高压水炉门自动清扫装置的研究与应用

1、高压水炉门自动清扫装置的研究与应用 朱银华 程乐意 金 宝（宝钢股份宝钢分公司，上海200941) 宝钢一期M型焦炉是20世纪80年代初期从日本新日铁公司引进的6m焦炉，为了清除炉门侧面和炉门刀边内积附的焦油和石墨，推焦机上设置了炉门清扫装置。原炉门清扫机由液压马达、减速齿轮、链条弧形铣刀及刀边刮刀组成，在清扫炉门过程中，清扫刮刀与炉门腹板、刀边为金属接触，由于炉门位置的偏差或清扫刮刀的角度调整不当，清扫机容易卡住，甚至发生清扫刮刀将炉门腹板、刀边拉坏的故障。后来改用人工铲刀清扫炉门，不仅使炉前工的劳动强度加大，而且极易将炉门刀边铲坏，造成炉门严重的冒烟。 2006年，宝钢炼铁厂联合国内设计单

2、位，采取国内设计安装和部分设备国外引进的方式，在3号推焦机上开发了新型的高压水炉门自动清扫装置，取得了良好的效果。 1 原炉门清扫作业存在的问题 (1) 清扫效果不理想，炉门密封性差。由于焦炉炉门为弹性刀边结构，原有炉门清扫用刮刀无法与清扫部位有力接触，只能清扫刀边的中央部位，炉门刀边沟槽的拐角部位属于清扫盲区，其粘附的焦油、石墨使炉门密封性变差，取门机上炉门困难，炉门有冒烟冒火现象，既造成炉门烧损，又污染了环境，甚至影响炉门的使用寿命。 (2) 故障率高，维修保养频繁。异物容易进入传动齿轮且不易清除，经常造成运行时发生过负荷故障。由于炉门砖槽与组合刀片间隙设置为5mm, 清扫过程中的次焦和焦

3、油堵满该间隙后，清扫机容易发生过负荷停机。 (3) 人工清扫作业劳动强度大，炉门损坏严重。由于机械清扫效果不理想而采用人工铲刀清扫的方法代替，这种作业劳动强度大，作业效率低，环境极为恶劣，而且铲刀直接与炉门的刀边接触，很容易损坏炉门刀边，降低炉门使用寿命。 2 炉门清扫装置的主要设备和技术参数 高压水炉门清扫装置主要由炉门清扫机本体、高压水系统、吊挂装置、液压系统、电气控制系统等组成，见图l。该装置与取门机配合，清扫机通过单轨式吊挂装置与台车相连接，台车由油缸驱动，在固定轨道上来回运行，清扫机构高低位置通过吊挂装置可进行适当调整。2.1 炉门清扫机 清扫机主体由横移式顶部清扫装置、横移式底部清

4、扫装置和升降式侧面清扫装置三部分组成，见图2。顶部由移动台车带动高压水喷嘴进行清扫，底部是由底部清扫小车带动螺旋铣刀、高压水喷嘴进行清扫。侧部主要由侧面清扫小车、链条牵引装置、带变频电机的行星减速机等组成，带动螺旋铣刀、高压水喷嘴进行清扫。当清扫机工作时，侧面清扫小车在液压马达作用下，两侧螺旋铣刀靠上炉门侧面留10mm间隙，然后在牵引拉条的作用下上下运行，一边铣去砖壁上的焦油与焦粉，一边通过高压水旋转喷射清扫炉门刀边内的焦油。同时，炉门底部清扫机在油缸推动下，沿轨道来回运行，螺杆铣刀铣去炉门砖底部焦油，高压水旋转喷射清扫底部炉门刀边内的焦油，炉门顶部利用高压水旋转喷射清扫顶部炉门刀边内的焦油。

5、清扫机各装置驱动方式见表1。表1 清扫机各装置驱动方式装置 驱动方式 行程，mm 速度，m/min 移动台车 油缸驱动 900 5 侧面清扫装置 电动减速机，链轮链条驱动 5800 3、6、10、12 下部清扫装置 油缸驱动 440 1 顶部清扫装置 液压马达驱动 440 1 2.2 高压水系统 高压水系统主要由水箱、高压泵、高压阀、高压水管以及高压喷嘴等组成。高压水泵站通过高压水泵组及高压切换阀，提供60100MPa的水源，然后通过4套高压旋转喷嘴，由油马达驱动喷射到炉门清扫表面，达到清扫目的，见图3。 图3 高压水系统管路示意图 由于旋转高压水喷嘴需要承受60MPa以上的水压，对水质要求很

6、高，如果杂质过多，对喷嘴的磨损非常快，造成设备使用寿命缩短。因此，对清扫机使用水质要求标准如下：浑浊度：不超过3度；pH值：6.58.5；总硬度：450mg/L; 溶解性总固体：1000mg/L。宝钢采用生活水作为水源，可以满足水质要求。 供水系统设置2个水箱，炉顶、推焦机上各1个，平时炉顶水箱蓄满水，车上水箱的补水依靠车上的消防带金属快速接头与炉顶水箱下水管的固定接头相连接，每次补水时间约5min，清扫时高压水平均用量为100L/门，一次供水可清扫20个炉门。 由于焦炉炉门在取下时温度很高，高压水清扫过程中产生的水，40部分已被蒸发，60流向炉门下部的3号输送机。为此，在3号输送机与1号输送

7、机之间开设导流槽，使3号输送机内的水流到1号输送机内，以弥补1号输送机处理头尾焦时蒸发的水量，避免了炉门清扫后污水的二次污染，减少了因处理头尾焦而需要的加水量。 3 清扫装置的工作原理3.1 螺旋铣刀清扫的工作原理 螺旋铣刀清扫属于机械式清扫，当清扫机工作时，侧面清扫小车在气缸作用下，两侧螺旋铣刀靠上夹紧炉门耐火砖槽的两侧面，两侧的螺旋铣刀利用连接气缸夹持住炉门，使清扫面和铣刀接触而获得稳定均匀的清扫力。通过旋转，将炉门两侧砖槽上的焦油与焦粉刮除，同时压紧气缸设有浮动回路，能防止过载。3.2 高压水清洗的工作原理 高压水射流是近几年得以迅速发展的新技术，主要应用于清洗、切割、粉碎等领域。高压水

8、射流是以水为工作介质，通过增压设备和固定形状的喷嘴产生高流速、高能量密度的射流束，具有极高的能级密度和冲击动能，正向或切向冲击被清洗表面，连续不断地进行打击、冲蚀、剥离、切除、疏通，以达到清除污垢的目的。 4 主要特点及实施效果 高压水炉门清扫装置于2006年7月在宝钢3号推焦机上投入运行，取得了良好的效果。 (1) 清扫效果明显。由于采用机械式清扫和高压水清扫同时进行，特别是利用高压水喷射，很容易清除炉门刀边及炉门拐角处砖槽的焦油；螺旋铣刀在旋转的同时具有较大的进给力，因此可以获得很强的清扫力。 (2) 清扫过程稳定。两侧的螺旋铣刀利用连接气缸夹持住炉门，使清扫面和铣刀接触而获得稳定均匀的清

9、扫力，由于压紧气缸设有浮动回路，能防止过载。 (3) 调节便利。采用液压马达带动螺旋铣刀旋转，可以改变油量和油压，能够方便地调整清扫力和清扫密度。清扫机可以沿前后、左右方向自由地摆动，即使清扫机与被清扫的炉门不对中，螺旋铣刀也能紧贴清扫面。 (4) 保护炉门设备。高压水不容易损坏炉门刀边，有利于炉门沟槽气流畅通，既延长了炉门的使用寿命，保证了炉门刀边的密封性，又降低了炉前工的劳动强度，改善了作业环境。 5 改进方向 该装置在国内成功应用的案例极少，缺乏值得借鉴的经验，从改造过程及半年的运行情况来看，还存在一些问题需要完善。 (1) 降低高压水泵压力。由于炉门清扫作业属于在线作业，刚摘下的炉门处

10、于热态，其粘附的焦油焦粉温度很高，呈现一定的软化状态，实践发现，高压水喷嘴的压力只需4050MPa便可以将焦油充分清除，从而降低系统负荷，减少水的消耗，延长设备使用寿命。 (2) 喷嘴喷射距离的优化。实践表明，喷射距离存在一个最佳值，在水射流清洗能力满足清扫要求时，可以适当加大喷射距离，不仅提高了单位时间的清洗面积，而且增加了作业的安全性。当炉门处于冷态，焦油很难清洗时，可以适当缩小喷射距离，充分发挥水楔作用，提高清洗效果。最佳喷射距离主要取决于射流压力和喷嘴的直径，可以根据下式进行选择。式中的Lopt为最佳喷射距离，mm; p为射流压力，MPa; d为喷嘴出口直径，mm。 (3) 液压系统压力应适当提高。由于高压水清扫装置采用推焦机原有的液压系统，而且在炉门清扫过程中，小炉门开闭动作同时进行，导致液压系统压