高爐液壓泥炮設計技術研究

李 波 趙靜一 劉 航 張啟星 王留根 杜沖沖

(1：北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029；2：燕山大學河北省重型機械流體動力傳輸與控制重點實驗室 河北秦皇島066004)

1 前言

隨著現代煉鐵技術的發展，對高爐液壓泥炮的技術性能有了新的要求，作為冶煉行業的主要爐前設備，液壓泥炮能夠迅速準確堵塞放鐵后的出鐵口，使高爐快速進入下一循環的作業，是目前大中小型煉鐵廠家較理想的爐前設備[1]。液壓泥炮由轉炮機構、壓炮機構、打泥機構、液壓站、操作臺等部分組成，按泥缸容積分為多種規格型號，分別適合配備于不同容積的高爐。在實際工作現場，泥炮的液壓系統常常會出現各種故障現象[2] [3]。因此，設計生產高性能的高爐液壓泥炮，減少并及時排除液壓系統的故障，是實現高爐連續安全生產的重要環節。泥炮泵站液壓系統圖如圖1所示。

2 高爐液壓泥炮簡介

泥炮的結構類型主要包括回轉機構和打泥機構兩部分。

泥炮回轉機構包括曲臂、控制桿、小連桿、回轉支架、吊掛架、十字軸、回轉油缸等部分。油壓推動油缸活塞使油缸做伸、縮運動，油缸帶動曲臂回轉，由曲臂推動曲臂上的小連桿，靠小連桿推動回轉支架進而達到支架和吊掛架整體回轉的目的。

圖1 泥炮泵站液壓系統圖1-液壓泵；2-液壓控制機構；3-截止閥；4-過濾器；5-冷卻器；6-過濾泵；7-加熱器

泥炮回轉時壓力油通過一套電磁換向閥、差動回路裝置及平衡閥向液壓缸有桿腔供油。回轉向前時，無桿腔進油，從有桿腔排出的液壓油經差動回路裝置再進入到無桿腔管路里，平衡閥保持背壓3MPa，從而達到快速、大流量控制油缸的目的；向后回轉時壓力油經同一套電磁換向閥、平衡閥向有桿腔供油，從無桿腔排出的油經換向閥流回油箱[4]。

泥炮打泥機構主要包括炮嘴、連接體、泥缸、油缸和泥塞、打泥量指示裝置[5]。在油壓的作用下，油缸活塞桿做直線運動，帶動泥塞做前進和后退動作，泥缸中填滿無水炮泥，泥塞將炮泥通過連接體從炮嘴打入高爐鐵口，堵住即將流完鐵水的鐵口。

泥炮打泥時壓力油通過一套電磁換向閥，液壓鎖，雙單向節流閥向液壓缸供油，液壓缸活塞伸縮，實現泥塞前進打泥和泥塞后退裝泥的效果。

油源部分：采用軸向柱塞泵與電磁溢流閥及單向閥組成，泥炮系統由兩套泵組成，一套工作，一套備用，兩套輪流使用。

泥炮的技術性能參數見表1。

3 液壓系統技術性能與參數

1)泥炮工作負載：在泥炮回轉向前動作時，油缸最大工作負載為Fmax1。

按照公式：

(1)

表1 高爐泥炮技術性能參數

其中：D1為活塞直徑280mm，D2為活塞桿直徑200mm，P1為無桿腔壓力20MPa，P2為有桿腔壓力3MPa，代入(1)可得Fmax1=114.1t；

當泥炮回轉向后動作時，最大工作負載是Fmax2。

按照公式

(2)

將油缸和壓力數值代入(2)可得

Fmax2=60t

當泥炮打泥時，油缸最大出力能達

(3)

其中D3為打泥油缸活塞直徑400mm，P3系統壓力20MPa，代入可得Fmax3=250t。

2)泥炮系統公稱流量計算

根據原理，泥炮回轉向前時利用的是差動回路，而回轉向后時有桿腔進油，無桿腔直接回油，根據生產工藝要求，回轉向后時間為12s，回轉油缸行程為1407mm。

(4)

可得速度為0.11725m/s。

有桿腔截面積計算為：

(5)

將數值代入(5)可得

按照流量計算公式：

Q=A·v

(6)

可得

Q=A·v=0.03014·0.11725=212.06L/min

所以選擇了力士樂品牌的柱塞泵A2F0160/61R-PBB05，流量為230L/min。

再計算回轉向前時差動回路所需流量，由上可知回轉時油缸活塞速度為0.11725m/s，而無桿腔活塞截面積A1的計算公式為：

(7)

代入數值得，則回轉向前時油缸無桿腔需要進入的流量為：

Q=A·v=0.06155·0.11725=432.96L/min

3)泥炮系統壓力

系統的工作壓力靠電磁溢流閥設定為P=20MPa，溢流閥型號為DBW20B-1-30/315uW220-50NZ4(華德)，其技術參數如表2所示：

表2 電磁溢流閥技術參數

電磁溢流閥的特性曲線如圖7所示：

圖2 電磁溢流閥特性曲線

4)泥炮電機功率的選擇

按照公式驅動功率為:

(8)

5)動作時間：泥炮回轉向前時間T1=12s，回轉向后時間T1=12-15s。

6)開口機工作負載：在開口機回轉向前動作時，油缸最大工作負載為Pmax4。

由公式：

(9)

其中D1表示活塞直徑，為140mm，P1表示無桿腔壓力16MPa，代入可得Pmax4=25t。

當開口機回轉向后動作時，最大工作負載是：

(10)

D2表示有桿腔直徑，為100mm，將數值代入公式(10)，可得：Pmax5=12t

4 結束語

煉鐵高爐的強化操作需要高性能的液壓泥炮，設計生產高性能的高爐液壓泥炮滿足生產需要，特別是減少泥泡液壓系統故障，保證發生故障容易能及時排除，這對高爐生產非常重要,是實現高爐連續安全生產的重要環節。按泥缸容積分設計制造多種規格型號的液壓泥炮，分別適合配備于不同容積的高爐。通過對高爐液壓泥炮的回轉機構及打泥機構的液壓系統技術性能計算及參數選擇設計制造出高性能的高爐液壓泥炮，滿足現代化高爐生產需要。