高壓水爐門自動(dòng)清掃裝置的研究與應(yīng)用

1、高壓水爐門自動(dòng)清掃裝置的研究與應(yīng)用 朱銀華 程樂(lè)意 金 寶（寶鋼股份寶鋼分公司，上海200941) 寶鋼一期M型焦?fàn)t是20世紀(jì)80年代初期從日本新日鐵公司引進(jìn)的6m焦?fàn)t，為了清除爐門側(cè)面和爐門刀邊內(nèi)積附的焦油和石墨，推焦機(jī)上設(shè)置了爐門清掃裝置。原爐門清掃機(jī)由液壓馬達(dá)、減速齒輪、鏈條弧形銑刀及刀邊刮刀組成，在清掃爐門過(guò)程中，清掃刮刀與爐門腹板、刀邊為金屬接觸，由于爐門位置的偏差或清掃刮刀的角度調(diào)整不當(dāng)，清掃機(jī)容易卡住，甚至發(fā)生清掃刮刀將爐門腹板、刀邊拉壞的故障。后來(lái)改用人工鏟刀清掃爐門，不僅使?fàn)t前工的勞動(dòng)強(qiáng)度加大，而且極易將爐門刀邊鏟壞，造成爐門嚴(yán)重的冒煙。 2006年，寶鋼煉鐵廠聯(lián)合國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單

2、位，采取國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)安裝和部分設(shè)備國(guó)外引進(jìn)的方式，在3號(hào)推焦機(jī)上開(kāi)發(fā)了新型的高壓水爐門自動(dòng)清掃裝置，取得了良好的效果。 1 原爐門清掃作業(yè)存在的問(wèn)題 (1) 清掃效果不理想，爐門密封性差。由于焦?fàn)t爐門為彈性刀邊結(jié)構(gòu)，原有爐門清掃用刮刀無(wú)法與清掃部位有力接觸，只能清掃刀邊的中央部位，爐門刀邊溝槽的拐角部位屬于清掃盲區(qū)，其粘附的焦油、石墨使?fàn)t門密封性變差，取門機(jī)上爐門困難，爐門有冒煙冒火現(xiàn)象，既造成爐門燒損，又污染了環(huán)境，甚至影響爐門的使用壽命。 (2) 故障率高，維修保養(yǎng)頻繁。異物容易進(jìn)入傳動(dòng)齒輪且不易清除，經(jīng)常造成運(yùn)行時(shí)發(fā)生過(guò)負(fù)荷故障。由于爐門磚槽與組合刀片間隙設(shè)置為5mm, 清掃過(guò)程中的次焦和焦

3、油堵滿該間隙后，清掃機(jī)容易發(fā)生過(guò)負(fù)荷停機(jī)。 (3) 人工清掃作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，爐門損壞嚴(yán)重。由于機(jī)械清掃效果不理想而采用人工鏟刀清掃的方法代替，這種作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低，環(huán)境極為惡劣，而且鏟刀直接與爐門的刀邊接觸，很容易損壞爐門刀邊，降低爐門使用壽命。 2 爐門清掃裝置的主要設(shè)備和技術(shù)參數(shù) 高壓水爐門清掃裝置主要由爐門清掃機(jī)本體、高壓水系統(tǒng)、吊掛裝置、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成，見(jiàn)圖l。該裝置與取門機(jī)配合，清掃機(jī)通過(guò)單軌式吊掛裝置與臺(tái)車相連接，臺(tái)車由油缸驅(qū)動(dòng)，在固定軌道上來(lái)回運(yùn)行，清掃機(jī)構(gòu)高低位置通過(guò)吊掛裝置可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2.1 爐門清掃機(jī) 清掃機(jī)主體由橫移式頂部清掃裝置、橫移式底部清

4、掃裝置和升降式側(cè)面清掃裝置三部分組成，見(jiàn)圖2。頂部由移動(dòng)臺(tái)車帶動(dòng)高壓水噴嘴進(jìn)行清掃，底部是由底部清掃小車帶動(dòng)螺旋銑刀、高壓水噴嘴進(jìn)行清掃。側(cè)部主要由側(cè)面清掃小車、鏈條牽引裝置、帶變頻電機(jī)的行星減速機(jī)等組成，帶動(dòng)螺旋銑刀、高壓水噴嘴進(jìn)行清掃。當(dāng)清掃機(jī)工作時(shí)，側(cè)面清掃小車在液壓馬達(dá)作用下，兩側(cè)螺旋銑刀靠上爐門側(cè)面留10mm間隙，然后在牽引拉條的作用下上下運(yùn)行，一邊銑去磚壁上的焦油與焦粉，一邊通過(guò)高壓水旋轉(zhuǎn)噴射清掃爐門刀邊內(nèi)的焦油。同時(shí)，爐門底部清掃機(jī)在油缸推動(dòng)下，沿軌道來(lái)回運(yùn)行，螺桿銑刀銑去爐門磚底部焦油，高壓水旋轉(zhuǎn)噴射清掃底部爐門刀邊內(nèi)的焦油，爐門頂部利用高壓水旋轉(zhuǎn)噴射清掃頂部爐門刀邊內(nèi)的焦油。

5、清掃機(jī)各裝置驅(qū)動(dòng)方式見(jiàn)表1。表1 清掃機(jī)各裝置驅(qū)動(dòng)方式裝置 驅(qū)動(dòng)方式 行程，mm 速度，m/min 移動(dòng)臺(tái)車 油缸驅(qū)動(dòng) 900 5 側(cè)面清掃裝置 電動(dòng)減速機(jī)，鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng) 5800 3、6、10、12 下部清掃裝置 油缸驅(qū)動(dòng) 440 1 頂部清掃裝置 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng) 440 1 2.2 高壓水系統(tǒng) 高壓水系統(tǒng)主要由水箱、高壓泵、高壓閥、高壓水管以及高壓噴嘴等組成。高壓水泵站通過(guò)高壓水泵組及高壓切換閥，提供60100MPa的水源，然后通過(guò)4套高壓旋轉(zhuǎn)噴嘴，由油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)噴射到爐門清掃表面，達(dá)到清掃目的，見(jiàn)圖3。 圖3 高壓水系統(tǒng)管路示意圖 由于旋轉(zhuǎn)高壓水噴嘴需要承受60MPa以上的水壓，對(duì)水質(zhì)要求很

6、高，如果雜質(zhì)過(guò)多，對(duì)噴嘴的磨損非?？?，造成設(shè)備使用壽命縮短。因此，對(duì)清掃機(jī)使用水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)如下：渾濁度：不超過(guò)3度；pH值：6.58.5；總硬度：450mg/L; 溶解性總固體：1000mg/L。寶鋼采用生活水作為水源，可以滿足水質(zhì)要求。 供水系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)水箱，爐頂、推焦機(jī)上各1個(gè)，平時(shí)爐頂水箱蓄滿水，車上水箱的補(bǔ)水依靠車上的消防帶金屬快速接頭與爐頂水箱下水管的固定接頭相連接，每次補(bǔ)水時(shí)間約5min，清掃時(shí)高壓水平均用量為100L/門，一次供水可清掃20個(gè)爐門。 由于焦?fàn)t爐門在取下時(shí)溫度很高，高壓水清掃過(guò)程中產(chǎn)生的水，40部分已被蒸發(fā)，60流向爐門下部的3號(hào)輸送機(jī)。為此，在3號(hào)輸送機(jī)與1號(hào)輸送

7、機(jī)之間開(kāi)設(shè)導(dǎo)流槽，使3號(hào)輸送機(jī)內(nèi)的水流到1號(hào)輸送機(jī)內(nèi)，以彌補(bǔ)1號(hào)輸送機(jī)處理頭尾焦時(shí)蒸發(fā)的水量，避免了爐門清掃后污水的二次污染，減少了因處理頭尾焦而需要的加水量。 3 清掃裝置的工作原理3.1 螺旋銑刀清掃的工作原理 螺旋銑刀清掃屬于機(jī)械式清掃，當(dāng)清掃機(jī)工作時(shí)，側(cè)面清掃小車在氣缸作用下，兩側(cè)螺旋銑刀靠上夾緊爐門耐火磚槽的兩側(cè)面，兩側(cè)的螺旋銑刀利用連接氣缸夾持住爐門，使清掃面和銑刀接觸而獲得穩(wěn)定均勻的清掃力。通過(guò)旋轉(zhuǎn)，將爐門兩側(cè)磚槽上的焦油與焦粉刮除，同時(shí)壓緊氣缸設(shè)有浮動(dòng)回路，能防止過(guò)載。3.2 高壓水清洗的工作原理 高壓水射流是近幾年得以迅速發(fā)展的新技術(shù)，主要應(yīng)用于清洗、切割、粉碎等領(lǐng)域。高壓水

8、射流是以水為工作介質(zhì)，通過(guò)增壓設(shè)備和固定形狀的噴嘴產(chǎn)生高流速、高能量密度的射流束，具有極高的能級(jí)密度和沖擊動(dòng)能，正向或切向沖擊被清洗表面，連續(xù)不斷地進(jìn)行打擊、沖蝕、剝離、切除、疏通，以達(dá)到清除污垢的目的。 4 主要特點(diǎn)及實(shí)施效果 高壓水爐門清掃裝置于2006年7月在寶鋼3號(hào)推焦機(jī)上投入運(yùn)行，取得了良好的效果。 (1) 清掃效果明顯。由于采用機(jī)械式清掃和高壓水清掃同時(shí)進(jìn)行，特別是利用高壓水噴射，很容易清除爐門刀邊及爐門拐角處磚槽的焦油；螺旋銑刀在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)具有較大的進(jìn)給力，因此可以獲得很強(qiáng)的清掃力。 (2) 清掃過(guò)程穩(wěn)定。兩側(cè)的螺旋銑刀利用連接氣缸夾持住爐門，使清掃面和銑刀接觸而獲得穩(wěn)定均勻的清

9、掃力，由于壓緊氣缸設(shè)有浮動(dòng)回路，能防止過(guò)載。 (3) 調(diào)節(jié)便利。采用液壓馬達(dá)帶動(dòng)螺旋銑刀旋轉(zhuǎn)，可以改變油量和油壓，能夠方便地調(diào)整清掃力和清掃密度。清掃機(jī)可以沿前后、左右方向自由地?cái)[動(dòng)，即使清掃機(jī)與被清掃的爐門不對(duì)中，螺旋銑刀也能緊貼清掃面。 (4) 保護(hù)爐門設(shè)備。高壓水不容易損壞爐門刀邊，有利于爐門溝槽氣流暢通，既延長(zhǎng)了爐門的使用壽命，保證了爐門刀邊的密封性，又降低了爐前工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境。 5 改進(jìn)方向 該裝置在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用的案例極少，缺乏值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，從改造過(guò)程及半年的運(yùn)行情況來(lái)看，還存在一些問(wèn)題需要完善。 (1) 降低高壓水泵壓力。由于爐門清掃作業(yè)屬于在線作業(yè)，剛摘下的爐門處

10、于熱態(tài)，其粘附的焦油焦粉溫度很高，呈現(xiàn)一定的軟化狀態(tài)，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，高壓水噴嘴的壓力只需4050MPa便可以將焦油充分清除，從而降低系統(tǒng)負(fù)荷，減少水的消耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。 (2) 噴嘴噴射距離的優(yōu)化。實(shí)踐表明，噴射距離存在一個(gè)最佳值，在水射流清洗能力滿足清掃要求時(shí)，可以適當(dāng)加大噴射距離，不僅提高了單位時(shí)間的清洗面積，而且增加了作業(yè)的安全性。當(dāng)爐門處于冷態(tài)，焦油很難清洗時(shí)，可以適當(dāng)縮小噴射距離，充分發(fā)揮水楔作用，提高清洗效果。最佳噴射距離主要取決于射流壓力和噴嘴的直徑，可以根據(jù)下式進(jìn)行選擇。式中的Lopt為最佳噴射距離，mm; p為射流壓力，MPa; d為噴嘴出口直徑，mm。 (3) 液壓系統(tǒng)壓力應(yīng)適當(dāng)提高。由于高壓水清掃裝置采用推焦機(jī)原有的液壓系統(tǒng)，而且在爐門清掃過(guò)程中，小爐門開(kāi)閉動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓