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        液壓泥炮打泥量精準控制研究與應(yīng)用

        2022-11-29 13:47:08供稿劉慶濤張守喜
        金屬世界 2022年6期
        關(guān)鍵詞:炮泥鐵口活塞桿

        供稿|劉慶濤,張守喜

        內(nèi)容 導(dǎo) 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(dǎo)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(dǎo)

        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(xué)“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(dǎo)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(dǎo)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%。

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