高爐液壓泥炮的改進(jìn)

郭 浩，許 光，高本國(guó)

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津300301）

1 應(yīng)用概況

泥炮機(jī)是高爐爐前生產(chǎn)的心臟設(shè)備，在高爐生產(chǎn)中占有的重要地位。天津鋼管集團(tuán)制鐵公司泥炮機(jī)在高爐投產(chǎn)后一直沒進(jìn)行過大修和更換，泥炮機(jī)已經(jīng)很難滿足正常使用的工作要求。針對(duì)這一情況，根據(jù)天津鋼管集團(tuán)制鐵公司的要求，對(duì)泥炮機(jī)進(jìn)行了更換和改造。新泥炮機(jī)采用了北京科技大學(xué)設(shè)計(jì)的KD240型液壓泥炮，其特點(diǎn)是機(jī)械構(gòu)件重量輕，液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于操作等。經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，遇到一些問題，2009年高爐大修，由廣州白云液壓機(jī)械廠對(duì)該設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 KD240型液壓泥炮結(jié)構(gòu)及工作原理

KD240型液壓泥熗結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該液壓泥炮主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和打泥機(jī)構(gòu)兩個(gè)部件組成，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，打泥機(jī)構(gòu)由炮筒內(nèi)活塞驅(qū)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)型式為PW型號(hào),設(shè)備安裝時(shí)與水平面成13度傾角的斜底座式配合,安裝的機(jī)構(gòu)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單,全部動(dòng)作由液壓系統(tǒng)帶動(dòng)兩個(gè)油缸來(lái)完成。其中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓缸驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制轉(zhuǎn)炮、壓炮等動(dòng)作,油缸來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)過程時(shí),避免了運(yùn)動(dòng)死角,動(dòng)作平穩(wěn)可靠。

圖1 KD240液壓泥炮結(jié)構(gòu)圖

KD240型液壓泥炮工作方式是打泥機(jī)構(gòu)的液壓缸活塞桿被固定,液壓缸本體來(lái)回動(dòng)作,帶動(dòng)泥缸內(nèi)的泥塞前進(jìn)后退達(dá)到打泥和裝泥的目的，液壓泥炮的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在一斜底座上,斜底座方向有13度的堵炮角度,這樣回轉(zhuǎn)退到原工作位置時(shí)，不會(huì)干擾爐前鐵口的除塵管道及罩子。打泥機(jī)構(gòu)是懸掛在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上面,角度通過短拉桿調(diào)節(jié)螺紋來(lái)調(diào)整泥炮的堵口角度。

3 KD240型液壓泥炮性能參數(shù)簡(jiǎn)介

KD240液壓泥炮自重15 800 kg，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及性能參數(shù)簡(jiǎn)介如下。

3.1 打泥機(jī)構(gòu)

泥缸容積0.23立方米，泥塞工作推力2 400 kN，炮泥單位工作壓力12.2 MPa，泥缸直徑500 mm，吐泥速度0.25 m/s，油缸直徑350 mm，油缸行程1 380 mm，工作油壓25 MPa，額定流量104 L/min，活塞有效直徑1 170 mm。

3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

壓炮力220 kN，壓炮角度13°，工作轉(zhuǎn)角160°，回轉(zhuǎn)時(shí)間12-15 s，油缸直徑180 mm，活塞行程1 010 mm，工作油壓21 MPa，額定流量127 L/min。

3.3 基礎(chǔ)外載荷

垂直載荷Pz=160 kN，水平力（壓炮時(shí)）Px=220 kN，平面轉(zhuǎn)矩Mz=495 kN·m，傾動(dòng)力矩：壓炮時(shí)Mx=202 kN·m，My=360 kN·m，轉(zhuǎn)臂與鐵鉤平行時(shí)Mymax=110 kN·m.

4 KD240型泥炮液壓系統(tǒng)故障分析

泥炮液壓系統(tǒng)故障排列直方圖如圖2所示。泥炮機(jī)故障產(chǎn)生原因是多方面的,泥炮回轉(zhuǎn)控制拉桿是調(diào)整泥炮南北方向上與高爐鐵口中心線相對(duì)位置的調(diào)整裝置，在泥炮回轉(zhuǎn)過程中保證泥炮炮頭與鐵口中心線的同軸度，正常狀態(tài)下承擔(dān)泥炮的整體回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)慣性受力。從拉桿的受力分析入手，拉桿唯一受力是帶有180 Mpa壓力的液壓油對(duì)油缸沖壓推動(dòng)油缸動(dòng)作，油缸推動(dòng)泥炮回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力。接近10噸的回轉(zhuǎn)部分在油缸推動(dòng)下，以定速轉(zhuǎn)向鐵口，對(duì)拉桿造成的拉伸。然后撞擊鐵口后反作用在泥炮拉桿上，對(duì)其產(chǎn)生一定的壓縮。近期爐前設(shè)備故障相對(duì)集中爆發(fā)，如回轉(zhuǎn)油缸緩沖失效，油缸漏油嚴(yán)重，泥炮拉桿兩次彎曲變形，以及泥炮主油路故障，還有泥炮控制拉桿銷軸開焊，問題集中體現(xiàn)在泥炮控制拉桿上。因此可以得出，泥炮運(yùn)行的穩(wěn)定性主要取決于油溫、油品質(zhì)量和沖擊力的控制。

5 KD240型液壓泥炮改進(jìn)措施

5.1 加強(qiáng)對(duì)油液溫度的控制

爐前液壓站4臺(tái)液壓泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油液的溫度很快會(huì)升到60多度，油溫的升高會(huì)導(dǎo)致閥芯磨損較快,引起不能起到自身保壓功能等諸多嚴(yán)重的問題。即使液壓站采取間歇式工作，液壓油的溫度仍然沒有下降到正常的范圍內(nèi)，其原因?yàn)楸旧淼难h(huán)冷卻系統(tǒng)進(jìn)水溫度高達(dá)30多度，起不到一個(gè)良好的冷卻效果，同時(shí)液壓油箱面積過小，散熱能力達(dá)不到要求。目前采取的措施是在油箱旁安置一臺(tái)8KW的風(fēng)機(jī)對(duì)油箱進(jìn)行風(fēng)冷。下一步的計(jì)劃是對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，參考熱風(fēng)爐液壓站冷卻水系統(tǒng)改造的經(jīng)驗(yàn)，增加一臺(tái)制冷機(jī)來(lái)降低循環(huán)冷卻的進(jìn)水溫度。

5.2 提高油品質(zhì)量

對(duì)于液壓系統(tǒng)而言，油質(zhì)清潔度至關(guān)重要。原系統(tǒng)所帶的回油過濾器從過濾精度和過濾能力上已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)對(duì)油質(zhì)的要求，采用自循環(huán)過濾系統(tǒng)是提高可靠性的重要手段。措施是在油箱旁增設(shè)一臺(tái)過濾精度為5 μ的3R過濾機(jī)，每個(gè)月更換過濾機(jī)的濾芯 提高液壓系統(tǒng)油品品質(zhì)，將油品精度提高到NAS8級(jí)。實(shí)際使用系統(tǒng)半年后故障率有了明顯的下降。

5.3 對(duì)液壓系統(tǒng)性能的改進(jìn)

通過現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)反饋及成本效益分析,爐前的環(huán)境因素對(duì)泥炮設(shè)備的使用壽命影響極大。為保證高爐能夠正常出鐵，決定采用東、西兩個(gè)出鐵口出鐵，兩個(gè)出鐵口各設(shè)置泥炮和開口機(jī)，兩邊的泥炮、開口機(jī)有各自的控制閥臺(tái)，共用一個(gè)液壓泵站。設(shè)備改造后運(yùn)行一年多，保證了高爐的開口和堵口，使高爐正常的出鐵。圖3給出了改造后的泥炮液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖。由于國(guó)產(chǎn)的手動(dòng)換向閥會(huì)引起系統(tǒng)很大的沖擊并且手動(dòng)換向閥內(nèi)部的定位銷軸在使用時(shí)經(jīng)常斷裂，使換向閥無(wú)法換向，導(dǎo)致泥炮無(wú)法工作，采取的應(yīng)對(duì)措施是增設(shè)一手動(dòng)換向閥操作閥臺(tái)（如圖3）。新增的手動(dòng)操作閥臺(tái)的手動(dòng)換向閥對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了保障,同時(shí)也解決了原有液壓閥臺(tái)滲油的老問題。

5.4 減小泥炮沖擊力

圖2 泥炮液壓系統(tǒng)故障排列直方圖

圖3 改造后的泥炮液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

由于泥炮的振動(dòng)沖擊比較大，導(dǎo)致連桿和液壓缸的連接銷軸經(jīng)常斷裂，極大的影響了泥炮的正常工作。將斷裂的銷軸拆下經(jīng)分析后，發(fā)現(xiàn)銷軸的材質(zhì)和強(qiáng)度達(dá)不到要求。應(yīng)對(duì)措施是將原來(lái)的普通鋼銷軸更換材質(zhì)為40Cr鍛件制作的銷軸，更換后得到了明顯改善效果。

通過以上四項(xiàng)有效的整改措施，基本解決了泥炮使用過程中遇到的問題，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，改造后的泥炮非計(jì)劃?rùn)z修率為零。

6 自主修復(fù)泥炮注意事項(xiàng)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

所拆解、制造及裝配驗(yàn)收的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)按北京科技大學(xué)——KD24液壓泥炮圖紙及技術(shù)條件嚴(yán)格執(zhí)行。提供油缸打壓試驗(yàn)報(bào)告一份，交付焊口探傷報(bào)告一份，交付機(jī)械整體試驗(yàn)報(bào)告及合格證。

6.1 檢查及更換回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分的所有軸承，銷軸及自潤(rùn)滑軸承，檢查修復(fù)機(jī)架各部分軸和孔的尺寸和形位公差。需要更換均需重新制作。

6.2 拆解回轉(zhuǎn)油缸，檢查活塞桿、活塞、銅套等部件。需要更換的全部更換，所有密封全部更換。如油缸活塞桿、缸筒經(jīng)解體檢查因損傷無(wú)法修復(fù)時(shí)，應(yīng)重新制作。

6.3 拆解吊掛機(jī)構(gòu)緩沖器，修復(fù)各部分尺寸及更換全部關(guān)節(jié)軸承、碟簧，制作更換銷軸。鞍座及上蓋按照乙方提供相對(duì)應(yīng)圖紙重新制作。修復(fù)控制連桿，更換碟簧，控制連桿固定用銷軸加長(zhǎng)，并固定焊接（長(zhǎng)度要求大于裝配銷孔尺寸）。

6.4 配作管卡及配管和連接頭。整體修復(fù)完成后，在修復(fù)方現(xiàn)場(chǎng)做運(yùn)行試驗(yàn)，達(dá)成技術(shù)要求后進(jìn)行刷漆、涂油。止動(dòng)板上部加裝防塵蓋。機(jī)構(gòu)所有焊口要進(jìn)行探傷檢查。肘板樞軸加油孔徑向外轉(zhuǎn)120度至機(jī)構(gòu)外側(cè)（加管路配接頭），裝配圖第KD21-40.22軸在回轉(zhuǎn)結(jié)合部位設(shè)計(jì)加油潤(rùn)滑孔道。

7 泥炮安全應(yīng)急預(yù)案：

如遇故障東（西）泥炮液壓系統(tǒng)不啟壓，電機(jī)正常運(yùn)行，導(dǎo)致泥炮無(wú)旋轉(zhuǎn)、打泥動(dòng)作，不及時(shí)處理將會(huì)影響堵口。

應(yīng)急措施：東、西泥炮液壓系統(tǒng)為相互備用，具體操作步驟如下：將爐前液壓站1#、2#液壓泵出口之間相連的球閥打開（在油箱上表面處）；如要運(yùn)行東泥炮，就將西操作間的泥炮閥臺(tái)進(jìn)油球閥（一件）關(guān)閉；如要運(yùn)行西泥炮，就將東操作間的泥炮閥臺(tái)進(jìn)油球閥（一件）關(guān)閉；球閥開關(guān)完畢后，試運(yùn)行泥炮，確保正常堵口。

8 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備的不斷更新改造和投入使用，可以達(dá)到不斷完善設(shè)備功能及結(jié)構(gòu)的目的。找到問題所在，主動(dòng)改造創(chuàng)新，排除不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要的隱患是我們的目標(biāo)。設(shè)備改造是基礎(chǔ)，同時(shí)不能忽視設(shè)備的基礎(chǔ)管理。

改造后泥炮的故障率為零，每年節(jié)約外委維修費(fèi)用20余萬(wàn)元。從安全和環(huán)保生產(chǎn)的角度分析，社會(huì)效益會(huì)比經(jīng)濟(jì)效益高很多。本項(xiàng)工作所做的改造完全可以應(yīng)用到全國(guó)其他同類型高爐上，可以解決困擾很多企業(yè)的難題。

[1]嚴(yán)允進(jìn).煉鐵機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2007:330-340.

[2]趙剛，吳杰.BG-400泥炮液壓系統(tǒng)改造[J].廣東：南方金屬,1999(3):37-41.