炉顶探料尺制造技术的研究与应用

[摘 要]炉顶探料尺作为高炉炼铁系统中的关键设备，存在结构设计缺陷，给设备生产制作、运行与维护造成较大影响。基于此，对炉顶探料尺的结构进行了优化，设计出了适于生产制作、易于运行操作和维护的紧凑型垂直探料尺。

[关键词]炉顶探料尺；结构设计；行程控制；气密性

中图分类号：TH242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0042-01

1 原炉顶探料尺存在问题与不足

炉顶探料尺原设计结构上不够紧凑，安装空间要求较大。其主要构成为：主令控制器装配、位置变送器装配、电气齿轮箱装配、自整角机装配、电气防护罩，且原设计中探头行程控制系统中大部分为机械齿轮传动，存较大的冲击和震动，设备使用性能落后、探头测量精度低，难以实现自动化，同时卷筒箱水压试验经常出现严重渗漏现象。

2 探头行程控制系统的改造

本次改造秉承紧凑式设计理念。紧凑式垂直探料尺摈弃了原设计中的探头行程控制系统中主令控制器装配、位置变送器装配、电气齿轮箱装配、自整角机装配，取而代之是带制动的变频调速电机、主令控制器、编码器，如附图1所示。通过改造，变频器的矢量控制可使探头成为力矩动态浮标；变频电机产生足够的转矩，防止钢丝绳和链条随探头工作时在料面上松弛，该转矩不足以提升探头，只是扶正探头，不让探头倒在料面上；在炉内料面下降时，探头反拖传动机构随料面下降。在探料过程中，高炉主控室的PLC系统始终在将预设的料位与被测的料位进行比较，只要炉内料位未达到预设料位，探头便一直保持在料面上，当炉内料位到达预设料位时，探头将向上快速提升至待机位置以便加料。

改造后的紧凑式垂直探尺可完成从0料位到8m料位的连续探测，同时也可点测，当炉内料位到达预设料位时，探尺探头将向上升至零料位以方便加注物料。

3 气密形式改进

炉顶探尺原设计中有二处需要存在泄漏问题：一是卷筒箱与盖连接处之螺柱贯穿丝孔；二是卷筒轴两端轴承位。

3.1 卷筒箱与盖连接处之螺柱贯穿丝孔渗漏问题的解决

8米探尺卷筒箱由若干钢板组焊而成，原设计中卷筒端盖、探头检修门盖与卷筒箱本体的装配形式是将双头螺柱拧入后按附图2所示连续焊接在箱体上。如此不仅给焊接操作带来很多困难且质量难以保证，水压试验时水从双头螺柱与丝孔的间隙渗漏。

鉴于以上情况，决定通过修改连接形式来达到解决问题的目的：（1）将件1加厚（尺寸由原30mm改为45mm），件2加厚（尺寸由原20mm改为30mm），同时保证内档尺寸。（2）将原件1和件2上的螺纹通孔改为盲孔，并将双头螺柱改为螺栓，增加定位销联接，见附图2。经过以上修改后，此处渗漏得到很好的解决。

3.2 卷筒轴两端轴承位密封渗漏问题的解决

如附图3所示，原设计中轴两端轴承的密封是由O形密封圈来完成的，密封圈的部分被内外压强差产生的压力挤入装配间隙中，在轴类零件回转时，被挤入装配间隙内密封圈容易被磨损而造成渗漏。同时当运动摩擦发热时，O形圈不是膨胀，而是收缩（拉伸状态下的橡胶受热收缩，成为焦耳效应），使工作时的压缩变形量减小而发生泄漏。炉顶探料尺工作时卷筒轴进行旋转动作，卷筒箱气密性要求达到0.3Mpa的气压，属于密封中的接触型回转动密封，所以此处密封采用O形密封圈存在设计缺陷。

针对以上实际情况，决定换掉O形密封圈，采用油浸石棉填料密封，并且将轴承移出，将原设计的轴承座、密封的一体式，改为轴承座和密封的分体式，如附图3所示。填料具备下列基本条件：

⑴有一定的塑性；⑵有足够的化学稳定性；⑶自性能良好；⑷制造简单、装填方便。同时填料密封有一个缺点，即填料本身润含的剂在运行一段时间后会流失，最终将使浸渍剂枯竭，起不到应有的作用。为了解决此缺点，我设计添加剂的入口，如附图3所示，通过定期添加剂来补偿流失的剂。

结合炉顶探料尺卷筒回转参数特点：低速回转，我们选择发辫式石棉作为填料材料。石棉具有柔软性好、耐热性优异、强度大、耐酸碱和多种化学品以及耐磨损等优点，而且其纤维很细、比面积大（单位重量的纤维表面积大），浸渍油脂和其他剂后能防止渗透泄漏，并能保持良好的性。

4 改造结论与效果

最新设计的1000 m3炉顶探料尺设备性能稳定，探测数据准确并且在生产过程中尺寸精度容易保证，渗水试验可以一次成功。新设计摒弃了位置变送器装配、电气齿轮箱装配、自整角机装配、电气防护罩等，节约了其采购成本，且新设计实现了自动化控制，探料精度进一步提高。

参考文献

[1] 陈若平，杨成波.COREX竖炉炉顶安装机械探尺的分析.新疆钢铁，2014（2）：12-15.

[2] 姚可佩，吕晓飞.杭钢三号炉上料系统探尺电机装置改造实践.浙江冶，2012（2）：46-47.

[3] 罗刚，王丽娜.绝对值编码器在高炉炉顶设备中的应用.一重技术，2012（1）：50-53.

作者简介

郑贵峰（1979-），男，工程师，本科，主要从事冶金机械制造及设计工作。