300t液壓泥炮的改造

康敏 惠展 馮卓 趙博 張震

（中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安710201）

1 前言

液壓泥炮是在煉鐵高爐出鐵作業結束或需要停止時，迅速把耐火炮泥壓入鐵口，將鐵口堵住的專用設備。其工作原理為：通過回轉油缸驅動轉臂帶動打泥機構在待機位與工作位之間回轉，通過打泥油缸驅動打泥活塞推動炮泥完成堵口。

某鋼廠300t型液壓泥炮，在高爐建設初期，煉鐵工藝設定工作角度為16°，待機位時裝泥口相對于出鐵口高度為2300mm。自從投產后，經過多年的使用，存在工作角度偏大，待機位時裝泥口高度高而不便于裝泥及偶爾漏泥等問題。為此進行項目改造，基本要求：利用原液壓泥炮基礎，改造以后的工作角度為10°，裝泥口高度降低大于500mm。

2 問題分析

2.1 工作角度和裝泥口

在高爐建設初期，煉鐵工藝設定液壓泥炮工作角度為16°，相比一般高爐，出鐵口角度偏大。同時，為滿足工作角度為16°，加大了基礎座高度及其傾角，造成待機位時裝泥口較高。

2.2 漏泥

2.2.1 炮嘴不能正確對準鐵口

（1）運行軌跡對炮嘴的影響

在設備使用過程中，炮嘴在運行到接近出鐵口位置時，為了準確對準鐵口，運行軌跡需要一直線段。如圖4a，設備改造前，炮嘴靠近鐵口時運行軌跡線不合理：炮嘴在對鐵口時存在5.5°夾角，不能正確對準鐵口，從而導致出現漏泥情況。而炮嘴運行軌跡由設備內各桿件決定。

（2）調節件變形對炮嘴的影響

在設備使用過程中，調節桿內的碟簧壓緊力不足或發生疲勞失效，造成炮嘴不能正確對準鐵口，出現漏泥情況。

2.2.2 壓炮力不足

改造前回轉油缸缸徑為Φ180mm。液壓泥炮堵口時受力分析如圖1。

圖1 堵口時受力分析簡圖

式中：F2－回轉油缸推力，kN；

P2－轉油缸壓力，MPa；

d－回轉油缸缸徑，mm。

經計算，回轉油缸推力為：635kN。

如圖1，根據靜平衡原理可得：

由于連桿為二力桿，故：F3＝F4

則，壓炮力：

式中：F5－圧炮力，kN；

F5′－圧炮力反作用力，kN；

L2－回轉油缸對肘板力臂，mm；

L3－連桿對肘板力臂，mm；

L4－連桿對轉臂力臂，mm；

L5－打泥機構對轉臂力臂，mm。

經計算，壓炮力為：236kN。

當泥炮堵口時，炮泥打出炮嘴時產生反作用力，即打泥反力：

式中：F2-打泥反力，kN；

P1－打泥油缸壓力，MPa；

D1－打泥油缸直徑，mm；

D－泥缸直徑，mm；

d1－炮嘴直徑，mm。

經計算，打泥反力：247kN。對比可得：F5＜F1，壓炮力略有不足，偶爾會出現退炮而漏泥的情況。

3 改造方案

3.1 工作角度及裝泥口改造

通過調整基礎座相對鐵口傾角和高度，達到液壓泥炮工作角度10°。此時，當液壓泥炮處于待機位置時對應打泥機構裝泥口高度為出鐵口中心線以上1800mm。與原液壓泥炮進行裝泥口高度對比：改造后液壓泥炮裝泥口高度降低500mm，達到了改造要求。液壓泥炮基礎座如圖2。

圖2 基礎座示意圖

在完成角度調整的同時，需要檢查液壓泥炮和開口機在運行過程中是否存在相互干涉［1］。即當液壓泥炮待機而開鐵口機運行時，開鐵口機吊掛板（含管路）與液壓泥炮炮嘴是否干涉。如圖3所示，改造后液壓泥炮待機而開鐵口機運行時，開鐵口機吊掛板及管路部分與液壓泥炮炮嘴距離約100mm，滿足使用要求。

圖3 泥炮與開鐵口機干涉點示意圖

3.2 消除漏泥現象

3.2.1 優化運行軌跡

為改善炮嘴與鐵口之間的夾角和炮嘴的運行軌跡［2］，調整調節桿連接點位和基礎座傾斜角度。如圖4b，調整后炮嘴在對鐵口時夾角近似0°。

圖4 炮嘴運行軌跡及夾角對比示意圖

3.2.2 強化調節桿

改變調節桿碟簧安裝形式，增強其壓緊力［3］。如圖5，由對合組裝形式優化為復合組裝形式。從而有效提升了調整桿件的預緊力，保證了調整桿件的工作可靠性，提高了液壓泥炮運行穩定性。

圖5 碟簧安裝形式對比示意圖

如圖6，在調節桿件碟簧優化后，可以承受載荷量成倍增加。

圖6 碟簧載荷變化對比示意圖

3.2.3 提升壓炮力

考慮到泥炮的轉速、液壓系統流量以及現場實際的壓炮情況［4］，將缸徑由 Φ180mm提高至Φ200mm，提升壓炮力。根據公式（1）、（2）核算，改造后壓炮力為298kN。壓炮力與打泥反力之比為1.2。通常，取壓炮力為1.1～1.5倍打泥反力時即可避免出現退炮而漏泥現象［5］。

3.3 采用水冷型防護裝置

由于打泥角度由16°減小為10°，堵口時炮身離鐵口距離減小，熱輻射加大，在打泥機構下方設置水冷型防護裝置來隔離熱輻射，并通過冷卻水將熱量帶走，從而提高設備使用壽命。

4 結論

改造后的液壓泥炮經現場調試，工作角度、裝泥高度、運行軌跡等達到改造要求。實際應用后，裝泥方便，運行穩定，未出現漏泥現象。通過水冷型防護裝置提高了泥炮的使用壽命。改造方案為設備穩定運行提供了保證，用戶對此次改造滿意。