梅鋼一煉鋼氧槍設(shè)備改造

潘朝春

（上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，江蘇 南京210039）

氧槍設(shè)備的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝要求，使氧槍設(shè)備按設(shè)定程序要求橫移、下降，從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時(shí)，即停止吹煉，按設(shè)定程序要求提升氧槍?zhuān)瓿梢睙掃^(guò)程。

上海梅山鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)梅鋼）一煉鋼現(xiàn)有1號(hào)、2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設(shè)備是墨西哥二手設(shè)備，1996年由馬鋼院修配改。氧槍橫移鎖緊控制采用普通液壓換向閥配合限位開(kāi)關(guān)使用，控制精度差，無(wú)法滿足氧槍對(duì)中精度高的要求。橫移、鎖緊精度差導(dǎo)致吹煉位信號(hào)故障頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。吹煉時(shí)，氧槍插入口冒煙嚴(yán)重，不滿足環(huán)保生產(chǎn)要求。因此，在滿足生產(chǎn)的前提下，堅(jiān)持安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠的原則，對(duì)梅鋼一煉鋼氧槍升降橫移設(shè)備進(jìn)行改造。本次氧槍改造的成功為國(guó)內(nèi)其他鋼廠的老舊氧槍設(shè)備改造提供了示范。

1 存在的問(wèn)題及改造必要性

1.1 設(shè)備問(wèn)題

梅鋼一煉鋼1號(hào)、2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設(shè)備是墨西哥二手設(shè)備。1999年該系統(tǒng)投用至今發(fā)生過(guò)多次臺(tái)車(chē)滑落、墜落故障，造成人身和設(shè)備安全險(xiǎn)肇事故。氧槍橫移鎖緊控制采用普通液壓換向閥配合限位開(kāi)關(guān)使用，控制精度差，無(wú)法滿足氧槍對(duì)中精度高的要求，橫移定位精度差，影響氧槍升降的活動(dòng)軌道與固定軌道之間的對(duì)位，氧槍升降小車(chē)在通過(guò)兩個(gè)軌道的連接區(qū)域時(shí)有卡阻和沖擊。橫移、鎖緊精度差導(dǎo)致吹煉位信號(hào)故障頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。由于氧槍橫移對(duì)中造成的故障平均每年發(fā)生約13次，每次故障時(shí)間約1.5 h，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏造成很大影響。

1.2 安全問(wèn)題

梅鋼一煉鋼1號(hào)、2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移系統(tǒng)設(shè)備是日本新日鐵20世紀(jì)70年代初設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，在墨西哥生產(chǎn)使用十年，缺乏本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)。沒(méi)有防墜落機(jī)構(gòu)，存在較大安全隱患。1999年至今共計(jì)發(fā)生過(guò)3次氧槍墜落事故，最近的一次發(fā)生在2018年。且該設(shè)備狀況已經(jīng)不符合《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》AQ 2001—2018第9.1.4條規(guī)定：“轉(zhuǎn)爐氧槍升降裝置，應(yīng)配備鋼繩張力測(cè)定、鋼繩斷裂防墜、事故驅(qū)動(dòng)等安全裝置”。2018年2月份與2018年11月份氧槍設(shè)備發(fā)生兩次故障，暴露出因設(shè)備局部缺陷導(dǎo)致故障發(fā)生，進(jìn)而影響到氧槍設(shè)備正常工作。在2018年11月因鋼絲繩繩卡螺栓松動(dòng)，繩卡無(wú)法有效固定鋼絲繩。發(fā)生故障時(shí)，因2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車(chē)未設(shè)計(jì)防墜落裝置，鋼絲繩脫落后，氧槍直接掉入爐中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有緩沖裝置未起到足夠緩沖效果。

1.3 環(huán)保問(wèn)題

轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中產(chǎn)生煙氣，煙氣中含有大量CO等有毒氣體，尤其在吹煉中期，煙氣中CO成分所占百分比達(dá)最高值（85%～90%），因此在吹煉過(guò)程中必須對(duì)氧槍口進(jìn)行氣封，以確保有毒氣體沒(méi)有外溢，同時(shí)也起到防止火焰上竄的作用。氧槍插入口氣封采用氮?dú)夥猓鯓屧诖禑捝a(chǎn)時(shí)插入口煙氣外溢明顯，插入口可見(jiàn)明火噴出，對(duì)附近氧槍橡膠軟管造成安全隱患，環(huán)保問(wèn)題嚴(yán)重。

1.4 改造必要性

梅鋼一煉鋼1號(hào)、2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移設(shè)備升降小車(chē)無(wú)防墜落裝置，升降小車(chē)的工作高度最高達(dá)+41.15 m，加上升降小車(chē)上連接的氧氣管及冷卻水管等介質(zhì)質(zhì)量約十余噸，如此時(shí)遭遇鋼絲繩斷裂等突發(fā)情況，升降小車(chē)從高處墜落，會(huì)對(duì)下部轉(zhuǎn)爐及其他設(shè)備造成強(qiáng)大沖擊，損壞設(shè)備設(shè)施，給設(shè)備的安全帶來(lái)嚴(yán)重不利影響。氧槍更換時(shí)操作人員在升降小車(chē)平臺(tái)處工作，氧槍墜落風(fēng)險(xiǎn)對(duì)操作人員的人生安全也形成巨大威脅。如此現(xiàn)狀，已不符合現(xiàn)在安全規(guī)范要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、人員安全造成了較大影響，存在很大的安全隱患。

綜上原因，對(duì)梅鋼一煉鋼轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移設(shè)

備進(jìn)行更新改造是有必要的。

2 改造方案及內(nèi)容

2.1 氧槍設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

1）氧槍橫移臺(tái)車(chē)。橫移速度：V=3.2 m/min；橫移行程：S=3.35 m。

2）氧槍升降小車(chē)。升降速度：V高=40 m/min；V低=5 m/min；升降行程：S=15.15 m；卷?yè)P(yáng)能力130 kN。

3）鎖緊定位裝置。最大推力：Fmax=15 kN；升降行程：S=200 mm。

2.2 改造內(nèi)容

氧槍設(shè)備在工作時(shí)有使用頻率高、可靠性要求高、工況惡劣等特性，改造方案首先必須滿足技術(shù)成熟、安全可靠的要求，以最大程度減少因改造帶來(lái)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。還應(yīng)盡量降低改造成本，減少施工工作量，降低改造工作對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的影響。梅鋼一煉鋼3號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)備在經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行實(shí)踐中，工作穩(wěn)定可靠，故障率低。故改造方案可參照3號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)備，以降低改造技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)達(dá)到備件統(tǒng)一的目地，便于設(shè)備管理，降低采購(gòu)及使用成本。

經(jīng)過(guò)研究比對(duì)，為降低改造的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)1號(hào)、2號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍裝置進(jìn)行改造，改造方案參照3號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍結(jié)構(gòu)，設(shè)備設(shè)計(jì)可借用，且3號(hào)設(shè)備在使用中已經(jīng)過(guò)多年的使用驗(yàn)證，能夠保證設(shè)備的整體高可靠性。并且改造后備件與3號(hào)爐統(tǒng)一、可互換，能有效降低采購(gòu)及使用成本，便于設(shè)備管理。

因新舊設(shè)備軌道布置位置的差異，拆除現(xiàn)有設(shè)備后，新增行走輪軌道鋼結(jié)構(gòu)及導(dǎo)輪軌道鋼結(jié)構(gòu)，作為鋪設(shè)行走輪軌及導(dǎo)輪軌道的基礎(chǔ)，以滿足設(shè)備布置要求。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及定位參照現(xiàn)有3號(hào)轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)布置。

改造后氧槍設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，整體布置圖見(jiàn)圖1整體布置圖（側(cè)面）及圖2整體布置圖（正面）。

2.2.1 提升設(shè)備的安全性能為滿足安全設(shè)計(jì)規(guī)范，消除安全隱患，提升升降小車(chē)的本質(zhì)安全，確保在發(fā)生異常情況時(shí)升降小車(chē)按要求自動(dòng)停止，保證升降小車(chē)在工作時(shí)的安全性，轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車(chē)整體更換，升降小車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)防墜裝置。

圖1 整體布置圖（側(cè)面）（mm）

圖2 整體布置圖（正面）

升降小車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)防墜裝置，其工作原理：防墜裝置安裝在升降小車(chē)內(nèi)部，由彈簧、滑輪組、連接桿、中心軸、銷(xiāo)軸1、支撐桿、銷(xiāo)軸2等零部件組成，中心軸在長(zhǎng)孔內(nèi)設(shè)計(jì)有85 mm滑動(dòng)行程。正常工作情況下卷?yè)P(yáng)提升或放下升降小車(chē)時(shí)，升降小車(chē)、氧槍及管路的重量被滑輪組承擔(dān)，滑輪組與中心軸在長(zhǎng)孔內(nèi)處于長(zhǎng)孔上端，此時(shí)，彈簧被壓縮，連接桿拉動(dòng)銷(xiāo)軸1，使支撐桿圍繞銷(xiāo)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐桿處于縮回狀態(tài)。如鋼絲繩斷裂等異常情況下，滑輪組在升降小車(chē)長(zhǎng)孔內(nèi)呈自由狀態(tài)，彈簧推出，連接桿推動(dòng)銷(xiāo)軸1，使支撐桿處于張開(kāi)狀態(tài)，支撐桿兩端卡入軌道上的防墜塊內(nèi)，阻止升降小車(chē)?yán)^續(xù)下落，以滿足對(duì)升降小車(chē)提升的安全規(guī)范要求。

當(dāng)解除故障后恢復(fù)生產(chǎn)，只需正常提起升降小車(chē)，此時(shí)，支撐桿處于縮回狀態(tài)，升降小車(chē)恢復(fù)正常工作，防墜裝置見(jiàn)下頁(yè)圖3所示。

2.2.2 升降小車(chē)固定軌道防墜改造

因設(shè)計(jì)防墜裝置，移動(dòng)軌道和固定軌道內(nèi)必須相應(yīng)設(shè)計(jì)防墜擋塊。因升降小車(chē)更換，輪距等參數(shù)更改，原軌道已不能使用，配套升降小車(chē)需新設(shè)計(jì)升降小車(chē)固定軌道，同時(shí)新設(shè)計(jì)軌道內(nèi)設(shè)計(jì)配套防墜擋塊。新設(shè)計(jì)軌道中心距為1 450 mm，原軌道中心距2 800 mm。固定軌道分為三段制作，工廠裝配后，現(xiàn)場(chǎng)整體調(diào)運(yùn)安裝，新設(shè)計(jì)軌道安裝傳感器支架。

圖3 防墜裝置

2.2.3 橫移臺(tái)車(chē)液壓油缸驅(qū)動(dòng)改為變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)

轉(zhuǎn)爐氧槍目前橫移驅(qū)動(dòng)形式為液壓油缸驅(qū)動(dòng)。改造后轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)備橫移臺(tái)車(chē)質(zhì)量減少，橫移動(dòng)力采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)柔和，行走平穩(wěn)。改造后行走輪與減速電機(jī)布置。在橫移軌道附近下方（或側(cè)面）布置減速電機(jī)電纜拖鏈。調(diào)整橫移臺(tái)車(chē)傳感器設(shè)備。

2.2.4 改造定位鎖緊裝置

轉(zhuǎn)爐氧槍目前水平布置的液壓油缸定位裝置定位精度差，只有單一的鎖緊功能，但鎖緊困難，不能滿足生產(chǎn)中定位及鎖緊功能需求。改造后定位鎖緊裝置垂直布置在橫移軌道中間，氣缸推動(dòng)定位輪垂直向下運(yùn)動(dòng)，定位槽口呈V字形結(jié)構(gòu)，即使橫移臺(tái)車(chē)停止位置稍有偏差，V字形定位槽對(duì)定位輪的導(dǎo)向作用，會(huì)引導(dǎo)定位輪停在定位槽中間位置，改造后定位鎖緊裝置具有自動(dòng)糾偏定位功能。改造后氣缸及定位輪安裝在橫移臺(tái)車(chē)上，定位槽及支架安裝在橫移軌道側(cè)面。調(diào)整定位傳感器設(shè)備。

2.2.5 改造氧槍插入口（蒸汽密封座）

通過(guò)研究分析，轉(zhuǎn)爐蒸汽是水、汽混合物，沒(méi)有游離氧，與CO混合不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，150 t轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)汽包蒸汽氣壓可達(dá)1.8 MPa，流量也比氮?dú)獯螅艺羝拿芏冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于氮?dú)猓虼瞬捎棉D(zhuǎn)爐飽和蒸汽替代氮?dú)鈱?duì)氧槍口密封既可改善設(shè)備環(huán)境，又可降低氮?dú)庀摹?/p>

改造后的蒸汽密封座外形尺寸與原設(shè)計(jì)的氮?dú)饷芊庾ㄌm尺寸相同，氮封下部移動(dòng)罩高度降低，留出蒸汽密封座的設(shè)備空間。改造后的蒸汽密封座對(duì)密封噴吹孔位置重新設(shè)計(jì)，主要是多層噴吹，提供不同層次、不同角度的蒸汽噴吹路徑，即在新的蒸汽密封座的下部垂直段處均勻加工4排Ф5 mm斜孔，共240個(gè)孔。4排孔分別與密封座軸線成15°、25°、30°、45°的夾角。在氧槍固定位置處焊接一個(gè)相當(dāng)于瓶蓋的鋼塞，鋼塞與蒸汽密封座上部斜圓錐面緊密接觸，當(dāng)氧槍吹氧煉鋼時(shí)，打開(kāi)蒸汽控制閥門(mén)，通過(guò)新的蒸汽密封座向圓周垂直段的4排斜孔通入蒸汽，以正壓密封。較小的噴吹孔徑產(chǎn)生的壓力大，能夠多角度斜面噴射，另外，氧槍在煉鋼吹氧濺渣及氧槍提升時(shí)，斜孔不容易被入渣堵塞，見(jiàn)圖4。

圖4 改造后蒸汽密封工作圖

改造后的原氮?dú)饷芊夤苈繁Ａ魝溆茫⒃谂c蒸汽管路交接處設(shè)置氣動(dòng)球閥，使用蒸汽管路時(shí)此球閥為常閉狀態(tài)；密封座蒸汽通過(guò)平臺(tái)接出管路，蒸汽管路上配置氣動(dòng)球閥、壓力表、流量計(jì)及減壓閥，減壓閥兩端連接直通球閥，蒸汽經(jīng)過(guò)流量計(jì)與減壓閥后進(jìn)入蒸汽密封。氮?dú)夤苈飞蠚鈩?dòng)球閥與蒸汽管路上氣動(dòng)球閥均可在控制室畫(huà)面操作啟閉，便于切換控制。

3 技改后的實(shí)際運(yùn)行效果

本項(xiàng)目2019年7月開(kāi)始實(shí)施，8月底完成。改造完成后，氧槍設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定，未發(fā)生安全事故，煙氣外溢有效扼制。本次改造解決了設(shè)備本質(zhì)安全問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保問(wèn)題以及設(shè)備本身的安全穩(wěn)定。