400 t液壓泥炮的優(yōu)化與應用

邵 琳,惠 展,趙自強

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

技術(shù)改造

400 t液壓泥炮的優(yōu)化與應用

邵 琳,惠 展,趙自強

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

液壓泥炮是煉鐵高爐爐前必備的設(shè)備。本文主要針對液壓泥炮在使用過程中發(fā)現(xiàn)泥炮本體受熱輻射較大、設(shè)備待機位置時打泥機構(gòu)離地面太近和設(shè)備整體運行軌跡不是最優(yōu)的問題和不足，通過增大基礎(chǔ)距離、優(yōu)化桿機構(gòu)和斜底座等手段，實施技術(shù)方案改進，以減少設(shè)備本體熱輻射影響、改善運行軌跡、提高使用壽命，對同類泥炮的設(shè)計優(yōu)化具有參考意義。

高爐；液壓泥炮；運行軌跡

0 前言

液壓泥炮是煉鐵高爐爐前必備的設(shè)備，其作用是能夠迅速準確堵塞出鐵后的出鐵口，使高爐快速進入下一循環(huán)作業(yè)。因此，泥炮的裝備水平直接影響著爐前的生產(chǎn)管理和安全管理。為保證泥炮長期可靠運行，有必要對液壓泥炮在使用過程中的問題進行分析并加以改進，使設(shè)備性能進一步提高。

1 設(shè)備組成及存在問題

1.1 設(shè)備組成

如圖1所示，液壓泥炮主要由打泥機構(gòu)1、吊掛機構(gòu)2、控制連桿3、回轉(zhuǎn)機構(gòu)4、底座5等組成。

設(shè)備的運行由兩個液壓缸驅(qū)動完成，回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動轉(zhuǎn)臂完成回轉(zhuǎn)動作，回轉(zhuǎn)動作完成時炮口自動對準出鐵口，由打泥液壓缸驅(qū)動打泥活塞完成打泥作業(yè)。在打泥過程中，回轉(zhuǎn)液壓缸同時完成壓炮功能。

圖1 液壓泥炮

1.2 設(shè)備存在問題

隨著蓄鐵池鐵鉤的廣泛應用，某鋼廠5#高爐原有泥炮存在以下需要改進的問題：

(1)基礎(chǔ)到主鐵溝的距離較小，泥炮本體受熱輻射較大；

(2)設(shè)備待機位置時打泥機構(gòu)離地面太近；設(shè)備運行最高點不超過2000 mm；

(3)設(shè)備整體運行軌跡不是最優(yōu)。

2 優(yōu)化方案

2.1 增大基礎(chǔ)與主鐵溝距離

結(jié)合爐前布置情況，加長懸臂，增大基礎(chǔ)與主鐵溝的距離，使設(shè)備本體一定程度上遠離主鐵溝。打泥機構(gòu)1和吊掛機構(gòu)2尺寸不變，根據(jù)幾何位置關(guān)系，通過計算得出鐵口和設(shè)備本體基礎(chǔ)中心的相對位置坐標(X、Y、Z)，如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)中心坐標圖

懸臂加長400 mm，Y方向增加435 mm，設(shè)備基礎(chǔ)遠離主鐵溝。

對理論計算結(jié)果進行SolidWorks三維校準。

由于懸臂加長，對基礎(chǔ)的傾翻力矩增加，因此，需重新核算基礎(chǔ)載荷，并對底座與斜底座間連接螺栓進行強度校核。

(1)基礎(chǔ)載荷計算。

垂直載荷

PZ= 239 kN

水平力(壓炮時)

PX=321 kN

平面轉(zhuǎn)矩

MZ=899 kN·m

傾翻力矩(取重力矩為懸臂中心)：

壓炮時

MX=255 kN·m

My=31 kN·m

壓炮前

MXmax =335 kN·m

轉(zhuǎn)臂與鐵溝平行時

Mymax =215 kN·m

(2)螺栓強度校核。

底座與斜底座間連接螺栓采用8.8級M76螺栓，材料35。螺栓危險截面的拉伸強度條件σca=208 MPa,σ<[σ]。

材料許用應力為[σ]=640 MPa，σ<[σ]，合格

2.2 增大回轉(zhuǎn)油缸

懸臂增長，為滿足壓炮力的要求，對回轉(zhuǎn)油缸進行校核。回轉(zhuǎn)油缸最大受力發(fā)生在壓炮時，因此，以泥炮處于工作位置狀態(tài)時對泥炮桿機構(gòu)進行受力分析如圖3所示。

圖3 工作狀態(tài)時機構(gòu)受力分析圖

(1) 以桿件2為研究對象，根據(jù)力矩平衡得

Pcos10°·L=P1·R

P1= 1 595 kN

式中，P為壓炮力， 285 kN；P1為連桿作用力；L、R分別為P、P1相對于固定點O的力臂。

(2)以桿件5為研究對象，根據(jù)力矩平衡得

P2·Q=P1·n

P2=1 158 kN

式中，P2為活塞作用力 (推力)；Q、n分別為P2、P1相對于固定點O1的力臂。

根據(jù)活塞推力P2，綜合考慮油缸行程和工作環(huán)境，給定安全系數(shù)，確定回轉(zhuǎn)油缸為Φ180/Φ250-1260。

2.3 優(yōu)化運行軌跡

(1)優(yōu)化斜底座。斜底座是承載整個泥炮重量及傾翻載荷的部件，起到連接泥炮本體和基礎(chǔ)的作用。底座與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的連接面具有一定的傾斜角度和傾斜方向，使打泥機構(gòu)在工作位置達到工作角度，在待機位置時便于裝泥和檢修。

優(yōu)化斜底座的高度和傾斜角度后，滿足泥炮工作要求的前提下，設(shè)備處于待機位置時，打泥機構(gòu)上最低點高度為鐵口中心線向上200 mm，裝泥口高度為700 mm，設(shè)備運行最高點1 950 mm。

(2)優(yōu)化運動軌跡。根據(jù)泥炮工作位和待機位要求，確定控制連桿與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的鉸接位置點，調(diào)整控制連桿長度。按照確定的位置點和控制連桿長度，校驗打泥機構(gòu)運動軌跡以及打泥機構(gòu)和懸臂運動過程中兩者夾角最小時打泥機構(gòu)是否和懸臂干涉，最終選取最優(yōu)匹配點。

經(jīng)軌跡對比，最終選取鉸接點相對于原鉸接點ΔX=70,ΔY=-100，控制連桿長度增加了460mm。

3 優(yōu)化效果

(1)基礎(chǔ)位置。待機位置時打泥機構(gòu)各點位置以出鐵口中心線為基準，出鐵口中心線以上為“+”，出鐵口中心線以下為“-”。優(yōu)化前后設(shè)備基礎(chǔ)位置見表1。

表1 設(shè)備基礎(chǔ)優(yōu)化前后對比 mm

表1中

(2)軌跡對比。炮嘴優(yōu)化前后的軌跡如圖4、圖5所示，對比可以看出，優(yōu)化后炮嘴在接近出鐵口泥套時運動軌跡的直線性更好。炮嘴靠近鐵口偏移量對比見表2。

圖4 優(yōu)化前炮嘴軌跡圖

圖5 優(yōu)化后炮嘴軌跡圖

距離2004006008001000優(yōu)化前4682108124130優(yōu)化后1728333224

由表2可以看出，優(yōu)化后，不僅炮嘴在接近出鐵口泥套時運動軌跡的直線性更好，而且工作位置點準確性更高。

4 結(jié)論

通過調(diào)整泥炮基礎(chǔ)，使設(shè)備遠離主鐵溝，減少了熱輻射，提高了設(shè)備使用壽命；通過優(yōu)化斜底座，使設(shè)備在待機位置時，打泥機構(gòu)與地面夾角變小，尾部抬高，裝泥口降低，便于維護和操作；通過優(yōu)化四桿機構(gòu)，炮嘴運行軌跡更加合理。目前，優(yōu)化后的液壓泥炮已應用于某鋼廠的5#高爐改造工程，至今已使用一年以上，工作可靠、操作和維護方便，得到了用戶的肯定。同時，此方法也為其它高爐爐前改造提供參考。

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Optimization and application of 400 t hydraulic mud gun

SHAO Lin，XI Zhan，ZHAO Zi-qiang

(Sinosteel Xi’an Machinery Co., Ltd., Xi’an 710201, China)

The hydraulic clay gun is indispensable for the blast furnace. In this paper, some problems of hydraulic mud gun in running process, main include mud gun body heat larger radiation, the equipment stand by position play mud being too close to the ground, and the whole running track of the equipment without optimization, are discovered. Several improved measures for more efficient utilization of hydraulic clay gun are proposed. The purpose of radiation reduction, improve the running track and service life are achieved by increasing the basic distance, optimizing mechanism and inclined base and improving technology. This means can be a reference of designing similar equipment.

blast furnace；hydraulic clay gun；running track

2016-05-04；

2016-07-29

邵琳(1983-)，女，中鋼集團西安重機有限公司工程師。

TF321.5

A

1001-196X(2017)02-0095-03