимается на эту тележку и надёжно фиксируется.
В современных металлургических предприятиях, учитывая совокупность факторов, включая производственную мощность, конфигурация конвертеров чаще всего предусматривает их параллельное размещение — по два и более. Корпуса конвертеров, как правило, выполняются неразборными, а кладка внутренней футеровки в большинстве случаев осуществляется методом ремонта на рабочем месте с использованием ремонтной башни. В связи с этим установка вторичных пистолетов при такой компоновке является весьма распространённым решением на современных сталелитейных заводах; примеры таких предприятий — японские заводы JFE в Фукуяме и Кавасаки‑Суйдзё, немецкий завод ThyssenKrupp, австрийский завод в Линце, а также более 98% отечественных металлургических предприятий, оснащённых вторичными пистолетами.
3. Ротационное расположение с противоположной стороны, при котором рама не вращается во время работы
Данный способ построения совпадает с боковым вращающимся расположением оборудования; различие заключается в следующем: во‑первых, устройство для обработки зонда размещено не на цеховой платформе, а на небольшой площадке, установленной на мобильной тележке вытяжного колпака; при работе монтаж и демонтаж зонда, а также его загрузка в печь осуществляются в одном и том же месте, что обеспечивает короткий рабочий цикл — как правило, менее 100 с. Вспомогательная штанга и рама при работе не вращаются; поворот производится лишь при ремонте печи или при необходимости освободить транспортный проход; во‑вторых, ход подъёма‑опускания значительно больше, а длина ствола штанги — длиннее.
Этот тип конструкции фактически сочетает в себе преимущества двух вышеупомянутых схем; он характеризуется коротким рабочим циклом и позволяет освободить транспортный проход под конвертерной пролётной конструкцией. Однако его недостатком является значительная общая высота оборудования вторичного пистолета. Если эта высота оказывает влияние на габариты здания конвертерной пролётной конструкции, данную проблему можно решить путём применения подвижных направляющих роликов для ствола пистолета, что позволит уменьшить высоту рельсового пути и длину самого ствола.
Данная схема компоновки применяется на конвертерах для производства углеродистой стали мощностью 150 т в японском сталелитейном заводе Вакаяма и в подразделении нержавеющей стали компании Baosteel.
4. Ротационная схема с неподвижной рамой на одной и той же стороне при работе
Данная схема размещения предусматривает, что поворотный каркас и поворотная опора для вспомогательной горелки, а также кислородная горелка располагаются с одной и той же стороны. Во время работы поворотный каркас не вращается, а монтаж‑демонтаж зонда и его погрузка‑выгрузка осуществляются в одном и том же месте. По сравнению с противоположной поворотной схемой, помимо всех её преимуществ, главным отличием является следующее: при одностороннем размещении между пролётами конвертера всегда сохраняется свободный проход, благодаря чему замена и ремонт резервной кислородной горелки на других конвертерах, а также соответствующие подъёмные операции не оказывают никакого влияния на производственный процесс. Конструкция каркаса выполнена поворотной исключительно для того, чтобы во время кладки огнеупорных материалов в конвертере освободить пространство для установки башни для ремонта печи.
Ввиду размещения на той же стороне, что и кислородная горелка, точка вращательного опирания может быть установлена лишь над оборудованием кислородной горелки; в рабочем положении вращающаяся рама фиксируется нижней частью подъёмно‑опускательной рельсовой рамы относительно платформы, что обеспечивает необходимую жёсткость.
Кроме того, выбор точки ввода вторичной горелки в печь зависит от типа печи, номинальной вместимости конвертера, схемы расположения нижних дутьевых форсунок, размеров устья конвертера, а также габаритных размеров оборудования вторичной кислородной горелки. Расстояние между точкой ввода вторичной горелки и центром конвертера (точкой ввода кислородной горелки) обычно составляет 900–1 400 мм. Если вторичная и кислородная горелки размещаются по одной стороне, пространство, которое может быть занято оборудованием второй горелки, существенно ограничивается; вследствие этого корпус вторичной горелки, подъёмно‑опускательный рельсовый каркас и прочие элементы при боковом размещении оказываются относительно более компактными и изящными. Ввиду этих ограничений проектирование вторичной горелки при боковом размещении представляет повышенную сложность; в Китае такой подход применяется лишь на предприятии Baosteel.
5 Боковое поперечное размещение
Вспомогательная и кислородная горелки размещены на противоположных сторонах; подъёмно‑опускательная направляющая вспомогательной горелки интегрирована с верхним поперечным перемещающимся каркасом. В рабочем режиме вспомогательная горелка устанавливает зонд в положении ожидания, затем вместе с поперечным перемещающимся каркасом перемещается к месту загрузки для проведения измерений; по завершении операции горелка поднимается и вновь перемещается в положение ожидания для демонтажа зонда. Её рабочий цикл и ход подъёма‑опускания аналогичны таковым при противоположном поворотном расположении, когда вращается соответствующий каркас. Причина выбора поперечного перемещения прежде всего обусловлена продольными габаритами пролёта конвертора. Во многих металлургических предприятиях, где уже ведётся производство, но отсутствуют установки для вспомогательной горелки — поскольку при строительстве не было предусмотрено необходимое пространство для её системы — попытки впоследствии внедрить дополнительное оборудование по традиционной поворотной схеме сталкиваются с недостатком места для компоновки. Поперечно‑перемещаемая схема эффективно решает эту проблему.
Основные особенности вспомогательной горелочной установки с боковым поперечным перемещением заключаются в следующем: небольшой ход подъёма‑опускания вспомогательной горелки, рабочий цикл составляет примерно 120–150 с, компактность и минимальное занимаемое пространство; она применима к конвертерам, эксплуатируемым по различным методам ремонта печей, а также может использоваться в помещениях с крайне малыми пролётами между стойками конвертера, особенно удобна для старых металлургических заводов, где предусмотрено дополнительное оснащение вспомогательной горелкой.
В качестве примеров можно привести конвертер № 23 голландской компании «Хоговен Стил» и конвертер на втором сталелитейном заводе компании «Бацзян» в Синьцзяне.
Вышеуказанные пять типов компоновки вспомогательных кранов в основном охватывают существующие варианты общей планировки вспомогательных кранов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками, а также соответствующей сферой применения. Выбор наиболее рациональной схемы размещения в различных условиях — главная цель.