轉爐氧槍升降裝置防墜落安全器的探索與研究

王德勝

（唐鋼國際工程技術有限公司 河北 063100）

0 引言

轉爐氧槍是轉爐冶煉工藝的核心裝置。轉爐正常冶煉時，轉爐氧槍用來將超音速高壓氧氣吹入轉爐熔池進行吹煉。而氧槍噴頭的工作區域是在2500 ℃左右的高溫區，氧槍噴頭不但要受高溫輻射，還要抵抗鐵水和鐵渣的侵蝕，因此，氧槍必須具有較強的金屬結構和強大的水冷卻系統。因氧槍本體內通有高壓冷卻水，能夠保證氧槍在轉爐熔池內高溫區正常使用，但同時也帶來安全隱患。當氧槍升降裝置在冶煉時出現故障或失控，有可能導致氧槍墜落插入鋼水中，一旦處理不及時，氧槍將在高溫鋼水中熔化，大量高壓冷卻水會進入轉爐熔池中產生爆炸事故。而導致氧槍系統故障或失控的因素主要有氧槍升降系統鋼絲繩斷裂、氧槍升降裝置制動系統失效、氧槍升降系統防墜落裝置失效。

氧槍升降系統防墜落裝置是防止發生事故的最后防線，如果氧槍升降系統防墜落裝置可靠性差，必然會導致事故的發生。因此，氧槍防墜落裝置的可靠性研究一直被冶金設備專家不斷探索研究。本文對當前轉爐氧槍防墜落裝置使用過程中存在的安全問題進行了分析，鑒于建筑升降機防墜落安全器的安全性和可靠性高的特點，研究將其防墜落安全器技術應用到轉爐氧槍升降防墜落裝置上，來大幅提升轉爐氧槍生產運行中的安全性、可靠性。

1 現有轉爐氧槍防墜落裝置及存在的問題

1.1 轉爐氧槍升降裝置設計要求

要使轉爐氧槍工作能夠正常，氧槍升降裝置的設計要達到下述標準：

（1）具有完善的安全措施，在發生事故或電源故障時可迅速拔出氧氣槍；當鋼絲繩等部件損壞時，應避免氧槍掉入轉爐。

（2）氧槍要保持嚴格鉛垂位置。

（3）保證吹氧管的快速更換。

（4）小型轉爐則需要完全按照第（1）、（2）設計，可適當的考慮第（3）點措施。

1.2 現有轉爐氧槍防墜落裝置工作原理

圖1 為現有轉爐氧槍防墜落裝置工作原理圖。圖中：1 為滑輪、2 為彈簧、3 為連桿機構、4 為調整楔塊、5 為制動楔塊、6 為氧槍升降小車框架。

現有轉爐氧槍防墜落設施工作原理：轉爐吹煉過程中，氧槍升降裝置的鋼絲繩提起氧槍小車防墜落裝置的滑輪組，氧槍防落裝置的彈簧受氧槍升降小車和氧槍的重力壓縮，滑輪座相對于框架向上移動，同時帶動連桿機構向下壓調整楔塊，制動器和調整楔塊都連接到軌道，當調整楔塊向下移動時向右移動，從而使調整楔塊上的摩擦片與軌道保持在特定空間范圍。如果氧槍升降系統鋼絲繩斷開則氧槍升降裝置會進入失重狀態，沒有了氧槍升降小車及氧槍重力作用，滑輪座和小車架對比會下降，防墜落裝置的彈簧被釋放，以上所有器件會進入反方向的操作狀態，會讓摩擦片壓住氧槍升降小車軌道而使氧槍升降小車停止墜落，達到氧槍防墜落的目的[1]。

1.3 現有轉爐氧槍防墜落裝置存在問題

現有轉爐氧槍防墜落裝置在實際生產使用過程在經常遇到下列問題：

（1）發生氧槍墜落事故時，防墜落裝置制動可靠性差，有時不能做到完全制動。

（2）發生氧槍墜落事故時，防墜落裝置能夠及時制動，但會因摩擦片卡軌過緊而造成拆卸非常艱難,處理時間長，處理難度大。

（3）在正常生產過程中，氧槍升降小車有時發生異常卡軌現象，影響正常生產。

2 摩擦制動防墜落安全器結構及工作原理

摩擦制動防墜落安全器是建筑升降機上應用的一種防墜落安全裝置。相比現有轉爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動防墜落安全器具有安全可靠性高、對設備無沖擊、操作維護便捷和適用范圍廣的特點。

2.1 摩擦制動防墜落安全器的結構

摩擦制動防墜落安全裝置內部結構如圖2 所示。圖中：1 為銅螺母、2 為碟形彈簧、3 為錐形殼體（內錐體）、4 為錐形鐵芯（外錐體）、5 為離心塊、6 為離心塊座、7 為壓簧片、8 為齒輪。摩擦制動防墜落安全裝置的結構特點是結構緊湊、無沖擊、制動穩定、安全可靠。

2.2 摩擦制動防墜落安全器的工作原理

摩擦制動防墜落安全器的工作原理：當升降機上升、下降運行時，防墜落制動裝置的齒輪與裝在固定軌道上的齒條嚙合，齒輪軸在升降機升降過程中也會跟隨轉動。在設計的額定速度內，升降機向下運動時，摩擦制動防墜落安全器離心塊會在壓簧片的力度下和安裝在齒輪軸上的離心塊座粘合；當升降機向下的運動速度超過設計的額定轉速時，升降機防墜落安全器離心塊會攻克壓簧片彈簧力而向外部排出，這時離心塊的頂端會接觸到內錐體內表面上產生摩擦力，進而會使內錐體共同轉動，而內錐體轉動會帶動安裝在外錐體軸端的銅螺母沿著軸向朝內部運動，從而使碟形彈簧收緊，內、外錐體的摩擦面壓制收緊力度在碟形彈簧的逆向力影響中，會越來越大，造成的制動力矩也越來越大，最后讓升降機徹底制動，滿足平穩制動要求。

3 摩擦制動防墜落裝置在轉爐氧槍上的應用研究

3.1 在轉爐氧槍上應用的改進設計

由于建筑升降機噸位相對較小，一般在2 噸左右，防墜落安全器制動力矩偏小。因此，建筑升降機摩擦制動防墜落裝置不能滿足轉爐氧槍升降小車10～20 噸載荷的制動力需求，需要對摩擦驅動防墜落制動器裝置零部件進行重新計算設計，保證滿足轉爐氧槍升降小車制動力矩的要求。

3.2 在轉爐氧槍上應用探討

安裝在氧槍升降小車上的摩擦制動防墜落安全器通過其殼體上的固定鉸接螺栓和活動螺栓連接[2]。為了保證齒輪與齒條的嚙合有良好的接觸，在升降小車上安裝導向輪，在立柱上安裝導軌，這樣能夠保證導向輪帶動防墜落安全器沿齒條方向均勻接觸，穩定運行。

轉爐氧槍摩擦制動防墜落裝置安裝結構如圖3所示，圖3 中：1 為防墜落安全器、2 為齒條、3 為齒條安裝梁。防墜落安全器安裝在升降小車上，每臺升降小車安裝1 臺防墜落安全器[3]。齒條及齒條安裝梁沿氧槍升降小車固定軌道及活動軌道的方向安裝，其長度大約等同規定軌道的長度，齒條安裝梁與現設置好的鋼結構連接。

圖3 轉爐氧槍摩擦制動防墜裝置安裝示意圖

3.3 在氧槍升降裝置上應用的優勢分析

（1）摩擦制動防墜落安全器的可靠性高，此種安全器原理同升降施工電梯行業標準，安全級別較高，經過嚴格的驗證。

（2）摩擦制動防墜落安全器的適用范圍廣，齒輪安全器式防墜落裝置的觸發條件是氧槍小車的速度，當速度超過正常下降的速度就會動作。齒塊式防墜落裝置的觸發條件是升降小車受的拉力，當鋼絲繩斷裂時升降小車不受拉力時才會動作。當氧槍卷揚裝置的傳動系統出現故障如減速機齒輪損壞、制動器失效，升降小車就會出現溜車現象，當溜車速度超過正常下槍速度時摩擦制動防墜落裝置就會動作進行制動，而齒塊式防墜落裝置因鋼絲繩還有拉力而無法動作。

（3）齒輪安全器式防墜落安全器動作時對設備無沖擊，安全器內部通過摩擦方式制動，且內部有緩沖碟簧，制動距離可調，對升降小車和固定軌道沒有任何沖擊。

（4）如出現氧槍意外墜落事故后，修復氧槍升降系統后，可直接提升氧槍小車，摩擦制動防墜落安全器重新恢復使用，操作簡單，方便快捷。

4 結語

通過對現有轉爐氧槍防墜落裝置工作原理的分析，以及在實際生產應用中的研究和觀察，發現當氧槍升降裝置在冶煉時出現故障或失控時，其存在許多安全隱患。因此，本文為提高裝料氧槍防墜落裝置的安全性、可靠性、操作維護的便捷性進行了探索與研究。

借鑒建筑升降機摩擦制動防墜落安全器的結構和工作原理，本文對將摩擦制動防墜落安全器應用到轉爐氧槍防墜落裝置上的可行性進行了探討。研究認為，相比較現有轉爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動防墜落安全器具有安全可靠性高、對設備無沖擊、操作維護便捷和適用范圍廣的特點，經過改進設計后是可以應用于轉爐氧槍防墜落系統。該設想為冶金企業轉爐氧槍升降系統安全穩定運行的設計或改造提供了一種有益的借鑒。