400 t液壓泥炮的優化與應用

邵 琳,惠 展,趙自強

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

技術改造

400 t液壓泥炮的優化與應用

邵 琳,惠 展,趙自強

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

液壓泥炮是煉鐵高爐爐前必備的設備。本文主要針對液壓泥炮在使用過程中發現泥炮本體受熱輻射較大、設備待機位置時打泥機構離地面太近和設備整體運行軌跡不是最優的問題和不足，通過增大基礎距離、優化桿機構和斜底座等手段，實施技術方案改進，以減少設備本體熱輻射影響、改善運行軌跡、提高使用壽命，對同類泥炮的設計優化具有參考意義。

高爐；液壓泥炮；運行軌跡

0 前言

液壓泥炮是煉鐵高爐爐前必備的設備，其作用是能夠迅速準確堵塞出鐵后的出鐵口，使高爐快速進入下一循環作業。因此，泥炮的裝備水平直接影響著爐前的生產管理和安全管理。為保證泥炮長期可靠運行，有必要對液壓泥炮在使用過程中的問題進行分析并加以改進，使設備性能進一步提高。

1 設備組成及存在問題

1.1 設備組成

如圖1所示，液壓泥炮主要由打泥機構1、吊掛機構2、控制連桿3、回轉機構4、底座5等組成。

設備的運行由兩個液壓缸驅動完成，回轉液壓缸驅動轉臂完成回轉動作，回轉動作完成時炮口自動對準出鐵口，由打泥液壓缸驅動打泥活塞完成打泥作業。在打泥過程中，回轉液壓缸同時完成壓炮功能。

圖1 液壓泥炮

1.2 設備存在問題

隨著蓄鐵池鐵鉤的廣泛應用，某鋼廠5#高爐原有泥炮存在以下需要改進的問題：

(1)基礎到主鐵溝的距離較小，泥炮本體受熱輻射較大；

(2)設備待機位置時打泥機構離地面太近；設備運行最高點不超過2000 mm；

(3)設備整體運行軌跡不是最優。

2 優化方案

2.1 增大基礎與主鐵溝距離

結合爐前布置情況，加長懸臂，增大基礎與主鐵溝的距離，使設備本體一定程度上遠離主鐵溝。打泥機構1和吊掛機構2尺寸不變，根據幾何位置關系，通過計算得出鐵口和設備本體基礎中心的相對位置坐標(X、Y、Z)，如圖2所示。

圖2 基礎中心坐標圖

懸臂加長400 mm，Y方向增加435 mm，設備基礎遠離主鐵溝。

對理論計算結果進行SolidWorks三維校準。

由于懸臂加長，對基礎的傾翻力矩增加，因此，需重新核算基礎載荷，并對底座與斜底座間連接螺栓進行強度校核。

(1)基礎載荷計算。

垂直載荷

PZ= 239 kN

水平力(壓炮時)

PX=321 kN

平面轉矩

MZ=899 kN·m

傾翻力矩(取重力矩為懸臂中心)：

壓炮時

MX=255 kN·m

My=31 kN·m

壓炮前

MXmax =335 kN·m

轉臂與鐵溝平行時

Mymax =215 kN·m

(2)螺栓強度校核。

底座與斜底座間連接螺栓采用8.8級M76螺栓，材料35。螺栓危險截面的拉伸強度條件σca=208 MPa,σ<[σ]。

材料許用應力為[σ]=640 MPa，σ<[σ]，合格

2.2 增大回轉油缸

懸臂增長，為滿足壓炮力的要求，對回轉油缸進行校核。回轉油缸最大受力發生在壓炮時，因此，以泥炮處于工作位置狀態時對泥炮桿機構進行受力分析如圖3所示。

圖3 工作狀態時機構受力分析圖

(1) 以桿件2為研究對象，根據力矩平衡得

Pcos10°·L=P1·R

P1= 1 595 kN

式中，P為壓炮力， 285 kN；P1為連桿作用力；L、R分別為P、P1相對于固定點O的力臂。

(2)以桿件5為研究對象，根據力矩平衡得

P2·Q=P1·n

P2=1 158 kN

式中，P2為活塞作用力 (推力)；Q、n分別為P2、P1相對于固定點O1的力臂。

根據活塞推力P2，綜合考慮油缸行程和工作環境，給定安全系數，確定回轉油缸為Φ180/Φ250-1260。

2.3 優化運行軌跡

(1)優化斜底座。斜底座是承載整個泥炮重量及傾翻載荷的部件，起到連接泥炮本體和基礎的作用。底座與回轉機構的連接面具有一定的傾斜角度和傾斜方向，使打泥機構在工作位置達到工作角度，在待機位置時便于裝泥和檢修。

優化斜底座的高度和傾斜角度后，滿足泥炮工作要求的前提下，設備處于待機位置時，打泥機構上最低點高度為鐵口中心線向上200 mm，裝泥口高度為700 mm，設備運行最高點1 950 mm。

(2)優化運動軌跡。根據泥炮工作位和待機位要求，確定控制連桿與回轉機構的鉸接位置點，調整控制連桿長度。按照確定的位置點和控制連桿長度，校驗打泥機構運動軌跡以及打泥機構和懸臂運動過程中兩者夾角最小時打泥機構是否和懸臂干涉，最終選取最優匹配點。

經軌跡對比，最終選取鉸接點相對于原鉸接點ΔX=70,ΔY=-100，控制連桿長度增加了460mm。

3 優化效果

(1)基礎位置。待機位置時打泥機構各點位置以出鐵口中心線為基準，出鐵口中心線以上為“+”，出鐵口中心線以下為“-”。優化前后設備基礎位置見表1。

表1 設備基礎優化前后對比 mm

表1中

(2)軌跡對比。炮嘴優化前后的軌跡如圖4、圖5所示，對比可以看出，優化后炮嘴在接近出鐵口泥套時運動軌跡的直線性更好。炮嘴靠近鐵口偏移量對比見表2。

圖4 優化前炮嘴軌跡圖

圖5 優化后炮嘴軌跡圖

距離2004006008001000優化前4682108124130優化后1728333224

由表2可以看出，優化后，不僅炮嘴在接近出鐵口泥套時運動軌跡的直線性更好，而且工作位置點準確性更高。

4 結論

通過調整泥炮基礎，使設備遠離主鐵溝，減少了熱輻射，提高了設備使用壽命；通過優化斜底座，使設備在待機位置時，打泥機構與地面夾角變小，尾部抬高，裝泥口降低，便于維護和操作；通過優化四桿機構，炮嘴運行軌跡更加合理。目前，優化后的液壓泥炮已應用于某鋼廠的5#高爐改造工程，至今已使用一年以上，工作可靠、操作和維護方便，得到了用戶的肯定。同時，此方法也為其它高爐爐前改造提供參考。

[1] 楊杰.高爐液壓泥炮的改進[J] 江蘇商報,(建筑界), 2013(15)：212-213.

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Optimization and application of 400 t hydraulic mud gun

SHAO Lin，XI Zhan，ZHAO Zi-qiang

(Sinosteel Xi’an Machinery Co., Ltd., Xi’an 710201, China)

The hydraulic clay gun is indispensable for the blast furnace. In this paper, some problems of hydraulic mud gun in running process, main include mud gun body heat larger radiation, the equipment stand by position play mud being too close to the ground, and the whole running track of the equipment without optimization, are discovered. Several improved measures for more efficient utilization of hydraulic clay gun are proposed. The purpose of radiation reduction, improve the running track and service life are achieved by increasing the basic distance, optimizing mechanism and inclined base and improving technology. This means can be a reference of designing similar equipment.

blast furnace；hydraulic clay gun；running track

2016-05-04；

2016-07-29

邵琳(1983-)，女，中鋼集團西安重機有限公司工程師。

TF321.5

A

1001-196X(2017)02-0095-03