178 高炉炉前揭盖机技术
高炉炉前揭盖机技术张显超
(宜昌燕狮科技开发有限责任公司)摘要我国高炉炼铁向大型化发展，大中型高炉普遍采用蓄铁式铁沟，为了防止开口后铁水飞溅，对高炉增加了沟盖。针对这一市场需求，我公司提供三种结构形式的揭盖机来满足炼铁使用。通过对揭盖机的运动原理及结构形式进行分析和阐述，并对各型揭盖机进行仿真模拟，得出其轨迹，速度，加速度曲线。
关键词炉前设备揭盖机平面多杆机构l概况
当前，随着国家钢铁产业振兴计划的实施，我国将限时淘汰能耗过高的小型高炉，整合资源进行大中型高炉改建、扩建、新建，达到节能降耗、优化资源、高效利用的目的。对于小型高炉，开口后引起大量的铁水、粉尘飞溅，大多采取吸风管吸出，但效果并不明显，经常发生烧伤事故，造成很大的安全隐患。对于大中型高炉，开口后产生的铁水、粉尘飞溅更为严重，一部分企业采用沟盖来防尘，效果比较明显，而目前还有许多的中型高炉并未采用沟盖，对于飞溅的粉尘敬而远之，同时造成工作环境比较恶劣，对于人体和设备保养都有一定的危害。随着中大型高炉的新建，增加沟盖的使用就显得尤为重要，目前沟盖的结构比较成熟，最大的问题就是怎么使用，对于沟盖的移动，目前的主流设备是使用揭盖机，也有用行车进行吊装移动的，但使用不太方便。对此，需要开发出各种结构的揭盖机以满足各钢厂不同的使用需求，目前对于沟盖的提升和移动主要使用平面多杆机构，现对三种结构的揭盖机进行探讨。
2YJDI16型(吊挂平移式)见图1
由YJDI16(吊挂式)炉前揭盖机示意图(图1)，可建立平面机构运动简图(图2)，在示意图中可看出其行走部分靠轨道支撑小车行走，由马达驱动，运行平稳。对于提升机构可看出当油缸GF伸长时，推动连杆EC运动，最终使挂板ABC旋转，完成钩住沟盖和提升沟盖的动作。A点轨迹为一圆弧，当速度一定时可显著降低其水平运动造成的沟盖摆动，从而得到平稳的提升运动，其运动轨迹为a-a1．a2．a3。该机构把油缸的推力转化为沟盖的提升力，油缸回程时沟盖下降，由于沟盖本身重力的存在，可看出该装置比较省力，最大限度发挥了油缸的特性。沟盖起吊后移动的方向和远近取决于行走轨道的布置方向和长度，这种形式的揭盖机一般安装在风口平台下。
对于基座非回转型的揭盖机构，如图3、图4。需要两个油缸进行沟盖的提升和移动，其运动步骤是分开的，首先由起吊油缸FG完成钩住沟盖和提升沟盖的动作，然后由位移油缸AB完成沟盖的移动。在移动过程中高度有小范围变化，速度和加速度有一定的变化，平稳性相对较差，对其进行仿真模拟可得出其轨迹，速度，加速度曲线：
由图5可看出曲臂受位移油缸推动旋转，在运行到中点的时侯沟盖位置会升而，在中点前后位置沟盖的速度有一个变化，在中点时其上升速度是0，将会造成沟盖的摆动，但此点位于运动的中点，对运动的结果不会造成明显的影响。其钩住沟盖的动作靠起吊油缸来实现，臂长较短，达不到省力的效果。该油缸行程较短，举升的高度有限，故时问比较短。实用于高度空间有限的中型高炉炉前使用，该机构具有结构形式比较简单，运动快捷，占地范围小，整机重量小，可得到比较高的效费比，并无须在铁沟上方安装轨道等行走装置，沟盖移动的方向取决于揭盖机基础的方向，移动距离取决于连杆长度和油缸行程。4YJZIIl25型(基座回转式)见图7
对于回转折叠式结构的揭盖机，运动较为复杂，在机架下面有回转支承，由马达带动可实现左右旋转，在主臂上还连接一小臂，由马达带动旋转，所以可以实现比较大范围的运动。同时该机同折叠式的一样拥有两个油缸，可完成举升和移动的动作，同时由于有两个旋转驱动，可实现沟盖停放位置的多样化。该机可靠性较高，油缸马达等驱动装置均处于比较好的工作环境，可得到较高的寿命。
由于该机与折叠式相比增加一曲臂，该曲臂可有效降低沟盖在平移时高度方向上的位置变化，可得到比较平稳的运动。同时该机的提升由油缸的推力得到，曲臂的增加使得比单纯折叠式的更加省力。但缺点是驱动比较多，造成制造成本比较高。由图7可看出该机可在特定的出铁场同时对两铁口进行揭盖操作，其效费比可得到有效的提升，适用于铁口数量多的大高炉，可有效节约场地空间。
5总结
由于沟盖自身沉重(通常在15-25吨不等)，为保证平稳起吊和准确定位，通常都会在油缸和液压系统上设置平衡回路和位置传感元件，并通过电液控制减少机械调节环节，改善设备动态品质。
随着炉前设备的发展，环保和节能已成为市场发展的主题，但环保是应该放在第一位的，揭盖机是改善炉前工作环境的重要设备，本文介绍的三种形式的揭盖机均有各自的特点，可以灵活的布置在各种不同的场合，举升力在20吨左右的揭盖机足以满足各种高炉的需求。参考文献
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[2]龚道雄．臂架摆动式全回转高炉炉前移盖机的设计及臂架结构分析．冶金设备，201*(1)：48
[3]周传典．高炉炼铁生产技术手册．北京．冶金工业出版社，201*．
扩展阅读：176 大高炉用大功率、多功能开口机
大高炉用大功率、多功能开口机
张秀萍胡华平敖爱国王水文于君成
(三峡工业设计研究院宝钢炼铁厂韶钢炼铁厂三峡工业设计研究院)
摘要CHY4000A型全液压开口机开发与应用，解决了制约炉前技术进步的八个难题，推动了我国炉前设备自动化水平，加快了国外新技术新工艺在我国高炉应用，在宝钢、武钢、韶钢取得了较好的成果。
关键词高炉铁口开口机国产化应用1概论
进入2l世纪，我国高炉开始向大型化和特大型化方向发展，在高炉操作中，炉前设备面临着比较突出的问题，既现有国内各机型开口机功能与功率满足不了开铁口工艺要求，尤
3其是201*m等级以上的高炉，冶炼强度高、铁口深，采用高强度无水炮泥，炮泥在铁口中烧结时间长，且变素很大，出铁时间长，铁口稳定性较差，开铁口困难等等，集中反映以下八个问题：
I、开铁口时间长10．30min：2、钻杆消耗大3．5根／炉：3、铁口侵蚀快：
4、正点率较差67％；5、铁口合格率较差51％；6、泥炮的打泥量不稳；7、铁口维护量较大；8、开铁口退钻困难。
从国外高炉炉前操作技术指标分析，大型化高炉尤其是特大型高炉考核指标为：(1)单炉24h无并行出铁；(2)单炉24h出铁次数为6次；(3)出铁见渣率为100％：(4)铁口合格率为90％以上；
(5)正点率、铁口深度合格率达90％以上。由此可见要解决上述“八个问题”，完成“五项指标”，在努力提高铁口区域操作水平管理水平同时，除选择科学匹配的炮泥、钻头、钻杆，更主要的是对完成开口工艺的唯一设备开口机须有个严格要求。CHY4000A(国产化型号，下同)全液压开口机在我国的研究、开发、使用、反馈，集中反映了我国炉前设备技术又一重大突破和创新。通过宝钢、武钢、韶钢、太钢、本钢、马钢、天钢、唐钢近几年来在高炉现场的使用观察，统计计算得到以下公式：
2开口机研究与国产化发展过程
多年来，我公司(前称中南液压气动设计研究所)一直从事世界先进开铁口机的研究与开发。1997年，在全国炼铁生产工作会上，笔者首个提出“推荐使用有轨式开铁口机”得到全国炼铁界普遍赞许，并迅速在全国推广，大大降低了铁口的维护量，提高了高炉的寿命，同时使铁口的深度、角度、直线度、正点率、出铁均匀性、放渣量都有了质的改变，被誉为我国炉前设备第一次革命。十几年来，我公司设计改造了适合中国炉况具有独立自主知识产权的电动、全气动、液气结合式、全液压等四大系列、十二种机型的开口机，被炼铁界誉为“世界的开口机，开口机的世界”。
(1)早在80年代末期，我国引进DDS公司第一代开口机用于湘钢3BF，型号为
CHQl000(国外型号HM754)，采用矮柱双轨式，在同一行走梁上并排挂两台开口机，一钻一捅，集冲钻为一体，泥炮开口机采用异边布置，当时在全国1000m3以下高炉广为使用，这种开口机结构简单，维护方便，可通过尾部手动换向阀完成自动卸扦(见图1)。
(2)90年代初期，DDS公司第二代CHQ201*(国外型号HM755)型开口机在武钢3BF使用，泥炮、开口机采用同边布置，开口机在上，泥炮在下，采用冲钻分离式，此机
图1CHOl000型气动开口机
与CHQl000型相比，转速提高了25％，扭矩提高了30％，冲击功提高了40％，95年11月国产化后，在我国一大批1000m3左右高炉大为使用(见图2)。
图2CH0201*型气动开口机
(3)98年12月26日，DDS公司第三代CHQ201*L(国外型号HM766≥开口机在昆钢6BF使用，泥炮、开口机采用同边布置，泥炮在上，开口机在下，转臂为低柱斜座式，此结构稳定性强，离地面空间小，便于设备检修，便于备件拆换。非工作状态下整个机架扒卧在地面。CHQ201*L开口机与CHQ201*相比，除外形结构上由较大变化外，还根据国外开口工艺增设一逆打装置(采用埋棒法时拔棒使用)，逆打额定冲击功为190J，其旋转、振打与第二代CH0201*型相同，99年10月我公司将其国产化，并迅速在我国1000m3一201*m3高炉推广(见图3)。
(4)上世纪，DDS公司与PW公司重组，组建为TMT公司。本世纪初，该公司生产的HS573-GH型全液压开口机，随着我国炉前设备的引入，先后在我国武钢5BF、6BF、7BF、8BF，马钢新区1BF、2BF，韶钢6BF、7BF，太钢3BF、5BF，本钢6BF、7BF、8BF，宝钢lBF、2BF、3BF、4BF，鞍钢1lBF、12BF，天钢2BF，唐钢南区1BF，天铁5BF，首钢迁安3BF，京唐钢lBF、2BF使用，这一新技术的应用，对提高我国炉前设备自动化水平起到了积极的推动作用，但也出现诸多问题。比如：蓄能器氮气泄露问题，蓄能器皮碗易破损问题，旋转齿轮箱润滑问题，吹扫管尾部雾化水泄露对旋转齿轮浸湿问题，振打杆与钻杆连接处工作状态下外泄露水，以及价格昂贵、供货周期长、维修困难等问题。3CHY4000A研发分析
201*年1月我公司下属三峡工业设计研究院，组织专班成立项目组，走科研与生产结合道路，用了近半年时间对该机使用现场进行观察、跟踪、了解，对泥炮、铁口、钻头、钻杆、开口机给进机构以及风压、水压、油压等故障点进行了反复研究、解剖、试验、分析，终于在201*年10月逐一解决了以上六个重点问题，并研究开发出具有自主知识产权的CHY4000A型全液压开口机，改写了我国大高炉无大功率、多功能全液压开口机的历史。产生了较好的社会效益和经济效益，并迅速在全国大高炉和特大高炉推广使用。这一新技术的应用使我国炉前设备装备水平、操作水平、管理水平都将有一个大的提高(见图4)。我公司研发的CHY4000A型全液压开口机，主要针对201*m3以上高炉的炉前开铁口作业。它集旋转、振打、逆打、吹扫为一体，钻杆、钻头、水雾化为一体，整机各部位结构紧凑，克服了其它机型在加大冲击功，加大扭矩情况下易松动的问题。具有功率大、效率高、消耗低、故障少、带逆打、安全环保等特点，填补了国内空白。堪称我国炉前设备的第二次革命。(见表1)
4CHY4000A功能及原理4．1旋转功能
该机旋转动力来自一台液压马达，马达输出经齿轮减速后最终传给“振打杆”。如图5所示，“小齿轮”与马达矩形花键连接，“大齿轮”通过“花键套”与“振打杆”异形花键连接。作为输出动力的“大齿轮”，同时也是“振打杆”的后端支承，限制“振打杆”后退的极限位置。CHY4000A型液压开口机旋转动力的额定扭矩为330～660N．m，较以往开口机增大了25％。较大的旋转动力有利于切削，在吹扫排屑的辅助下，能顺利地在铁口前端打开一条孔道，且无论开口机是在钻进还是钻退的过程中，都始终保持通道的畅通。4．2冲击功能
没有冲击功能或冲击功率小的开口机，当钻到赤热的硬层或遇到夹铁夹渣时，无法继续工作。这时往往采用吹氧或捅钎等方法打开出铁口孔道中剩下的硬层，这种方法不仅效率低，对铁口的破坏也十分严重，而铁口是高炉最薄弱的地方，长此以往，必将对高炉寿命带来不利影响。冲击功能有利于破碎铁口深处的夹铁夹渣，减少铁口维护量，缩短开铁口时间。
图5
如图5所示，正向冲击时，“振打杆”在后位。由于“活塞”向前冲击时其冲击功通过“振打圈”、“钻杆接套”向铁口传递，“振打杆”不承受直接打击。所以CHY4000A型开口机的重要零件“振打杆”受到了很好的保护。“振打杆”的前端与“钻杆接套”螺纹连接。振打圈、振打杆轴肩均由滑动配合的“支承套”支承、导向。4．3逆打功能
CHY4000A型开口机是国内外唯一具有逆打功能的液压开口机。在国外，逆打功能是用来拔出埋入出铁口的金属棒，其工作原理与正向冲击相似，只是冲击的方向相反。在国内逆打功能有利于快速拔出钻杆，缩短开口机后退时间，减少铁口对设备的热辐射影响，提高设备的使用寿命，降低主机及备件的损耗。
如图6所示，逆向冲击时，“振打杆”在前位，“活塞”向后冲击，与“振打杆”左肩轴发生碰撞，冲击功向铁口传递。正逆打的转换足通过操作小车向前或向后运动来实现的。此外，CHY4000A的活塞动作方式不是差动，有效避免了差动前冲时前腔高压对冲击功的消减，从而向外释放更多冲击功。这一特点有效的保证了正向冲击和反向冲击的进行。
4．4雾化除尘
常用的吹扫是通过安装在开口机尾部的吹扫空气入口，将压缩空气从开口机内部及钎杆中的孔道，输送到开铁口工作位置，清除切削过程中所产生的粉尘，以利于钻进过程的进行。然而这却成为造成炉前粉尘污染的主要原因之一。雾化除尘就是针对吹扫过程中产生的粉尘烟尘污染而设计改进的。
雾化功能是在钻削铁口过程中，将常温常压的水通过控制系统，改变其压力与流量并雾化后，经开口机水道流经钻杆钻头。旋转吹扫所产生的烟尘在雾化水的作用下转化成蒸发气
体，从而降低了铁口的烟尘污染。钻进过程中产生的粉尘在雾化水的作用下凝结成0．5～3mm尘粒，烟尘污染降低了73．5％，粉尘污染降低了61％，有效控制了铁口烟尘粉尘污染，改善了炉前工人的劳动环境。
此外，针对以前雾化除尘开口机有漏水问题，CHY4000A型开口机对此作出了改进。如图7所示，以往的开口机吹扫管又细又长，水雾化入口在开口机前端。工作时雾化的水在吹扫空气的作用下，直达铁口除尘，但在非工作状态下，残留的水就可能顺着吹扫管和振打杆之间的间隙进入机体内部，侵蚀机内零件。而CHY4000A型开口机的吹扫管较短，便于加工和组装。吹扫管与振打杆连接的地方加了两道密封圈，有效地隔离了吹扫雾化水，保护机内重要零件不受侵蚀。4．5水雾冷却
水雾通过机体和钻杆钻头后，可以起到一定的冷却效果，但是与以前带雾化除尘功能的开口机不同的是，CHY4000A型开口机的雾化水是从机体尾部进入，其对整个机体以及振打杆、钻杆、钻头都起到了较好的冷却效果(如表2所示)，对提高设备使用寿命起到了重要的作用。
4．6水雾降耗
水雾的冷却效果不仅提高了设备的使用寿命，同时也大大降低了钻具等的消耗。水钢炼铁厂3BF自201*年9月开始出铁，很快达到设计要求，实现预期目标。但炉前原使用的液压开口机钻具消耗太大，其水套平均7天更换一套，钻头月均消耗600个，钻杆月均消耗580根，201*年2月20日，水钢炼铁厂与我公司达成共同改造研发低耗环保开口机协议，经过两个月设计、研究、消化吸收国外技术，在原基础上进行技术创新，使之更适合中国国情，4月19日成功应用于水钢3BF，各项指标均达到设计要求。与原开口机相比有以下几点优势：开口机转速提高一倍，在没有夹铁夹渣情况下，不使用冲击可直接打开铁口，回转扭矩提高30％，开口机综合效率明显提高。口由于钻削铁口时，减少了冲击使用频率，泥包的稳定性加强，泥包破损率减少，确保铁口钻开率、正点率、出铁均匀率。开铁口时间缩短，由原开铁口5-7min，减少到目前l-2min。4由于开铁口时间短，避免开口机在高温下烘烤，减少主机的备件消耗。由于雾化的水流经振打杆(钎尾)，钻杆、钻头，达到冷却降温作用，使一根钻杆、钻头多次使用，降低了钻具的消耗。由于减少钻具更换次数，开口机空转(卸杆)次数减少，增加开口机的使用寿命。其主要数据如下：开口机备件消耗下降30％、钻杆消耗下降60％、钻头消耗下降30%、主机备件消耗下降48％、辅料消耗下降26％。5国产应用对比
随着我国高炉大型化地发展，对开口机的功能与功率要求也越来越高。从表2可以看出，CHY4000A型液压开口机与国内大型液压开口机相比，转速和冲击功均有重大突破，更为重要的它增殴一逆打装置，开口机的综合效率明显提高，钻头钻杆的消耗明显降低。开铁口时
间大大缩短，减少铁口对开口机的热辐射，延长了开口机的使用寿命。
此外，CHY4000A型开口机中心高较小，仅为160mm，总高也只有320mm，这就避免了开口机与铁沟的干扰，使整个开口机总成结构更紧凑，占用空间小。目前该机型已经在宝钢、太钢、本钢等得到应用，效果好，性能稳定，由表3可以看出，CHY4000A型全液压开口机的各项性能指标均能达到进口开口机的设计值，满足炉前生产设计要求，可以替代进口开口机进行炉前开铁口作业，同时也解决了进口开口机备件采购困难、供货周期长目价格昂贵等矛盾。
6结语
从以上综述分析，进口HS573-GH开口机在我国高炉地应用，缩短了我国与发达国家炉前技术差距，使我国炉前技术进入了一深度，短短的3年时间里，我国已有一大批钢铁企业(201*M3以上86座高炉)使用正准备使用这一新技术新工艺，CHY4000A型全液压开口机(国产型号)的开发与应用，解决了制约我国炉前技术诸多问题，它集大功率、高效能、低消耗，系统水冷风冷等，具有目前国内其它开口机所无法替代的功能和特点。可以预测，随着高炉大型化地发展这一新技术将被迅速推广与应用。参考文献
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