濟鋼1750 m3高爐爐前全液壓開口機技術改進

楊士嶺 王立波

(濟南鋼鐵集團有限公司)

濟鋼1750 m3高爐爐前全液壓開口機技術改進

楊士嶺 王立波

(濟南鋼鐵集團有限公司)

針對濟鋼1750 m3高爐爐前CHY2000型全液壓開口機在生產(chǎn)使用中存在的缺陷，對其液壓控制系統(tǒng)和霧化水系統(tǒng)進行了優(yōu)化。尤其是對鑿巖機沖擊系統(tǒng)的改進，有效的解決了鑿巖機沖擊的問題。

高爐 開口機 液壓 行程節(jié)流閥

0 前言

濟鋼共有三座1750 m3高爐，原爐前開口機均采用氣液混合式開口機，此種開口機旋轉采用液壓為動力源，鑿巖機部分采用高壓氣體為動力源，其不論開孔能力、開孔速度、開孔質量還是作業(yè)強度、安全性等，都已無法適應高爐冶煉發(fā)展需要。為此，濟鋼煉鐵廠于2009年率先在1號1750 m3高爐爐前進行了全液壓開口機改造，在使用過程中，暴露出一些問題，經(jīng)與廠家進行協(xié)商，對其液壓系統(tǒng)和霧化水系統(tǒng)存在的問題進行優(yōu)化，為2號、3號1750 m3高爐爐前全液壓開口機的成功改進奠定了基礎。

1 全液壓開口機的結構及性能

1.1 結構

濟鋼1750 m3高爐爐前采用CHY2000型全液壓開口機，此開口機主要由三部分組成，即霧化水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機械部分。其中霧化水系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)壓縮空氣和水的流量，控制開口機的吹灰清掃和對鉆桿、鉆頭的冷卻。液壓系統(tǒng)控制開口機的回轉運動、傾動運動和鑿巖機的進給、鉆進、振打，其液壓系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 開口機液壓原理圖

機械部分主要由回轉機構和鉆進機構兩部分組成。一是回轉機構主要包括基座、轉臂和回轉油缸等。其功能是將開鐵口機送至工作位置或避讓位置，并將工作時產(chǎn)生的反力傳遞給基礎。當回轉油缸活塞桿伸出時，開鐵口機進入工作位置，反之為退讓位置。二是鉆進機構主要包括推進油馬達、推進橫梁、鏈條、行走小車液壓鑿巖機、鉆桿和鉆頭等，其中液壓鑿巖機包括沖擊器和轉釬兩個液壓工作機構。其功能是推進馬達通過鏈條和行走小車，帶動鑿巖機等在推進橫梁上運動，并為鑿巖機提供工作反力，鑿巖機沖擊回轉打開鐵口，然后快速回退。

1.2 性能

CHY2000型全液壓開口機是新一代多功能開口機，與氣－液混合式開口機相比:全液壓開口機工作平穩(wěn)性高，沖擊力小，易于傳遞較大的力和扭矩，而且在相同功率的條件下，液壓傳動裝置易于實現(xiàn)過載保護，調(diào)速性能好，動作可靠，起閉迅速，操作維護方便等特點。而且其機械結構具有體積小、結構緊湊，節(jié)約空間環(huán)境等特點，適用于1000 m3～2700 m3范圍的高爐上使用。濟鋼全液壓開口機主要性能參數(shù)見表1。

表1 濟鋼全液壓開口機主要性能參數(shù)

2 存在問題及分析

通過對1號1750 m3高爐全液壓開口機的改造和在生產(chǎn)中的使用情況，結合開口機液壓控制系統(tǒng)和霧化水控制系統(tǒng)原理，對存在的問題分析如下:

2.1 旋轉液壓控制油路設計不合理

全液壓開口機應用后，發(fā)現(xiàn)開口機在旋轉過程中，出現(xiàn)旋轉速度過快，對開口機的機械結構造成嚴重的損傷，經(jīng)常出現(xiàn)開口機底座地腳螺栓松動，鑿巖機行走大梁變形等問題。雖通過調(diào)節(jié)旋轉機構控制回路中的節(jié)流閥來控制管路中液壓油的流量，來控制開口機轉壁速度，但沒有從根本上解決開口機的緩沖問題。改造后的全液壓開口機在應用到7個月時，出現(xiàn)開口機吊掛機構與鑿巖機小車行走大梁斷裂，致使開口機的核心部件鑿巖機和小車行走大梁墜入鐵溝，造成開口機無法進行開鐵口工作，影響了高爐的正常生產(chǎn)。同時，增加了備件費用的巨大支出。

2.2 鑿巖機沖擊頻率小

開口機在應用一段時間后，發(fā)現(xiàn)鑿巖機的沖擊頻率小，開鐵口速度慢，不能夠滿足高爐生產(chǎn)的需求。

2.3 液壓站的局限性

1號1750 m3高爐全液壓開口機改造時單獨建立了開口機液壓站，隨著2號1750 m3高爐全液壓開口機的相繼改造，發(fā)現(xiàn)此高爐空間布局存在一定的局限性，以及單獨建立開口機液壓站費用比較高，而且備件不統(tǒng)一的問題。

2.4 加油方式單一

液壓系統(tǒng)漏油的現(xiàn)象時有發(fā)生，漏油嚴重時就要對油箱進行補油，以往對油箱加油都是利用加油機進行加油，問題是用濾油機加油操作不方便和型號種類繁多，造成加油不及時、備件的不便管理和成本費用增加。

2.5 霧化水效果不理想

圖2 開口機霧化水原理圖

開口機霧化水系統(tǒng)的工作原理(如圖2所示)是以高壓風和工業(yè)水為介質，利用風帶著水形成霧化，對鐵口通道進行吹掃，降低鉆桿和鉆頭的溫度，延長鉆桿和鉆頭的使用壽命。但在在使用過程中，出現(xiàn)霧化效果不理想，霧化水系統(tǒng)管路結垢、閥芯范卡等問題。

3 改進措施

經(jīng)過對原全液壓開口機液壓控制系統(tǒng)的原理進行分析和對生產(chǎn)實踐經(jīng)驗進行總結，將全液壓開口機液壓控制系統(tǒng)的液壓原理圖進行了改進(如圖3所示)及霧化水介質的優(yōu)化，并在原有條件的基礎上進行了改造。

圖3 開口機液壓改進后原理圖

3.1 旋轉液壓控制油路添加行程節(jié)流閥

針對開口機在旋轉過程中無緩沖裝置的問題，采取在全液壓開口機旋轉控制液壓回路上添加了一套行程節(jié)流閥［1］，通過開口機在旋轉過程中位置的不同來控制行程節(jié)流閥的變化，利用節(jié)流閥開度的大小控制旋轉液壓回路油液流量的大小，進而控制開口機旋轉油缸伸縮速度的快、慢，生產(chǎn)過程中根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，此項改進從根本上解決了開口機的緩沖問題，避免了鑿巖機和小車行走大梁墜入鐵溝現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 優(yōu)化鑿巖機液壓沖擊控制系統(tǒng)

為解決鑿巖機沖擊頻率小的問題，通過查閱液壓手冊和對液壓沖擊系統(tǒng)的分析，并與廠家專業(yè)人員研究和實驗，對其鑿巖機沖擊系統(tǒng)進行了改進，改進后的鑿巖機沖擊系統(tǒng)由控制閥組、中空式活塞桿油缸組成。其中控制閥組是由兩個溢流閥、二位四通電液換向閥、二位二通電磁閥和節(jié)流閥組成［2］。此系統(tǒng)額定壓力12 MPa，沖擊液壓缸實際工作壓力8 MPa;沖擊工作流量是12～70 L/min;沖擊頻率是20～60 Hz(可調(diào));液壓缸 理論輸出力60 kN，行程50 mm。此系統(tǒng)以一種比較簡單的方式解決了原開口機振打液壓系統(tǒng)的不足、簡化了系統(tǒng)的組成、保證了工作的效率和振打效果、降低了成本。

3.3 添加切換閥臺

針對2號1750 m3是否單獨建立液壓站的問題，經(jīng)廣大工程技術人員的研究進行了如下改造，采用開口機與液壓炮共用一個液壓站，在液壓炮和開口機操作室內(nèi)添加了一個切換閥臺。在開口機工作時，將三通球閥［3］切換到開口機位置，不工作時切換到液壓炮位置，這樣解決了需單獨建立開口機液壓站難題，也節(jié)約了建立開口機液壓站的費用，后來推廣到3號1750 m3高爐。

3.4 改變加油方式

根據(jù)以往加油方式的局限性，對液壓站循環(huán)泵工作原理進行分析和改進，利用循環(huán)泵進行加油。方法是在原循環(huán)泵吸油口處添加了一旁通管路，管路上加有球閥和橡膠軟管，正常生產(chǎn)時旁通管路上的球閥關閉。補油時先將橡膠軟管插入液壓油油桶內(nèi)，將旁通管路上的球閥打開，關閉泵與油箱進口的球閥，通過循環(huán)泵的吸油對油箱進行加油，此加油方法方便快捷，代替了以往加油時必須使用加油機的問題，而且加油速度要比加油機快。同時，保證了對新液壓油的過濾，在備件方面循環(huán)泵的備件型號比較統(tǒng)一，省去了加油機的備件費用。

3.5 改善霧化水介質

通過對霧化水系統(tǒng)的分析和排查，發(fā)現(xiàn)其主要原因是壓縮空氣氣壓不穩(wěn)和工業(yè)水臟，導致霧化水系統(tǒng)管路結垢和閥芯范卡，后經(jīng)對霧化水介質進行優(yōu)化，用中壓氮代替壓縮空氣，軟水代替工業(yè)水，通過對霧化水介質的優(yōu)化解決了氣體介質壓力不穩(wěn)和水臟的難題，避免了霧化水系統(tǒng)管路結垢和閥芯范卡的現(xiàn)象。

4 改進效果

1)通過對1號1750 m3高爐爐前全液壓開口機的改進和應用，使得設備工作穩(wěn)定性得以大幅度提高，事故率穩(wěn)步降低，基本實現(xiàn)對高爐生產(chǎn)的零影響，具有較高的經(jīng)濟效益，有效的提升了對新設備的認知水平和管理水平。

2)行程節(jié)流閥在開口機旋轉液壓控制回路上的應用，徹底的解決了開口機在旋轉過程中的緩沖問題，使開口機自身機械結構的備件使用周期延長了1倍，大大降低了備件費用的成本。

3)對鑿巖機液壓沖擊系統(tǒng)的改進，提高了鑿巖機的沖擊頻率，使開鐵口時間由原來的平均20 min降低到了10 min，同時也為鑿巖機在今后研發(fā)上提供了新的方向。

4)霧化水系統(tǒng)介質的優(yōu)化，大大降低了爐前鉆桿和鉆頭的消耗，分別由原來的1.4根/爐次和2.1個/爐次降低到了0.45根/爐次和1.1個/爐次。并將1號1750 m3高爐爐前全液壓開口機的改進措施相繼在2號、3號1750 m3高爐上進行了推廣和應用，均取得了良好的效果。

［1］ 陳奎生主編.液壓與氣壓傳動［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2001:65－80.

［2］ 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京:北京理工大學出版社，1998:312－363.

［3］ 路甬祥主編.液壓氣動技術手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002:204－271.

TECHNOLOGICAL IMPROVEMENT TO THE FULL HYDRAULIC OPENING MACHINE IN JINAN STEELS 1750 m3BF

Yang Shiling Wang Libo
(Iron － making Plant of Jinan Iron and Steel Co.，Ltd)

Aiming at the existing defects of CHY2000 full hydraulic opening machine in Jinan Steel 1750 m3 blast furnace，its hydraulic control system and the spray water system are optimized，especially the impact system of the rock drill，which effectively solve the impacting problems of rock drill.

blast furnace opening machine hydraulic stroke throttle valve

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聯(lián)系人:楊士嶺，副廠長，博士，高級工程師，山東.濟南(250101)，濟南鋼鐵集團有限公司煉鐵廠;

2011—8—15