摘要对“低耗、环保、高效”开口机的研制及应用进行了总结分析。从控制系统上着手进行研究，将原开口机连续冲击改为遇到坚硬层后自动冲击(夹铁夹渣)、压缩空气吹扫改为雾化冷却水气吹扫，使开口机在钻进过程中旋转吹扫所产生的烟尘在雾化水的作用下转化成蒸发气体，从而降低了铁口粉尘烟尘污染。“低耗、环保、高效”开口机在水钢3号高炉的应用实践表明，它有效地降低了钻头、钻杆及备件的消耗，降低了铁口烟尘污染和粉尘排放量，提高了正点率、出铁均匀率和铁口完好率。   

关键词  高炉  开口机  低耗  环保  高效

1  引言

    高炉出铁场散发的粉尘烟尘已成为钢铁企业主要污染源之一，其中“三沟一口”是粉尘烟尘产生的起始点。“三沟一口”产生的粉尘小于5μm，很容易被人体吸人体内，开铁口时间越长则污染越大。因此，从源头、从铁口开始抓起是改善炼铁企业环保状况的重要措施。

    为此，2006年2月三峡工业设计研究院与水钢、鄂钢就降低铁口污染，降低钻头、钻杆、油料消耗，提高正点率、开口率、出铁率、出铁均匀率，共同联合研制了“低耗、环保、高效”开口机，并于4月19日成功用于水钢3号高炉(1 350 m³)，取得了良好效果。

2水钢3号高炉开口机的改造与应用

    水钢3号高炉自2004年9月开始出铁，很快达到预期目标。但是，炉前使用的液压开口机屡屡发生故障，主要是主机漏油、钻具消耗太大，其水套平均7天更换1套，钻头月均消耗600个，钻杆月均消耗580根。2006年1月，水钢根据文献[1]，将3号高炉液压开口机进行水雾化改造，基本达到预期效果。但由于水套水风循环道密封部分不适应水介质，风压水压和水气流速流量不稳定，各连接部位漏油严重。为此，2006年2月20日，水钢炼铁厂与三峡工业设计研究院达成共同研发“低耗、环保、高效”开口机协议。经过2个月设计、研究、消化吸收国外技术，在原基础上进行技术创新，使“低耗、环保、高效”开口机更适合中国国情，并于4月19日成功应用于水钢3号高炉，各项指标均达到设计要求。

    水钢3号高炉使用的“低耗、环保、高效”开口机技术参数见表1。

    水钢3号高炉实践表明，与原开口机相比，“低耗、环保、高效”开口机有以下几点优势：

    (1)开口机转速提高1倍，在没有夹铁夹渣情况下，不使用冲击可直接打开铁口，回转扭矩提高30％，开口机综合效率明显提高。

    (2)由于钻削铁口时，减少了冲击使用频率，泥包的稳定性加强，泥包破损率减少，确保铁口钻开率、正点率、出铁均匀率。

    (3)开铁口时间缩短，由原开铁口5～7min,减少到目前1～2min。

  (4)由于开铁口时间短，避免开口机在高温下  烘烤，减少主机的备件消耗。

  (5)由于雾化的水流经振打杆(钎尾)、钻杆、钻头，达到冷却降温作用，使1根钻杆、钻头多次使用，降低了钻具的消耗。

  (6)由于减少钻具更换次数，开口机空转(卸杆)次数减少，延长了开口机的使用寿命。表2为水钢3号高炉钻头钻杆周消耗对比情况。由表可见，与使用前相比，开口机备件消耗下降

30％，钻杆消耗下降60％，，钻头消耗下降30％，主机备件消耗下降48％，辅料消耗下降26％。

 3环保功能的实现

随着高炉大型化，炉顶压力增大，必须采用高强度的无水炮泥堵铁口，而开铁口冲击、旋转、进给、吹扫是打开铁口的四大功能，缺一不可。冲击，是破碎铁口深处的夹铁夹渣；吹扫，是清除切削过程中所产生粉末。而这两项功能都是造成炉前粉尘烟尘污染的主要原因。1998年9月，中国金属学会炼铁访欧团介绍了国外开铁口使用环保型开口机，当年三峡工业设计研究院与武钢炼铁厂共同开发生产出我国第一台环保型开口机，后续在宝钢、济钢、武钢完善使用。由于当时时间紧，只注重元件改造，未对系统进行研究，虽然取得了较好的效果，但气压水压和流速流量缺乏稳定性、连续性。这次低耗环保高效开口机在水钢成功应用是在保持原成熟技术基础上，借鉴和改进了国外现有技术，从控制系统上着手进行研究，使原开口机连续冲击，改为遇到坚硬层后自动冲击(夹铁夹渣)，由原压缩空气吹扫，改为雾化冷却水气吹扫。使开口机在钻进过程中旋转吹扫所产生的烟尘在雾化水的作用下转化成蒸发气体，使冲击振打过程中所产生的粉尘污染在水的作用下结成0．5～3 mm尘粒，从而有效地控制了铁口烟尘粉尘污染。图1为水钢3号高炉开口机吹扫雾化水照片.

4高效功能的实现

    开口机开始切削后，常温常压的水通过控制系统，改变其压力与流量并雾化后，通过开口机水套注水孔流入水道，流经钻头钻杆，常温水与高温固化炮泥在强烈的温差下热胀冷缩，产生淬化，加之大扭矩旋转、快进给切削、固化，炮泥迅速破碎，达到高效进尺。当钻进到赤热层时，夹铁夹渣出现，液压系统得到反馈信息，冲击功能自动启动，这时低温雾化水与900～1 200℃高温炮泥接触后迅速淬化、收缩、膨胀，加之强进给挤压冲击、坚硬层破碎、爆裂运动巨烈、快速进尺，打开铁口只需1min左右，真正实现了“稳、准、快”。当钻进到泥包前壳200～300 mm，温度在l 200—1 300℃时，泥包由硬变软，液压系统压力减弱，冲击停止，旋转切削将铁口打开，使泥包不会出现大面积破损，较好的保护了泥包，有效保证铁口深度、打泥量，避免铁口坍塌而出现喷焦现象，降低铁口维护量(见表3)。

5雾化水开铁口与潮泥出铁分析

    在钻削铁口过程中，使用的水是通过控制系统雾化后以1～10L／min流量，通过分布在钻头4个Ø5 mm吹扫孔喷射到正在切削工作中的孔道表面处，工作中在高温的作用下迅速蒸发成气体从铁口散发，孔道中没有存流水和渗入固化炮泥水分，与潮泥出铁有本质的区别。

    通常情况下，潮泥出铁有以下几个原因： 

  (1)由于出铁均匀率、正点率达不到要求，使出铁间隔时问没有保证，满足不了炮泥固化所需的时间，强制打开铁口而导致潮泥出铁。

    (2)铁口放炮、铁口坍塌、铁口孔道弯曲等使泥炮打泥时铁口修补量大，新炮泥与已经固化炮泥的烧结性差，修补的部位越多，修补坍坑越深，炮泥中水分蒸发速度就越慢，潮泥出铁可能性就越大。

    (3)炮泥结构不合理，炮泥深度水分蒸发不完全，导致潮泥出铁。

6结语

    “低耗、环保、高效”开口机的应用实践表明，它有效地降低了钻头、钻杆及备件的消耗；缩短开铁口时间，降低了铁口烟尘污染和粉尘排放量，降低了工人劳动强度，改善了炉前工人劳动环境；提高了正点率、出铁均匀率、铁口完好率，值得推广应用。