液压泥炮技术性能及研制情况分析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：目前在许多国家的大型高炉上均使用液压泥炮，比较有代表性的液压泥炮有MHG型、IHI型和PW型。为了解决我国高炉炉前设备的更新问题，国内研制成功了BG型液压矮泥炮。1600kN液压泥炮主要技术性能指标见表7-2。

高炉出铁口是间断工作的，出铁时用开铁口机将出铁口打开，出完铁后用泥炮充填耐火材料将出铁口封住。为确保出铁口正常作业，对泥炮的主要要求是：

1）有足够的打泥量和打泥推力，能有效地堵塞出铁口通道和修补护缸前墙，使前墙厚度达到所要求的出铁口深度。

2）结构紧凑，高度矮小。

3）工作可靠，能适应高炉前高温及多粉尘、多烟气的恶劣环境。

4）维修方便。

20世纪五六十年代建设的高炉多采用电动泥炮，随着冶炼强度的提高和无水泥的推广，这种电动泥炮在生产实践中暴露出不少缺点，主要是打泥能力不足，不能满足出铁口作业要求，因此它只能用于中、小型常压高炉。目前在许多国家的大型高炉上均使用液压泥炮，比较有代表性的液压泥炮有MHG型、IHI型和PW型。

液压泥炮的优点是：

1）推力大，打泥致密，能适应高炉高压操作。

2）压紧机构具有稳定的压紧力，使炮嘴与泥套始终压得很紧，不易漏泥。

3）高度矮小，结构紧凑，便于炉前操作。但我国目前的液压泥泡，其结构大体上和电动泥炮相似，高度仍较高，结构也较复杂。

4）油压装置不装在泥炮本体上，简化了泥炮的结构。

5）节省电力，约为同类型电动泥炮的1/3左右。

1.BG型泥炮液压系统

国外从20世纪90年代开始，逐渐普遍采用液压矮泥炮。所谓矮泥炮是指泥炮在非堵口和堵口位置时均处于风口平台以下，不影响风口平台的完整性。

为了解决我国高炉炉前设备的更新问题，国内研制成功了BG型液压矮泥炮。这种泥炮是参考了国外各种类型矮泥炮，在国内的电动泥炮基础上博采众优，并结合了我国高炉炉前环境和液压元件生产的实际而设计制造的。目前这种新型液压矮泥炮已形成六个规格的定型系列产品，在我国大中型高炉上被普遍推广采用。BG型液压矮泥炮的性能参数见表7-1。

表7-1 BG型液压矮泥炮性能参数

（续）

BG型液压泥炮如图7-3所示，它由炮身1（打泥装置）、压炮装置2、旋转装置3、液压站4和电控装置5组成。炮身（打泥装置）的结构如图7-4所示。液压缸活塞杆1固定，液压缸2运动，推动打泥泥缸的活塞4做往复运动，液压缸座上装有挡泥环3和漏泥孔8，这样可以有效地防止炮泥落到液压缸活塞杆上。泥缸5和液压缸座的下方均装有冷却水箱，对泥缸和液压缸座起冷却和隔热保护作用。炮嘴6上装有炮嘴保护帽7，前端烧损后，只需更换保护帽。

图7-3 BG型液压矮泥炮

1—炮身 2—压炮装置 3—旋转装置 4—液压站 5—电控装置

图7-4 炮身结构

1—液压缸活塞杆 2—液压缸 3—挡泥环 4—活塞 5—泥缸 6—炮嘴 7—保护帽 8—漏泥孔

压炮装置和旋转装置结构示意图如图7-5所示。泥炮转臂6的端部固定有门形框架3，炮身1上的四个行走轮2在门形框架上的导向槽4内滚动，导向槽的形状设计成炮身前进时能按所要求的倾斜角度直线进入出铁口，炮身退回到后极限位置时成水平状态。

炮身相对于导向槽运动，炮嘴压紧出铁口泥套10是靠两个压炮液压缸5实现的。由于液压缸座的刚性较好，炮身两边行走轮缘与门形框架上导向相侧向的间隙为1～3mm，可以保持两边轮子行走时同步。压炮液压缸组件的前端通过关节轴承与行走前轮的轴相铰接。压炮时炮嘴的运动轨迹为开始时快速下降走过一段圆弧后，以压炮角度走直线运动。

旋转装置采用转臂6绕固定轴9旋转的方式，旋转液压缸8通过杠杆机构使转臂6转动。固定轴9装在具有平衡轴的机座7中，这种框架式结构使机座具有较大的刚性，并使泥炮旋转部分的高度大为降低。

图7-5 压炮装置和旋转装置结构示意图

1—炮身 2—行走轮 3—门形框架 4—导向槽 5—压炮液压缸 6—转臂 7—机座 8—旋转液压缸 9—固定轴 10—出铁口泥套

BG型液压矮泥炮的液压站有两种：一种是采用插装阀，另一种是采用手动换向阀。实践表明，采用手动换向阀的液压站结构简单，用液压元件较少，故障也较少，工作反而可靠。一般液压矮泥炮每次动作时间不超过5min，至下一次堵铁口的间隔时间在2h以上，这段时间液压泵一直处于停泵状态。BG30共有两个手动换向阔，其他型号也只有三个手动换向阀。阀的尺寸小，故适合用手动换向阀。

采用手动换向阀的BG型矮泥炮液压系统如图7-6所示。该液压系统由泵站和阀台两部分组成。泵站配有两台手动变量柱塞泵1，一台工作，一台备用。液压系统所需的最大流量是正向旋转时，也就是旋转液压缸无杆腔进油时，将泵的流量调整到正向旋转缸时所需的流量。

泥炮旋转机构的运动阻力较小，旋转惯量较大，为了正向旋转时运动平稳，在回油路中安装了顺序阀3。

一般打泥时所需的流量和正向旋转时所需的流量比较接近，泥缸活塞退回时速度快一些也无妨，故打泥系统可不装设节流阀。打泥液压缸有杆腔回路中的溢流阀的作用是调节有杆腔进油（退泥缸活塞）时的最大压力，避免泥缸活塞退到行程终点时达到最大打泥压力，这有利于提高密封件寿命。

图7-6 BG型矮泥炮液压系统

1—手动变量柱塞泵 2—齿轮泵 3—顺序阀

三个换向阀油路是串联起来的，只要三个弹簧复位的手动换向阀处在中位，泵就处于卸荷状态，即使操作人员在打完泥后，焖炮时忘了关液压泵，也不会造成泵因长期高压溢流而使油温升高。一般系统中设置液控单向阀时，换向阀宜采用Y型阀芯，泥炮压炮液压缸在压炮时，受力状况是使背压腔压力降低，不致因背压而使液控单向阀打开。生产实践已表明，泥炮压炮广泛采用M型阀芯的手动换向阀，不影响泥炮的保压性能。

油箱上还安装了齿轮泵2，其可将油箱中的油循环过滤，以保持油的清洁度。

生产实践表明，BG型液压矮泥炮具有推力大，工作可靠，结构紧凑，自身高度小，维护方便，参数调节方便，改善炉前操作环境等优点。

2.1600kN液压泥炮

1600kN液压泥炮应用于大型高炉，其打泥机构的驱动液压缸与泥缸在同一中心线上，泥缸在前，液压缸在后，液压缸和泥缸之间用法兰和螺栓连接，并吊挂在炮架的小车上。1600kN液压泥炮主要技术性能指标见表7-2。

表7-2 1600kN液压泥炮主要技术性能指标

在压紧机构中（见图7-7），用液压缸来代替电动泥炮压紧机构中的电动机、齿轮和螺杆螺母传动。液压缸活塞杆的前端与泥炮移动小车前轮的轴相连接，活塞杆做前后移动时，就带动小车炮架的导向槽移动。

泥炮的回转机构采用特殊的回转液压缸，其由定叶9、动叶1和回转缸体5等组成。定叶9用连接键8和连接螺栓与固定的中心轴套4固接，动叶1则用连接键13和连接螺栓与回转缸体5固接。泥炮的回转机构如图7-8所示。

图7-7 1600kN液压泥炮压紧机构

图7-8 泥炮的回转机构

1—动叶 2—密封块 3—固定中心轴 4—轴套 5—回转缸体 6、11—油腔 7—进（回）油口 8、13—连接键 9—定叶 10—回（进）油口 12—螺栓

当高压油经管路和进油口10进入油腔11中时，由于定叶9、固定轴套4是固定的，故在高压油作用下，动叶1转动并带动回转缸体5一起做顺时针方向转动，而回转缸体5通过螺栓12（8根）与回转悬臂连接，带动悬臂一起回转，达到回转泥泡的目的。此时油腔6中的油经回油口7排出。当需缸体做逆时针方向转动时，则把高压油通入油腔6中，动叶1、回转缸体5和悬臂一起做逆时针方向转动，而油腔11中的油经回油口10排出。

为了增强密封性能，防止油腔6、11之间漏油，在定叶和动叶两侧设置了密封块，而在动叶、定叶与回转缸体内壁圆弧间则各加上了四个“O”形密封圈。

（1）液压系统的工作原理（见图7-9）液压油由液压泵供给。在液压泵开动时，“Y”型手动阀3、4、5、6处于中位，电磁阀12接电，液压泵卸荷，手动阀的阀芯处于无压状态，可减少油的漏损。当需要某个机构工作时，则用手操纵相应的手动阀向前或向后使阀换向，在这同时，电磁阀12失电，液压泵停止卸荷，于是液压缸一端进液压油，另一端排油，实现打泥、压紧、回转和锁紧的动作。

图7-9 1600kN液压泥炮液压系统

1—柱塞泵 2、7、8、10—单向阀 3、4、5、6—手动阀 9—减压阀 11—单向节流阀 12—电磁阀 13—溢流阀 14—节流阀

（2）作业流程

1）打泥机构。打泥时，往前推手动阀，电磁阀12断电，柱塞泵1的液压油经单向阀2至手动阀3“P”“B”相通，再经单向阀7至打泥液压缸右端推动活塞向前进。而液压缸另一端的油经手动阀“A”“O”通路至油箱；装泥时，手动阀往后拉。电磁阀12断电，柱塞泵1的压力经单向阀2至手动阀3“P”“A”相通（液压油打开单向阀7）至液压缸左端使活塞后退。液压缸另一端的油经单向阀7至手动阀3“B”“O”相通至油箱。

打泥机构液压系统的特点是设有锁紧回路。当打泥终了时，泥缸活塞仍须具有一定的压力以顶住炉缸内的反作用力，待炮泥稍干硬结后泥缸活塞方可退回。打泥机构液压系统中的单向阀7用于完成锁紧泥缸活塞的作用。当装泥时，用液压油将单向阀打开，使液压缸的回路经单向阀7和手动阀回到油箱。

2）压紧机构。压紧时，往前推手动阀，柱塞泵1的液压油经单向阀2至减压阀9经手动阀4“P”“B”相通，再经单向阀10至液压缸活塞右端，推动活塞向前移动。液压缸另一端的油经单向节流阀11的节流通道至单向阀10经手动阀4“A”“O”相通到油箱；退回时，向后拉手动阀，柱塞泵1的液压油经单向阀2至减压阀9经手动阀4“P”“A”相通，再经单向阀10和单向节流阀11的单向阀至液压缸活塞左端使活塞向后移动。液压缸另一端的油至单向阀10经手动阀4“B”“O”相通到油箱。

在打泥过程中，压紧机构应使炮嘴紧压在泥套上以防漏泥。打完泥时，压紧机构退回使小车停在炮架导向槽上部，从而使炮身处于水平状态（为此在液压系统中采用单向阀10实现双向锁紧）。在打泥时液压油经单向阀8补充到压紧机构的油路中，使炮嘴在打泥过程中始终紧压在泥套上。这种压紧方法既可防止压紧力过大损坏泥套，又可防止炮嘴离开泥套而漏泥。

3）锁紧机构。抬起锁钩，往前推手动阀，电磁阀12断电，柱塞泵1的液压油经单向阀2至减压阀9，再经节流阀14至手动阀6“P”“B”相通，进入液压缸上端使活塞向下移动，钢绳拉紧，使锁钩绕销轴转动而抬起。液压缸下端的油经手动阀6“A”“O”通路到油箱。放下锁钩，向后拉手动阀，电磁阀12断电，柱塞泵1的液压油经单向阀2至减压阀9，再经节流阀14至手动阀6“P”“A”相通，进入液压缸下端使活塞向上移动，钢绳放松，锁钩靠自重落下，并钩住固定在炉壳上的环套。液压缸上端的油经手动阀6“B”“O”通路到油箱。

（3）安全装置为了保证设备的安全，装有溢流阀13，溢流压力为18.5MPa。当打泥压力超过18.5MPa时，溢流阀卸荷。同时把溢流阀遥控口管子接在电磁阀12上，它由电接点压力表控制。在打泥压力超过18.5MPa时，电接点压力表发出信号，电磁阀12接电，溢流阀卸荷。这与溢流阀13一起有双重保证安全的作用。

3.500kN泥炮

（1）泥炮功能及技术参数该泥炮是350m³冶炼铁高炉的炉前设备，采用液压控制以实现泥泡的旋转、压炮泥等三个功能。其控制系统技术参数见表7-3。

表7-3 高炉500kN液压泥炮控制系统技术参数

（2）液压控制系统及其工作原理图7-10所示为泥炮液压控制系统原理。系统的油源为两台定量柱塞泵1和2，其中一台为工作泵，一台为备用泵。系统的压力控制阀为两个电磁溢流阀8和9，其中一个工作，一个备用，阀8和9分别由阀7和10进行通断。当一个电磁溢流阀工作时，若电磁铁通电，则二位二通换向阀切下位，液压泵卸荷；当电磁铁通电时间达到延时继电器设定值时（电动机正常转速），电磁铁断电，则二位二通换向阀复至上位，液压泵向系统供油。系统的执行器有4个液压缸，包括1个泥炮旋转液压缸11、两个并联的压炮液压缸12和一个打泥液压缸13。此外，系统还为开口机配置的液压马达供油（图中未画出）。上述液压缸的运动方向分别由三位四通手动换向阀27、29控制；液压缸的双向锁定（保压）分别由叠加式双液控单向阀24、25和26控制，缸的双向调速分别通过调节叠加式双单向节流阀21、22和23的开度实现；液压缸的压力可分别通过压力表17、18和19显示和观测。泥炮旋转液压缸11的进油路上串接有三通减压阀20，以实现泥炮在低压下平稳旋转。

（3）技术特点

1）基于冗余设计思想，泥炮液压系统采用了双泵双压力控制阀的结构，一个工作，一个备用，提高了系统和高炉的工作可靠性。

2）采用手动换向阀，避免了复杂的电气多点操作。

3）采用了叠加式液压锁和双单向节流阀，简化了油路结构和油路块设计，实现了液压装置无管化，集成化，体积小，重量轻，结构紧凑。

4）用液压马达组成的卷扬装置替代了人力推进开铁口机，降低了炉前工人的劳动强度。

液压泥炮技术性能及研制情况分析

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