浅析转炉氧枪喷头更换专用装置设计与应用

浅析转炉氧枪喷头更换专用装置设计与应用

发表时间：2019-04-24T17:08:03.843Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王兴华张晓东

[导读] 摘要：转炉氧枪喷头工作环境极其恶劣。

中冶宝钢技术服务有限公司上海 200941

摘要：转炉氧枪喷头工作环境极其恶劣。在高温钢渣的冲刷和急冷急热作用下，经过一段时间的使用后，喷头逐渐地熔损变薄，出于经济方面考虑，需将喷头进行更换。氧枪喷头重120公斤左右。氧枪对喷头的安装及焊接精度较高，但是由于喷头头部的特殊圆弧形状及自身的重量给安装精度调整造成了很大的影响。在安装定位过程中，由于需进行反复的敲打和撬动喷头，很容易造成喷头掉落安装位置，从而形成作业安全及施工质量隐患。本文所研发的专用装置就是系统地将千斤顶和横向及纵向移动装置组合在一起，形成一个专用的氧枪喷头安装专用小车，将氧枪喷头直接放到小车上，只要一名操作工便对氧枪喷头进行精确定位并进行对口焊接，从而达到安全高效的特点。通过本装置的研发与应用，使氧枪喷头的作业由以前的三人协同完成缩减至一人独立完成，氧枪喷头各层管口对中时间由120分钟缩短为20分钟，并且使氧枪的安装质量得到明显地提高，同时使操作者的施工安全得到很大程度的保证。经实践证明，该装置应用效果显著且具有较高的推广价值。

关键词：氧枪喷头；更换；专用工具

引言

转炉的氧枪最主要的作用就是把氧气的压力能转换为高速的动能，从而达到吹入金属熔池的目的。一般情况下氧枪由三部分构成：枪头、枪身、枪尾。枪尾的作用是把氧枪固定在传动机构上，同时通入冷却水和氧气，枪身的作用是传递冷却水和氧气到枪头。枪头的作用是给转炉里面的金属供氧，从而完成钢水的冶炼[1-3]。氧枪喷头位于枪头的最前端，其工作环境极其恶劣，在高温钢渣的冲刷和急冷急热作用下，喷头逐渐地熔损变薄，经过一段时间的使用后，需更换旧喷头。

1 氧枪喷头在更换过程中存在如下问题

1.1 倒运困难

氧枪喷头自重在120公斤左右，施工人员将喷头由备件放置点移动至工作位置较麻烦，首先需要多台手拉葫芦配合倒运至焊接位置附近，倒运过程中存在歪拉斜吊等违章操作，有一定的安全隐患。在接近焊接位置后需要三个人配合使用撬棍挪动、调节至最终位置，每次倒运、调节过程大概需要50分钟左右，倒运效率较低。

1.2 对中困难

喷头的对中只能借助撬棍、大锤、斜铁，调节幅度不好把握，往往需要多次调节，即使是熟练工种也需要30分钟才能完成。整个对中过程一方面操作效率较低，另一方面精度不高，据统计，在2015年12月该装置研发之前，现场操作人员一直采用这种方法调节对中（2015年2月承接此项业务），期间，我们共对100个焊口错口率进行测量、统计，错口率一直维持在10%-15%范围内，严重影响了最终焊接质量，进而影响了氧枪喷头的使用寿命。

1.3 焊接困难

由于喷头底部是圆弧状，操作人员在对口及焊接过程中没有安全有效的措施对喷头进行固定，氧枪喷头易发生滚动，一方面影响焊接质量，另一方面给操作人员带来安全隐患。

1.4 业务拓展后工作量巨大

2015年，我公司承接了宝钢炼钢厂氧枪喷头更换的业务，炼钢厂共有氧枪24把，据统计，每年都将有约120以上的氧枪喷头需要更换，约3天1个，更换频率非常高。如有一套氧枪喷头更换专用工装，在保证安全、高效的前提下，又能提高对中精度，则能提高承接该项目的硬实力，为企业的生产经营提供动力。

2 转炉氧枪喷头更换专用装置设计

氧枪喷头共分为3层，在更换时，需将原焊缝割除，在打磨后重新对中焊接，下图为氧枪喷头结构图。

图1 氧枪喷头示意图

我们的设计思路是：从列举的困难点着手，逐项解决氧枪更换过程中可能出现的问题。

2.1 解决备件倒运问题

从设计上需要一个移动小车可以将氧枪喷头从堆放位置位移送到焊接位置。整个运送过程应该平稳、顺畅，效率和安全性能要高于使

用手拉葫芦。

设计初期，考虑到现场比较平整，整个氧枪倒运路线固定，我们设计思路是采用轨道式小车，在喷头堆放位置到焊接位置间敷设一条轨道，轨道的一头设置在氧枪喷头焊接位置下方，另一端则设置在新氧枪喷头运进处，可是考虑到场地位置及经济性，我们最终选择了在小车下面安装四个万向车轮。

图2 氧枪喷头更换专用小车车轮设计图

2.2 解决对中困难问题

在喷头对口过程中，需要左右移动喷头，在最初设计上我们考虑采用电动液压调节的方式，经过实践我们发现电动液压调节的方式虽然便于操作，但是调节的量不容易控制，而且不经济。于是我们在小车二层地板上横向、纵线安装对中丝杆及对中手轮进行手动调节。

图3 氧枪喷头更换专用小车对中装置设计图

2.3 解决焊接困难问题

在机械设计的常规思路中，对于圆形截面物件的紧固一般使用三爪卡盘固定方式，但是三爪卡盘一来造价较高，另外三爪卡盘自重较重，不利于小车的移动。在最终设计时结合氧枪喷头焊接的实际施工方法，将夹持方式改为了半圆球面支撑件配以4个半V型夹持装置固定。半圆球面支撑结构安装在上托盘的中心位置，喷头夹紧装置均布在四周，用螺栓紧固在上托盘上。喷头夹紧装置包括一个中间开有槽的底座、一个梯形板和紧固螺栓，梯形板插在底座上，通过旋紧紧固螺栓实现喷头的紧固。

图4 氧枪喷头更换专用小车V型夹持装置设计图及现场应用另外，小车底盘侧面在设计上焊接有支撑螺杆，设备就位后将支撑螺杆旋下支撑到地面使车轮不受力，防止设备工作过程中出现位移。

同时，为了降低设备自重，将最初设计的电动顶升装置改为了脚踏式顶升装置。升降装置主要包括千斤顶、千斤顶脚踏油泵、脚踏装置和升降防位移立柱组成，其中升降装置安装在小车底盘上，千斤顶的顶头与横、纵向对中机构连接。脚踏装置与脚踏油泵连接，作业人员可以通过脚踏装置控制千斤顶的上升。

图5 氧枪喷头更换专用小车顶升装置设计图

这样，整个小车和氧枪喷头重量合计为140公斤，符合人力推行的重量需求。

氧枪喷头更换专用小车结构如下图6所示：

图6 氧枪喷头更换专用小车设计图

3 装置的应用

以宝钢300t转炉氧枪更换为例，首先将小车推至喷头堆放位置，将氧枪喷头用起重装置吊起并放置到小车夹紧装置中，采用水平尺对喷头焊接处进行水平矫正。然后由操作工将小车缓慢地推行至氧枪下端，并粗略进行对中。并锁定小车轮（支撑螺杆向下压紧受力即