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(xiàn)代煉鐵技術的發(fā)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(yè)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(huán)的作業(yè)，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(guī)格型號，分別適合配備于不同容積的高爐。在實際工作現(xiàn)場，泥炮的液壓系統(tǒng)常常會出現(xiàn)各種故障現(xiàn)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(tǒng)的故障，是實現(xiàn)高爐連續(xù)安全生產的重要環(huán)節(jié)。泥炮泵站液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)流閥向液壓缸供油，液壓缸活塞伸縮，實現(xiàn)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(tǒng)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(shù)見表1。

3 液壓系統(tǒng)技術性能與參數(shù)

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(shù)

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(shù)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(tǒng)壓力20MPa，代入可得Fmax3=250t。

2)泥炮系統(tǒng)公稱流量計算

根據(jù)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(jù)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(shù)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(shù)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(tǒng)壓力

系統(tǒng)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(shù)如表2所示：

表2 電磁溢流閥技術參數(shù)

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(shù)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(tǒng)故障，保證發(fā)生故障容易能及時排除，這對高爐生產非常重要,是實現(xiàn)高爐連續(xù)安全生產的重要環(huán)節(jié)。按泥缸容積分設計制造多種規(guī)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(tǒng)技術性能計算及參數(shù)選擇設計制造出高性能的高爐液壓泥炮，滿足現(xiàn)代化高爐生產需要。