摘 要 新型清渣装置固定安装在现有扒渣机平台上，通过液压与气动技术驱动，具有紧凑、可靠、灵活、操作方面等特点，实现了机械方式清理旋转料斗钢渣，降低工人的劳动强度，改善工作条件，提高了清渣效率，具有推广意义。
关键词 清渣装置 液压与气动 料斗 钢渣
Application of new type slag cleaning device on slag drum
XIONG Zhengwei MENG Haizhong
(Steelmaking Plant of Meishan Iron& Steel Co.,LTD., Nanjing 210039, China)
ABSTRACT: The new type slag cleaning device is fixed on the platform of the existing slag skimmer, driven by hydraulic and pneumatic technology, and has the characteristics of compactness, reliability, flexibility and operation, reducing the Labor intensity of workers, improving working conditions, improving the efficiency of slag removal, has the significance of popularization
KEY WORDS: slag cleaner；hydraulic and pneumatic；hoppers； steel slag
1、前言
钢铁企业在炼钢生产过程中，通常会产生大量钢渣，转炉炼钢产生的热态钢渣大多通过渣滚筒处理工艺进行粒化、回收。根据渣滚筒钢渣处理工艺需求，渣罐中的钢渣在倒入渣滚筒过程中，需要经过料斗进行汇集和引流，由于钢渣从热态到冷态会产生凝固堆积，并具有一定强度，非常难以清理，因此在一段时间后，料斗上会堆积大量钢渣需要处理，否则会影响钢渣倒入滚筒，并会越积越多，影响料斗旋转，最终导致生产中断。
料斗积渣常规清理方式往往通过人工或工程机械辅助处理，存在一定安全隐患，并可能伤及设备。采用移动式工程机械清理时，不仅需要专业设备和人员操作，对周边走行和运转空间、平台承受载荷等均有较高要求，因此研制了新型清渣装置进行渣滚筒旋转料斗堆积钢渣的清理作业。
2、目前清渣模式存在的问题与解决方案
2.1 渣滚筒处理工艺及清渣模式简介
转炉钢渣经过渣车运至渣跨，由行车把渣罐吊运至渣滚筒倾翻装置，渣罐倾覆一定角度后，由扒渣机把钢渣扒出，经料斗汇集、倒流后进入渣滚筒处理，图1为BSSF渣滚筒处理工艺流程图。
图1 BSSF 工艺流程图 图2 渣罐倾翻扒渣作业中
由于大量高温热态钢渣落入料斗时，在落下、堆积过程中容易堵塞料斗，导致余下钢渣无法进入滚筒，此时需要人工手持钎杆进行疏通，或操作扒渣机用扒渣头敲击堆积渣块，疏通后再次倒渣、扒渣作业，直至渣罐钢渣全部倒入滚筒。
图3 料斗下口堵塞，打水冷却做疏通准备
2.2 目前清渣模式存在的主要问题
2.2.1人工清渣作业安全风险高
料斗在倒流钢渣时出现积渣后，生产人员通过手持钎杆清理料斗粘结渣，此时工人面临着高温辐射、粉尘和高空临边等恶劣工作环境，而且清渣工人作业强度大，安全风险高。
2.2.2工程机械辅助清渣对设备损害大
渣滚筒料斗发生大面积粘渣或堆积堵塞时，由于粘结渣强度大，人工无法清理，相关生产工序在缺少清渣专用工具的情况下，操作人员很多时候采用渣罐扒渣机对热态或积存较大的渣块进行清理，由于扒渣机动作速度快，冲击力大，在执行清渣作业时容易造成旋转料斗设备损坏、扒渣机自身倾覆等风险。
2.2.3清渣效率低
由于扒渣机在设计时主要功能是用于渣罐扒渣，其主要执行回转、倾动调整、往复运动，因此扒渣机通常难以对粘附在旋转料斗上的钢渣进行有效清理，旋转料斗通常设置在6-7米平台上，而且自身具有一定倾斜角度，部分死角区域通过扒渣机都无法清理，需要人工慢慢清理大块积渣，清渣效率很低。
2.3 解决方案
针对目前这种现状，研制了一种钢渣清理装置，以实现高效清理料斗钢渣，降低工人的劳动作业强度，改善工作条件。
该清渣装置的主要技术参数：
清渣装置设备组成和工作原理：
清渣装置包括底座、带外齿圈的回转支承、小齿圈、液压马达、框架、比例阀组、回转接头、主臂及其举升摆动油缸、工作臂及其倾动伸缩油缸、气锤及钎杆、气动和液压管路阀门等。
清渣装置的底座与支撑钢结构平台连接，回转支承的内圈与框架固定连接，回转支承外齿圈与底座固定连接，通过安装在框架上的液压马达驱动小齿圈旋转，经过和底座上的回转支承所附带的大齿圈啮合，带动框架回转运动。回转接头的芯轴作为定子和底座连接，回转接头的套筒与框架连接，液压油管和气管经回转接头进入框架，液压油管与比例阀组连接，经比例阀组分别给液压回转装置、主臂油缸、工作臂油缸供油，以实现清渣装置主臂、工作臂的动作，气管与气锤连接以驱动气锤上的钎杆清渣工作。通过单项减压阀和溢流阀组合连接工作臂伸缩油缸无杆腔，以保护设备。
按照常规渣滚筒处理工艺，扒渣机通常设置在滚筒中心线上，以便于处理渣罐钢渣进行旋转料斗，而清渣装置可以设置在扒渣机摆动角度之外一侧。在清渣时，扒渣机缩回扒渣杆并旋转至等待工位，此时清渣装置可以由待机工位旋转至清渣作业工位进行清渣作业，为避免旋转过度发生碰撞，两台设备均设置安全限位连锁，并设置极限机械止挡，确保万无一失。
图4 清渣装置结构简图
1、底座 2、小齿轮 3、回转支承 4、液压马达 5、框架 6、比例阀组 7、回转接头 8、主臂举升油缸 9、主臂摆动油缸 10、工作臂伸缩油缸 11、工作臂 12、气锤 13、合金钎杆 14、主臂伸缩油缸 15、主臂 16、气管和液压油管
图5 油缸保护液压阀块
17、单向减压阀 18、溢流阀 图6 清渣作业示意图
为确保旋转料斗各积渣部位的清理效果，通过主臂15、工作臂11以及各油缸的调节，可实现对积渣面90°-10°-的相对位置，通过选择和调节主臂15及主臂伸缩油缸14的行程和长度，来实现清渣装置的气锤钎杆覆盖范围；通过选择和调节工作臂11和工作臂伸缩油缸10的行程和长度，来保证清渣深度，并通过和主臂15的组合来调节清渣角度。
工作角度关系：料斗中心线倾角55°，料斗上部锥段和中心线夹角为15°，得出锥口段下沿倾角为40°，上沿倾角为70°。由于旋转料斗可以转动，因此可以通过以料斗下沿计算清理作业角度，如图3所示，以主臂15和水平方向α1夹角为α1，工作臂11和主臂15夹角为α2，则工作面清理角度α为：
α=180°-α1-α2-40°
由此可以得出如下结论，通过操作主臂举升油缸和和工作臂摆动油缸动作来调节α1和α2的组合，可以实现气锤钎杆各角度方向的钢渣清理作业，无堆渣死角。
3、使用效果和技术优点分析
清渣装置在渣滚筒区域投入使用后，完全替代了清渣工人，清渣效率高，设备损伤率大幅降低，极大提高了渣滚筒处理钢渣效率。
该新型清渣装置具有如下优点：
1）该清渣装置整体结构设计紧凑，巧妙，清渣高效无死角。
2）该清渣装置具有高效的钢渣清理效果，较之现有的人工清渣或非专用设施清渣而言，由于采用气锤加钎杆形式对料斗渣直接进行清理，比人工清理方式效率显著提高，同时，由于气锤具有高频振打力，对热态粘附渣清理效果尤为显著。与采用扒渣机等非专用清渣设备相比，扒渣机由于扒杆冲击大，直接和设备接触时容易产生较大的倾覆力矩，因此经常造成扒渣机损坏。采用新型清渣装置进行清理时，设备之间直接接触力有限切采取了保护措施，可以有效避免造成设备损伤。
3）该清渣装置采取了独特的设备保护设计，在设备进行清渣作业调整过程中以及钢渣清理过程中，钢钎杆会直接和钢渣甚至料斗设备相接触，由此会对清渣装置产生反作用力，造成设备倾覆，或者对回转支承及底座紧固螺栓产生损伤。为避免上述问题发生，本方案选用了大缸径的油缸以吸收部分冲击载荷，同时在油缸的液压控制回路上也采取了保护措施。对伸缩油缸的无杆腔采取了减压措施，通过减压阀对系统压力进行减压，从而避免钢钎杆伸出时设备承受较大的倾覆力矩。
4）该清渣装置在钢渣清理过程中，为防止冲击力过大对工作臂和主臂以及底座产生损伤，在工作臂伸缩油缸的控制阀块中设置了溢流阀，在超过设定载荷时溢流阀开启，工作臂伸缩油缸无杆腔进行安全溢流保护。
5）该清渣装置液压执行机构通过比例阀组中的比例换向阀进行动作控制，实现液压油缸的伸缩、液压马达往复回转等功能，同时设置有无线遥控发射、接收装置，并配备视频监控，实现了在操作室监控画面远程遥控操作，大幅度改善了工人作业环境。
4、结论
该新型清渣装置总重约3.8吨，直接固定在渣滚筒扒渣机平台上，无需设置移动轨道等附属设施，具有结构紧凑、动作灵活、操作方便、安全可靠等特点，由扒渣机操作人员操作，不需要增设操作人员，极大地降低了现场工人劳动强度，降低了扒渣机和旋转料斗等设备的故障率，具有非常大的推广意义。
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作者简介：熊正威（1983-），男，机械工程师，主要从事重型冶金设备的安装调试和维护管理。