高爐開口機的發展歷程

來自專欄鋼鐵精英

作為高爐出鐵的關鍵設備，開口機見證了煉鐵技術的不斷進步。開口機的原理是什麼？開口機的種類有哪些？開口機的操作重點在哪？以下為您呈現。如您有其他問題或者加入「鋼鐵精英群」，請加小編微信：xie215727208，註明「鋼鐵精英」。

(字數：4271字，估計閱讀時間：9min)

1 開鐵口機簡介及開鐵口方法

開鐵口機是高爐爐前的主要設備之一，如下圖是一種轉臂式開鐵口機，它是專門用來打開出鐵口使鐵水順利流出的鐵口。對開鐵口機的功能有下列要求：

（1）開出的孔道是具有一定傾斜角的直線孔道，其傾角應能根據高爐在各個時期爐缸的侵蝕情況，在一定範圍內調解。

（2）打開出鐵口時，覆蓋在出鐵口區域爐缸內壁上的耐火泥層不應被破壞。

（3）打開出鐵口的全部操作應機械化，並能遠距離操作；

（4）為不妨礙爐前各種操作的順利進行，開鐵口機的結構應盡量緊湊，外形尺寸應盡量小。

開鐵口機

目前國內外採用的打開出鐵口的方法主要有以下四種：

（1）用單獨鑽孔機鑽出孔道，鑽到熾熱的硬層時，退回開鐵口機，用人力或氣錘捅開出鐵口孔道中剩下的硬層。

（2）用機械化方法送進鑽孔機（安裝在開鐵口機的鑽沖機構上），一直鑽進到完全打開出鐵口，然後將開鐵口機迅速退離出鐵口。

（3）用具有雙桿的開鐵口機或可以換桿的開鐵口機，先用一鑽孔桿鑽到熾熱層，然後用第二根桿（捅桿）將硬層捅開。

（4）埋釺法。泥炮堵塞出鐵口後，使泥炮在堵口位置停留一段時間（40～60min），然後轉離出鐵口，立即用開口機鑽頭鑽到一定的深度，退出鑽機，卸下鑽桿，換上捅桿（5m 長左右的鋼釺）。將鋼釺打入出鐵口，並將鋼釺留在出鐵口孔道內。待下次出鐵時，用開口機拔出鋼釺，即可實現打開出鐵口。

2開鐵口機的類型及結構

開鐵口機按動力源可分為電動式、氣動式、液動式等幾種類型。

2.1 電動式開鐵口機

電動式開口機由迴轉、推進和鑽孔這三個機構組成。迴轉機構包括電動機、減速器、捲筒、牽引鋼絲繩和橫樑，橫樑的一端用旋轉軸固定在熱風圍管上。開鐵口前，以鐵口為圓心旋轉到鐵口位置並對準鐵口中心線，鑽進到紅點後，退回鑽桿，迴轉到鐵口的一側。

推進機構由電動機、減速機、捲筒牽引鋼絲繩及滑動小車組成，其主要作用是使鑽桿前後往複運動。

鑽桿機構由電動機、減速機、鑽桿及鑽頭組成，鑽機本體通過可調吊杆懸在小車上，鑽桿安裝在減速機的輸出軸上，能隨時拆裝，在開鐵口時帶動鑽頭旋轉。

電動開鐵口機的特點：

設備故障率較高，維護工作量。開口角度自鎖能力差。設備本體自我保護能力差。開鐵口所需時間較長，操作工人勞動強度大。電動開鐵口機的鑽桿懸掛在簡易鋼樑上，一般靠人工對位，鑽機的進退由電動卷揚通過鋼絲繩牽引，鑽出的出鐵口孔道是一條弓形的傾斜孔道。電動開鐵口機的懸掛電纜容易燒損，整體結構強度和剛度較差，不適用於無水高強度炮泥。

其中前蘇聯的全電動開鐵口機，該開鐵口機用於武鋼的3 號高爐，它和泥炮分別布置在出鐵口的兩側，並布置在風口平台的下面。

蘇制全電動開鐵口機

2.2 氣動式開鐵口機

氣動開鐵口機包括了工作機構、傾動(或擺動)機構、控制系統三部分。而工作機構由機架、衝擊迴轉開鐵口機、行走氣動馬達、鏈輪機構等部分組合而成。衝擊迴轉開鐵口機的送進和退出由行走馬達通過鏈條傳動實現。傾動機構由卷揚機構、滑輪鋼絲繩組成，實現工作機構由工作位置沿銷軸向上摺疊。控制系統由調壓閥、氣動控制閥、壓力表等組成，控制氣體的壓力、流向等因素。

氣動開鐵口機有以下一些特點：

（1）具有沖打、吹掃功能，而且鑽削、沖打能量大，排屑容易，鑽孔時間較短。

（2）開口角度自鎖性較好，工作可靠，送進方向與鑽桿角度一致，軌梁前端安裝有導向輪，鑽桿擺動小，出鐵口圓柱度誤差小，不易發生鑽孔偏心事故。

（3）設備自我保護能力較強，對環境污染小。

日制全氣動開鐵口機

2.3液壓式開鐵口機

液壓開鐵口機的結構液壓開鐵口機由鑽沖小車、送進機構、旋轉機構、液壓站等組成。鑽沖小車上裝有液壓鑽機，擺線液壓馬達和衝擊馬達使鑽桿旋轉，衝擊器使鑽桿產生高頻直線沖打，它們由各自的手動換向閥操縱，單獨供應壓力油，鑽削和沖打可以同時進行，也可以分別進行。開鐵口機的送進由送進液壓馬達通過鏈條牽引，調節液壓馬達的供油流量，實現鑽沖小車的慢進和快退。開鐵口機的旋轉由活塞式油缸推動連桿機構實現，安裝在過渡斜底座上，過渡斜底座的上表面在沿主鐵溝方向和垂直於主鐵溝方向分別有一定的傾角，保持軌梁在旋轉至開鐵口位置時保持一定的開口角度。

液壓開鐵口機的特點：

(1)採用具有鑽削和沖打雙作用的液壓鑽機，介質工作壓力高，鑽削、沖打能量大。

(2)採用過渡斜底座，節省了軌梁擺動機構，結構緊湊、輕便。

(3)液壓缸保壓方便，開口角度自鎖能力強。

(4)設備動作靈敏，退出速度快，自我保護能力。

矮身式全液壓開鐵口機

3 國內、國外開鐵口機的發展

3.1 國外開口機發展綜述

開鐵口機按其結構形式可分為6種：弔掛式、框架式、斜座式、高架立柱式、矮座式、摺疊式；按其鑽削原理可分為4種：單沖式、單鑽式、沖鑽聯合式、正反衝鑽聯合式；

上個世紀世界主流的開口機有：日本岡崎工業株式會社的框架式、日本東洋工業公司的弔掛式、德國DDS公司的立柱高架式、美國喬伊公司開鐵口機、美國威廉?貝利公司開鐵口機, 烏拉爾重型機械廠72TM開鐵口機, 盧森堡PW公司。

日本東洋工業公司弔掛式開鐵口機由調節連桿與吊杆弔掛在圍管下方的擺動樑上。其結構為熱風圍管下有兩軌梁，行走電機沿軌梁左右擺動30度-55度，擺動樑上設一卷揚機，以完成行走梁(軌道)提升降落。與擺動粱連接的有涮節連桿、吊杆、行走梁，行走梁降落到開口角度後，壓緊氣缸將人字形連桿鎖緊，控制行走梁收縮。鑽削機構。開口機為沖鑽聯合式，衝擊振打次數為400-500次/min。非工作狀態時不佔用地面空間。由於打開鐵口後能迅速回到設定位置．減少了鐵水噴濺和熱輻射威脅。

其中DDS公司生產的開鐵口機大部分為立柱式結構。體積高大，泥炮在轉臂下方，開鐵口機和泥炮一般布置在出鐵口同一側。開鐵口機主要由振打機構、進給機構、傾動機構和立柱式轉臂機構組成。振打機構具有鑽削、衝擊兩個功能，衝擊為鑽削開鑿，鑽削為衝擊切削平面，由空壓站提供0.5-0.8 MPa壓縮空氣驅動，鑽削與衝擊可分開執行，也可聯合執行，選配有逆打機構(逆打機構足為拔棒使用的)。傾動機構是由一壓下油缸完成的，其鐵口角度是通過調整桿完成的。旋轉機構由立柱、主臂、副臂、提升調整軸、轉動油缸組成。

德國DDS開鐵口機

其中以上開鐵口機大部分都是採用液壓驅動大臂，液壓系統工作壓力高，可壓縮性小，運行平穩，功率大，可以防止在開鐵口過程中轉臂的後移，保證整機系統工作的穩定性和準確性。開口機的鑽削機構和行走機構均採用氣動式,氣動開口機體積小、功率大、消耗低、安全性好，介質為壓縮空氣，為一次性使用。氣動方式可以實現沖打動作，得到了較廣泛的應用，但氣動系統要求有專門的動力源。而液壓開口機的介質液壓油為循環使用。且與泥炮使用同一液壓站，存在如下弊端：①開口機拆卸過程中形成開路，造成污染，不能保證液壓油的質量。②不利於開口機工作狀態下較好地冷卻。③由於液壓油循環頻率快、壓力高，油溫迅速升高，容易使旋轉接頭處、開口機部件連接處、密封帶處外泄。因此，在世界20多個國家127座高爐使用液壓轉臂氣動開口機。

3.2 國內開口機發展綜述

在二十世紀80年代之前，我國高爐大量使用50年代設計的懸掛式電動式開鐵口機。隨著國內鋼鐵行業的發展，我國不斷引進國外先進的開鐵口機[，同時進行自主化研發，在消化吸收之上，進行了大量創新方面的工作。

80年代末，我國引進了國外一些性能較好的先進開鐵口機。湘鋼引進了德國DDS公司的第一代全氣動開鐵口機用於3號高爐的生產，該開鐵口機採用矮柱雙軌式，在性能方面具有沖打功能和吹掃功能，開口效率比電動開鐵口機明顯提高，廣泛應用於國內1000m3以上高爐。

90年代初，包鋼、鞍鋼、武鋼、上鋼等企業的一大批高爐開始使用PW公司、DDS公司的液壓轉臂氣動開口機，這使得我國的開口機進入了現代化階段。1998年，昆鋼使用了DDS公司三代開口機（CHQ2000L），其性能更進一步提高。二十世紀末，DDS公司與PW公司重組，組建TMT公司，二十一世紀初，該公司生產的HS573-GH型全液壓開鐵口機開始引入我國，這一新技術的應用對提高我國爐前設備自動化水平起到了積極的推動作用。2008年，天鋼3200m3，高爐選用的TMT立柱式全液壓式開鐵口機，並配以搖控操作模式，有利於爐前泥炮、揭蓋機的配置及工藝布置，具有技術領先、運行平穩、性能可靠、節能環保、操作便利、功率大等諸多優勢，因此，在4000m3級以上的高爐上大多採用這種形式，是目前世界上最先進的開鐵口機之一，是高爐爐前設備的發展方向。不足之處就是進口設備造價昂貴，一次性投入過高，但目前在國內已有廠家可以製造，並在寶鋼開始應用，效果良好[13]。2010年，寶鋼1號高爐配備4台全液壓式開鐵口機，由宜昌市燕獅科技開發有限責任公司製造，並成功的應用，開創了我國大型高爐國產化大功率，低消耗，高精度的先河。

寶鋼1號高爐開口機主體部分機構組成

現在我國的一些設計院和公司一直致力於研發與我國爐況相適應的開口機，其中一部分是氣-液複合傳動式開口機，另一部分是全液壓式開口機。其集中特點是功率大，開口效率高，具有正向和逆向衝動功能，使我國的開口機發展進一步提高。另外，目前國內絕大多數高爐均已採用全液壓矮身泥炮堵塞出鐵口，選用全液壓開鐵口機可以與泥炮共用液壓泵站。因此，全液壓開鐵口機將替代其它各種開鐵口機。

其中由北京科技大學自主研究開發的全液壓開鐵口機—KD型全液壓開鐵口機是其中非常優秀的產品。KD型轉臂摺疊式全液壓開鐵口機的結構緊湊、工作可靠以及和液壓泥炮合理配合等優點，很快為用戶所接受。產品一經問世就得到了迅速推廣，目前已經在國內300m3-2500 m3幾十座高爐上普遍推廣使用。

KD型全液壓開鐵口機結構簡圖

鑽沖小車；2—送進機構；3—旋轉機構；4—油馬達；5—軌梁；6—擋塊；7—轉臂；8—旋轉油缸；9—四桿機構；10—過渡斜底座

4 總結

鐵口開口機的發展見證了中國高爐煉鐵技術的進步。作為影響高爐出鐵操作的關鍵設備，開口機的設計、使用和優化關係到開口時間、鐵水流動狀態，嚴重時能夠影響爐內渣鐵的分離，如果不能及時打開高爐鐵口，嚴重時可能造成風口灌渣等嚴重事故。因此，對於高爐開口機的設計、維護和優化顯得非常關鍵。

參考文獻：

[1] 煉鐵機械,嚴允進.

[2]多功能開鐵口機鑽沖機構動力學分析研究，吳楠.

[3] 對我國現用高爐開鐵口機的分析研究，任起龍等

[4] 大高爐爐前設備配置探討，周龍義等

[5] 高爐開鐵口機的合理結構，連成平等

[6] DDs開鐵口機氣動系統的改進，唐英等

[7] DDs開口機消化與吸收，溫新周等

[8] 高爐出鐵口炮泥加工機理及開鐵口裝備研究，楊士嶺

[9] 世界各國開口機分析，藏中海等

[10] 液壓開鐵口機的應用評析與改造，王魯霞等

[11] he New Technology and the Partial Thermaltechnieal Computation for Air-cooledBlast Furnace Tuyere， Shen Yuansheng.

[12] 高爐開鐵口機技術發展與新型開鐵口機的研發，張秀萍等

[13] 天鋼高爐開鐵口機的應用，於偉光等

[14] 寶鋼1號高爐新型開鐵口機應用實踐，劉彪等

[15] 轉臂摺疊式全液壓開鐵口機，劉建平等

[16] 轉臂摺疊式開鐵口機虛擬樣機的研究，靳宗向等

說明：內容純屬交流之用，不針對任何第三方，文章欠妥之處，歡迎批評指正。內如有侵害您的權利或者不妥之處，請來信通知修改或刪除。

鋼鐵精英，是一種身份，還是一種態度，一種對自己負責，對他人負責，對企業和單位負責的執著。

鋼鐵精英，是一道光環，還是一道標記，一抹警醒自己，啟示他人，帶動所有人的色彩。

鋼鐵精英，是一種榮耀，還是一個習慣，一個成就自己，提升能力，激發所有智慧的、人際的、社會潛力的一種行為。

http://weixin.qq.com/r/Tz9SSofEydq2rcMp92pd (二維碼自動識別)