高炉开口机用钎具

2010-01-25王兴宏吴英竹

凿岩机械气动工具 2010年4期

王兴宏，吴英竹

（南京兴千秋机械有限公司，江苏南京210093）

0 前言

在我国高炉出铁口机与钎具的历史并不长，改革开放后，随着钢铁生产的迅速发展，这项工作才有了很大的进步。有关资料介绍，我国有大小高炉500多座，其中1000m3以上的有100多座，100-1000m3的400多座，开口机用的钎具消耗量是非常大的。现介绍我们从事高炉开口机用钎具工作的体会，供同仁们参考。

1 高炉炉口结构与炮泥

1.1 高炉炉口结构

高炉炉口结构如图1所示，其为一长方形直孔，宽在200-260 mm，高在275-450 mm之间，处于炉缸的下沿。图2为生产过程中的铁口状况。图3为开口机与铁口位置图。

1.2 炮泥

图1 高炉炉口结构

图2 高炉出铁口

堵出铁孔的炮泥，上个世纪八十年代用的是有水炮泥。现在大多数用的是无水炮泥。大中型炉子用的是无水炮泥，无水炮泥烧结后硬度高，出铁水时耐冲刷，耐腐蚀。可保证出铁水的均匀与流畅。炮泥的配比成份见表1。

表1 炮泥的配比（300kg一盘）

炮泥堵孔后，烧结时间越长硬度越高。堵孔时间一定的情况下，其硬度高低也与配比有关。据有关资料介绍，烧结后，其硬度可达f8-f12级。高炉炉口工作环境极其恶劣，钎具工作时处于高温状态，因此对钻头、钎杆的质量要求比较高。

图3 开口机与铁口位置

2 高炉开口用钎具

目前国内生产的开口机，按动力源可分为电动式、气动式、液动式、电气结合式、气液结合式、电液结合式等。以液动式为多见，因其功率大，工作稳定性好。

有资料介绍，钎具产品被国外钎具制造商称为“质量要求最为严格的工具类产品”。我们认为高炉开口机用钎具有其独特的要求。

2.1 钎头

高炉上使用的钻头，就其结构而言有整体式和焊片（齿）式。整体式是上世纪八十年代用的一种形式，为碳素工具钢或45#钢加工淬火而成，多用在开有水炮泥上，因有水炮泥较软，容易开。就其工作刃布局而言，有二刃、三刃、四刃的，形状有两平刃、三平刃、四平刃，也有锥二刃、锥三刃、锥四刃的，还有凹三刃、凹四刃的。这些形式的钻头我们都生产并批量投入使用过，笔者认为平四刃的钻头定位好，工作效率高，比较实用，另外加工也方便些。也有使用球齿钻头的，但不多见。

钻头的通风孔，有一孔的，我们长期生产的钻头就只有一个孔，有两孔的（一主孔一侧孔），有三个孔的（一主孔两侧孔），也有五孔的（一主孔四侧孔），实践证明有一孔足以满足生产的需要。

钻头用钎杆的连接有内螺纹式、外螺纹式、有锥孔式、也有焊接式。螺纹规格有R38、R32、R28，还有T38等多种。

钻头壳体有热挤压成型、精密铸造成型和棒料加工成型几种，几种形式我们都用过，均满足生产要求。

壳体料为一般常用钢材，如45#钢、40Cr、42CrMo等。

固片方式：有铜焊式（片状刃）、热嵌式、冷挤压式（球齿）、也有焊接式（片状刃），我们长期使用焊接式，焊接式解决了在高温状态下工作不掉片的问题，保证了钻头潜能的充分发挥。我们在某钢厂做过一次对比实验，在同样的环境下，其他固片方式最多可以开5-6炉，失效原因主要是掉片，焊接式的可达14-15炉之多，失效原因主要是自然磨损。钻头损坏的几种情形见图4、图5、图6、图7。

图4 正常磨损钻头

图5 工作三炉后在第四炉退出时操作不当造成的刃片开裂

图6 堵孔后出现的情况（风压不够或者操作不当所致）

图7 铜焊掉齿

2.2 钎杆

在高炉开口机上用的钎杆材料，常见的有55SiMnMo和45#钢，多数是45#钢。钎钢的规格有D38、D35、D32，一般常用D38，我们提供过D35/3800的钎杆，其使用效果比D38/3800的还好，有条件的单位，其钎杆长度不超过4300 mm的，我们建议用D35的钎杆，一是降低了成本，二是减少了工人们的劳动强度，三是钻进速度较D38杆快。我们分析可能是重量轻，功率损失小的原因，也可能是在气压、钻出的孔径一定的情况下，与间隙大、排渣通畅有关。

为了节约成本，我们提供过组合钎，组合钎的组合方式有D38对D38，有D38对D32的，实用的结果以D38对D32为好。我们提供过的钎杆长度有1800mm、2400mm、3000mm、3200mm、3800mm、4200mm、4600mm、5860mm的，我们认为3200mm以下的用D32的钎钢，3200mm-4300mm的用D35的钎钢，4300mm以上的用D38钎钢较为合适。

钎钢内孔直径（D38），国家标准规定最小为13mm，但没有设上限，在我们见过的钎杆中，内孔有φ11、φ13、φ14、φ15、φ16、φ18，甚至还有φ20和φ22的，φ15～φ16比较合适，一是保证了工作要求，另外降低了成本，图8为使用后钎杆卷曲的状况，因为钎杆的内孔过大（φ20-φ22），强度明显不够所致。为了保证钎杆的等强度，我们采用了局部热处理的办法，实践证明是可行的。钎钢的外表面情况，我们遇到过的有：螺旋线（图9）、折叠（图10）和拉痕等质量问题。在使用中，杆体失效的情况很少见，大多出现在退刀槽与螺纹上，尤以退刀槽部位为多见，图11为螺纹退刀槽部断裂，根据断口特征判断为强度不够所致，图12为钎杆出现齐平断口，分析原因，是硬度过高所致。

打开出铁口的时间，以1000m3左右的炉子为例，大约3～5分钟，时间过长，对钻头和钎杆不利。在炮泥的配方和烧结时间一定的情况下，开口机的功率大，钻进的速度就快。所以要保证钎具正常使用与潜能的发挥，除了钎具产品的质量之外还与开口机功率的大小、炮泥的配方与烧结时间的长短及操作水平等因素有关。

图8 钎杆卷曲

图9 螺旋线

图10 折叠图

图11 螺纹退刀槽部位断裂

2.3 连接套

考虑到性价比，我们制作的连接套用的是一般材料。国家标准中给出的图形为通孔，我们根据生产实际中反映出来的情况，设计为中间有一限位的形状（见图13）。

2.4 钎尾

我们选用中碳合金钢制作。当然用低碳高合金钢渗碳淬火应是优选方案。在钎尾加工过程中，编排的工艺程序为粗车、调质、精车、局部淬火、磨、上油包装。

下面为收集到的几种典型的失效形式，图14为圆形进风孔两边磨蚀成凹凸不平的情况，此为密封圈内径过小或质量过差所致，图15中，退刀槽两边圆弧过渡处断开，多为圆弧过渡不好或刀痕过深而产生。图16为淬火硬度过高打击后出现的脆裂现象。图17为淬火硬度不够在花键前端造成的打堆现象，图18为钎尾退刀槽部位出现的内疲劳断裂，分析原因，是在钎尾加工内孔时出现的缺陷所致。