供稿|劉慶濤，張守喜

內(nèi)容 導 讀

為了解決機械傳動指針式高爐液壓泥炮打泥量裝置只能估測打泥量、偏差大、無法準確控制鐵口深度的難題，采取了將齒輪流量計串聯(lián)在打泥液壓缸的無桿腔油路上，用編碼器和計算機運算，數(shù)字顯示的方法，實現(xiàn)液壓泥炮打泥量全程、時時、動態(tài)容積監(jiān)控，從而達到精確控制打泥量。不僅解決了液壓泥炮打泥量不準確問題，鐵口平均合格率由原來65%提高至98.5%，每次打泥量的誤差控制在0.001 m3以內(nèi)，而且提高了炮泥的使用率，減少炮泥的使用量，具有顯著的經(jīng)濟效益。

目前，我國對高爐液壓泥炮打泥量的研究集中在機械傳動重錘式、鋼繩傳動式[1]、指針式等方面[2]，但是，這些研究局限性在于只能估測打泥量，偏差大，無法準確控制鐵口深度。然而，打泥量的多少直接影響高爐的穩(wěn)定性，進而影響高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。打泥量過大，會出現(xiàn)鐵口深度過深、下次鐵口難開、嚴重浪費炮泥；打泥量過少，造成鐵口過淺、出鐵時間短、嚴重影響爐缸的壽命[3]。國外文獻分析打泥量時，大多只給出了相關(guān)結(jié)論，而沒有說明具體的計算方法[4]。因此，研究液壓泥炮打泥量精準控制很有必要。

傳統(tǒng)打泥量裝置及精度分析

機械傳動式打泥量裝置

裝置結(jié)構(gòu)簡介

圖1為機械傳動式打泥量裝置。由圖1可見，炮身尾部裝有鋼絲繩-滑輪-重錘式打泥行程指式器，用以顯示打泥量的相對值，由于采用了動、靜滑輪結(jié)構(gòu)，故行程指示器指針的全行程為打泥活塞全行程。打泥液壓缸活塞桿向前移動，帶動鋼絲繩傳動，鋼絲繩經(jīng)過繩輪組成的滑輪組，帶動指針旋轉(zhuǎn)，指針轉(zhuǎn)動角度的大小即為檢測打泥量的多少。它是通過傳動件的位移量來估測打泥量，估值偏差大，無法準確控制鐵口深度。打泥量行程指示，檢測的只是打泥液壓缸活塞桿產(chǎn)生的位移，而不是液壓泥炮實際射入鐵口炮泥的量。

圖1 機械傳動打泥量裝置

性能參數(shù)

液壓泥炮采用機械指針式打泥量裝置設(shè)計，其動作原理是由兩個往復(fù)式活塞液壓缸完成旋轉(zhuǎn)、壓炮、炮身傾斜、打泥等各種動作。為了使炮口在壓炮狀態(tài)保持向下傾斜10°±5°，且炮身在離開出鐵口反向旋轉(zhuǎn)時又不致碰到鐵溝溝幫，液壓泥炮旋轉(zhuǎn)軸是傾斜的。直徑8 mm鋼絲繩穿過液壓泥炮尾部端蓋，由3組滑輪導向，把直線運動變?yōu)閳A周運動，表盤分為12格，每格代表打泥量0.025 m3，液壓泥炮旋轉(zhuǎn)角度為114°±5°，打泥時間為75 s，其主要技術(shù)性能參數(shù)如表1所示。

表1 本鋼4747 m3高爐液壓泥炮性能參數(shù)

打泥量精度低原因分析

人為操作原因

由于爐前操作者技能、經(jīng)驗和視力不一致，以及對鐵口狀況掌握程度不一致，每名操作者觀察表針的角度不同，讀數(shù)各不相同，每次憑操作者個人經(jīng)驗判斷進行打泥操作，結(jié)果造成打泥量過大或過少。操作原因是造成鐵口深度不合格的主要原因，危害極大。

現(xiàn)場原因

出鐵后爐前堵鐵口作業(yè)在液壓泥炮操作室，通過遠距離觀察現(xiàn)場液壓泥炮上安裝的打泥行程指示，由于鐵口周圍煙塵、灰塵、粉塵大，視線差、看不清，造成讀數(shù)偏差太大，可操作性差，鐵口深度的控制主要靠操作人員的經(jīng)驗來判斷?，F(xiàn)場原因不可避免，雖然不是主要原因，但是危害較大。

其它特殊原因

液壓泥炮堵鐵口過程中，遇到爐況失常造成鐵口噴吹，裸露的鋼絲繩掛渣鐵卡住或者被渣鐵燒斷；有時遇到鐵溝潮濕放炮，崩壞表盤、燒毀表針，此時操作者無任何參照物，只能憑借打泥時間來判斷打泥量多少。這種情況一旦發(fā)生，操作者為了避免堵不上鐵口多打泥，會出現(xiàn)鐵口深度過深，下次鐵口難開，不僅嚴重浪費炮泥，而且加大設(shè)備維護工作量。

改進措施及實施效果

改進措施

打泥液壓缸控制回路改進

圖2為打泥液壓控制回路改進前、后對比示意圖，圖內(nèi)P為高壓油，T為回油，A為液壓缸無桿腔，B為液壓缸有桿腔，a為電磁閥左電磁鐵，b為電磁閥右電磁鐵，X為控制油口，Y為控制油回油口。

由圖2(a)改進前示意圖可見，電磁換向閥得電使雙向液壓鎖打開，同時，比例閥電磁鐵b得電，打泥液壓缸活塞桿向外伸出，牽著鋼絲繩經(jīng)過滑輪組，帶動指針旋轉(zhuǎn)，指針轉(zhuǎn)動角度的大小即為打泥量的多少[5]。從圖中可以看出，液壓泥炮的打泥活塞與打泥液壓缸的活塞桿剛性連接，打泥液壓缸活塞桿向外伸出的位移，即為液壓泥炮泥塞走過的行程。據(jù)此，對打泥液壓缸液壓控制回路進行改進，將齒輪流量計串聯(lián)在打泥液壓缸的無桿腔油路上[6]，同時，用編碼器記錄下齒輪流量計的轉(zhuǎn)數(shù)輸送給計算機，計算機按照設(shè)定的程序累加，把進入打泥液壓缸無桿腔液壓油的流量過濾、轉(zhuǎn)換、處理，生成液壓泥炮打泥量，通過數(shù)字顯示儀顯示出來，如圖2(b)改進后示意圖所示[7]。

圖2 打泥液壓缸控制回路改進前、后對比：(a)改進前；(b)改進后

打泥量計算公式推導

通過對液壓泥炮在線使用工況條件及打泥量不準確的原因進行分析，找出解決問題的方案，根據(jù)流體力學“帕斯卡”原理[8]，對打泥液壓缸液壓控制回路進行改造，改造后的示意圖如圖3所示。

圖3中打泥液壓缸移動的公共位移L，為液壓泥炮打泥活塞的行程。通過介質(zhì)-液壓油流量進行理論計算，最終推導出打泥量計算公式[9]。

圖3 打泥量計算示意圖

則有：

由(1)得：

由式(2)～(3)得：

式中：L為公共位移；Vn為液壓泥炮打泥量；D為液壓泥炮打泥活塞的直徑(已知)；d為打泥液壓缸活塞的直徑(已知)；Vy為進入打泥液壓缸無桿腔液壓油的容積；Vc為齒輪流量計的齒輪幾何容量(單轉(zhuǎn)排量已知)；η為齒輪流量計的轉(zhuǎn)數(shù)。

由式(4)可知，由齒輪流量計的轉(zhuǎn)數(shù)，就可以計算出液壓泥炮打泥量。在液壓泥炮向高爐鐵口射炮泥過程中，編碼器恰恰能夠通過正弦波脈沖信號記錄下齒輪流量計的轉(zhuǎn)數(shù)，齒輪流量計每轉(zhuǎn)一圈通過的流量即為齒輪流量計的齒輪幾何容量(單轉(zhuǎn)排量已知)，即一個脈沖信號相當于一次齒輪幾何容積的流量。脈沖信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的模擬量信號傳送給計算機，計算機接收4～20 mA的模擬量信號，按照設(shè)定的程序計算出液壓泥炮打泥量，通過數(shù)字顯示儀顯示出來。

實施效果

堵鐵口操作流程

圖4為打泥量操作臺及操作流程圖，在使用時，每次堵鐵口開始前，必須將數(shù)字顯示儀上的數(shù)據(jù)清零。將操作臺(如圖4(a)所示)上的復(fù)位按鈕按下去，待按鈕自動彈出時，復(fù)位清零完成。堵鐵口時，在操作室操作液壓泥炮回轉(zhuǎn)指令控制器手柄，進行堵鐵口操作，在液壓泥炮堵上出鐵口的瞬間，再操作液壓泥炮打泥指令控制器手柄，開始向出鐵口射炮泥，數(shù)字顯示儀開始動態(tài)顯示打泥量(m3)，當打泥量達到出鐵口深度所需要的規(guī)定數(shù)值時，打泥指令控制器手柄復(fù)位，本次操作完成，打泥量清零及操作流程圖(如圖4(b)所示)。

圖4 打泥量操作臺及操作流程圖：(a)操作臺；(b)操作流程

改進后效果

本技術(shù)在高爐堵鐵口操作中成功應(yīng)用，能根據(jù)鐵口的實際情況制定不同的打泥量，實現(xiàn)同一操作定量控制，不受人為經(jīng)驗判斷因素的影響，維護了鐵口的穩(wěn)定性，為實現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供堅實保障。避免了遠距離觀察和人為判斷帶來的較大偏差，通過計算機外部接口進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)自動化控制，每次打泥量的精度(實際用量減去理論用量的絕對值)控制在0.001 m3以內(nèi)。本技術(shù)提高了炮泥的使用率，減少炮泥的使用量，不僅節(jié)約了炮泥費用，而且減少了高爐慢風損失，具有較大的經(jīng)濟效益。改造前，每年每座高爐炮泥平均采購費用1760萬元，改造后，由于杜絕了操作原因、現(xiàn)場原因、特殊原因等諸多不利因素造成炮泥的嚴重浪費，每年每座高爐炮泥平均采購費用降低至1440萬元，節(jié)省炮泥材料采購費用約320萬元。

本技術(shù)解決了高爐出鐵口打泥量過大導致鐵口深度過深、下次鐵口難開、浪費炮泥嚴重等現(xiàn)象，避免了高爐打泥量過少、鐵口深度淺、出鐵時間短或鐵水放不干凈等異常情況而嚴重影響高爐爐缸的壽命。液壓炮打泥量累計總數(shù)復(fù)位到零，實現(xiàn)液壓泥炮打泥量全程、時時、動態(tài)容積監(jiān)控，從而達到精確控制打泥量。鐵口合格率(鐵口深度合格次數(shù)與總數(shù)的比率)由原來65%提高至98.5%。表2為打泥量裝置改進前、后各指標對比表。

表2 打泥量裝置改進前、后各指標對比

結(jié)束語

1)提高了炮泥的使用率，減少炮泥的使用量，具有較大的經(jīng)濟效益，每年每座高爐節(jié)省炮泥材料采購費用約320萬元。

2)避免了遠距離觀察和人為判斷帶來的較大偏差，通過計算機外部接口進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)自動化控制，每次打泥量的誤差控制在0.001 m3以內(nèi)。

3)解決了高爐出鐵口打泥量不準確問題，實現(xiàn)液壓泥炮打泥量全程、時時、動態(tài)容積監(jiān)控，從而達到精確控制打泥量。鐵口合格率由原來65%提高至98.5%。