王德勝

（唐鋼國際工程技術(shù)有限公司 河北 063100）

0 引言

轉(zhuǎn)爐氧槍是轉(zhuǎn)爐冶煉工藝的核心裝置。轉(zhuǎn)爐正常冶煉時，轉(zhuǎn)爐氧槍用來將超音速高壓氧氣吹入轉(zhuǎn)爐熔池進(jìn)行吹煉。而氧槍噴頭的工作區(qū)域是在2500 ℃左右的高溫區(qū)，氧槍噴頭不但要受高溫輻射，還要抵抗鐵水和鐵渣的侵蝕，因此，氧槍必須具有較強(qiáng)的金屬結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的水冷卻系統(tǒng)。因氧槍本體內(nèi)通有高壓冷卻水，能夠保證氧槍在轉(zhuǎn)爐熔池內(nèi)高溫區(qū)正常使用，但同時也帶來安全隱患。當(dāng)氧槍升降裝置在冶煉時出現(xiàn)故障或失控，有可能導(dǎo)致氧槍墜落插入鋼水中，一旦處理不及時，氧槍將在高溫鋼水中熔化，大量高壓冷卻水會進(jìn)入轉(zhuǎn)爐熔池中產(chǎn)生爆炸事故。而導(dǎo)致氧槍系統(tǒng)故障或失控的因素主要有氧槍升降系統(tǒng)鋼絲繩斷裂、氧槍升降裝置制動系統(tǒng)失效、氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置失效。

氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置是防止發(fā)生事故的最后防線，如果氧槍升降系統(tǒng)防墜落裝置可靠性差，必然會導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，氧槍防墜落裝置的可靠性研究一直被冶金設(shè)備專家不斷探索研究。本文對當(dāng)前轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置使用過程中存在的安全問題進(jìn)行了分析，鑒于建筑升降機(jī)防墜落安全器的安全性和可靠性高的特點，研究將其防墜落安全器技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐氧槍升降防墜落裝置上，來大幅提升轉(zhuǎn)爐氧槍生產(chǎn)運行中的安全性、可靠性。

1 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置及存在的問題

1.1 轉(zhuǎn)爐氧槍升降裝置設(shè)計要求

要使轉(zhuǎn)爐氧槍工作能夠正常，氧槍升降裝置的設(shè)計要達(dá)到下述標(biāo)準(zhǔn)：

（1）具有完善的安全措施，在發(fā)生事故或電源故障時可迅速拔出氧氣槍；當(dāng)鋼絲繩等部件損壞時，應(yīng)避免氧槍掉入轉(zhuǎn)爐。

（2）氧槍要保持嚴(yán)格鉛垂位置。

（3）保證吹氧管的快速更換。

（4）小型轉(zhuǎn)爐則需要完全按照第（1）、（2）設(shè)計，可適當(dāng)?shù)目紤]第（3）點措施。

1.2 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理

圖1 為現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理圖。圖中：1 為滑輪、2 為彈簧、3 為連桿機(jī)構(gòu)、4 為調(diào)整楔塊、5 為制動楔塊、6 為氧槍升降小車框架。

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落設(shè)施工作原理：轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，氧槍升降裝置的鋼絲繩提起氧槍小車防墜落裝置的滑輪組，氧槍防落裝置的彈簧受氧槍升降小車和氧槍的重力壓縮，滑輪座相對于框架向上移動，同時帶動連桿機(jī)構(gòu)向下壓調(diào)整楔塊，制動器和調(diào)整楔塊都連接到軌道，當(dāng)調(diào)整楔塊向下移動時向右移動，從而使調(diào)整楔塊上的摩擦片與軌道保持在特定空間范圍。如果氧槍升降系統(tǒng)鋼絲繩斷開則氧槍升降裝置會進(jìn)入失重狀態(tài)，沒有了氧槍升降小車及氧槍重力作用，滑輪座和小車架對比會下降，防墜落裝置的彈簧被釋放，以上所有器件會進(jìn)入反方向的操作狀態(tài)，會讓摩擦片壓住氧槍升降小車軌道而使氧槍升降小車停止墜落，達(dá)到氧槍防墜落的目的[1]。

1.3 現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置存在問題

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置在實際生產(chǎn)使用過程在經(jīng)常遇到下列問題：

（1）發(fā)生氧槍墜落事故時，防墜落裝置制動可靠性差，有時不能做到完全制動。

（2）發(fā)生氧槍墜落事故時，防墜落裝置能夠及時制動，但會因摩擦片卡軌過緊而造成拆卸非常艱難,處理時間長，處理難度大。

（3）在正常生產(chǎn)過程中，氧槍升降小車有時發(fā)生異?？ㄜ壃F(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。

2 摩擦制動防墜落安全器結(jié)構(gòu)及工作原理

摩擦制動防墜落安全器是建筑升降機(jī)上應(yīng)用的一種防墜落安全裝置。相比現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動防墜落安全器具有安全可靠性高、對設(shè)備無沖擊、操作維護(hù)便捷和適用范圍廣的特點。

2.1 摩擦制動防墜落安全器的結(jié)構(gòu)

摩擦制動防墜落安全裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖中：1 為銅螺母、2 為碟形彈簧、3 為錐形殼體（內(nèi)錐體）、4 為錐形鐵芯（外錐體）、5 為離心塊、6 為離心塊座、7 為壓簧片、8 為齒輪。摩擦制動防墜落安全裝置的結(jié)構(gòu)特點是結(jié)構(gòu)緊湊、無沖擊、制動穩(wěn)定、安全可靠。

2.2 摩擦制動防墜落安全器的工作原理

摩擦制動防墜落安全器的工作原理：當(dāng)升降機(jī)上升、下降運行時，防墜落制動裝置的齒輪與裝在固定軌道上的齒條嚙合，齒輪軸在升降機(jī)升降過程中也會跟隨轉(zhuǎn)動。在設(shè)計的額定速度內(nèi)，升降機(jī)向下運動時，摩擦制動防墜落安全器離心塊會在壓簧片的力度下和安裝在齒輪軸上的離心塊座粘合；當(dāng)升降機(jī)向下的運動速度超過設(shè)計的額定轉(zhuǎn)速時，升降機(jī)防墜落安全器離心塊會攻克壓簧片彈簧力而向外部排出，這時離心塊的頂端會接觸到內(nèi)錐體內(nèi)表面上產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而會使內(nèi)錐體共同轉(zhuǎn)動，而內(nèi)錐體轉(zhuǎn)動會帶動安裝在外錐體軸端的銅螺母沿著軸向朝內(nèi)部運動，從而使碟形彈簧收緊，內(nèi)、外錐體的摩擦面壓制收緊力度在碟形彈簧的逆向力影響中，會越來越大，造成的制動力矩也越來越大，最后讓升降機(jī)徹底制動，滿足平穩(wěn)制動要求。

3 摩擦制動防墜落裝置在轉(zhuǎn)爐氧槍上的應(yīng)用研究

3.1 在轉(zhuǎn)爐氧槍上應(yīng)用的改進(jìn)設(shè)計

由于建筑升降機(jī)噸位相對較小，一般在2 噸左右，防墜落安全器制動力矩偏小。因此，建筑升降機(jī)摩擦制動防墜落裝置不能滿足轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車10～20 噸載荷的制動力需求，需要對摩擦驅(qū)動防墜落制動器裝置零部件進(jìn)行重新計算設(shè)計，保證滿足轉(zhuǎn)爐氧槍升降小車制動力矩的要求。

3.2 在轉(zhuǎn)爐氧槍上應(yīng)用探討

安裝在氧槍升降小車上的摩擦制動防墜落安全器通過其殼體上的固定鉸接螺栓和活動螺栓連接[2]。為了保證齒輪與齒條的嚙合有良好的接觸，在升降小車上安裝導(dǎo)向輪，在立柱上安裝導(dǎo)軌，這樣能夠保證導(dǎo)向輪帶動防墜落安全器沿齒條方向均勻接觸，穩(wěn)定運行。

轉(zhuǎn)爐氧槍摩擦制動防墜落裝置安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3 中：1 為防墜落安全器、2 為齒條、3 為齒條安裝梁。防墜落安全器安裝在升降小車上，每臺升降小車安裝1 臺防墜落安全器[3]。齒條及齒條安裝梁沿氧槍升降小車固定軌道及活動軌道的方向安裝，其長度大約等同規(guī)定軌道的長度，齒條安裝梁與現(xiàn)設(shè)置好的鋼結(jié)構(gòu)連接。

圖3 轉(zhuǎn)爐氧槍摩擦制動防墜裝置安裝示意圖

3.3 在氧槍升降裝置上應(yīng)用的優(yōu)勢分析

（1）摩擦制動防墜落安全器的可靠性高，此種安全器原理同升降施工電梯行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，安全級別較高，經(jīng)過嚴(yán)格的驗證。

（2）摩擦制動防墜落安全器的適用范圍廣，齒輪安全器式防墜落裝置的觸發(fā)條件是氧槍小車的速度，當(dāng)速度超過正常下降的速度就會動作。齒塊式防墜落裝置的觸發(fā)條件是升降小車受的拉力，當(dāng)鋼絲繩斷裂時升降小車不受拉力時才會動作。當(dāng)氧槍卷揚裝置的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障如減速機(jī)齒輪損壞、制動器失效，升降小車就會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，當(dāng)溜車速度超過正常下槍速度時摩擦制動防墜落裝置就會動作進(jìn)行制動，而齒塊式防墜落裝置因鋼絲繩還有拉力而無法動作。

（3）齒輪安全器式防墜落安全器動作時對設(shè)備無沖擊，安全器內(nèi)部通過摩擦方式制動，且內(nèi)部有緩沖碟簧，制動距離可調(diào)，對升降小車和固定軌道沒有任何沖擊。

（4）如出現(xiàn)氧槍意外墜落事故后，修復(fù)氧槍升降系統(tǒng)后，可直接提升氧槍小車，摩擦制動防墜落安全器重新恢復(fù)使用，操作簡單，方便快捷。

4 結(jié)語

通過對現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置工作原理的分析，以及在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的研究和觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧槍升降裝置在冶煉時出現(xiàn)故障或失控時，其存在許多安全隱患。因此，本文為提高裝料氧槍防墜落裝置的安全性、可靠性、操作維護(hù)的便捷性進(jìn)行了探索與研究。

借鑒建筑升降機(jī)摩擦制動防墜落安全器的結(jié)構(gòu)和工作原理，本文對將摩擦制動防墜落安全器應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置上的可行性進(jìn)行了探討。研究認(rèn)為，相比較現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落裝置，摩擦制動防墜落安全器具有安全可靠性高、對設(shè)備無沖擊、操作維護(hù)便捷和適用范圍廣的特點，經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計后是可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐氧槍防墜落系統(tǒng)。該設(shè)想為冶金企業(yè)轉(zhuǎn)爐氧槍升降系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的設(shè)計或改造提供了一種有益的借鑒。