梅鋼一煉鋼氧槍設備改造

潘朝春

（上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，江蘇 南京210039）

氧槍設備的功能是根據轉爐煉鋼工藝要求，使氧槍設備按設定程序要求橫移、下降，從爐頂插入爐內，吹入氧氣直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應，除去雜質。在除去大部分硫、磷后，當鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉，按設定程序要求提升氧槍，完成冶煉過程。

上海梅山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱梅鋼）一煉鋼現(xiàn)有1號、2號轉爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設備是墨西哥二手設備，1996年由馬鋼院修配改。氧槍橫移鎖緊控制采用普通液壓換向閥配合限位開關使用，控制精度差，無法滿足氧槍對中精度高的要求。橫移、鎖緊精度差導致吹煉位信號故障頻繁，嚴重影響生產節(jié)奏。吹煉時，氧槍插入口冒煙嚴重，不滿足環(huán)保生產要求。因此，在滿足生產的前提下，堅持安全、環(huán)保、經濟、可靠的原則，對梅鋼一煉鋼氧槍升降橫移設備進行改造。本次氧槍改造的成功為國內其他鋼廠的老舊氧槍設備改造提供了示范。

1 存在的問題及改造必要性

1.1 設備問題

梅鋼一煉鋼1號、2號轉爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設備是墨西哥二手設備。1999年該系統(tǒng)投用至今發(fā)生過多次臺車滑落、墜落故障，造成人身和設備安全險肇事故。氧槍橫移鎖緊控制采用普通液壓換向閥配合限位開關使用，控制精度差，無法滿足氧槍對中精度高的要求，橫移定位精度差，影響氧槍升降的活動軌道與固定軌道之間的對位，氧槍升降小車在通過兩個軌道的連接區(qū)域時有卡阻和沖擊。橫移、鎖緊精度差導致吹煉位信號故障頻繁，嚴重影響生產節(jié)奏。由于氧槍橫移對中造成的故障平均每年發(fā)生約13次，每次故障時間約1.5 h，對生產節(jié)奏造成很大影響。

1.2 安全問題

梅鋼一煉鋼1號、2號轉爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設備是日本新日鐵20世紀70年代初設計的產品，在墨西哥生產使用十年，缺乏本質安全的設計。沒有防墜落機構，存在較大安全隱患。1999年至今共計發(fā)生過3次氧槍墜落事故，最近的一次發(fā)生在2018年。且該設備狀況已經不符合《中華人民共和國安全生產行業(yè)標準》AQ 2001—2018第9.1.4條規(guī)定：“轉爐氧槍升降裝置，應配備鋼繩張力測定、鋼繩斷裂防墜、事故驅動等安全裝置”。2018年2月份與2018年11月份氧槍設備發(fā)生兩次故障，暴露出因設備局部缺陷導致故障發(fā)生，進而影響到氧槍設備正常工作。在2018年11月因鋼絲繩繩卡螺栓松動，繩卡無法有效固定鋼絲繩。發(fā)生故障時，因2號轉爐氧槍升降小車未設計防墜落裝置，鋼絲繩脫落后，氧槍直接掉入爐中，同時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有緩沖裝置未起到足夠緩沖效果。

1.3 環(huán)保問題

轉爐在吹煉過程中產生煙氣，煙氣中含有大量CO等有毒氣體，尤其在吹煉中期，煙氣中CO成分所占百分比達最高值（85%～90%），因此在吹煉過程中必須對氧槍口進行氣封，以確保有毒氣體沒有外溢，同時也起到防止火焰上竄的作用。氧槍插入口氣封采用氮氣封，氧槍在吹煉生產時插入口煙氣外溢明顯，插入口可見明火噴出，對附近氧槍橡膠軟管造成安全隱患，環(huán)保問題嚴重。

1.4 改造必要性

梅鋼一煉鋼1號、2號轉爐氧槍升降橫移設備升降小車無防墜落裝置，升降小車的工作高度最高達+41.15 m，加上升降小車上連接的氧氣管及冷卻水管等介質質量約十余噸，如此時遭遇鋼絲繩斷裂等突發(fā)情況，升降小車從高處墜落，會對下部轉爐及其他設備造成強大沖擊，損壞設備設施，給設備的安全帶來嚴重不利影響。氧槍更換時操作人員在升降小車平臺處工作，氧槍墜落風險對操作人員的人生安全也形成巨大威脅。如此現(xiàn)狀，已不符合現(xiàn)在安全規(guī)范要求，對現(xiàn)場設備、人員安全造成了較大影響，存在很大的安全隱患。

綜上原因，對梅鋼一煉鋼轉爐氧槍升降橫移設

備進行更新改造是有必要的。

2 改造方案及內容

2.1 氧槍設備主要技術參數

1）氧槍橫移臺車。橫移速度：V=3.2 m/min；橫移行程：S=3.35 m。

2）氧槍升降小車。升降速度：V高=40 m/min；V低=5 m/min；升降行程：S=15.15 m；卷揚能力130 kN。

3）鎖緊定位裝置。最大推力：Fmax=15 kN；升降行程：S=200 mm。

2.2 改造內容

氧槍設備在工作時有使用頻率高、可靠性要求高、工況惡劣等特性，改造方案首先必須滿足技術成熟、安全可靠的要求，以最大程度減少因改造帶來的技術風險和不確定性。還應盡量降低改造成本，減少施工工作量，降低改造工作對生產作業(yè)的影響。梅鋼一煉鋼3號轉爐氧槍設備在經過多年的運行實踐中，工作穩(wěn)定可靠，故障率低。故改造方案可參照3號轉爐氧槍設備，以降低改造技術風險，同時達到備件統(tǒng)一的目地，便于設備管理，降低采購及使用成本。

經過研究比對，為降低改造的技術風險，對1號、2號轉爐氧槍裝置進行改造，改造方案參照3號轉爐氧槍結構，設備設計可借用，且3號設備在使用中已經過多年的使用驗證，能夠保證設備的整體高可靠性。并且改造后備件與3號爐統(tǒng)一、可互換，能有效降低采購及使用成本，便于設備管理。

因新舊設備軌道布置位置的差異，拆除現(xiàn)有設備后，新增行走輪軌道鋼結構及導輪軌道鋼結構，作為鋪設行走輪軌及導輪軌道的基礎，以滿足設備布置要求。鋼結構的設計及定位參照現(xiàn)有3號轉爐氧槍設備鋼結構布置。

改造后氧槍設備結構緊湊，整體布置圖見圖1整體布置圖（側面）及圖2整體布置圖（正面）。

2.2.1 提升設備的安全性能為滿足安全設計規(guī)范，消除安全隱患，提升升降小車的本質安全，確保在發(fā)生異常情況時升降小車按要求自動停止，保證升降小車在工作時的安全性，轉爐氧槍升降小車整體更換，升降小車內部設計防墜裝置。

圖1 整體布置圖（側面）（mm）

圖2 整體布置圖（正面）

升降小車內部設計防墜裝置，其工作原理：防墜裝置安裝在升降小車內部，由彈簧、滑輪組、連接桿、中心軸、銷軸1、支撐桿、銷軸2等零部件組成，中心軸在長孔內設計有85 mm滑動行程。正常工作情況下卷揚提升或放下升降小車時，升降小車、氧槍及管路的重量被滑輪組承擔，滑輪組與中心軸在長孔內處于長孔上端，此時，彈簧被壓縮，連接桿拉動銷軸1，使支撐桿圍繞銷軸2轉動，支撐桿處于縮回狀態(tài)。如鋼絲繩斷裂等異常情況下，滑輪組在升降小車長孔內呈自由狀態(tài)，彈簧推出，連接桿推動銷軸1，使支撐桿處于張開狀態(tài)，支撐桿兩端卡入軌道上的防墜塊內，阻止升降小車繼續(xù)下落，以滿足對升降小車提升的安全規(guī)范要求。

當解除故障后恢復生產，只需正常提起升降小車，此時，支撐桿處于縮回狀態(tài)，升降小車恢復正常工作，防墜裝置見下頁圖3所示。

2.2.2 升降小車固定軌道防墜改造

因設計防墜裝置，移動軌道和固定軌道內必須相應設計防墜擋塊。因升降小車更換，輪距等參數更改，原軌道已不能使用，配套升降小車需新設計升降小車固定軌道，同時新設計軌道內設計配套防墜擋塊。新設計軌道中心距為1 450 mm，原軌道中心距2 800 mm。固定軌道分為三段制作，工廠裝配后，現(xiàn)場整體調運安裝，新設計軌道安裝傳感器支架。

圖3 防墜裝置

2.2.3 橫移臺車液壓油缸驅動改為變頻電機驅動

轉爐氧槍目前橫移驅動形式為液壓油缸驅動。改造后轉爐氧槍設備橫移臺車質量減少，橫移動力采用變頻電機驅動，啟動柔和，行走平穩(wěn)。改造后行走輪與減速電機布置。在橫移軌道附近下方（或側面）布置減速電機電纜拖鏈。調整橫移臺車傳感器設備。

2.2.4 改造定位鎖緊裝置

轉爐氧槍目前水平布置的液壓油缸定位裝置定位精度差，只有單一的鎖緊功能，但鎖緊困難，不能滿足生產中定位及鎖緊功能需求。改造后定位鎖緊裝置垂直布置在橫移軌道中間，氣缸推動定位輪垂直向下運動，定位槽口呈V字形結構，即使橫移臺車停止位置稍有偏差，V字形定位槽對定位輪的導向作用，會引導定位輪停在定位槽中間位置，改造后定位鎖緊裝置具有自動糾偏定位功能。改造后氣缸及定位輪安裝在橫移臺車上，定位槽及支架安裝在橫移軌道側面。調整定位傳感器設備。

2.2.5 改造氧槍插入口（蒸汽密封座）

通過研究分析，轉爐蒸汽是水、汽混合物，沒有游離氧，與CO混合不會發(fā)生化學反應，150 t轉爐冶煉時汽包蒸汽氣壓可達1.8 MPa，流量也比氮氣大，而且蒸汽的密度遠遠大于氮氣，因此采用轉爐飽和蒸汽替代氮氣對氧槍口密封既可改善設備環(huán)境，又可降低氮氣消耗。

改造后的蒸汽密封座外形尺寸與原設計的氮氣密封座法蘭尺寸相同，氮封下部移動罩高度降低，留出蒸汽密封座的設備空間。改造后的蒸汽密封座對密封噴吹孔位置重新設計，主要是多層噴吹，提供不同層次、不同角度的蒸汽噴吹路徑，即在新的蒸汽密封座的下部垂直段處均勻加工4排Ф5 mm斜孔，共240個孔。4排孔分別與密封座軸線成15°、25°、30°、45°的夾角。在氧槍固定位置處焊接一個相當于瓶蓋的鋼塞，鋼塞與蒸汽密封座上部斜圓錐面緊密接觸，當氧槍吹氧煉鋼時，打開蒸汽控制閥門，通過新的蒸汽密封座向圓周垂直段的4排斜孔通入蒸汽，以正壓密封。較小的噴吹孔徑產生的壓力大，能夠多角度斜面噴射，另外，氧槍在煉鋼吹氧濺渣及氧槍提升時，斜孔不容易被入渣堵塞，見圖4。

圖4 改造后蒸汽密封工作圖

改造后的原氮氣密封管路保留備用，并在與蒸汽管路交接處設置氣動球閥，使用蒸汽管路時此球閥為常閉狀態(tài)；密封座蒸汽通過平臺接出管路，蒸汽管路上配置氣動球閥、壓力表、流量計及減壓閥，減壓閥兩端連接直通球閥，蒸汽經過流量計與減壓閥后進入蒸汽密封。氮氣管路上氣動球閥與蒸汽管路上氣動球閥均可在控制室畫面操作啟閉，便于切換控制。

3 技改后的實際運行效果

本項目2019年7月開始實施，8月底完成。改造完成后，氧槍設備運行安全穩(wěn)定，未發(fā)生安全事故，煙氣外溢有效扼制。本次改造解決了設備本質安全問題、現(xiàn)場環(huán)保問題以及設備本身的安全穩(wěn)定。