轉(zhuǎn)爐氧槍升降裝置防墜落安全器的探索與研究

王德勝

（唐鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司 河北 063100）

0 引言

轉(zhuǎn)爐氧槍是轉(zhuǎn)爐冶煉工藝的核心裝置。轉(zhuǎn)爐正常冶煉時(shí)，轉(zhuǎn)爐氧槍用來將超音速高壓氧氣吹入轉(zhuǎn)爐熔池進(jìn)行吹煉。而氧槍噴頭的工作區(qū)域是在2500 ℃左右的高溫區(qū)，氧槍噴頭不但要受高溫輻射，還要抵抗鐵水和鐵渣的侵蝕，因此，氧槍必須具有較強(qiáng)的金屬結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的水冷卻系統(tǒng)。因氧槍本體內(nèi)通有高壓冷卻水，能夠保證氧槍在轉(zhuǎn)爐熔池內(nèi)高溫區(qū)正常使用，但同時(shí)也帶來安全隱患。當(dāng)氧槍升降裝置在冶煉時(shí)出現(xiàn)故障或失控，有可能導(dǎo)致氧槍墜落插入鋼水中，一旦處理不及時(shí)，氧槍將在高溫鋼水中熔化，大量高壓冷卻水會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)爐熔池中產(chǎn)生爆炸事故。而導(dǎo)致氧槍系統(tǒng)故障或失控的因素主要有氧槍升降系統(tǒng)鋼絲繩斷裂、氧槍升降裝置制動(dòng)系統(tǒng)失效、氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置失效。

氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置是防止發(fā)生事故的最后防線，如果氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置可靠性差，必然會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，氧槍防墜落裝置的可靠性研究一直被冶金設(shè)備專家不斷探索研究。本文對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置使用過程中存在的安全問題進(jìn)行了分析，鑒于建筑升降機(jī)防墜落安全器的安全性和可靠性高的特點(diǎn)，研究將其防墜落安全器技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐氧槍升降防墜落裝置上，來大幅提升轉(zhuǎn)爐氧槍生產(chǎn)運(yùn)行中的安全性、可靠性。

1 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置及存在的問題

1.1 轉(zhuǎn)爐氧槍升降裝置設(shè)計(jì)要求

要使轉(zhuǎn)爐氧槍工作能夠正常，氧槍升降裝置的設(shè)計(jì)要達(dá)到下述標(biāo)準(zhǔn)：

（1）具有完善的安全措施，在發(fā)生事故或電源故障時(shí)可迅速拔出氧氣槍；當(dāng)鋼絲繩等部件損壞時(shí)，應(yīng)避免氧槍掉入轉(zhuǎn)爐。

（2）氧槍要保持嚴(yán)格鉛垂位置。

（3）保證吹氧管的快速更換。

（4）小型轉(zhuǎn)爐則需要完全按照第（1）、（2）設(shè)計(jì)，可適當(dāng)?shù)目紤]第（3）點(diǎn)措施。

1.2 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理

圖1 為現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理圖。圖中：1 為滑輪、2 為彈簧、3 為連桿機(jī)構(gòu)、4 為調(diào)整楔塊、5 為制動(dòng)楔塊、6 為氧槍升降小車框架。

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落設(shè)施工作原理：轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，氧槍升降裝置的鋼絲繩提起氧槍小車防墜落裝置的滑輪組，氧槍防落裝置的彈簧受氧槍升降小車和氧槍的重力壓縮，滑輪座相對(duì)于框架向上移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)向下壓調(diào)整楔塊，制動(dòng)器和調(diào)整楔塊都連接到軌道，當(dāng)調(diào)整楔塊向下移動(dòng)時(shí)向右移動(dòng)，從而使調(diào)整楔塊上的摩擦片與軌道保持在特定空間范圍。如果氧槍升降系統(tǒng)鋼絲繩斷開則氧槍升降裝置會(huì)進(jìn)入失重狀態(tài)，沒有了氧槍升降小車及氧槍重力作用，滑輪座和小車架對(duì)比會(huì)下降，防墜落裝置的彈簧被釋放，以上所有器件會(huì)進(jìn)入反方向的操作狀態(tài)，會(huì)讓摩擦片壓住氧槍升降小車軌道而使氧槍升降小車停止墜落，達(dá)到氧槍防墜落的目的[1]。

1.3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置存在問題

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置在實(shí)際生產(chǎn)使用過程在經(jīng)常遇到下列問題：

（1）發(fā)生氧槍墜落事故時(shí)，防墜落裝置制動(dòng)可靠性差，有時(shí)不能做到完全制動(dòng)。

（2）發(fā)生氧槍墜落事故時(shí)，防墜落裝置能夠及時(shí)制動(dòng)，但會(huì)因摩擦片卡軌過緊而造成拆卸非常艱難,處理時(shí)間長(zhǎng)，處理難度大。

（3）在正常生產(chǎn)過程中，氧槍升降小車有時(shí)發(fā)生異?？ㄜ壃F(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。

2 摩擦制動(dòng)防墜落安全器結(jié)構(gòu)及工作原理

摩擦制動(dòng)防墜落安全器是建筑升降機(jī)上應(yīng)用的一種防墜落安全裝置。相比現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動(dòng)防墜落安全器具有安全可靠性高、對(duì)設(shè)備無沖擊、操作維護(hù)便捷和適用范圍廣的特點(diǎn)。

2.1 摩擦制動(dòng)防墜落安全器的結(jié)構(gòu)

摩擦制動(dòng)防墜落安全裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖中：1 為銅螺母、2 為碟形彈簧、3 為錐形殼體（內(nèi)錐體）、4 為錐形鐵芯（外錐體）、5 為離心塊、6 為離心塊座、7 為壓簧片、8 為齒輪。摩擦制動(dòng)防墜落安全裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、無沖擊、制動(dòng)穩(wěn)定、安全可靠。

2.2 摩擦制動(dòng)防墜落安全器的工作原理

摩擦制動(dòng)防墜落安全器的工作原理：當(dāng)升降機(jī)上升、下降運(yùn)行時(shí)，防墜落制動(dòng)裝置的齒輪與裝在固定軌道上的齒條嚙合，齒輪軸在升降機(jī)升降過程中也會(huì)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)的額定速度內(nèi)，升降機(jī)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦制動(dòng)防墜落安全器離心塊會(huì)在壓簧片的力度下和安裝在齒輪軸上的離心塊座粘合；當(dāng)升降機(jī)向下的運(yùn)動(dòng)速度超過設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，升降機(jī)防墜落安全器離心塊會(huì)攻克壓簧片彈簧力而向外部排出，這時(shí)離心塊的頂端會(huì)接觸到內(nèi)錐體內(nèi)表面上產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而會(huì)使內(nèi)錐體共同轉(zhuǎn)動(dòng)，而內(nèi)錐體轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)安裝在外錐體軸端的銅螺母沿著軸向朝內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，從而使碟形彈簧收緊，內(nèi)、外錐體的摩擦面壓制收緊力度在碟形彈簧的逆向力影響中，會(huì)越來越大，造成的制動(dòng)力矩也越來越大，最后讓升降機(jī)徹底制動(dòng)，滿足平穩(wěn)制動(dòng)要求。

3 摩擦制動(dòng)防墜落裝置在轉(zhuǎn)爐氧槍上的應(yīng)用研究

3.1 在轉(zhuǎn)爐氧槍上應(yīng)用的改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于建筑升降機(jī)噸位相對(duì)較小，一般在2 噸左右，防墜落安全器制動(dòng)力矩偏小。因此，建筑升降機(jī)摩擦制動(dòng)防墜落裝置不能滿足轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車10～20 噸載荷的制動(dòng)力需求，需要對(duì)摩擦驅(qū)動(dòng)防墜落制動(dòng)器裝置零部件進(jìn)行重新計(jì)算設(shè)計(jì)，保證滿足轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車制動(dòng)力矩的要求。

3.2 在轉(zhuǎn)爐氧槍上應(yīng)用探討

安裝在氧槍升降小車上的摩擦制動(dòng)防墜落安全器通過其殼體上的固定鉸接螺栓和活動(dòng)螺栓連接[2]。為了保證齒輪與齒條的嚙合有良好的接觸，在升降小車上安裝導(dǎo)向輪，在立柱上安裝導(dǎo)軌，這樣能夠保證導(dǎo)向輪帶動(dòng)防墜落安全器沿齒條方向均勻接觸，穩(wěn)定運(yùn)行。

轉(zhuǎn)爐氧槍摩擦制動(dòng)防墜落裝置安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3 中：1 為防墜落安全器、2 為齒條、3 為齒條安裝梁。防墜落安全器安裝在升降小車上，每臺(tái)升降小車安裝1 臺(tái)防墜落安全器[3]。齒條及齒條安裝梁沿氧槍升降小車固定軌道及活動(dòng)軌道的方向安裝，其長(zhǎng)度大約等同規(guī)定軌道的長(zhǎng)度，齒條安裝梁與現(xiàn)設(shè)置好的鋼結(jié)構(gòu)連接。

圖3 轉(zhuǎn)爐氧槍摩擦制動(dòng)防墜裝置安裝示意圖

3.3 在氧槍升降裝置上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析

（1）摩擦制動(dòng)防墜落安全器的可靠性高，此種安全器原理同升降施工電梯行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，安全級(jí)別較高，經(jīng)過嚴(yán)格的驗(yàn)證。

（2）摩擦制動(dòng)防墜落安全器的適用范圍廣，齒輪安全器式防墜落裝置的觸發(fā)條件是氧槍小車的速度，當(dāng)速度超過正常下降的速度就會(huì)動(dòng)作。齒塊式防墜落裝置的觸發(fā)條件是升降小車受的拉力，當(dāng)鋼絲繩斷裂時(shí)升降小車不受拉力時(shí)才會(huì)動(dòng)作。當(dāng)氧槍卷揚(yáng)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障如減速機(jī)齒輪損壞、制動(dòng)器失效，升降小車就會(huì)出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，當(dāng)溜車速度超過正常下槍速度時(shí)摩擦制動(dòng)防墜落裝置就會(huì)動(dòng)作進(jìn)行制動(dòng)，而齒塊式防墜落裝置因鋼絲繩還有拉力而無法動(dòng)作。

（3）齒輪安全器式防墜落安全器動(dòng)作時(shí)對(duì)設(shè)備無沖擊，安全器內(nèi)部通過摩擦方式制動(dòng)，且內(nèi)部有緩沖碟簧，制動(dòng)距離可調(diào)，對(duì)升降小車和固定軌道沒有任何沖擊。

（4）如出現(xiàn)氧槍意外墜落事故后，修復(fù)氧槍升降系統(tǒng)后，可直接提升氧槍小車，摩擦制動(dòng)防墜落安全器重新恢復(fù)使用，操作簡(jiǎn)單，方便快捷。

4 結(jié)語

通過對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理的分析，以及在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的研究和觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧槍升降裝置在冶煉時(shí)出現(xiàn)故障或失控時(shí)，其存在許多安全隱患。因此，本文為提高裝料氧槍防墜落裝置的安全性、可靠性、操作維護(hù)的便捷性進(jìn)行了探索與研究。

借鑒建筑升降機(jī)摩擦制動(dòng)防墜落安全器的結(jié)構(gòu)和工作原理，本文對(duì)將摩擦制動(dòng)防墜落安全器應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置上的可行性進(jìn)行了探討。研究認(rèn)為，相比較現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動(dòng)防墜落安全器具有安全可靠性高、對(duì)設(shè)備無沖擊、操作維護(hù)便捷和適用范圍廣的特點(diǎn)，經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)后是可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落系統(tǒng)。該設(shè)想為冶金企業(yè)轉(zhuǎn)爐氧槍升降系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)計(jì)或改造提供了一種有益的借鑒。