转炉氧枪升降装置防坠落安全器的探索与研究

王德胜

（唐钢国际工程技术有限公司 河北 063100）

0 引言

转炉氧枪是转炉冶炼工艺的核心装置。转炉正常冶炼时，转炉氧枪用来将超音速高压氧气吹入转炉熔池进行吹炼。而氧枪喷头的工作区域是在2500 ℃左右的高温区，氧枪喷头不但要受高温辐射，还要抵抗铁水和铁渣的侵蚀，因此，氧枪必须具有较强的金属结构和强大的水冷却系统。因氧枪本体内通有高压冷却水，能够保证氧枪在转炉熔池内高温区正常使用，但同时也带来安全隐患。当氧枪升降装置在冶炼时出现故障或失控，有可能导致氧枪坠落插入钢水中，一旦处理不及时，氧枪将在高温钢水中熔化，大量高压冷却水会进入转炉熔池中产生爆炸事故。而导致氧枪系统故障或失控的因素主要有氧枪升降系统钢丝绳断裂、氧枪升降装置制动系统失效、氧枪升降系统防坠落装置失效。

氧枪升降系统防坠落装置是防止发生事故的最后防线，如果氧枪升降系统防坠落装置可靠性差，必然会导致事故的发生。因此，氧枪防坠落装置的可靠性研究一直被冶金设备专家不断探索研究。本文对当前转炉氧枪防坠落装置使用过程中存在的安全问题进行了分析，鉴于建筑升降机防坠落安全器的安全性和可靠性高的特点，研究将其防坠落安全器技术应用到转炉氧枪升降防坠落装置上，来大幅提升转炉氧枪生产运行中的安全性、可靠性。

1 现有转炉氧枪防坠落装置及存在的问题

1.1 转炉氧枪升降装置设计要求

要使转炉氧枪工作能够正常，氧枪升降装置的设计要达到下述标准：

（1）具有完善的安全措施，在发生事故或电源故障时可迅速拔出氧气枪；当钢丝绳等部件损坏时，应避免氧枪掉入转炉。

（2）氧枪要保持严格铅垂位置。

（3）保证吹氧管的快速更换。

（4）小型转炉则需要完全按照第（1）、（2）设计，可适当的考虑第（3）点措施。

1.2 现有转炉氧枪防坠落装置工作原理

图1 为现有转炉氧枪防坠落装置工作原理图。图中：1 为滑轮、2 为弹簧、3 为连杆机构、4 为调整楔块、5 为制动楔块、6 为氧枪升降小车框架。

现有转炉氧枪防坠落设施工作原理：转炉吹炼过程中，氧枪升降装置的钢丝绳提起氧枪小车防坠落装置的滑轮组，氧枪防落装置的弹簧受氧枪升降小车和氧枪的重力压缩，滑轮座相对于框架向上移动，同时带动连杆机构向下压调整楔块，制动器和调整楔块都连接到轨道，当调整楔块向下移动时向右移动，从而使调整楔块上的摩擦片与轨道保持在特定空间范围。如果氧枪升降系统钢丝绳断开则氧枪升降装置会进入失重状态，没有了氧枪升降小车及氧枪重力作用，滑轮座和小车架对比会下降，防坠落装置的弹簧被释放，以上所有器件会进入反方向的操作状态，会让摩擦片压住氧枪升降小车轨道而使氧枪升降小车停止坠落，达到氧枪防坠落的目的[1]。

1.3 现有转炉氧枪防坠落装置存在问题

现有转炉氧枪防坠落装置在实际生产使用过程在经常遇到下列问题：

（1）发生氧枪坠落事故时，防坠落装置制动可靠性差，有时不能做到完全制动。

（2）发生氧枪坠落事故时，防坠落装置能够及时制动，但会因摩擦片卡轨过紧而造成拆卸非常艰难,处理时间长，处理难度大。

（3）在正常生产过程中，氧枪升降小车有时发生异常卡轨现象，影响正常生产。

2 摩擦制动防坠落安全器结构及工作原理

摩擦制动防坠落安全器是建筑升降机上应用的一种防坠落安全装置。相比现有转炉氧枪防坠落装置，摩擦制动防坠落安全器具有安全可靠性高、对设备无冲击、操作维护便捷和适用范围广的特点。

2.1 摩擦制动防坠落安全器的结构

摩擦制动防坠落安全装置内部结构如图2 所示。图中：1 为铜螺母、2 为碟形弹簧、3 为锥形壳体（内锥体）、4 为锥形铁芯（外锥体）、5 为离心块、6 为离心块座、7 为压簧片、8 为齿轮。摩擦制动防坠落安全装置的结构特点是结构紧凑、无冲击、制动稳定、安全可靠。

2.2 摩擦制动防坠落安全器的工作原理

摩擦制动防坠落安全器的工作原理：当升降机上升、下降运行时，防坠落制动装置的齿轮与装在固定轨道上的齿条啮合，齿轮轴在升降机升降过程中也会跟随转动。在设计的额定速度内，升降机向下运动时，摩擦制动防坠落安全器离心块会在压簧片的力度下和安装在齿轮轴上的离心块座粘合；当升降机向下的运动速度超过设计的额定转速时，升降机防坠落安全器离心块会攻克压簧片弹簧力而向外部排出，这时离心块的顶端会接触到内锥体内表面上产生摩擦力，进而会使内锥体共同转动，而内锥体转动会带动安装在外锥体轴端的铜螺母沿着轴向朝内部运动，从而使碟形弹簧收紧，内、外锥体的摩擦面压制收紧力度在碟形弹簧的逆向力影响中，会越来越大，造成的制动力矩也越来越大，最后让升降机彻底制动，满足平稳制动要求。

3 摩擦制动防坠落装置在转炉氧枪上的应用研究

3.1 在转炉氧枪上应用的改进设计

由于建筑升降机吨位相对较小，一般在2 吨左右，防坠落安全器制动力矩偏小。因此，建筑升降机摩擦制动防坠落装置不能满足转炉氧枪升降小车10～20 吨载荷的制动力需求，需要对摩擦驱动防坠落制动器装置零部件进行重新计算设计，保证满足转炉氧枪升降小车制动力矩的要求。

3.2 在转炉氧枪上应用探讨

安装在氧枪升降小车上的摩擦制动防坠落安全器通过其壳体上的固定铰接螺栓和活动螺栓连接[2]。为了保证齿轮与齿条的啮合有良好的接触，在升降小车上安装导向轮，在立柱上安装导轨，这样能够保证导向轮带动防坠落安全器沿齿条方向均匀接触，稳定运行。

转炉氧枪摩擦制动防坠落装置安装结构如图3所示，图3 中：1 为防坠落安全器、2 为齿条、3 为齿条安装梁。防坠落安全器安装在升降小车上，每台升降小车安装1 台防坠落安全器[3]。齿条及齿条安装梁沿氧枪升降小车固定轨道及活动轨道的方向安装，其长度大约等同规定轨道的长度，齿条安装梁与现设置好的钢结构连接。

图3 转炉氧枪摩擦制动防坠装置安装示意图

3.3 在氧枪升降装置上应用的优势分析

（1）摩擦制动防坠落安全器的可靠性高，此种安全器原理同升降施工电梯行业标准，安全级别较高，经过严格的验证。

（2）摩擦制动防坠落安全器的适用范围广，齿轮安全器式防坠落装置的触发条件是氧枪小车的速度，当速度超过正常下降的速度就会动作。齿块式防坠落装置的触发条件是升降小车受的拉力，当钢丝绳断裂时升降小车不受拉力时才会动作。当氧枪卷扬装置的传动系统出现故障如减速机齿轮损坏、制动器失效，升降小车就会出现溜车现象，当溜车速度超过正常下枪速度时摩擦制动防坠落装置就会动作进行制动，而齿块式防坠落装置因钢丝绳还有拉力而无法动作。

（3）齿轮安全器式防坠落安全器动作时对设备无冲击，安全器内部通过摩擦方式制动，且内部有缓冲碟簧，制动距离可调，对升降小车和固定轨道没有任何冲击。

（4）如出现氧枪意外坠落事故后，修复氧枪升降系统后，可直接提升氧枪小车，摩擦制动防坠落安全器重新恢复使用，操作简单，方便快捷。

4 结语

通过对现有转炉氧枪防坠落装置工作原理的分析，以及在实际生产应用中的研究和观察，发现当氧枪升降装置在冶炼时出现故障或失控时，其存在许多安全隐患。因此，本文为提高装料氧枪防坠落装置的安全性、可靠性、操作维护的便捷性进行了探索与研究。

借鉴建筑升降机摩擦制动防坠落安全器的结构和工作原理，本文对将摩擦制动防坠落安全器应用到转炉氧枪防坠落装置上的可行性进行了探讨。研究认为，相比较现有转炉氧枪防坠落装置，摩擦制动防坠落安全器具有安全可靠性高、对设备无冲击、操作维护便捷和适用范围广的特点，经过改进设计后是可以应用于转炉氧枪防坠落系统。该设想为冶金企业转炉氧枪升降系统安全稳定运行的设计或改造提供了一种有益的借鉴。