潘朝春

（上海梅山钢铁股份有限公司炼钢厂，江苏 南京210039）

氧枪设备的功能是根据转炉炼钢工艺要求，使氧枪设备按设定程序要求横移、下降，从炉顶插入炉内，吹入氧气直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，按设定程序要求提升氧枪，完成冶炼过程。

上海梅山钢铁股份有限公司（以下简称梅钢）一炼钢现有1号、2号转炉氧枪升降横移系统设备是墨西哥二手设备，1996年由马钢院修配改。氧枪横移锁紧控制采用普通液压换向阀配合限位开关使用，控制精度差，无法满足氧枪对中精度高的要求。横移、锁紧精度差导致吹炼位信号故障频繁，严重影响生产节奏。吹炼时，氧枪插入口冒烟严重，不满足环保生产要求。因此，在满足生产的前提下，坚持安全、环保、经济、可靠的原则，对梅钢一炼钢氧枪升降横移设备进行改造。本次氧枪改造的成功为国内其他钢厂的老旧氧枪设备改造提供了示范。

1 存在的问题及改造必要性

1.1 设备问题

梅钢一炼钢1号、2号转炉氧枪升降横移系统设备是墨西哥二手设备。1999年该系统投用至今发生过多次台车滑落、坠落故障，造成人身和设备安全险肇事故。氧枪横移锁紧控制采用普通液压换向阀配合限位开关使用，控制精度差，无法满足氧枪对中精度高的要求，横移定位精度差，影响氧枪升降的活动轨道与固定轨道之间的对位，氧枪升降小车在通过两个轨道的连接区域时有卡阻和冲击。横移、锁紧精度差导致吹炼位信号故障频繁，严重影响生产节奏。由于氧枪横移对中造成的故障平均每年发生约13次，每次故障时间约1.5 h，对生产节奏造成很大影响。

1.2 安全问题

梅钢一炼钢1号、2号转炉氧枪升降横移系统设备是日本新日铁20世纪70年代初设计的产品，在墨西哥生产使用十年，缺乏本质安全的设计。没有防坠落机构，存在较大安全隐患。1999年至今共计发生过3次氧枪坠落事故，最近的一次发生在2018年。且该设备状况已经不符合《中华人民共和国安全生产行业标准》AQ 2001—2018第9.1.4条规定：“转炉氧枪升降装置，应配备钢绳张力测定、钢绳断裂防坠、事故驱动等安全装置”。2018年2月份与2018年11月份氧枪设备发生两次故障，暴露出因设备局部缺陷导致故障发生，进而影响到氧枪设备正常工作。在2018年11月因钢丝绳绳卡螺栓松动，绳卡无法有效固定钢丝绳。发生故障时，因2号转炉氧枪升降小车未设计防坠落装置，钢丝绳脱落后，氧枪直接掉入炉中，同时发现现有缓冲装置未起到足够缓冲效果。

1.3 环保问题

转炉在吹炼过程中产生烟气，烟气中含有大量CO等有毒气体，尤其在吹炼中期，烟气中CO成分所占百分比达最高值（85%～90%），因此在吹炼过程中必须对氧枪口进行气封，以确保有毒气体没有外溢，同时也起到防止火焰上窜的作用。氧枪插入口气封采用氮气封，氧枪在吹炼生产时插入口烟气外溢明显，插入口可见明火喷出，对附近氧枪橡胶软管造成安全隐患，环保问题严重。

1.4 改造必要性

梅钢一炼钢1号、2号转炉氧枪升降横移设备升降小车无防坠落装置，升降小车的工作高度最高达+41.15 m，加上升降小车上连接的氧气管及冷却水管等介质质量约十余吨，如此时遭遇钢丝绳断裂等突发情况，升降小车从高处坠落，会对下部转炉及其他设备造成强大冲击，损坏设备设施，给设备的安全带来严重不利影响。氧枪更换时操作人员在升降小车平台处工作，氧枪坠落风险对操作人员的人生安全也形成巨大威胁。如此现状，已不符合现在安全规范要求，对现场设备、人员安全造成了较大影响，存在很大的安全隐患。

综上原因，对梅钢一炼钢转炉氧枪升降横移设

备进行更新改造是有必要的。

2 改造方案及内容

2.1 氧枪设备主要技术参数

1）氧枪横移台车。横移速度：V=3.2 m/min；横移行程：S=3.35 m。

2）氧枪升降小车。升降速度：V高=40 m/min；V低=5 m/min；升降行程：S=15.15 m；卷扬能力130 kN。

3）锁紧定位装置。最大推力：Fmax=15 kN；升降行程：S=200 mm。

2.2 改造内容

氧枪设备在工作时有使用频率高、可靠性要求高、工况恶劣等特性，改造方案首先必须满足技术成熟、安全可靠的要求，以最大程度减少因改造带来的技术风险和不确定性。还应尽量降低改造成本，减少施工工作量，降低改造工作对生产作业的影响。梅钢一炼钢3号转炉氧枪设备在经过多年的运行实践中，工作稳定可靠，故障率低。故改造方案可参照3号转炉氧枪设备，以降低改造技术风险，同时达到备件统一的目地，便于设备管理，降低采购及使用成本。

经过研究比对，为降低改造的技术风险，对1号、2号转炉氧枪装置进行改造，改造方案参照3号转炉氧枪结构，设备设计可借用，且3号设备在使用中已经过多年的使用验证，能够保证设备的整体高可靠性。并且改造后备件与3号炉统一、可互换，能有效降低采购及使用成本，便于设备管理。

因新旧设备轨道布置位置的差异，拆除现有设备后，新增行走轮轨道钢结构及导轮轨道钢结构，作为铺设行走轮轨及导轮轨道的基础，以满足设备布置要求。钢结构的设计及定位参照现有3号转炉氧枪设备钢结构布置。

改造后氧枪设备结构紧凑，整体布置图见图1整体布置图（侧面）及图2整体布置图（正面）。

2.2.1 提升设备的安全性能为满足安全设计规范，消除安全隐患，提升升降小车的本质安全，确保在发生异常情况时升降小车按要求自动停止，保证升降小车在工作时的安全性，转炉氧枪升降小车整体更换，升降小车内部设计防坠装置。

图1 整体布置图（侧面）（mm）

图2 整体布置图（正面）

升降小车内部设计防坠装置，其工作原理：防坠装置安装在升降小车内部，由弹簧、滑轮组、连接杆、中心轴、销轴1、支撑杆、销轴2等零部件组成，中心轴在长孔内设计有85 mm滑动行程。正常工作情况下卷扬提升或放下升降小车时，升降小车、氧枪及管路的重量被滑轮组承担，滑轮组与中心轴在长孔内处于长孔上端，此时，弹簧被压缩，连接杆拉动销轴1，使支撑杆围绕销轴2转动，支撑杆处于缩回状态。如钢丝绳断裂等异常情况下，滑轮组在升降小车长孔内呈自由状态，弹簧推出，连接杆推动销轴1，使支撑杆处于张开状态，支撑杆两端卡入轨道上的防坠块内，阻止升降小车继续下落，以满足对升降小车提升的安全规范要求。

当解除故障后恢复生产，只需正常提起升降小车，此时，支撑杆处于缩回状态，升降小车恢复正常工作，防坠装置见下页图3所示。

2.2.2 升降小车固定轨道防坠改造

因设计防坠装置，移动轨道和固定轨道内必须相应设计防坠挡块。因升降小车更换，轮距等参数更改，原轨道已不能使用，配套升降小车需新设计升降小车固定轨道，同时新设计轨道内设计配套防坠挡块。新设计轨道中心距为1 450 mm，原轨道中心距2 800 mm。固定轨道分为三段制作，工厂装配后，现场整体调运安装，新设计轨道安装传感器支架。

图3 防坠装置

2.2.3 横移台车液压油缸驱动改为变频电机驱动

转炉氧枪目前横移驱动形式为液压油缸驱动。改造后转炉氧枪设备横移台车质量减少，横移动力采用变频电机驱动，启动柔和，行走平稳。改造后行走轮与减速电机布置。在横移轨道附近下方（或侧面）布置减速电机电缆拖链。调整横移台车传感器设备。

2.2.4 改造定位锁紧装置

转炉氧枪目前水平布置的液压油缸定位装置定位精度差，只有单一的锁紧功能，但锁紧困难，不能满足生产中定位及锁紧功能需求。改造后定位锁紧装置垂直布置在横移轨道中间，气缸推动定位轮垂直向下运动，定位槽口呈V字形结构，即使横移台车停止位置稍有偏差，V字形定位槽对定位轮的导向作用，会引导定位轮停在定位槽中间位置，改造后定位锁紧装置具有自动纠偏定位功能。改造后气缸及定位轮安装在横移台车上，定位槽及支架安装在横移轨道侧面。调整定位传感器设备。

2.2.5 改造氧枪插入口（蒸汽密封座）

通过研究分析，转炉蒸汽是水、汽混合物，没有游离氧，与CO混合不会发生化学反应，150 t转炉冶炼时汽包蒸汽气压可达1.8 MPa，流量也比氮气大，而且蒸汽的密度远远大于氮气，因此采用转炉饱和蒸汽替代氮气对氧枪口密封既可改善设备环境，又可降低氮气消耗。

改造后的蒸汽密封座外形尺寸与原设计的氮气密封座法兰尺寸相同，氮封下部移动罩高度降低，留出蒸汽密封座的设备空间。改造后的蒸汽密封座对密封喷吹孔位置重新设计，主要是多层喷吹，提供不同层次、不同角度的蒸汽喷吹路径，即在新的蒸汽密封座的下部垂直段处均匀加工4排Ф5 mm斜孔，共240个孔。4排孔分别与密封座轴线成15°、25°、30°、45°的夹角。在氧枪固定位置处焊接一个相当于瓶盖的钢塞，钢塞与蒸汽密封座上部斜圆锥面紧密接触，当氧枪吹氧炼钢时，打开蒸汽控制阀门，通过新的蒸汽密封座向圆周垂直段的4排斜孔通入蒸汽，以正压密封。较小的喷吹孔径产生的压力大，能够多角度斜面喷射，另外，氧枪在炼钢吹氧溅渣及氧枪提升时，斜孔不容易被入渣堵塞，见图4。

图4 改造后蒸汽密封工作图

改造后的原氮气密封管路保留备用，并在与蒸汽管路交接处设置气动球阀，使用蒸汽管路时此球阀为常闭状态；密封座蒸汽通过平台接出管路，蒸汽管路上配置气动球阀、压力表、流量计及减压阀，减压阀两端连接直通球阀，蒸汽经过流量计与减压阀后进入蒸汽密封。氮气管路上气动球阀与蒸汽管路上气动球阀均可在控制室画面操作启闭，便于切换控制。

3 技改后的实际运行效果

本项目2019年7月开始实施，8月底完成。改造完成后，氧枪设备运行安全稳定，未发生安全事故，烟气外溢有效扼制。本次改造解决了设备本质安全问题、现场环保问题以及设备本身的安全稳定。