内容发布更新时间 : 2024/12/23 13:46:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
转炉氧枪装置设计
摘要:通过对转炉氧枪装置设计过程介绍,分析了氧枪横移车、升降小车以及氧枪刮渣器设计中的要点,提出了针对氧枪装置在保证转炉炼钢生产过程的连续性、可靠性以及安全性和维护便利性等方面的一套全新的设计方案,使氧枪装置使用维护性能得到较大提高,所提到的新型结构氧枪已在多个转炉炼钢生产现场得到验证。
关键词:事故提升系统;防坠枪装置;快速换枪;可控力矩刮渣器
氧枪装置用于向转炉内吹氧,使钢水脱碳;并加大冶炼强度,实现快速炼钢。
氧枪装置是转炉炼钢系统连续生产的重要在线设备,设置于转炉上方。氧枪工作时需插入转炉内吹氧,处于高温、液态渣包裹之中,因此,其对设备的运行安全性、可靠性、连续性设计提出了很高要求,因而设计中需要对这些需求提出切实可行的解决办法,以满足其复杂控制需求和适应其所处的恶劣工况。
氧枪装置设计依据来自于工艺专业的任务书,设备设计首先需要明确的是运行负荷,接下来进行方案设计、结构设计、施工图设计。
运行负荷:卷扬升降负荷应考虑升降小车、氧枪、金属软管、管内积水、枪体挂渣、刮渣器的刮渣力以及氮封塞、钢绳重量;横移车运行阻力按横移运行设备重量的0.025%计算[1];横移锁紧装置的锁紧能力按运行阻力的4倍考虑;刮渣力按2~3t考虑。
横移车为一钢结构小车,分为上下两层,上层设置有升降卷扬装置及钢绳平衡器,下层设置横移传动装置,上下层之间由活动导轨和钢结构相连。升降卷扬机设有主传动和事故传动两套传动系统,通过离合器实现转换;卷扬控制设有两台绝对型编码器(一用一备、互相比照)控制升降行程、主传动电动机尾部装有增量型编码器控制升降速度;另装有钢绳张力传感器、位置行程开关等电控元件。钢绳平衡器吊挂在上层平台下部,既可调钢绳安装误差,又可在小车升降过程中平衡两根钢绳变形差,使两根钢绳受力始终一样。
事故传动是独立于主传动之外的事故提升系统,当出现车间停电、主电机故障、制动器电液推杆失效等事故时,可利用事故提升系统安全地将氧枪提出炉外,避免更大的事故发生。我们设计的事故提升系统形式为:在卷扬减速机的高速轴上设置气动离合器,增加一级减速,事故电机传动,EPS电源供电,制动器设置开闸气缸,采用气、电结合方式控制。事故提升时,控制室操作人员按下事故提升按钮,离合器电磁阀由UPS电源给电,离合器合上,舌簧开关给出信号后,事故电机给电启动,电机力矩建立起来后, 制动器气缸用电磁阀由UPS电源给电,气缸将制动器打开,开始提枪。将氧枪提出炉口一定高度(由2台事故提枪位接近开关判断)后,制动器电磁阀断电(制动器抱闸),然后事故电机停电。最后离合器电磁阀断电复位。整个过程一键自动完成。
升降小车用于支承氧枪体升降小车通过钢绳、滑轮组与横移车卷扬机卷筒连接,升降小车在固定导轨和活动导轨中带动氧枪体上下运行。升降小车结构采用“轮包轨”形式,提高了升降导轨的刚度;降低了导轨的加工难度;特别是提供了升降小车的车轮在位(待机位)拆装和维修的可能。
防坠枪装置设置在升降小车上,为自复位棘式结构。当发生断绳坠枪事故时,该装置能自动动作,阻止升降小车下滑,防止更大的事故发生。阻止坠枪事故动作后,穿上钢绳,卷扬提升就能自动恢复正常工作,无需特殊处理。防坠枪装置设计难点是弹簧的工作载荷P1、Pn的选取,选大了,氧枪在升降过程中易发生防坠误动作;选小了,反应时间要延长,灵敏度降低,止动造成的冲击增大。弹簧的工作载荷与设备重量、升降速度、机构阻力有关,另一方面棘齿的间距设置也需考虑。弹簧的工作载荷与反应时间,是防坠枪系统设计成败的关键。[2]
氧枪由三根同心圆钢管组成,内层除正常冶炼吹氧气外,溅渣护炉时还具有吹氮气的功能;中间层流入冷却水,外层流出冷却水,枪管的下端为紫铜喷头;为了补偿制造误差和枪体热胀冷缩变形,采用枪头补偿形式;枪体采用球头支撑,具有自动对中功能;氧枪与介质接入金属软管间的连接采用套装式结构形式,实现快速换枪。
采用套装式结构,使氧枪的更换时间大为减少。目前常用的法兰连接方式,一般更换一支氧枪需要拆36个螺栓,再装36个螺栓,正常情况下工人需在高空、高温、多尘的环境中工作约150分钟,而采用套装式结构换1支氧枪只需拧2个螺栓盘、拆装2个安全销,用时约20~30分钟,对减轻工人的劳动强度,降低恶劣环境中的工作时间,提高安全性效果十分明显。套装式结构设计难点是怎样解决3个套装点的整体对中精度和实现有效密封。我们的设计思路是,3个套装轴装在一块可浮动的板上,在同一块板上加工3个孔,精度能得到有效保证;同样方法, 3个套装轴装于一个加工结构件上,用加工精度来保证对中精度;同时选用合适的密封结构形式,加大轴孔间间隙,增加密封数量,实现套装式结构快速有效连接。这样,虽然在一定程度上增加了加工难度和制造成本,但给使用带来很大方便,效果是长期的,是值得的。[3]
氧枪体的粘渣问题一直是困扰转炉顺利炼钢的难题,目前,还没有一种大家公认的好的解决办法。据某厂统计,使用好刮渣器后,可每月多炼约10炉钢。因此,设计实用、耐用的刮渣器也是氧枪装置设计的重要内容之一。我们设计的刮渣器具有结构简单、无抱合“死点“,自动松闸等功能。见图3。该装置采用气缸推动摆动刀架抱合,提升氧枪体实现刮渣。刮渣器的抱紧力可用气缸的介质压力来调节,当刮渣力达到一定值时,气缸有自动开闸的趋势,从而起到保护刮渣器和卷扬机的作用,实现可控力矩刮渣。刮渣器刀片设计成犁刀型结构,内表面为圆弧形,与氧枪外管对应,一般设4块刀片,设计思路是刀片在枪管粘的红渣层上划出4道口子,再将其憋开,待其冷却收缩后崩开自行掉下来。刀片与刀座采用斜契连接,螺栓调节顶紧结构,刀片磨损后,调节顶紧螺栓,补偿磨损量,又可继续使用;刀片为双面刀口,一边损坏后,可换另一边使用。气缸采用水冷气缸,能适应氮封口处高温、红渣的恶劣环境我们设计的氧枪装置特点如下:
1. 氧枪装置采用双枪、双卷扬、双横移车布置,能够快速换枪,保证生产的连续性;
2. 氧枪传动机构采用双动力源、双钢绳、双编码器、双制动器配置,使传动有备用、控制更稳定,保证设备运行的可靠性;
3.升降车设置防坠枪系统,能有效地防止坠枪事故的发生;卷扬设置事故提枪系统,即使主传动系统出现事故时,还能将氧枪安全、快速地提出转炉,从保证生产的安全性。
4. 除了双车设计解决了快速更换氧枪体外,还设置了套装式结构氧枪体连接机构,解决了氧枪的快速更换要求。
5. 防坠装置采用棘齿结构,处理坠枪时只需穿上钢绳,提起小车,就能恢复生产;横移传动采用套装式结构,减少了链条传动的麻烦;锁紧装置采用气缸锁紧,比蜗轮丝杆传动结构更简单;上下水平导轮采用大偏心插装导轮,比螺栓连接导轮便于调节、更安全;钢绳平衡器采用杠杆大调节量,二次调节机构,比三角板+丝扣平衡器调节量更大,使钢绳安装难度减小,平衡更灵敏等。总之,使设备的维护检修更方便。
与目前常用的氧枪装置相比,我们设计的新型氧枪装置整体结构简单,重量减轻15~20%;较好地解决了氧枪装置的安全性、可靠性、连续性问题。现已推出了十几套使用,得到用户好评,可带来较好的社会效益和经济效益。
参考文献:
[1]中华人民共和国国家标准.GB/T3811-2008 起重机设计规范
[2]潘光明. 99202886.8 一种吹氧装置的防落制动装置. 中华人民共和国国家知识产权局
[3]甘建蓉. 200520010456.2 一种氧枪快换装置. 中华人民共和国国家知识产权局
[4]潘光明. 02221674.X 一种控力矩刮渣器. 中华人民共和国国家知识产权局.