济钢11750m3高炉炉前设备优化改造

第32卷第3期2010年6月山东冶金ShandongMetallurgyVol.32No.3June2010􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘􀥘􀧘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘􀥘􀧘生产技术生产技术济钢原3座1750m3高炉炉前均为气-液复合开口机，此种开口机凿岩机部分以高压气体为动力源，开铁口时间长、噪音大、维修量大、钻杆钻头等消耗量大［1］。为彻底解决此问题，济钢先对1#1750m3高炉炉前进行了全液压开口机改造，并开发了新型分体钻杆、弧形整体连接套、雾化水装置。1全液压开口机改造全液压开口机在首钢1#~4#高炉、本钢5#高炉（2000m3）等高炉上得到推广应用。CHY2000型全液压开口机是新一代多功能开口机，结构紧凑，体积小，工作可靠，可在1000～3000m3范围的高炉上配套使用。济钢1#1750m3高炉采用了CHY2000型全液压开口机，主要性能参数如下：开铁口角度11°±3°，钻孔深度3428mm，钻头直径φ40～φ65mm，转臂转角150°，旋转工作油压13MPa，冲击频率30～45Hz，额定转速200～400r/min，额定扭矩470～620N·m，冲击工作油压13MPa，进给工作油压20MPa。与气-液复合开口机相比，全液压开口机介质工作压力高，钻削、冲打能量大，液压缸保压方便，开口角度自锁能力强，设备动作灵敏，退出速度快，自我保护能力强［2-4］。2连接套的优化改造经过一段时间的应用，全液压开口机表现出了源动力大、工作性能稳定、设备故障少等优点，在一定程度上降低了炉前消耗，减小了操作人员的劳动强度，但由于此全液压开口机与钻杆之间依旧采用原气-液复合开口机的分体快换连接套（见图1）进行连接和力的传递，造成力在传递路径中的损失，出现开口机“无劲”现象。为解决此问题，济钢设计了一种新型弧形整体快换连接套，并对力在此中的传递过程进行了计算、分析、模拟。活塞杆振打杆连接体连接套钻杆图1分体快换连接套结构1）力传递路径分析。目前，无论何种形式的开口机都是靠活塞往复运动撞击振打杆，振打杆产生的冲击力以应力波的形式依次作用于正振打（逆振打）、振打杆、快换连接套、钻杆、钻头，最终实现对炮泥的切削［3］。由于由连接套和连接体两部分组成的分体快换套之间存在结构间隙，造成力在传递过程中产生较大损失［3］，直接影响开铁口机功率传递效率及使用性能［5］。为此，设计了一种钻杆弧形整体连接套（如图2所示），此连接套两端均采用内螺纹连接形式，一端与振打杆连接，一端与钻杆连接。通过ADAMS软件对两种结构形式的连接套进行建模分析，确定力在两者之间传递的损耗关系。活塞杆振打杆连接套钻杆图2弧形整体快换连接套结构2）力传递路径简化模型动力学分析。对原气-液复合式开铁口机源动力的传递过程，进行ADAMS建模分析。根据现场采集数据，活塞杆前端为3010N、频率50次/s的冲击力［6］，在ADAMS建模中考虑1个周期，在活塞杆前端施加3010N冲击力，使其按照实际运动对各部分进行动能和速度模拟分析，得出动能曲线（见图3a）。由图3a可知，在以3010N为源动力的传递过程中，活塞杆获得2846mm/s的速度和21440J的动能，振打杆和连接套组成的单元体获得4862J的动能，钻杆单元体获得1484J的动能。对改进后钻杆弧形整体连接套的源动力传递路摘要：为降低炉前消耗，济钢对1#1750m3高炉炉前设备进行了优化改造，用全液压开口机代替原气-液复合开口机；设计了一种弧形整体连接套代替原开口机与钻杆之间的分体连接套；开发了简易雾化水装置。改造后钻杆消耗从1.4根/炉次降低到了0.45根/炉次，钻头消耗从2.1个/炉次降低到了1.1个/炉次；开铁口时间由原来的平均20min降低到了10min。关键词：炉前设备；液压开口机；弧形连接套；雾化水系统中中图分类号号：TF321.5文献标识码：B文章编号：1004-4620（2010）03-0038-02济钢1#1750m3高炉炉前设备优化改造杨士岭1，2，张建华1，曹学杰2（1山东大学机械工程学院，山东济南250061；2济南钢铁股份有限公司，山东济南250101）收稿日期：2009-12-29作者简介：杨士岭，男，1968年生，1990年毕业于燕山大学流体传动与控制专业。现为济钢第二炼铁厂设备厂长，高级工程师，山东大学机械制造及自动化专业在读博士，从事设备管理与维修及技术开发工作。38径进行ADAMS建模分析，将振打杆和钻杆简化为整体受力有限刚性长杆，根据现场采集数据，在活塞杆前端施加3010N的源动力，活塞杆和钻杆单元体的动能曲线见图3b。252015105活塞钻杆振打杆时间/s动能×103/J00.050.100.150.200.250.30a优化改造前00.050.100.150.200.250.30动能×103/J时间/s252015105钻杆活塞b优化改造后图3连接套优化改造前后单元体动能曲线由图3b可知，在以3010N为源动力的传递过程，活塞杆获得21440J的动能，钻杆单元体获得2106J的动能。在源动力不变的情况下，优化后，钻杆动能由1484J增到2106J，为优化前的141.9%［4］。3雾化系统的优化改造在开口机打开铁口的过程中，铁口通道的温度由200、400、600、800、1000℃一直到1400℃，为多梯度温度场。钻杆在此多梯度温度环境下对炮泥切削，随着钻杆在铁口通道的不断深入，其横向振动增大，钻杆强度下降并发生弯曲变形，使钻削效率降低并最终使开口机无法工作，同时钻削钻头处在高温高强度炮泥中，导致钻头磨损严重，甚至因高温失效而无法打开铁口。由于铁口通道内的环境无法改变，为解决多梯度温度场带来的问题，主要从钻杆、钻头外部冷却着手，降低其外部温度，减小钻杆、钻头在铁口通道中的高温失效。由于开口机原有雾化装置无法满足现场需要，为此研制出了一种高炉开口机水雾化冷却装置（见图4），该装置申报了实用新型专利（专利号ZL200920025275.5）。此种雾化装置可以精确控制和调节冷却水和压缩空气的流量，实现水雾化冷却和压缩气体吹扫，其原理为，开口机开始切削后，冷却水和压缩空气通过其雾化系统，改变压力和流量并雾化后，通过开口机水套注水孔流入水道，达到为钻杆和钻头降温的效果。常温水和高温固化炮泥接触后，在强烈的温差下又使其迅速粹化、收缩、膨胀，加之大扭矩旋转、快进给切削、固化，炮泥迅速破损，又可达到高效进尺。压缩空气减压阀节流阀射吸雾化器气动阀过滤器冷却水截止阀压力表图4高炉开口机雾化水冷却装置4实际应用效果济钢1#高炉炉前设备优化改造前后消耗对比如表1所示（平均每月使用量）。表1济钢1#高炉炉前设备优化改造前后消耗对比项目改造前改造后节省开铁口时间/min15～255～1010单炉次钻杆消耗/根1.400.450.95单炉次钻头消耗/个2.11.11.0通过液压开口机改造，弧形整体连接套和简易雾化装置的设计与应用，充分挖掘了设备本身具有的潜能，并减少了源动力在传递路径中的损失，降低了炉前消耗，减轻了操作人员的劳动强度，同时延长了设备使用寿命，使钻杆达到高效进尺。参考文献：［1］肖勇.高炉开铁口机改造方案分析［J］.新疆钢铁，2000（2）：23-26.［2］周龙义.大高炉炉前设备配置探讨［J］.炼铁，2000，19（5）：22-25.［3］任起龙，张莹.对我国现用高炉开铁口机的分析研究［J］.北方工业大学学报，1995，7（1）：50-55.［4］陈钢.碰撞的效率及其应用［J］.苏州科技学院学报（自然科学版），2005（3）：39-53.［5］连成平.高炉开铁口机的合理结构［J］.冶金设备，1995（1）：6-10.［6］马晓青.高速碰撞动力学［M］.北京：国防工业出版社，1998.OptimizationofCasthouseEquipmentofJinanSteel’sNo.11750m3BFYANGShi-ling1,2,ZHANGJian-hua1,CAOXue-jie2（1SchoolofMechanicalEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China;2JinanIronandSteelCo.,Ltd.,Jinan250101,China）Abstract:Abstract:Inordertodecreasethecasthouseconsumption,JinanSteelmadetheoptimizationimprovementforthecasthouseequipmentoftheNo.11750m3BF.Adoptingfullhydraulictappingmachineinsteadoforiginalair-hydraulictappingmachine;Designinganarcwholeconnectionsleeveinsteadoforiginalseparateconnectionsleevebetweenthetappingmachineandthedrillrod;Developingasimpleatomizationwaterdevice.Aftertheoptimizationimprovement,theconsumptionofdrillrodwasreducedfrom1.4to0.45eachtimeopeningthetaphole,theconsumptionofthedrillwasreducedfrom2.1to1.1eachtimeopeningthetaphole,andthetimeofopeningthetapholewasreducedfrom20minutesto10minutes.Keywords:Keywords:casthouseequipment;hydraulictappingmachine;arcconnectionsleeve;atomizationwatersystem济钢1#1750m3高炉炉前设备优化改造杨士岭等2010年第3期39