用于 3200m3高炉 DDS 式液压泥炮的分析

炼铁厂 高升健

摘 要  本文以涟钢 7#3200m3高炉 DDS 液压炮为例，论述了该种液压炮的结构特点、工作性能及设计思想，为掌握这一炉前关键设备的运行规律，防止故障的发生，确保高炉稳定提供了依据。

1 前言

高炉炼铁要定时出铁，出完铁后要将高炉铁口堵住，液压泥炮就是高炉堵铁口的专用设备，是高炉的重要组成部分。一台完整的液压泥炮可由打泥机构、压紧送进机构及回转机构等组成。目前国内外使用的液压泥炮主要有 PW 式及 DDS 式。这两种液压炮将转炮机构、锁炮机构和压炮机构合为一体，用一个转炮机构来代替，从而使机构变得简单。PW 式转炮机构的驱动液压缸在旋转炮臂的外面，占用空间较大，且液压缸易受到灰尘的侵腐和烘烤。DDS 式泥炮则将转炮用的液压缸放在转臂的里面，其结构更加紧凑。在生产过程中液压泥炮发生故障会造成高炉慢风、休风现象。这种现象一旦发生必需迅速排除，否则将会对高炉生产造成重大影响。因此，正确的认识和理解液压炮的运动原理、工作特性及故障特点，第一时间排除故障就显得尤为重要。

2 液压炮的主要技术参数

炼铁厂 3200m3高炉采用的是某厂生产的 DDS500 型液压泥炮，主要结构分为转炮机构和打泥机构，泥炮参数如下:

a. 回转机构。

回转角度 135°

压紧力 415KN

回转半径 4000mm

回转时间 9 ～13s

回转油缸 Φ300/Φ210 ～820

回转油缸工作压力 31． 5MPa

b. 打泥机构。

泥塞推力 5010KN( 511t)

泥缸直径 570mm

炮口内径 150mm

打泥时间 54s

打泥油缸 Φ450/Φ250 ～1440

打泥油缸工作压力 31． 5MPa

3 DDS500 型液压泥炮的结构特点及分析计算

3． 1 转炮机构

转炮机构见图 1，由回转杆、主力连杆、旋转炮臂、转炮液压缸及固定杆、炮嘴导向杆等组成。

图 2 是 DDS 泥炮的工作原理图。旋转炮臂的旋转由杆 DF、ER、AC、DK、KC、FA 等组成的六杆机构来控制。F 和 A 点是固定铰点，即 FA 为固定杆，DF 为回转杆，ER 为主力连杆，R 点为旋转炮臂上的一点，AC 为旋转炮臂，DC 为活塞连杆，活塞外圆柱面沿缸体内圆柱面滑移，其接触位置用 K 表示，则DK 与 CK 也为两个杆件。其中转炮油缸 DC为驱动件，它带动曲臂 DEF 绕 F 点旋转，与曲臂相连的连杆 ER 带动转臂 AC 运动。活塞相对缸体运动时 AC 杆绕大轴承中心线回转。炮嘴的运动轨迹则由 AG、AM、MH、HG等组成的四杆机构控制。

DDS 式液压炮转炮立柱为斜立柱，同时向两个方向倾斜，见图 3。δ = 8°，γ = 4°。δ角度是为了使炮身离出铁沟有较远的距离，也方便炮身出入铁水沟，同时保证打泥机构的中心线与水平面倾斜一定的角度，与出铁口的中心线较一致。γ 角度是为了使炮身在停放位置有较低的高度，不与同一侧的开口机发生干涉。旋转炮臂在一个有一定倾斜角度的平面中旋转。

3． 2 打泥机构

打泥机构由炮唇、炮嘴、过渡管、炮身、可动油缸、打泥活塞、油缸座和固定活塞杆等组成见图 4。打泥时从进油孔通入压力油，推动可动油缸，进而带动泥缸中的活塞前进，将堵铁口泥从炮嘴挤出注入出铁口。在油缸座的前端沿周向开有两个门和两个孔，以便清理炮泥侵入液压缸活塞所占据的空间。

3． 2． 1 打泥压力的确定

该打泥机构液压缸的额定油压 P0=31． 5MPa，泥塞上的打泥压力为

打泥机构的最大推力: P = P1πD12=5000kN。该推力一部分要克服炮泥在泥缸、过渡管和炮嘴中的运行阻力，即压力损失△p，另一部分使炮泥在炮嘴的出口处具有足够的工作压力 P2，以便炮泥能顺利地打入出铁口通道内。在计算 p 和 P0时，应先根据工艺要求，首先确定 P2和△p，对于采用无水炮泥的大型高炉，一般取 P2= 9 ～ 10MPa，△p= 4． 5 ～ 5Mpa。所以 P1= P2+ △p = ( 13． 5 ～15) MPa。本高炉的打泥压力 19． 6MPa 是完全能满足要求的。

3． 2． 2 压炮力的确定

打泥过程中不退炮的条件是有足够的压炮力，克服炮嘴的最大打泥反力和压紧力。

根据公式: 

F = F0+ F1m ax，kNF1m ax = P1( D2/2)2，kN

式中 : F———临界压炮力，kN;

F1m ax——— 打泥时产生对炮嘴的最大打泥反力，kN;

F0———最小压紧力，KN ( 一般不小于20 ～ 30kN，取 30 kN ) ;

D2———炮嘴内径，mm;

P1———打泥压力，MPa。

计算得出临界压炮力约为 376KN，故要求在打泥过程中压炮力必须大于 376KN，而此种液压炮的压紧力为 416 kN ＞ 376KN，所以能满足使用要求。

3． 2． 3 泥缸有效容积的确定

根据高炉生产实践经验: 1000 m3～2000 m3高炉的泥炮有效容积在 0． 22m3即可满足生产要求; 2000 m3～ 3500 m3高炉的泥炮有效容积应大于 0． 25m3。

根据公式:

 V1= L1π( D1/2)2，m3

式中 : V1———泥缸有效容积，m3;

L1———活塞的有效行程，，m;

D1———泥缸直径，m。

活塞的有效行程 L1取 1． 26 m，泥缸直径 D1为 0． 570 m，计算得出泥缸有效容积为 0． 32 m3＞ 0 25 m3满足要求。

泥炮最主要的两个参数是泥缸有效容积和泥塞的打泥推力即打泥能力，这也是高炉冶炼工艺对泥炮的最主要的要求。泥缸有效容积应保证一次能打入足够的炮泥量，能有效地堵塞出铁口通道和修补炉缸前墙。泥塞的打泥推力应保证炮泥在泥缸和过渡管中受到压力损失后，挤出的炮泥仍能克服炉缸内压力和出铁口通道中的阻力，将炮泥顺利打入出铁口。

4 常见故障及分析

液压炮作为封堵出铁口专用设备，长期在高温多尘的环境下使用，存在诱发各种故障的因素，这里结合本高炉实际对 DDS 式液压炮容易多发的故障进行一定的描述和分析。

4． 1 液压执行机构常见故障分析

DDS 式液压炮的动作主要靠两个液压油缸来完成，如果这两个油缸出现问题将极大地影响液压炮的运行。油缸的常见故障就是内泄和外漏。造成内泄和外漏的主要原因是密封失效。我们知道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，这就是密封件的密封作用。泥炮油缸所用的密封在一般情况下是可以满足使用要求的，但由于泥炮油缸工作时处于高温区，虽有冷却板保护，油缸内的温度也会较高。当油液温度达到 70° ～80°时，密封件的老化及变质将会加速，长期在高温情况下，逐渐硬化、碎裂、脱落、从而失去密封作用。这样就可以造成油缸大量的内泄和外漏。因此，选择良好的合适的密封材料和密封形式就显得格外重要。此外，油缸的加工精度特别是活塞杆和缸体的同轴度也要严格要求，否则可能出现活塞和缸体的摩擦加剧，拉伤活塞或者缸体，从而造成泄漏。

4． 2 封堵铁口时的漏泥故障分析

炮口漏泥是液压炮比较常见的故障，具有一定的危险性。它可造成铁口泥包偏浅，影响高炉的安全生产，严重时甚至造成铁口堵不住，高炉紧急休风。排除操作等因素的影响，最有可能造成此现象的原因主要有两点:

a． 因安装偏差，炮嘴不到位造成漏泥。

在液压炮基础施工时，因为液压炮的基准点铁口中心点仍是一个虚点，容易出现液压炮在铁沟中心线方向上与铁口的距离有偏差。安装时应严格控制施工质量，将偏差减到最小。当液压炮安装上有偏差时，就有可能导致其实际工作时的漏泥故障。所以，在安装完成后或使用过程中，都要注意对炮嘴位置进行调整，使炮嘴中心对准铁口中心位置。DDS 液压炮设置了专门调整炮嘴位置的机构，如图 1 中的缓冲器( 件 1) 和导向杆( 件 8) 。

b． 压炮力不足造成漏泥。

当炮嘴对铁口泥套的压炮力不足时，液压炮打泥时炮泥对炮嘴产生的反力会破坏炮嘴与泥套的密封程度，造成泥套漏泥，液压炮无法堵口。旋转炮臂主要由六连杆机构驱动，连杆上的关节轴承随着使用时间的增加，会有一定的磨损，从而使力传递的效率降低，并且在运动时产生跳动或者摆动，就有可能引起压炮力下降。若安装有偏差或是泥套制作时偏外一些致使堵口位置前移，就会引起压炮力明显的下降，从而造成漏泥故障。所以我们可以加大压炮力，提高其裕量，保证炮嘴与泥套接合紧密或者在泥套制作时适当做得深一些，以产生更大的压炮力，避免打泥时漏泥。

4． 3 液压炮打不动泥故障分析

随着高炉向大型化发展，冶炼强度的提高和炉内压力的升高，相应的铁口反作用力必然增强; 有时高炉铁口喷焦炭造成打泥阻力增大也可出现打不动泥现象。此外，人为操作和炮泥质量也是影响液压炮打不动泥的因素。排除以上因素，设备管理方面的影响更为重要。主要表现在液压系统方面和打泥机构本体。液压系统方面，液压油的污染、阀的卡阻、打泥油缸的内漏等皆可影响打泥质量; 打泥机构本体由于泥缸变形严重，打泥活塞返泥，活塞与泥缸的摩擦加剧等都可造成打泥效果不好。为防止此类故障的发生，一方面要精心维护液压系统; 另一方面，要根据泥缸的变形情况及时更换打泥机构，减少返泥，并且及时清理泥缸干泥，尤其是倒泥孔后部的干泥，减少干泥造成的摩擦力，同时也可以根据磨损情况更换打泥活塞减少返泥。

5 结语

a． DDS 全液压泥炮完全能够满足打泥工艺所要求的回转、打泥、压紧、自锁的功能。此设备高度小，机构简单，结构紧凑。泥炮具有新型的回转驱动机构，是一种性能更优越的堵高炉出铁口设备。

b． 转炮立柱为斜立柱，回转臂在一个倾斜平面中旋转。旋转驱动和压紧力是通过带有连杆机构的油缸来完成的，在旋转过程中用导向杆使泥炮能获得最佳的静止位置和打泥位置。

c． 打泥机构有效容积大，打泥压力足够，能满足大型高炉封堵铁口的需要。

d． 通过分析其机构的运动特性，查明了故障的成因，合理进行改造，做到有的放矢，则可以较好地抑制各类故障的发生，保证液压炮能安全稳定的运行，确保高炉安全稳定地生产。

参考文献

1 张兴中，任廷志． DDS 式全液压泥炮运动状态数学模型的研究［J］. 河北冶金，1999，( 06)

2 李朔东，殷宝铎，常立，李学金，姜凤山． 液压泥炮旋转机构的运动特性分析［J］. 冶金设备，2010，( 05)

3 任廷志，刘剑平． 用于大中型高炉的 DDS 式全液压泥炮的分析［J］. 重型机械，1994，( 02)

4 薛文坦，刘树芳． 攀钢高炉液压泥炮技术改造［J］. 四川冶金，2010，( 03)

5 刘虎存． 液压泥炮打泥机构的使用与改进［J］. 包钢科技，2003，( 03)

6 周曲珠，芮延年． 高炉炉前液压泥炮的常见故障分析［J］. 苏州大学学报( 工科版) ，2006，( 04)