高炉液压泥炮的改进

摘要：本文主要以中天钢铁6#高炉液压泥炮为例，详细介绍了液压泥炮系统的不足之处及使用过程中发生的故障、原因分析、改进措施。通过改进降低了液压泥炮系统的故障率，保证了泥炮的可靠运行，提高生产效率。

关键词：液压泥炮 液压系统 改进

1.引言

液压泥炮是高炉生产中至关重要的设备之一，一旦出现故障就会造成高炉减风、休风，影响高炉正常生产。随着炼铁技术的进步，高炉冶炼的不断强化，泥炮的装备水平直接影响炉前的生产管理和安全管理。因此为了保证泥炮的长期可靠运行，我们必须对泥炮的不足之处加以改进，大幅降低泥炮故障率。

2. 液压泥炮打泥机构的故障、原因分析、改进

打泥机构的结构简图如图1所示，液压缸活塞杆固定，液压缸筒推动泥缸的泥塞做往复运动。

泥炮在长期的使用过程中会出现故障。打泥机构容易出现的故障有泥塞脱落、倒泥严重。这两种故障直接决定泥炮的使用寿命。

2.1分析导致打泥机构出现泥塞脱落、倒泥严重故障的原因

根据现场使用情况统计，泥塞脱落及因泥塞磨损后产生倒泥严重是泥炮使用中反映比较集中的故障点。

2.1.1分析泥塞脱落原因

如图2所示，原设计泥塞往复运动是在泥缸中进行的，泥塞与泥缸筒配合是间隙配合。泥塞与液压缸筒头部由8个均布的M24螺栓连接。

泥缸长期在高温区工作，并经常性的打水冷却，冷热交替会产生微小变形，有时也有卡铁现象。而且随着泥炮的改进，现在大多数使用的炮泥均为无水炮泥，在受热状态下对泥塞的运动产生很大阻力。同时泥塞后部还有未排净的倒泥，高温烧结后变硬。泥塞退到头时存在反作用力。当液压缸打泥前行时，虽有阻力但联接螺栓受压力作用还不能影响工作，但在后退状态下，连接螺栓受拉力作用，并且是几种阻力同时作用。当这种合力大于螺栓所承受的拉力时，造成螺栓松动、变形、拉断，导致泥塞脱落，泥炮不能工作而酿成事故。

2.1.2分析倒泥严重的原因

液压泥炮的泥塞与液压缸头部靠螺栓联接在一起，液压缸行程1180mm，一次打泥动作液压缸往复运动一次，泥塞也随着往复运动一次。由于泥塞与泥缸配合间隙最大时为0.8mm，并且液压缸采用的是活塞杆固定式，当液压缸向前运动时，受重力作用，液压缸头部必然向下，紧贴泥缸内壁，发生摩擦。泥塞的材质是黄铜，在长期磨损下，泥塞就会与泥缸一侧出现间隙，随着间隙的不断增大，形成泥缸内泄，倒泥量也不断增多，虽然泥缸后部设有倒泥排出孔依然满足不了因磨损加剧而不断增加的倒泥量的排出，当达到一定量时，将影响泥炮的正常工作，不能满足生产的需要。

通过以上对泥塞脱落及倒泥严重原因的分析，可看出，这两种原因实际是相互联系的。由于泥炮安装在铁口及出铁大沟旁且铁沟内有熔融铁水，泥炮周围温度高，粉尘大，并有刺激性气味，现场环境比较恶劣存在安全隐患；另外泥缸法兰与液压缸座法兰之间为20个均布的M42螺栓联接，泥塞与油缸之间也采用螺栓联接，并且螺栓联接孔内充满烧结变硬的炮泥及铁渣，拆解比较困难，不利于在生产中更换新泥塞；因此只能选择作业时间比较短的泥炮打泥机构总成更换。还有打泥机构拆下后维修的工作量也很大。因此要想延长打泥机的工作寿命，就必须对泥塞进行优化和改造。在优化和改造过程中，这两种原因要一起考虑，寻找一个最佳方案。

2 .2打泥机构部分构件的改进及优化

通过以上对打泥机构故障原因的分析，下面针对这些故障提出一些改进方案。

2.2.1 防止泥塞脱落的改进措施

泥塞脱落根源在于打泥液压缸在后退时向后的拉力远大于8个M24螺栓所能承受的最大拉力，因此根据现有的结构尺寸，决定在泥塞的中心部位增加一个M90×6的螺栓与液压缸头部连接。同时，将在液压缸座上的4个100×100的倒泥方孔加工成等腰梯形口，使残余的炮泥能够顺利排除。改进后结构如图4所示。

2.2.2 改进泥塞磨损故障的措施

原泥塞材质为45钢，结构为整体式，如图3所示。这种材料及结构的泥塞不耐磨，没有自动补偿作用。在使用的过程中，根据上面的分析，泥塞沿磨损则间隙始终存在。现将泥塞做成组合式，如图4所示。在与泥缸壁接触的部位用两个径向开口的且侧面有一定锥度的膨胀环来代替整体式原泥塞，依靠膨胀环与泥缸内壁紧密接触，做往复运动。膨胀环的材料采用锡青铜，牌号为QSn10-1。锡青铜耐蚀、耐磨、有弹性，具有良好的力学性能和加工性能。但在长时间使用后也产生磨损，随着磨损量的增加，由于膨胀环设计的特殊结构，炮泥的反作用力迫使其向外膨胀，从而实现了补偿，始终保持与泥缸壁的紧密接触，这样就避免了因磨损间隙产生内泄向后出现倒泥现象。

经过实际使用后证明：优化改进后的组合式泥塞不再脱落，泥塞耐磨性提高有效防止倒泥，达到了延长液压泥炮寿命的目的。

3.泥炮液压系统的故障、原因分析、改进

现在，国内炼铁厂基本都使用液压泥炮，因为液压系统比电动执行系统具有多方面优势，运行更加稳定。在液压传动系统中，液压油既是工作介质，又是剂。但是在使用过程中液压油容易被污染，尤其像高炉出铁场这样的使用环境。据有关资料记载，液压故障有70%～80%是由油液污染导致的。液压元件的配合精度极高，对油液中的污物杂质所造成的淤积、阻塞、擦伤和腐蚀等情况反应更为敏感。污染物会堵塞液压元件的节流孔或节流缝隙，改变液压系统的工作性能，引起动作失调甚至完全失灵，产生误动作造成事故。

3.1.1 液压缸内泄故障分析

任何经过加工的零件表面都是具有表面粗糙度的，所以即使是精密加工的两相对运动表面直接接触，仍会产生泄漏。但是由于密封件具有良好的弹性，在外力作用下密封件能产生一定的变形以弥补相对运动表面的缺陷，阻止液压油的泄漏，这就是密封件的作用。打泥液压缸活塞原设计使用两道Yx性轴用聚氨脂密封，如图5所示。

在一般情况下是能够满足要求的，但由于泥炮液压缸工作时间处于高温区，虽有冷却板保护，液压缸内的温度也在要求温度范围以上。聚氨脂这种材料是不耐高温的，当油液温度达到70～80℃时，它的老化及变质将会会加速，长期在高温度情况下，逐渐硬化、碎裂、脱落，从而失去密封作用；同时，油液被污染后所带的杂质也会加速密封圈的磨损失效。这就会造成液压缸的大量内泄，使得打泥时力量不足，出现打不进泥或多次补泥现象，严重时造成堵口不成功，酿成事故。碎裂的密封圈还可能在油液中通过管路回到油箱，经过回油过虑器，大多数密封圈的碎末被回油过滤器挡住，但仍有少量的细小粒进入油箱，进而重新进入系统中，造成系统液压元件失灵。

3.1.2改进液压缸内泄故障的措施

打泥液压缸的内泄是由活塞上密封失效造成的，进而影响到整个打泥液压系统的正常工作，通过分析得知，只有选用适合于恶劣环境使用的密封圈，并且对原结构影响不大就可以解决这个问题。通过对“O”型、“Yx”型和“V”型三种密封类型进行比较分析，认为这三种密封形式单独使用都不能获得比较好的效果。通过查阅相关资料决定选用“格莱圈”。格莱圈由一个橡胶“O”型圈及聚四氟乙烯圈组合而成。“O”型圈施力，格来圈为双作用活塞密封。摩擦力低，无爬行，启动力小，耐高压。“O”采用氟橡胶材质时，工作温度最高200℃。因此选用格莱圈代替原来的“Yx”密封，如图6所示。通过对液压泥炮打泥机构打泥液压缸活塞密封的改造，其使用寿命得到了较大程度的提高，较好的满足了高炉稳定连续生产的需要。

3.2泥炮液压系统的改进

总结炼铁厂的实践经验，在6#高炉原有的泥炮液压系统的基础上，又做了一些优化、改造，是液压系统的工作更加可靠有效。改造前液压回路图如图7所示。

3.2.1增设了补压回路 回转和打泥回路都要设置液控单向阀，目的是保证打泥机构不后退。泥炮失效或铁水跑大流多是由于液控单向阀保压失败所致。系统保压指标的好坏虽然与回路设计和介质清洁度等有关，但关键取决于液控阀自身的质量；多年来国产液控单向阀质量极不稳定。高炉现场环境非常恶劣、油液清洁度很难保证，液压缸由于种种原因也会出现内外泄露，从而影响保压指标。泥炮的工作要求转炮液压缸工作压力25MPa保压30分钟。而在使用过程中泥炮回转液压缸难免有微量的泄露，特别是在工作一段时间之后，在保压过程中，压降十分明显，无法满足生产要求。但不能立即更换新液压缸。针对这一情况，结合几种泥炮回转曲线特点，另外再增加一套高压小流量轴向柱塞泵（

3.2.2差动快速 为了合理充分利用能源，该系统在转炮回路中设计了差动快速回路，如图8所示。

在不增大泵容量的前提下，提高了泥炮回转液压缸的工作速度，适应了转炮动作轻载快速的要求。这样转炮及压炮动作迅速，炮嘴能快速越过铁沟，进入出铁口泥套。现在，转炮和压炮的全过程设定为13S，减少了铁水对泥炮的热辐射时间，减少了炮嘴受铁水熔渣的高温冲刷和飞溅损伤，有效地延长了设备的使用寿命。

4.结束语

液压泥炮是高炉炼铁的关键设备。对液压泥炮的改进，有助于完善液压泥炮系统，保证高炉炼铁长期稳定生产，为高炉炼铁改善炉前工作环境、提高经济效益作出贡献。

参考资料

[1]郑贤峰. 高炉液压泥炮故障分析于对策[J]. 冶金设备. 2004（3）

[2]王墨林. SGXP-240泥炮液压故障的诊断于分析[J]. 山东冶金. 2000， 22（3）