178 高爐爐前揭蓋機技術

高爐爐前揭蓋機技術張顯超

(宜昌燕獅科技開發(fā)有限責任公司)摘要我國高爐煉鐵向大型化發(fā)展，大中型高爐普遍采用蓄鐵式鐵溝，為了防止開口后鐵水飛濺，對高爐增加了溝蓋。針對這一市場需求，我公司提供三種結構形式的揭蓋機來滿足煉鐵使用。通過對揭蓋機的運動原理及結構形式進行分析和闡述，并對各型揭蓋機進行仿真模擬，得出其軌跡，速度，加速度曲線。

關鍵詞爐前設備揭蓋機平面多桿機構l概況

當前，隨著國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)振興計劃的實施，我國將限時淘汰能耗過高的小型高爐，整合資源進行大中型高爐改建、擴建、新建，達到節(jié)能降耗、優(yōu)化資源、高效利用的目的。對于小型高爐，開口后引起大量的鐵水、粉塵飛濺，大多采取吸風管吸出，但效果并不明顯，經(jīng)常發(fā)生燒傷事故，造成很大的安全隱患。對于大中型高爐，開口后產(chǎn)生的鐵水、粉塵飛濺更為嚴重，一部分企業(yè)采用溝蓋來防塵，效果比較明顯，而目前還有許多的中型高爐并未采用溝蓋，對于飛濺的粉塵敬而遠之，同時造成工作環(huán)境比較惡劣，對于人體和設備保養(yǎng)都有一定的危害。隨著中大型高爐的新建，增加溝蓋的使用就顯得尤為重要，目前溝蓋的結構比較成熟，最大的問題就是怎么使用，對于溝蓋的移動，目前的主流設備是使用揭蓋機，也有用行車進行吊裝移動的，但使用不太方便。對此，需要開發(fā)出各種結構的揭蓋機以滿足各鋼廠不同的使用需求，目前對于溝蓋的提升和移動主要使用平面多桿機構，現(xiàn)對三種結構的揭蓋機進行探討。

2YJDI16型(吊掛平移式)見圖1

由YJDI16(吊掛式)爐前揭蓋機示意圖(圖1)，可建立平面機構運動簡圖(圖2)，在示意圖中可看出其行走部分靠軌道支撐小車行走，由馬達驅(qū)動，運行平穩(wěn)。對于提升機構可看出當油缸GF伸長時，推動連桿EC運動，最終使掛板ABC旋轉(zhuǎn)，完成鉤住溝蓋和提升溝蓋的動作。A點軌跡為一圓弧，當速度一定時可顯著降低其水平運動造成的溝蓋擺動，從而得到平穩(wěn)的提升運動，其運動軌跡為a-a1．a(chǎn)2．a(chǎn)3。該機構把油缸的推力轉(zhuǎn)化為溝蓋的提升力，油缸回程時溝蓋下降，由于溝蓋本身重力的存在，可看出該裝置比較省力，最大限度發(fā)揮了油缸的特性。溝蓋起吊后移動的方向和遠近取決于行走軌道的布置方向和長度，這種形式的揭蓋機一般安裝在風口平臺下。

對于基座非回轉(zhuǎn)型的揭蓋機構，如圖3、圖4。需要兩個油缸進行溝蓋的提升和移動，其運動步驟是分開的，首先由起吊油缸FG完成鉤住溝蓋和提升溝蓋的動作，然后由位移油缸AB完成溝蓋的移動。在移動過程中高度有小范圍變化，速度和加速度有一定的變化，平穩(wěn)性相對較差，對其進行仿真模擬可得出其軌跡，速度，加速度曲線：

由圖5可看出曲臂受位移油缸推動旋轉(zhuǎn)，在運行到中點的時侯溝蓋位置會升而，在中點前后位置溝蓋的速度有一個變化，在中點時其上升速度是0，將會造成溝蓋的擺動，但此點位于運動的中點，對運動的結果不會造成明顯的影響。其鉤住溝蓋的動作靠起吊油缸來實現(xiàn)，臂長較短，達不到省力的效果。該油缸行程較短，舉升的高度有限，故時問比較短。實用于高度空間有限的中型高爐爐前使用，該機構具有結構形式比較簡單，運動快捷，占地范圍小，整機重量小，可得到比較高的效費比，并無須在鐵溝上方安裝軌道等行走裝置，溝蓋移動的方向取決于揭蓋機基礎的方向，移動距離取決于連桿長度和油缸行程。4YJZIIl25型(基座回轉(zhuǎn)式)見圖7

對于回轉(zhuǎn)折疊式結構的揭蓋機，運動較為復雜，在機架下面有回轉(zhuǎn)支承，由馬達帶動可實現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)，在主臂上還連接一小臂，由馬達帶動旋轉(zhuǎn)，所以可以實現(xiàn)比較大范圍的運動。同時該機同折疊式的一樣擁有兩個油缸，可完成舉升和移動的動作，同時由于有兩個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，可實現(xiàn)溝蓋停放位置的多樣化。該機可靠性較高，油缸馬達等驅(qū)動裝置均處于比較好的工作環(huán)境，可得到較高的壽命。

由于該機與折疊式相比增加一曲臂，該曲臂可有效降低溝蓋在平移時高度方向上的位置變化，可得到比較平穩(wěn)的運動。同時該機的提升由油缸的推力得到，曲臂的增加使得比單純折疊式的更加省力。但缺點是驅(qū)動比較多，造成制造成本比較高。由圖7可看出該機可在特定的出鐵場同時對兩鐵口進行揭蓋操作，其效費比可得到有效的提升，適用于鐵口數(shù)量多的大高爐，可有效節(jié)約場地空間。

5總結

由于溝蓋自身沉重(通常在15-25噸不等)，為保證平穩(wěn)起吊和準確定位，通常都會在油缸和液壓系統(tǒng)上設置平衡回路和位置傳感元件，并通過電液控制減少機械調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，改善設備動態(tài)品質(zhì)。

隨著爐前設備的發(fā)展，環(huán)保和節(jié)能已成為市場發(fā)展的主題，但環(huán)保是應該放在第一位的，揭蓋機是改善爐前工作環(huán)境的重要設備，本文介紹的三種形式的揭蓋機均有各自的特點，可以靈活的布置在各種不同的場合，舉升力在20噸左右的揭蓋機足以滿足各種高爐的需求。參考文獻

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擴展閱讀：176 大高爐用大功率、多功能開口機

大高爐用大功率、多功能開口機

張秀萍胡華平敖愛國王水文于君成

(三峽工業(yè)設計研究院寶鋼煉鐵廠韶鋼煉鐵廠三峽工業(yè)設計研究院)

摘要CHY4000A型全液壓開口機開發(fā)與應用，解決了制約爐前技術進步的八個難題，推動了我國爐前設備自動化水平，加快了國外新技術新工藝在我國高爐應用，在寶鋼、武鋼、韶鋼取得了較好的成果。

關鍵詞高爐鐵口開口機國產(chǎn)化應用1概論

進入2l世紀，我國高爐開始向大型化和特大型化方向發(fā)展，在高爐操作中，爐前設備面臨著比較突出的問題，既現(xiàn)有國內(nèi)各機型開口機功能與功率滿足不了開鐵口工藝要求，尤

3

其是201*m等級以上的高爐，冶煉強度高、鐵口深，采用高強度無水炮泥，炮泥在鐵口中燒結時間長，且變素很大，出鐵時間長，鐵口穩(wěn)定性較差，開鐵口困難等等，集中反映以下八個問題：

I、開鐵口時間長10．30min：2、鉆桿消耗大3．5根／爐：3、鐵口侵蝕快：

4、正點率較差67％；5、鐵口合格率較差51％；6、泥炮的打泥量不穩(wěn)；7、鐵口維護量較大；8、開鐵口退鉆困難。

從國外高爐爐前操作技術指標分析，大型化高爐尤其是特大型高爐考核指標為：(1)單爐24h無并行出鐵；(2)單爐24h出鐵次數(shù)為6次；(3)出鐵見渣率為100％：(4)鐵口合格率為90％以上；

(5)正點率、鐵口深度合格率達90％以上。由此可見要解決上述“八個問題”，完成“五項指標”，在努力提高鐵口區(qū)域操作水平管理水平同時，除選擇科學匹配的炮泥、鉆頭、鉆桿，更主要的是對完成開口工藝的唯一設備開口機須有個嚴格要求。CHY4000A(國產(chǎn)化型號，下同)全液壓開口機在我國的研究、開發(fā)、使用、反饋，集中反映了我國爐前設備技術又一重大突破和創(chuàng)新。通過寶鋼、武鋼、韶鋼、太鋼、本鋼、馬鋼、天鋼、唐鋼近幾年來在高爐現(xiàn)場的使用觀察，統(tǒng)計計算得到以下公式：

2開口機研究與國產(chǎn)化發(fā)展過程

多年來，我公司(前稱中南液壓氣動設計研究所)一直從事世界先進開鐵口機的研究與開發(fā)。1997年，在全國煉鐵生產(chǎn)工作會上，筆者首個提出“推薦使用有軌式開鐵口機”得到全國煉鐵界普遍贊許，并迅速在全國推廣，大大降低了鐵口的維護量，提高了高爐的壽命，同時使鐵口的深度、角度、直線度、正點率、出鐵均勻性、放渣量都有了質(zhì)的改變，被譽為我國爐前設備第一次革命。十幾年來，我公司設計改造了適合中國爐況具有獨立自主知識產(chǎn)權的電動、全氣動、液氣結合式、全液壓等四大系列、十二種機型的開口機，被煉鐵界譽為“世界的開口機，開口機的世界”。

(1)早在80年代末期，我國引進DDS公司第一代開口機用于湘鋼3BF，型號為

CHQl000(國外型號HM754)，采用矮柱雙軌式，在同一行走梁上并排掛兩臺開口機，一鉆一捅，集沖鉆為一體，泥炮開口機采用異邊布置，當時在全國1000m3以下高爐廣為使用，這種開口機結構簡單，維護方便，可通過尾部手動換向閥完成自動卸扦(見圖1)。

(2)90年代初期，DDS公司第二代CHQ201*(國外型號HM755)型開口機在武鋼3BF使用，泥炮、開口機采用同邊布置，開口機在上，泥炮在下，采用沖鉆分離式，此機

圖1CHOl000型氣動開口機

與CHQl000型相比，轉(zhuǎn)速提高了25％，扭矩提高了30％，沖擊功提高了40％，95年11月國產(chǎn)化后，在我國一大批1000m3左右高爐大為使用(見圖2)。

圖2CH0201*型氣動開口機

(3)98年12月26日，DDS公司第三代CHQ201*L(國外型號HM766≥開口機在昆鋼6BF使用，泥炮、開口機采用同邊布置，泥炮在上，開口機在下，轉(zhuǎn)臂為低柱斜座式，此結構穩(wěn)定性強，離地面空間小，便于設備檢修，便于備件拆換。非工作狀態(tài)下整個機架扒臥在地面。CHQ201*L開口機與CHQ201*相比，除外形結構上由較大變化外，還根據(jù)國外開口工藝增設一逆打裝置(采用埋棒法時拔棒使用)，逆打額定沖擊功為190J，其旋轉(zhuǎn)、振打與第二代CH0201*型相同，99年10月我公司將其國產(chǎn)化，并迅速在我國1000m3一201*m3高爐推廣(見圖3)。

(4)上世紀，DDS公司與PW公司重組，組建為TMT公司。本世紀初，該公司生產(chǎn)的HS573-GH型全液壓開口機，隨著我國爐前設備的引入，先后在我國武鋼5BF、6BF、7BF、8BF，馬鋼新區(qū)1BF、2BF，韶鋼6BF、7BF，太鋼3BF、5BF，本鋼6BF、7BF、8BF，寶鋼lBF、2BF、3BF、4BF，鞍鋼1lBF、12BF，天鋼2BF，唐鋼南區(qū)1BF，天鐵5BF，首鋼遷安3BF，京唐鋼lBF、2BF使用，這一新技術的應用，對提高我國爐前設備自動化水平起到了積極的推動作用，但也出現(xiàn)諸多問題。比如：蓄能器氮氣泄露問題，蓄能器皮碗易破損問題，旋轉(zhuǎn)齒輪箱潤滑問題，吹掃管尾部霧化水泄露對旋轉(zhuǎn)齒輪浸濕問題，振打桿與鉆桿連接處工作狀態(tài)下外泄露水，以及價格昂貴、供貨周期長、維修困難等問題。3CHY4000A研發(fā)分析

201*年1月我公司下屬三峽工業(yè)設計研究院，組織專班成立項目組，走科研與生產(chǎn)結合道路，用了近半年時間對該機使用現(xiàn)場進行觀察、跟蹤、了解，對泥炮、鐵口、鉆頭、鉆桿、開口機給進機構以及風壓、水壓、油壓等故障點進行了反復研究、解剖、試驗、分析，終于在201*年10月逐一解決了以上六個重點問題，并研究開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的CHY4000A型全液壓開口機，改寫了我國大高爐無大功率、多功能全液壓開口機的歷史。產(chǎn)生了較好的社會效益和經(jīng)濟效益，并迅速在全國大高爐和特大高爐推廣使用。這一新技術的應用使我國爐前設備裝備水平、操作水平、管理水平都將有一個大的提高(見圖4)。我公司研發(fā)的CHY4000A型全液壓開口機，主要針對201*m3以上高爐的爐前開鐵口作業(yè)。它集旋轉(zhuǎn)、振打、逆打、吹掃為一體，鉆桿、鉆頭、水霧化為一體，整機各部位結構緊湊，克服了其它機型在加大沖擊功，加大扭矩情況下易松動的問題。具有功率大、效率高、消耗低、故障少、帶逆打、安全環(huán)保等特點，填補了國內(nèi)空白。堪稱我國爐前設備的第二次革命。(見表1)

4CHY4000A功能及原理4．1旋轉(zhuǎn)功能

該機旋轉(zhuǎn)動力來自一臺液壓馬達，馬達輸出經(jīng)齒輪減速后最終傳給“振打桿”。如圖5所示，“小齒輪”與馬達矩形花鍵連接，“大齒輪”通過“花鍵套”與“振打桿”異形花鍵連接。作為輸出動力的“大齒輪”，同時也是“振打桿”的后端支承，限制“振打桿”后退的極限位置。CHY4000A型液壓開口機旋轉(zhuǎn)動力的額定扭矩為330～660N．m，較以往開口機增大了25％。較大的旋轉(zhuǎn)動力有利于切削，在吹掃排屑的輔助下，能順利地在鐵口前端打開一條孔道，且無論開口機是在鉆進還是鉆退的過程中，都始終保持通道的暢通。4．2沖擊功能

沒有沖擊功能或沖擊功率小的開口機，當鉆到赤熱的硬層或遇到夾鐵夾渣時，無法繼續(xù)工作。這時往往采用吹氧或捅釬等方法打開出鐵口孔道中剩下的硬層，這種方法不僅效率低，對鐵口的破壞也十分嚴重，而鐵口是高爐最薄弱的地方，長此以往，必將對高爐壽命帶來不利影響。沖擊功能有利于破碎鐵口深處的夾鐵夾渣，減少鐵口維護量，縮短開鐵口時間。

圖5

如圖5所示，正向沖擊時，“振打桿”在后位。由于“活塞”向前沖擊時其沖擊功通過“振打圈”、“鉆桿接套”向鐵口傳遞，“振打桿”不承受直接打擊。所以CHY4000A型開口機的重要零件“振打桿”受到了很好的保護�！罢翊驐U”的前端與“鉆桿接套”螺紋連接。振打圈、振打桿軸肩均由滑動配合的“支承套”支承、導向。4．3逆打功能

CHY4000A型開口機是國內(nèi)外唯一具有逆打功能的液壓開口機。在國外，逆打功能是用來拔出埋入出鐵口的金屬棒，其工作原理與正向沖擊相似，只是沖擊的方向相反。在國內(nèi)逆打功能有利于快速拔出鉆桿，縮短開口機后退時間，減少鐵口對設備的熱輻射影響，提高設備的使用壽命，降低主機及備件的損耗。

如圖6所示，逆向沖擊時，“振打桿”在前位，“活塞”向后沖擊，與“振打桿”左肩軸發(fā)生碰撞，沖擊功向鐵口傳遞。正逆打的轉(zhuǎn)換足通過操作小車向前或向后運動來實現(xiàn)的。此外，CHY4000A的活塞動作方式不是差動，有效避免了差動前沖時前腔高壓對沖擊功的消減，從而向外釋放更多沖擊功。這一特點有效的保證了正向沖擊和反向沖擊的進行。

4．4霧化除塵

常用的吹掃是通過安裝在開口機尾部的吹掃空氣入口，將壓縮空氣從開口機內(nèi)部及釬桿中的孔道，輸送到開鐵口工作位置，清除切削過程中所產(chǎn)生的粉塵，以利于鉆進過程的進行。然而這卻成為造成爐前粉塵污染的主要原因之一。霧化除塵就是針對吹掃過程中產(chǎn)生的粉塵煙塵污染而設計改進的。

霧化功能是在鉆削鐵口過程中，將常溫常壓的水通過控制系統(tǒng)，改變其壓力與流量并霧化后，經(jīng)開口機水道流經(jīng)鉆桿鉆頭。旋轉(zhuǎn)吹掃所產(chǎn)生的煙塵在霧化水的作用下轉(zhuǎn)化成蒸發(fā)氣

體，從而降低了鐵口的煙塵污染。鉆進過程中產(chǎn)生的粉塵在霧化水的作用下凝結成0．5～3mm塵粒，煙塵污染降低了73．5％，粉塵污染降低了61％，有效控制了鐵口煙塵粉塵污染，改善了爐前工人的勞動環(huán)境。

此外，針對以前霧化除塵開口機有漏水問題，CHY4000A型開口機對此作出了改進。如圖7所示，以往的開口機吹掃管又細又長，水霧化入口在開口機前端。工作時霧化的水在吹掃空氣的作用下，直達鐵口除塵，但在非工作狀態(tài)下，殘留的水就可能順著吹掃管和振打桿之間的間隙進入機體內(nèi)部，侵蝕機內(nèi)零件。而CHY4000A型開口機的吹掃管較短，便于加工和組裝。吹掃管與振打桿連接的地方加了兩道密封圈，有效地隔離了吹掃霧化水，保護機內(nèi)重要零件不受侵蝕。4．5水霧冷卻

水霧通過機體和鉆桿鉆頭后，可以起到一定的冷卻效果，但是與以前帶霧化除塵功能的開口機不同的是，CHY4000A型開口機的霧化水是從機體尾部進入，其對整個機體以及振打桿、鉆桿、鉆頭都起到了較好的冷卻效果(如表2所示)，對提高設備使用壽命起到了重要的作用。

4．6水霧降耗

水霧的冷卻效果不僅提高了設備的使用壽命，同時也大大降低了鉆具等的消耗。水鋼煉鐵廠3BF自201*年9月開始出鐵，很快達到設計要求，實現(xiàn)預期目標。但爐前原使用的液壓開口機鉆具消耗太大，其水套平均7天更換一套，鉆頭月均消耗600個，鉆桿月均消耗580根，201*年2月20日，水鋼煉鐵廠與我公司達成共同改造研發(fā)低耗環(huán)保開口機協(xié)議，經(jīng)過兩個月設計、研究、消化吸收國外技術，在原基礎上進行技術創(chuàng)新，使之更適合中國國情，4月19日成功應用于水鋼3BF，各項指標均達到設計要求。與原開口機相比有以下幾點優(yōu)勢：開口機轉(zhuǎn)速提高一倍，在沒有夾鐵夾渣情況下，不使用沖擊可直接打開鐵口，回轉(zhuǎn)扭矩提高30％，開口機綜合效率明顯提高�？谟捎阢@削鐵口時，減少了沖擊使用頻率，泥包的穩(wěn)定性加強，泥包破損率減少，確保鐵口鉆開率、正點率、出鐵均勻率。開鐵口時間縮短，由原開鐵口5-7min，減少到目前l(fā)-2min。4由于開鐵口時間短，避免開口機在高溫下烘烤，減少主機的備件消耗。由于霧化的水流經(jīng)振打桿(釬尾)，鉆桿、鉆頭，達到冷卻降溫作用，使一根鉆桿、鉆頭多次使用，降低了鉆具的消耗。由于減少鉆具更換次數(shù)，開口機空轉(zhuǎn)(卸桿)次數(shù)減少，增加開口機的使用壽命。其主要數(shù)據(jù)如下：開口機備件消耗下降30％、鉆桿消耗下降60％、鉆頭消耗下降30%、主機備件消耗下降48％、輔料消耗下降26％。5國產(chǎn)應用對比

隨著我國高爐大型化地發(fā)展，對開口機的功能與功率要求也越來越高。從表2可以看出，CHY4000A型液壓開口機與國內(nèi)大型液壓開口機相比，轉(zhuǎn)速和沖擊功均有重大突破，更為重要的它增毆一逆打裝置，開口機的綜合效率明顯提高，鉆頭鉆桿的消耗明顯降低。開鐵口時

間大大縮短，減少鐵口對開口機的熱輻射，延長了開口機的使用壽命。

此外，CHY4000A型開口機中心高較小，僅為160mm，總高也只有320mm，這就避免了開口機與鐵溝的干擾，使整個開口機總成結構更緊湊，占用空間小。目前該機型已經(jīng)在寶鋼、太鋼、本鋼等得到應用，效果好，性能穩(wěn)定，由表3可以看出，CHY4000A型全液壓開口機的各項性能指標均能達到進口開口機的設計值，滿足爐前生產(chǎn)設計要求，可以替代進口開口機進行爐前開鐵口作業(yè)，同時也解決了進口開口機備件采購困難、供貨周期長目價格昂貴等矛盾。

6結語

從以上綜述分析，進口HS573-GH開口機在我國高爐地應用，縮短了我國與發(fā)達國家爐前技術差距，使我國爐前技術進入了一深度，短短的3年時間里，我國已有一大批鋼鐵企業(yè)(201*M3以上86座高爐)使用正準備使用這一新技術新工藝，CHY4000A型全液壓開口機(國產(chǎn)型號)的開發(fā)與應用，解決了制約我國爐前技術諸多問題，它集大功率、高效能、低消耗，系統(tǒng)水冷風冷等，具有目前國內(nèi)其它開口機所無法替代的功能和特點�？梢灶A測，隨著高爐大型化地發(fā)展這一新技術將被迅速推廣與應用。參考文獻

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