300t液壓泥炮的改造

康敏 惠展 馮卓 趙博 張震

（中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安710201）

1 前言

液壓泥炮是在煉鐵高爐出鐵作業(yè)結(jié)束或需要停止時(shí)，迅速把耐火炮泥壓入鐵口，將鐵口堵住的專用設(shè)備。其工作原理為：通過(guò)回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)打泥機(jī)構(gòu)在待機(jī)位與工作位之間回轉(zhuǎn)，通過(guò)打泥油缸驅(qū)動(dòng)打泥活塞推動(dòng)炮泥完成堵口。

某鋼廠300t型液壓泥炮，在高爐建設(shè)初期，煉鐵工藝設(shè)定工作角度為16°，待機(jī)位時(shí)裝泥口相對(duì)于出鐵口高度為2300mm。自從投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)多年的使用，存在工作角度偏大，待機(jī)位時(shí)裝泥口高度高而不便于裝泥及偶爾漏泥等問(wèn)題。為此進(jìn)行項(xiàng)目改造，基本要求：利用原液壓泥炮基礎(chǔ)，改造以后的工作角度為10°，裝泥口高度降低大于500mm。

2 問(wèn)題分析

2.1 工作角度和裝泥口

在高爐建設(shè)初期，煉鐵工藝設(shè)定液壓泥炮工作角度為16°，相比一般高爐，出鐵口角度偏大。同時(shí)，為滿足工作角度為16°，加大了基礎(chǔ)座高度及其傾角，造成待機(jī)位時(shí)裝泥口較高。

2.2 漏泥

2.2.1 炮嘴不能正確對(duì)準(zhǔn)鐵口

（1）運(yùn)行軌跡對(duì)炮嘴的影響

在設(shè)備使用過(guò)程中，炮嘴在運(yùn)行到接近出鐵口位置時(shí)，為了準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)鐵口，運(yùn)行軌跡需要一直線段。如圖4a，設(shè)備改造前，炮嘴靠近鐵口時(shí)運(yùn)行軌跡線不合理：炮嘴在對(duì)鐵口時(shí)存在5.5°夾角，不能正確對(duì)準(zhǔn)鐵口，從而導(dǎo)致出現(xiàn)漏泥情況。而炮嘴運(yùn)行軌跡由設(shè)備內(nèi)各桿件決定。

（2）調(diào)節(jié)件變形對(duì)炮嘴的影響

在設(shè)備使用過(guò)程中，調(diào)節(jié)桿內(nèi)的碟簧壓緊力不足或發(fā)生疲勞失效，造成炮嘴不能正確對(duì)準(zhǔn)鐵口，出現(xiàn)漏泥情況。

2.2.2 壓炮力不足

改造前回轉(zhuǎn)油缸缸徑為Φ180mm。液壓泥炮堵口時(shí)受力分析如圖1。

圖1 堵口時(shí)受力分析簡(jiǎn)圖

式中：F2－回轉(zhuǎn)油缸推力，kN；

P2－轉(zhuǎn)油缸壓力，MPa；

d－回轉(zhuǎn)油缸缸徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，回轉(zhuǎn)油缸推力為：635kN。

如圖1，根據(jù)靜平衡原理可得：

由于連桿為二力桿，故：F3＝F4

則，壓炮力：

式中：F5－圧炮力，kN；

F5′－圧炮力反作用力，kN；

L2－回轉(zhuǎn)油缸對(duì)肘板力臂，mm；

L3－連桿對(duì)肘板力臂，mm；

L4－連桿對(duì)轉(zhuǎn)臂力臂，mm；

L5－打泥機(jī)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)臂力臂，mm。

經(jīng)計(jì)算，壓炮力為：236kN。

當(dāng)泥炮堵口時(shí)，炮泥打出炮嘴時(shí)產(chǎn)生反作用力，即打泥反力：

式中：F2-打泥反力，kN；

P1－打泥油缸壓力，MPa；

D1－打泥油缸直徑，mm；

D－泥缸直徑，mm；

d1－炮嘴直徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，打泥反力：247kN。對(duì)比可得：F5＜F1，壓炮力略有不足，偶爾會(huì)出現(xiàn)退炮而漏泥的情況。

3 改造方案

3.1 工作角度及裝泥口改造

通過(guò)調(diào)整基礎(chǔ)座相對(duì)鐵口傾角和高度，達(dá)到液壓泥炮工作角度10°。此時(shí)，當(dāng)液壓泥炮處于待機(jī)位置時(shí)對(duì)應(yīng)打泥機(jī)構(gòu)裝泥口高度為出鐵口中心線以上1800mm。與原液壓泥炮進(jìn)行裝泥口高度對(duì)比：改造后液壓泥炮裝泥口高度降低500mm，達(dá)到了改造要求。液壓泥炮基礎(chǔ)座如圖2。

圖2 基礎(chǔ)座示意圖

在完成角度調(diào)整的同時(shí)，需要檢查液壓泥炮和開(kāi)口機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中是否存在相互干涉［1］。即當(dāng)液壓泥炮待機(jī)而開(kāi)鐵口機(jī)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)鐵口機(jī)吊掛板（含管路）與液壓泥炮炮嘴是否干涉。如圖3所示，改造后液壓泥炮待機(jī)而開(kāi)鐵口機(jī)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)鐵口機(jī)吊掛板及管路部分與液壓泥炮炮嘴距離約100mm，滿足使用要求。

圖3 泥炮與開(kāi)鐵口機(jī)干涉點(diǎn)示意圖

3.2 消除漏泥現(xiàn)象

3.2.1 優(yōu)化運(yùn)行軌跡

為改善炮嘴與鐵口之間的夾角和炮嘴的運(yùn)行軌跡［2］，調(diào)整調(diào)節(jié)桿連接點(diǎn)位和基礎(chǔ)座傾斜角度。如圖4b，調(diào)整后炮嘴在對(duì)鐵口時(shí)夾角近似0°。

圖4 炮嘴運(yùn)行軌跡及夾角對(duì)比示意圖

3.2.2 強(qiáng)化調(diào)節(jié)桿

改變調(diào)節(jié)桿碟簧安裝形式，增強(qiáng)其壓緊力［3］。如圖5，由對(duì)合組裝形式優(yōu)化為復(fù)合組裝形式。從而有效提升了調(diào)整桿件的預(yù)緊力，保證了調(diào)整桿件的工作可靠性，提高了液壓泥炮運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖5 碟簧安裝形式對(duì)比示意圖

如圖6，在調(diào)節(jié)桿件碟簧優(yōu)化后，可以承受載荷量成倍增加。

圖6 碟簧載荷變化對(duì)比示意圖

3.2.3 提升壓炮力

考慮到泥炮的轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)流量以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的壓炮情況［4］，將缸徑由 Φ180mm提高至Φ200mm，提升壓炮力。根據(jù)公式（1）、（2）核算，改造后壓炮力為298kN。壓炮力與打泥反力之比為1.2。通常，取壓炮力為1.1～1.5倍打泥反力時(shí)即可避免出現(xiàn)退炮而漏泥現(xiàn)象［5］。

3.3 采用水冷型防護(hù)裝置

由于打泥角度由16°減小為10°，堵口時(shí)炮身離鐵口距離減小，熱輻射加大，在打泥機(jī)構(gòu)下方設(shè)置水冷型防護(hù)裝置來(lái)隔離熱輻射，并通過(guò)冷卻水將熱量帶走，從而提高設(shè)備使用壽命。

4 結(jié)論

改造后的液壓泥炮經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，工作角度、裝泥高度、運(yùn)行軌跡等達(dá)到改造要求。實(shí)際應(yīng)用后，裝泥方便，運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)漏泥現(xiàn)象。通過(guò)水冷型防護(hù)裝置提高了泥炮的使用壽命。改造方案為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證，用戶對(duì)此次改造滿意。