转炉吹氧系统设备的日常维护与故障处理大学-大学毕业设计.doc

6

安徽冶金科技职业学院
ANHUI VOCATIONAL COLLEGE OF METALLURGY AND TECHNOLOGY

毕业论文

转炉吹氧系统设备的日常维护与故障处理

学生姓名

系部名称
冶金工程系

专业名称
冶金设备维护与应用

班级名称
11冶金设备

指导教师

2013年 12 月

6

转炉吹氧系统设备的日常维护与故障处理
摘 要：吹氧装置时转炉车间的关键工艺设备之一。它是由氧枪、氧枪升降机构和换枪机构三部分组成。氧枪的主要功用是将喷入转炉内液态铁水中，以实现金属熔池的冶炼反应。在反应区内温度高达2500℃以上，氧枪必须经受来自熔池的高温影响。又由于熔池内钢液和炉渣的剧烈搅动和喷溅，促成氧枪强烈的机械振动，所以氧枪的工作环境是十分恶劣的，必须精心维护才能保证氧枪的正常工作。本文阐述了供氧系统、氧枪和氧枪升降机构这些设备的构造，以及日常维护和故障处理。
关键词：供氧系统 氧枪结构 氧枪升降机构
0.绪论
吹氧装置是转炉主体设备之一，它能否正常运行直接影响着转炉炼钢的工艺，氧枪若能正确的实现合理的供氧制度，使熔池得到强烈而均匀搅拌，促使快速渣化和强化熔池内元素的氧化反应。这对于缩短炼钢周期，去除硫、磷、减少喷溅，提高金属收得率和延长炉衬寿命都有很大价值。
1. 供氧系统
1.1供氧系统的组成
供氧系统由制氧机、压缩机、储气罐、输氧管道、测量仪、控制阀门、信号联锁等主要设备组成。详见下图：

图1-1 供氧系统结构图
1—制氧机；2—低压贮气柜；3—压氧机；4—桶形罐；5—中压贮气罐；6—氧气站；7—输氧总管；
8—总管氧压测定点；9—减压阀；10—减压阀后氧压测定点；11—氧气流量测定点；
12—氧气温度测定点；13—氧气流量调节阀；14—工作氧压测定点；15—低压信号联锁；
16—快速切断阀；17—手动切断阀；18—转炉
1.2 供氧系统工作原理
转炉炼钢要消耗大量的氧，因此现代钢铁厂都有相当大规模的制氧设备。工业制氧采取空气深冷分离法，先将空气液化，然后利用氮气与氧气的沸点不同，将空气中的氮气和氧气分离这样就可以制出纯度为99.5%的工业纯氧。
制氧机生产的氧气，经加压后送至中间储气罐，其压力一般为（2.5～3.0）MPa,经减压阀可调节到需要的压力（0.6～1.5MPa），减压阀的作用是使氧气进入调节阀前得到较低和较稳定的氧气压力，以利于调节阀的工作。吹炼时所需的工作氧压是通过调节阀得到的。快速切断阀的开闭与氧枪联锁，当氧枪进入炉口一定距离时（即到达开氧点时），切断阀自动打开，反之，则自动切断。手动切断阀的作用是当管道和阀门发生故障时快速切断氧气。
1.3 供氧系统设备的维护和检查
检查供氧系统设备每班接班时进行，以确保班中安全生产。
（1) 高压水切断阀：
1）机构完整，转动灵活，连接可靠，无泄漏现象。
2）电气联锁准确可靠。
（2）氧气切断阀：
1）结构完整，转动灵活，无泄漏现象。
2）电气接线正确，无脱落现象。
3）电气联锁，准确可靠。
（3）氧气调节阀：
1）结构完整，连接可靠。
2）电气导线接线正确，无脱落现象。
1.4 供氧系统设备常见故障及处理方法
对于供氧系统设备常见的故障和处理方法，本文查阅了部分文献资料进行统计，见表1
表1-1 供氧系统常见故障及处理方法
部位
故障现象
故障原因
故障消除方法
供氧系统
漏氧
1) 联接法兰的螺栓松动；
2）法兰垫损坏；
3）截止阀门旋杆密封不严；
4）氧气软管破损；
5) 氧气焊口撞裂
1) 紧固连接螺栓；
2） 更换新垫；
3） 更换填料；
4) 立即更换；
5) 焊接处理
供水压力
降低
1） 供水泵压力不足；
2） 管路有漏水现象；
3） 喷头漏水（开焊、烧穿）；
4） 给水阀门、阀心掉；
5） 喷头烧漏、枪漏
1） 钳工检查处理；
2） 检查焊补；
3） 补焊或更换新枪；
4） 及时更换新阀门；
5）立即更换新枪
仪表压力
不准确
1） 仪表本身发生问题；
2） 仪表管路发生问题
1） 找仪表维修人员处理；
2） 找仪表维修人员处理
2.氧枪机构的维护与故障处理
2.1 氧枪的概述
氧枪又名吹氧管或喷枪，担负着向熔池吹氧的任务。因其在炉内高温下工作，故氧枪采用循环水冷却。它是由枪头、枪体、和枪尾所组成的。水冷氧枪的基本结构是由三根同心圆管将带有供氧、供水和排水通路的枪尾与决定喷出氧流特征的枪头连接而成的一个管状空心体。
枪头是冶炼工艺上的重要部件，他对冶炼工艺起到至关重要的作用。枪头包括吹氧孔（喷嘴）、冷却水通路和为了固着内、中、外三层枪管用的三层钢质短管。在对喷头寿命要求不太高的情况下多数采用正体锻造喷头，其特点是孔与孔之间部位壁厚、冷却效果差、过热后易于变形，同时在高速氧气流股及钢液、渣液喷溅冲刷下易于损坏，但也有优点就是易于加工。铸造喷头壁厚分布均匀、冷却效果好、喷头寿命大为提高，但是制作、加工均较复杂。
枪头的孔型和数目是重要工艺参数，它们直接影响着吹炼的工艺制度和工艺效果。按孔型喷头分为拉瓦尔型、直筒形和螺旋形；按空数分为单孔和多孔喷头。拉瓦尔喷头可以有效地把氧气压力转变为动能，并可获得比较稳定的超音速流股，有利于液体金属的搅拌，提高脱碳除磷效果。在具有相同搅拌能力的情况下，喷油头距熔池面较高，除可以提高氧枪和炉衬寿命外还可以减少炉液喷溅，提高金属收得率。因而拉瓦尔喷头得到了广泛的应用。
枪体系有无缝钢管制成的中心管、中层管及外层管同心套装而成，其下端与喷头连接。管体各管通过法兰分别于三根橡胶软管相连，用以供氧和进、出冷却水。氧气从中心管经喷头喷入熔池，冷却水自中心管与中层管的间隙进入，经由中层管与外层管之间隙上升而排出。为保证管体三个管同心套装，使水缝间隙均匀，在中层管和中心管的外管壁上，沿长度方向焊有若干组定位短筋，每组有三个短筋均分布于管壁圆周上。为保证中层管下端的水缝，在其下端面圆周上均布着三个凸爪，使其支撑在喷头的内底面上。
枪尾有铸造的和焊接的两种。铸造枪尾的优点，在于可以缩短枪尾的高度和使冷却水进入管体环状通路时沿圆周分布均匀。但比焊接机构复杂，且采用铜料制作成本高，不经济。我国的氧枪多采用焊接结构的枪尾，这种结构基本是法兰、圆管、密封填料的组合体。
2.2 氧枪的维护和检查
检查前要关掉电源，并挂上禁止合闸牌，确认安全后方可进行氧枪系统检查。
（1）氧枪：
1）枪头是否有粘钢、漏水。
2）喷头孔是否变形，从而性能恶化。
3）枪身是否粘钢、漏水。
4）枪身要平直，弯曲率不大于1.5‰。
5）检查开氧、关氧位置是否基本正确。
6）在氧枪切断氧气时用听声音来判断是否漏气。
7）检查各种仪表（包括氧气压力及流量，氧枪冷却水流量、压力、温度）是否显示读数且确认正确，以及各种联锁是否完好。
（2）氧枪操作控制器：
1）结构完整，焊接牢固。
2）操作灵活，位置准确。
2.3 氧枪枪体常见故障及处理方法
对于氧枪枪体设备常见的故障和处理方法，本文查阅了部分文献资料进行统计，见表2
表2-1 氧枪枪体常见故障及处理方法
部位
故障现象
故障原因
故障消除方法
枪体
喷头损坏
1） 操作不当；
2） 达到寿命
换枪
焊口漏水
1） 焊接质量差；
2） 冷却效果差
1） 补焊；
2） 调整冷却水流量
挂渣、挂钢
1） 钢液喷溅；
2） 操作不当
1）改善操作；
2）打渣、处理挂钢
法兰泄露
1） 密封损坏；
2） 螺栓松动；
3） 法兰变形
1） 更换密封垫；
2） 紧固螺栓；
3） 更换法兰
氧枪与枪孔不准确
1） 枪体本身移位；
2） 枪体变形
1) 重新调整；
2) 更换新枪
3. 氧枪升降机构的维护与故障处理
3.1 氧枪升降机构概述
在炼钢过程中，氧枪要多次升降，这个升降运动由氧枪升降机构来实现。氧枪在升降过程中经过的几个特定位置，称做操作点。
氧枪各操作点控制位置的确定原则：
（1）最低点：最低点是氧枪下降的极限位置，其位置决定于炉子的容量。对于大型转炉氧枪最低点距熔池面应大于400mm，而对中、小型转炉应大于250毫米。
（2）吹氧点：此点是氧枪开始进入正常吹炼的位置，又叫吹炼点，这个位置与炉子容量，喷头类型，供氧压力等因素有关，一般根据生产实践经验确定。
（3）变速点：在氧枪上升或下降到此点时，就进行自动变速。此点位置的确定主要是保证安全生产，又能缩短氧枪升降所占的辅助时间。在变速点以下，氧枪慢速升降，在变速点以上快速升降。
（4）开氧点和停氧点：氧枪下降至开氧点应自动开氧，上升至停氧点应自动停氧。开氧点和停氧点位置应适当，过早的开氧或过迟的停氧都会造成氧气浪费。氧气进入烟罩也会有不良影响。过迟的开氧或过早的停氧也不好，易造成喷枪粘钢和喷头堵塞。一般开氧点和停氧点可以确定在变速点同一位置，或略高于变速点。
（5）等候点：等候点也称待吹点，位于炉口以上。此点位置的确定应使氧枪不影响转炉的倾动。过高会影响氧枪升降所占的辅助时间。
（6）最高点：最高点是氧枪在操作时的最高极限位置，最高点应高于烟罩上氧枪插入孔的上缘。检修烟罩和处理氧枪粘钢时，需将氧枪提高到最高位置。
（7）换枪点：更换氧枪时，需将氧枪提升到换枪点，换枪点高于氧枪的操作最高点。
3.2 氧枪的行程
氧枪的行程分为有效行程和最大行程：
氧枪的有效行程＝氧枪最高点标高－氧枪最低点标高
氧枪的最大行程＝换枪点标高－氧枪最低点标高
3.3 对氧枪升降机构和更换装置的要求
氧枪在吹炼过程中需频繁升降以调整枪位，因此对氧枪升降机构和更换装置提出以下要求：
（1） 应具有合适的升降速度并可以变速。冶炼过程中氧枪在炉口以上应快速升降，以缩短冶炼周期。当氧枪进入炉口以下时则应慢速升降。以便控制熔池反应。目前国内大、中型转炉，快速为30～50m／min,慢速为3～6m／min，小型转炉仅有一档速度，一般为8～15m／min.
（2） 氧枪应严格沿铅垂线升降，升降平稳，控制灵活，停位准确。
（3） 安全可靠。有完善的安全装置，当事故停电时氧枪可从炉内提出，钢绳等零件破断时，氧枪不会坠入熔池，有防止其他事故和避免误操作所必需的电气联锁装置和安全措施。
（4） 能快速换枪。
3.4 氧枪升降机构的传动形式
当前国内外氧枪升降装置的基本形式都相同，即：采用起重卷扬机来升降氧枪。按配置数量分为单卷扬机型氧枪升降机构和双卷扬型氧枪升降机构。单卷扬型氧枪升降机构借助平衡重来升降氧枪。双卷扬型氧枪升降机构设置两套升降卷扬机构（一套工作，另一套备用）安装在横移小车上。在传动中，不用平衡重。采用直接提升的办法升降氧枪。当该机构出现断电事故时，需利用另外动力提出氧枪。
3.5 氧枪升降机构的维护和检查
（1）升降小车：
1）零部件是否完整齐全。
2）车轮、导向轮转动灵活，无明显磨损。
3）检查氧枪升降用钢丝绳是否完好。
4）对氧枪进行上升、下降、刹车等动作试车，检查氧枪提升设备是否完好。
5）检查氧枪上升、下降的速度是否符合设计要求。
6）氧枪下降至机械限位位置对检查标尺上枪位指示是否与新炉子所测量的氧枪零位相符（新炉子需测量和校正氧枪零位）。
7）检查上、下电气限位是否失灵、限位位置是否正确。
（2） 升降轨道：
1）轨道表面有无粘钢。
2）轨道无明显的变形和移位，导轨误差不大于5mm。
（3）滑轮：
1）转动是否灵活，轮缘有无破损。
2）润滑是否良好。
3）绳槽无明显摩擦。
（4） 弹性联轴器;
1）半联轴器联接是否牢固，可靠，有无轴向窜动。
2）胶圈是否完整，磨损是否超标。
3）螺栓是否齐全，无松动。
4）两半轴器之间的距离为2～3mm，周围间隙均匀一致，其偏差不超过0.2mm。
（5）轴承座：
1）卷筒支撑轴承座联接螺丝要紧固可靠。
2）润滑油量是否充足。
（6） 车轮轴承：
1）行走大车轮轴承量是否充足。
2）配合牢固，间隙合理，无严重磨损。
（7）减速机：
1）各部联接螺丝是否齐全、牢固。
2）外壳完整无裂纹。
3）油量是否充足，无泄漏现象。
4）齿轮啮合正常，无胶合、点蚀。
5）当环境温度＜25℃时，轴承温度不应超过70℃。
（8） 卷筒：
1）卷筒表面是否有裂纹。
2）表面磨损不得超过壁厚1／5。
3）卷筒轴不得断裂。
（9）制动器：
1）制动轮装配是否牢固，表面光滑，表面磨损不超过制动轮厚的30%。
2）制动器结构完整，零部件齐全，各零件无严重磨损，制动闸皮磨损不超过元厚度30%，闸皮铆钉擦伤深度2mm时应更换并磨光。
3)抱闸电气线路无故障及破损。
（10） 电动机：
1）电动机表面清洁，密封良好不得有杂物进入。
2）各部件联接螺丝是否齐全、紧固。
3）接线盒完好无损，引入线绝缘无损坏及脱落现象。
4）轴承油量是否充足，运转良好，轴承工作温度应小于70℃。
5）检查集电环表明，要平整光滑无凹纹、黑斑，炭刷压力均匀，导电接触吻合良好，运行时无放电打火现象。
6）检查电刷磨损情况，磨损不得超过原长的2／3，电刷工作面压力为150～250g／
cm²。
7）检查电动机是否运行正常，无转速降低，无激烈振动，运行电流不超过额定电流，发热不超过额定温升。
（11）极限开关：
1）结构完整，零部件齐全。
2）连接可靠，接点架无严重磨损，触点各系统闭合顺序正常。
3）电气接线正确，牢固，绝缘良好。
对于氧枪枪体设备常见的故障和处理方法，本文查阅了部分文献资料进行统计，见表3
表3-1 氧枪升降机构常见故障及处理方法
部位
故障现象
故障原因
故障消除方法
升降机构
接手螺栓松动
1） 螺栓损坏；
2） 缺少防松装置
1） 更换螺栓；
2） 增加防松装置
枪体下滑
1） 制动器失灵；
2） 挂渣、挂钢过重
1） 调整制动器；
2） 处理钢渣
定位不准
1）极限错位
1）调整极限
钢丝绳损坏快
1） 润滑不良；
2） 滑轮轴承损坏；
3） 钢丝绳平衡器失灵
1） 改善润滑；
2） 更换新轴承；
3） 调整平衡器系统
氧枪升降缓慢
1) 电动机有接地现象；
2) 电气接点，接触不实；
3) 升降系统制动器过紧；
4) 升降小车，车轮卡轨；
5) 枪身粘渣、刮刀损坏
1） 找电工检查处理；
2） 找电工检查处理；
3)调整制动器；
4)处理；
5）清渣、检查刮刀
4. 结语
吹氧装置是氧气顶吹转炉车间的关键工艺设备之一。它完成向转炉内吹送氧气的工作。吹氧装置设备的工作环境是十分恶劣的，所以要经常对设备进行检查，维护，出现故障及时处理，以保证生产正常进行。把经济损失降到最低。
参考文献
1 时彦林，李鹏飞.冶炼设备维护与检修. 冶金工业出版社. 2005（10）：172-179
2 郭廷刚. 氧气转炉炼钢工艺与设备. 中国工人出版社. 2005（9）：201-206