高炉液压泥炮设计技术研究

李 波 赵静一 刘 航 张启星 王留根 杜冲冲

(1：北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029；2：燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室 河北秦皇岛066004)

1 前言

随着现代炼铁技术的发展，对高炉液压泥炮的技术性能有了新的要求，作为冶炼行业的主要炉前设备，液压泥炮能够迅速准确堵塞放铁后的出铁口，使高炉快速进入下一循环的作业，是目前大中小型炼铁厂家较理想的炉前设备[1]。液压泥炮由转炮机构、压炮机构、打泥机构、液压站、操作台等部分组成，按泥缸容积分为多种规格型号，分别适合配备于不同容积的高炉。在实际工作现场，泥炮的液压系统常常会出现各种故障现象[2] [3]。因此，设计生产高性能的高炉液压泥炮，减少并及时排除液压系统的故障，是实现高炉连续安全生产的重要环节。泥炮泵站液压系统图如图1所示。

2 高炉液压泥炮简介

泥炮的结构类型主要包括回转机构和打泥机构两部分。

泥炮回转机构包括曲臂、控制杆、小连杆、回转支架、吊挂架、十字轴、回转油缸等部分。油压推动油缸活塞使油缸做伸、缩运动，油缸带动曲臂回转，由曲臂推动曲臂上的小连杆，靠小连杆推动回转支架进而达到支架和吊挂架整体回转的目的。

图1 泥炮泵站液压系统图1-液压泵；2-液压控制机构；3-截止阀；4-过滤器；5-冷却器；6-过滤泵；7-加热器

泥炮回转时压力油通过一套电磁换向阀、差动回路装置及平衡阀向液压缸有杆腔供油。回转向前时，无杆腔进油，从有杆腔排出的液压油经差动回路装置再进入到无杆腔管路里，平衡阀保持背压3MPa，从而达到快速、大流量控制油缸的目的；向后回转时压力油经同一套电磁换向阀、平衡阀向有杆腔供油，从无杆腔排出的油经换向阀流回油箱[4]。

泥炮打泥机构主要包括炮嘴、连接体、泥缸、油缸和泥塞、打泥量指示装置[5]。在油压的作用下，油缸活塞杆做直线运动，带动泥塞做前进和后退动作，泥缸中填满无水炮泥，泥塞将炮泥通过连接体从炮嘴打入高炉铁口，堵住即将流完铁水的铁口。

泥炮打泥时压力油通过一套电磁换向阀，液压锁，双单向节流阀向液压缸供油，液压缸活塞伸缩，实现泥塞前进打泥和泥塞后退装泥的效果。

油源部分：采用轴向柱塞泵与电磁溢流阀及单向阀组成，泥炮系统由两套泵组成，一套工作，一套备用，两套轮流使用。

泥炮的技术性能参数见表1。

3 液压系统技术性能与参数

1)泥炮工作负载：在泥炮回转向前动作时，油缸最大工作负载为Fmax1。

按照公式：

(1)

表1 高炉泥炮技术性能参数

其中：D1为活塞直径280mm，D2为活塞杆直径200mm，P1为无杆腔压力20MPa，P2为有杆腔压力3MPa，代入(1)可得Fmax1=114.1t；

当泥炮回转向后动作时，最大工作负载是Fmax2。

按照公式

(2)

将油缸和压力数值代入(2)可得

Fmax2=60t

当泥炮打泥时，油缸最大出力能达

(3)

其中D3为打泥油缸活塞直径400mm，P3系统压力20MPa，代入可得Fmax3=250t。

2)泥炮系统公称流量计算

根据原理，泥炮回转向前时利用的是差动回路，而回转向后时有杆腔进油，无杆腔直接回油，根据生产工艺要求，回转向后时间为12s，回转油缸行程为1407mm。

(4)

可得速度为0.11725m/s。

有杆腔截面积计算为：

(5)

将数值代入(5)可得

按照流量计算公式：

Q=A·v

(6)

可得

Q=A·v=0.03014·0.11725=212.06L/min

所以选择了力士乐品牌的柱塞泵A2F0160/61R-PBB05，流量为230L/min。

再计算回转向前时差动回路所需流量，由上可知回转时油缸活塞速度为0.11725m/s，而无杆腔活塞截面积A1的计算公式为：

(7)

代入数值得，则回转向前时油缸无杆腔需要进入的流量为：

Q=A·v=0.06155·0.11725=432.96L/min

3)泥炮系统压力

系统的工作压力靠电磁溢流阀设定为P=20MPa，溢流阀型号为DBW20B-1-30/315uW220-50NZ4(华德)，其技术参数如表2所示：

表2 电磁溢流阀技术参数

电磁溢流阀的特性曲线如图7所示：

图2 电磁溢流阀特性曲线

4)泥炮电机功率的选择

按照公式驱动功率为:

(8)

5)动作时间：泥炮回转向前时间T1=12s，回转向后时间T1=12-15s。

6)开口机工作负载：在开口机回转向前动作时，油缸最大工作负载为Pmax4。

由公式：

(9)

其中D1表示活塞直径，为140mm，P1表示无杆腔压力16MPa，代入可得Pmax4=25t。

当开口机回转向后动作时，最大工作负载是：

(10)

D2表示有杆腔直径，为100mm，将数值代入公式(10)，可得：Pmax5=12t

4 结束语

炼铁高炉的强化操作需要高性能的液压泥炮，设计生产高性能的高炉液压泥炮满足生产需要，特别是减少泥泡液压系统故障，保证发生故障容易能及时排除，这对高炉生产非常重要,是实现高炉连续安全生产的重要环节。按泥缸容积分设计制造多种规格型号的液压泥炮，分别适合配备于不同容积的高炉。通过对高炉液压泥炮的回转机构及打泥机构的液压系统技术性能计算及参数选择设计制造出高性能的高炉液压泥炮，满足现代化高炉生产需要。