300t液压泥炮的改造
2021-08-09康敏惠展冯卓赵博张震
康敏 惠展 冯卓 赵博 张震
（中钢集团西安重机有限公司 陕西西安710201）
1 前言
液压泥炮是在炼铁高炉出铁作业结束或需要停止时，迅速把耐火炮泥压入铁口，将铁口堵住的专用设备。其工作原理为：通过回转油缸驱动转臂带动打泥机构在待机位与工作位之间回转，通过打泥油缸驱动打泥活塞推动炮泥完成堵口。
某钢厂300t型液压泥炮，在高炉建设初期，炼铁工艺设定工作角度为16°，待机位时装泥口相对于出铁口高度为2300mm。自从投产后，经过多年的使用，存在工作角度偏大，待机位时装泥口高度高而不便于装泥及偶尔漏泥等问题。为此进行项目改造，基本要求：利用原液压泥炮基础，改造以后的工作角度为10°，装泥口高度降低大于500mm。
2 问题分析
2.1 工作角度和装泥口
在高炉建设初期，炼铁工艺设定液压泥炮工作角度为16°，相比一般高炉，出铁口角度偏大。同时，为满足工作角度为16°，加大了基础座高度及其倾角，造成待机位时装泥口较高。
2.2 漏泥
2.2.1 炮嘴不能正确对准铁口
（1）运行轨迹对炮嘴的影响
在设备使用过程中，炮嘴在运行到接近出铁口位置时，为了准确对准铁口，运行轨迹需要一直线段。如图4a，设备改造前，炮嘴靠近铁口时运行轨迹线不合理：炮嘴在对铁口时存在5.5°夹角，不能正确对准铁口，从而导致出现漏泥情况。而炮嘴运行轨迹由设备内各杆件决定。
（2）调节件变形对炮嘴的影响
在设备使用过程中，调节杆内的碟簧压紧力不足或发生疲劳失效，造成炮嘴不能正确对准铁口，出现漏泥情况。
2.2.2 压炮力不足
改造前回转油缸缸径为Φ180mm。液压泥炮堵口时受力分析如图1。
图1 堵口时受力分析简图
式中：F2－回转油缸推力，kN；
P2－转油缸压力，MPa；
d－回转油缸缸径，mm。
经计算，回转油缸推力为：635kN。
如图1，根据静平衡原理可得：
由于连杆为二力杆，故：F3＝F4
则，压炮力：
式中：F5－圧炮力，kN；
F5′－圧炮力反作用力，kN；
L2－回转油缸对肘板力臂，mm；
L3－连杆对肘板力臂，mm；
L4－连杆对转臂力臂，mm；
L5－打泥机构对转臂力臂，mm。
经计算，压炮力为：236kN。
当泥炮堵口时，炮泥打出炮嘴时产生反作用力，即打泥反力：
式中：F2-打泥反力，kN；
P1－打泥油缸压力，MPa；
D1－打泥油缸直径，mm；
D－泥缸直径，mm；
d1－炮嘴直径，mm。
经计算，打泥反力：247kN。对比可得：F5＜F1，压炮力略有不足，偶尔会出现退炮而漏泥的情况。
3 改造方案
3.1 工作角度及装泥口改造
通过调整基础座相对铁口倾角和高度，达到液压泥炮工作角度10°。此时，当液压泥炮处于待机位置时对应打泥机构装泥口高度为出铁口中心线以上1800mm。与原液压泥炮进行装泥口高度对比：改造后液压泥炮装泥口高度降低500mm，达到了改造要求。液压泥炮基础座如图2。
图2 基础座示意图
在完成角度调整的同时，需要检查液压泥炮和开口机在运行过程中是否存在相互干涉［1］。即当液压泥炮待机而开铁口机运行时，开铁口机吊挂板（含管路）与液压泥炮炮嘴是否干涉。如图3所示，改造后液压泥炮待机而开铁口机运行时，开铁口机吊挂板及管路部分与液压泥炮炮嘴距离约100mm，满足使用要求。
图3 泥炮与开铁口机干涉点示意图
3.2 消除漏泥现象
3.2.1 优化运行轨迹
为改善炮嘴与铁口之间的夹角和炮嘴的运行轨迹［2］，调整调节杆连接点位和基础座倾斜角度。如图4b，调整后炮嘴在对铁口时夹角近似0°。
图4 炮嘴运行轨迹及夹角对比示意图
3.2.2 强化调节杆
改变调节杆碟簧安装形式，增强其压紧力［3］。如图5，由对合组装形式优化为复合组装形式。从而有效提升了调整杆件的预紧力，保证了调整杆件的工作可靠性，提高了液压泥炮运行稳定性。
图5 碟簧安装形式对比示意图
如图6，在调节杆件碟簧优化后，可以承受载荷量成倍增加。
图6 碟簧载荷变化对比示意图
3.2.3 提升压炮力
考虑到泥炮的转速、液压系统流量以及现场实际的压炮情况［4］，将缸径由 Φ180mm提高至Φ200mm，提升压炮力。根据公式（1）、（2）核算，改造后压炮力为298kN。压炮力与打泥反力之比为1.2。通常，取压炮力为1.1～1.5倍打泥反力时即可避免出现退炮而漏泥现象［5］。
3.3 采用水冷型防护装置
由于打泥角度由16°减小为10°，堵口时炮身离铁口距离减小，热辐射加大，在打泥机构下方设置水冷型防护装置来隔离热辐射，并通过冷却水将热量带走，从而提高设备使用寿命。
4 结论
改造后的液压泥炮经现场调试，工作角度、装泥高度、运行轨迹等达到改造要求。实际应用后，装泥方便，运行稳定，未出现漏泥现象。通过水冷型防护装置提高了泥炮的使用寿命。改造方案为设备稳定运行提供了保证，用户对此次改造满意。
