氧气顶吹转炉氧枪的安全系统综述

摘要:氧枪系统是转炉吹氧设备中的关键性部件。文章以100t转炉为例分析了氧枪的主要参数,介绍了氧枪的安全装置。转炉氧枪安全保障系统的完善,可以有效保证氧枪的正常吹炼,为氧气顶吹转炉安全、可靠、高效的生产提供有力的保障。

关键词:转炉氧枪;氧枪传动系统;安全系统;100t转炉

中图分类号:TF724文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0173-02

氧枪系统是转炉吹氧设备中的关键性部件。在吹炼过程中,氧枪不仅要承受熔池中炉气、炉衬的辐射,而且由于熔池内激烈的化学反应造成钢液、炉渣对氧枪的冲刷,加之氧枪是直接深入到炉内,在吹炼时,炉内温度最高达2000～2600℃。所以氧枪是绝不允许在无水状态下长期停在炉内或因事故落入炉内的。下面以100t转炉为例分析介绍氧枪的安全装置。

一、氧枪传动系统简介

100吨转炉氧枪传动设备采用“双车双枪”型式,一支吹炼,一支备用。每支氧枪都有各自独立的升降小车及提升系统,氧枪升降小车的活动导轨及提升系统均固定在横移台车上,横移台车由行走装置驱动定距移动,在吹炼枪出现故障时,可以实现吹炼枪与备用枪的迅速更换。氧枪升降及横移装置主要由氧枪升降小车及导轨、氧枪提升装置、氧枪横移小车及轨道等部分组成。

氧枪升降小车由车轮、车架、制动装置、滑轮组及枪位调整装置组成。车架由型钢和钢板焊接而成。在前后左右共有四对车轮,起车架升降的支承导向作用。由于氧枪及其软管偏心安装于车架上,故升降小车车轮除起导向作用外,还承受偏心重量产生的倾翻力。

车轮与轨道磨损后,氧枪中心线即随着间隙的增加而歪斜,但小车运行时由于偏心重量使车轮始终靠紧轨道平稳升降而不会晃动。氧枪的歪斜可以借助调整氧枪在支承处的位置来纠正。

两台升降小车分别装在两台横移换枪小车上。横移小车以壁行方式运行。

一台横移小车携带氧枪升降装置处于转炉中心的操作位置时,一台处于等待备用位置,每台都各有独自的驱动装置。

为了使换枪小车准确地对准转炉中心,设置了横移对位止动装置。当行程限位开关将小车停在炉子中心工作位置后,启动对位止动装置,将其顶杆推入横移小车定位槽中,使横移小车对中。

横移小车的车体及其载荷的全部重量都由两个行走轮支承,而车体的倾翻力矩则由两个导向轮行成的一组力偶平衡,所以导向轮的作用是既起导向作用又承受倾翻力。

车体由横移小车电动机驱动,电动机经减速器和开式齿轮直接传动行走轮。依靠行程开关停车,不设刹闸制动装置。

二、氧枪主要参数

升降速度:高速40m/min,低速:4m/min;

氧枪升降行程:15m,重量:8t;

横移速度:4m/min,1m/min;

横移行程:3200mm;

驱动电机:75kW(交流变频);

事故提枪电源:UPS电源,速度:4m/min;

工作氧压:0.8～1.0MPa,氧气流量:22000Nm3/h;

氧枪冷却水流量:200m3/h;

氧枪冷却水供水压力:1.65MPa;

氧枪外径:Φ245mm;

氧枪总长度:20500mm;

喷嘴形式:四孔拉瓦尔型水冷铸造喷头;

马赫数:2.0,中心夹角α=12°;

半锥角β=3.5°;

纯吹氧时间:15～16min;

供氧强度:最大4.2Nm3/t・min;

供氧流量:最大25000Nm3/h。

三、氧枪系统安全装置

(一)软件安全连锁

在吹炼过程中,由于氧枪处于高温液体的上面,炉内条件复杂、温度较高,这就要求有可靠的安全联锁以满足氧枪安全运行的需要。出现以下情况时需要实现与氧枪的联锁:

1.氧气压力低,氧枪自动上升。在吹炼过程中,氧气压力一般要求在0.7～0.9MPa。如果氧气压力过低时,很容易导致氧枪回火,烧坏氧枪头,造成氧枪大量漏水事故。一般要求在氧气压力低于0.5MPa时,氧气切断阀自动关闭,氧枪自动上升,停止吹炼。

2.氧枪冷却水压力低、流量过低,回水温度过高,或进回水流量差较大时,氧枪自动上升。由于吹炼时,炉内温度较高,这就要求氧枪内有足够的冷却水把热量带走,以避免氧枪枪身被烧坏。当冷却水压力低于1.2MPa、流量低于120m3/h,回水温度高于55℃时,说明水不能充分带走枪身的热量时,氧枪应自动上升。进回水流量差大于8m3/h时,说明氧枪可能大量漏水,氧枪应自动上升。

3.汽化系统不满足要求时,氧枪自动上升。在转炉炼钢过程中,烟道汽化冷却系统是很重要的一个环节。当汽包水位过低或汽化泵组出现故障时,氧枪应自动上升,防止烧坏烟道造成严重漏水事故。

4.一次除尘风机转速过低时,氧枪应自动上升。转炉吹炼过程中,要求一次除尘风机必须有较高的转速,当除尘风机转速低于1100转每分钟时,氧枪应自动上升。

5.氧枪钢丝绳张力较大或较小时,氧枪禁止升降。氧枪升降小车由车轮、车架、制动装置、滑轮组及枪位调整装置组成,如图1所示:

滑轮组框架与小车之间采用销轴联接,在升降小车产生倾翻力时,在销轴作用下,滑轮框架不会产生倾翻,两根钢丝绳的受力基本保持不变,仍然只受垂直的拉力,两根钢丝绳的长度也基本一样;两根钢丝绳的固定端通过一个滑轮联接起来,相当于把两根绳变成一根绳,这样两根钢丝绳受力达到均衡。

氧枪升降是通过导轨,从炉口上方进入炉体内的。由于导 轨上有异物时,会造成氧枪卡住不能下降,如果此时传动机构仍然不停止工作会造成钢丝绳松的较多,而有时在氧枪重力作用下异物脱落,将会造成氧枪突然下坠。氧枪快速下坠产生较大的拉力容易拉断钢丝绳造成事故。另外,在吹炼过程中,由于化渣不好,造成粘枪时,氧枪容易卡在烟道氧枪口处,如果传动机构不能停止工作,很容易把设备拉坏或把钢丝绳拉断造成事故。有了钢丝绳张力的反馈,可以有效避免此类现象的发生。张力传感器设定值为0.5～8吨。

6.氧枪与转炉倾动的连锁。当转炉不在垂直位置时,氧枪不能下降;当氧枪进入炉体后,转炉不能做任何方向的倾动。炉子垂直位允许有±3°的误差,这是由倾动编码器给出信号的。当氧枪待吹点位置信号发出时,炉子不能倾动,以避免氧枪损坏事故的发生。

(二)硬件安全装置

1.事故提升装置。出现停电故障的情况下,会造成氧枪内冷却水不能正常供给,此时就必须把氧枪提出炉子。在垂直布置的氧枪传动方式中,一般有两种事故驱动方式。一种是用气动马达驱动,另一种是用直流电机驱动,如图2所示:

氧枪升降的驱动减速机是行星轮传动减速机。行星轮一端由事故驱动马达带动。正常工作时,马达处于制动状态;主传动一端由交流变频电机带动,实现氧枪升降;当出现事故时,正常传动一端处于制动状态,事故驱动一端制动器打开,由气动马达或由CPS电源提供电能的直流电机带动行星轮一端,把氧枪提出炉口。事故驱动的传动比较大,速度较小,一般为0.5m/min。

2.氧枪防坠落装置。氧枪防坠落装置是由动滑轮组、连杆、摩擦块组成,如图3所示:

氧枪正常升降时,滑轮组在卷扬钢丝绳的作用下,始终处于向上拉的状态。这时,摩擦块4和导轨5之间有一定的间隙,不影响氧枪的升降。如果出现钢丝绳断裂或卷扬制动完全失灵等突发事故时,动滑轮组由于不受拉力,在自身重力作用下向下运动,拉动连杆,摩擦块4向上移动,摩擦块4和挡块3之间是凸凹配合的导向槽,并且是楔形的,使得摩擦块4紧紧压在导轨5上面,氧枪升降小车不会继续下降。摩擦块和导轨之间的间隙要调整合适,一般在8～15mm之间。间隙过小会影响氧枪的正常升降,过大则造成事故状态下压紧力太小而失去作用。通过调整挡块4上方的螺栓就可以调整,挡块向上移动间隙增大,挡块向下移动间隙变小。

3.机械挡块。机械挡块安装在导轨的最下部。要求基础及挡块本体抗冲击强度要高。高度以氧枪落到底部时氧枪头不接触钢液为限。以100t转炉为例,一般熔池的高度为1.1m左右,则机械挡块固定标高为H=L+1.2m,即氧枪的长度加上1.2m为挡块上部的标高位置。在溅渣模式时,氧枪的枪位比吹炼模式时低,挡块位置过高,氧枪不能下到较低的枪位,会影响溅渣护炉的效果。

四、结语

转炉氧枪安全保障系统的完善,有效保证了氧枪的正常吹炼,为氧气顶吹转炉安全、可靠、高效的生产提供有力的保障。

参考文献

[1]王雅贞,张岩,张红文.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备[M].北京:冶金工业出版社,2003.

[2]王庆春.冶金通用机械与冶炼设[M].北京:冶金工业出版社,2004.

作者简介:李树强(1973-),男,云南嵩明人,安钢第一炼轧厂工程师,研究方向:冶金设备的维护与管理;王晓红(1973-),女,河南滑县人,安钢第二炼轧厂工程师,研究方向:液压与气动设备的维护与管理。