摘  要  山鋼日照公司煉鐵廠鑄鐵車間采用了380t液壓傾翻裝置，此裝置為國內最大的鑄鐵機液壓傾翻裝置。本文詳細介紹了380t液壓傾翻裝置的主要結構、主要參數(shù)及技術特點，主要對該裝置的安全性、可靠性及操作方便性進行重點研究。380t液壓傾翻裝置投入使用后，較好的完成了開爐初期繁重的澆鑄任務，提高了澆鑄的安全性、可靠性，減少了鐵損，創(chuàng)造了較好的經濟效益。

關鍵詞  高爐  鑄鐵機  特大型液壓傾翻裝置

1  液壓傾翻裝置應用背景

現(xiàn)在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中都配有鑄鐵機，鑄鐵機是煉鐵生產工藝的輔助設備。山鋼日照公司煉鐵廠配備2臺75m鑄鐵機，當煉鋼故障或檢修時，將高爐多余的鐵水用于鑄成生鐵塊。

在傳統(tǒng)的鑄鐵機車間工藝設計中，鐵水罐傾翻鑄鐵的方式一般采用落地式傾翻卷揚機、鑄造吊車、液壓傾翻裝置三種設備。由于鐵水運輸方式采用汽車運輸，因此鐵水罐無法實現(xiàn)在罐車上翻轉，從而鐵水罐傾翻鑄鐵的方式只能采用鑄造吊車或液壓傾翻裝置。根據(jù)現(xiàn)場情況和車間布置，以及對傾翻方式和工藝流程的研究，山鋼日照精品基地鑄鐵機傾翻鑄鐵設備采用了液壓傾翻裝置來替代鑄造吊車。山鋼日照公司煉鐵廠采用210t鐵水罐，210t鐵水罐額定總重達到380t，因此設計研發(fā)制造了380t特大型液壓傾翻裝置。經2017年12月鑄鐵機投產以來，380t液壓傾翻裝置使用效果良好，不僅滿足了鑄鐵機的生產工藝，而且大幅降低工程投資，安全可靠，占地面積小、占用空間低，使鑄鐵車間的設備布置更加緊湊，更加合理，具有鑄鐵流量穩(wěn)定，飛濺小，鐵損小的優(yōu)勢特點。

2  生產流程和工藝平面布置

2.1  生產流程

210t鐵水罐由鐵水罐運輸車運送至鑄鐵機車間，由380/30t鑄造起重機將鐵水罐吊起，然后將重罐放落在鑄鐵機鐵水溜槽前的液壓傾翻裝置中，座包完畢檢查安全鎖包后，開啟380t液壓傾翻裝置將鐵水罐傾翻，鐵水經鐵水溜槽流入鑄鐵機鐵模內完成鑄鐵。

2.2  工藝平面布置

鑄鐵車間為獨立車間，車間內設2臺75m鑄鐵機，1臺380/30t鑄造吊車及2臺380t液壓傾翻裝置。車間長84m，跨度為25m，鐵水運輸線垂直與鑄鐵車間，鐵水罐運輸車垂直進入車間后，由380t鑄造吊車吊起后運至鑄鐵機鐵水流槽前，放置在液壓傾翻裝置內。兩鑄鐵機緊湊布置，兩鑄鐵機中心線間距24m。

3  380t液壓傾翻裝置的結構組成及主要參數(shù)

380t液壓傾翻裝置由機械部分、液壓部分、電控部分組成。

3.1  液壓傾翻裝置機械部分組成

機械部分主要由傾翻支架、傾翻液壓缸、鎖緊裝置、靴狀底座、轉角測量器及緩沖器組成。

3.1.1  靴狀底座

靴狀底座為一焊接結構件，通過地腳螺栓固定在基礎上，用以支承鐵水罐、傾翻支架及傾翻過程中的力矩。傾翻用液壓缸的支座和緩沖器也通過螺栓與靴狀底座連接。

液壓中間管線、鎖緊油缸管線、水冷管線都鋪設在靴狀底座內部，靴狀底座上鋪設各種隔熱設施和防輻射設施，確保設備安全運行。

3.1.2  傾翻支架

傾翻支架為鋼板焊接結構，用于夾持鐵水罐傾翻，材質Q345B,；整體為勺形，兩側面各有一個立柱和一個“r”形梁，分別通過鉸連與底座框架連成一個整體。為便于鐵水罐定位、配合鐵水罐的方箱就位與導向，傾翻支架設計有2個帶斜度的導向座，2個垂直的高位限位導向座，導向座接觸面作耐磨處理。

3.1.3  鎖緊裝置

鎖緊裝置為插銷結構，液壓驅動，設計用于鐵水罐傾翻過程中的意外保護。鎖緊解除后才能起包，落包安全后自動鎖緊；鎖緊裝置未鎖緊，不得翻包。

3.2  液壓傾翻裝置液壓部分組成

每套液壓傾翻設備配套1套液壓系統(tǒng)，2臺液壓傾翻裝置的液壓站可實現(xiàn)相互備用。

液壓站由二臺壓力補償變量柱塞泵及循環(huán)用葉片泵、閥臺、油箱、冷卻循環(huán)裝置及電控系統(tǒng)等組成。

3.3  液壓傾翻裝置電控部分組成

每壓傾翻設備配套1套電控系統(tǒng)，每套電控系統(tǒng)電氣設備包括：控制柜（含PLC）、操作臺、現(xiàn)場設備操作箱、液壓站操作箱、接近開關、編碼器及聲光報警儀。

3.3.1  控制柜

控制柜含低壓供電部分、控制系統(tǒng)及一整套PLC系統(tǒng)。

PLC系統(tǒng)主要用于采集一些開關量及模擬量的信號，通過內部編程，對整個液壓傾翻裝置內設備進行控制。

控制信號包括傾翻支架運行狀態(tài)、接收鑄鐵機的轉速信號；上傳傾翻裝置的傾翻工作速度(時間)、鑄鐵機的鏈速信息、故障歷史信息。

3.3.2  操作臺

操作臺具有，參數(shù)設定、模式選擇、傾翻過程一般操作的功能。

操作臺上可設定傾翻支架的回轉速度，實時了解液壓站及傾翻設備的狀態(tài)。

3.3.3  現(xiàn)場設備操作箱

現(xiàn)場設備操作箱主要用于現(xiàn)場調試或檢修；現(xiàn)場設備操作箱上設有本地/遠程選擇開關和起動、上升、下降、停止狀態(tài)操作按扭以及相應的指示燈。

3.3.4  液壓站操作箱

液壓站操作箱主要用操作工現(xiàn)場調試或檢修液壓站時，用來控制液壓站的操作。

3.4  液壓傾翻裝置主要技術參數(shù)

380t液壓傾翻裝置的主要技術參數(shù)。

3.5  液壓傾翻裝置機械部分技術特點

采用“短力臂”模型，使舉升油缸擺動角度小，避免油缸承受較大彎曲力，減小磨損，使油缸的密封更加可靠，減少油缸內泄的風險。

底座與傾翻支架聯(lián)接轉軸處為一整塊鋼板，底座支柱與底座之間處為一整塊鋼板，保證在長時間交變載作用下，足夠的剛度和強度。

3.6  液壓傾翻裝置液壓部分技術特點

3.6.1  液壓系統(tǒng)安全介紹

液壓傾翻裝置液壓系統(tǒng)是驅動鐵水罐傾翻并進行控制的專用液壓系統(tǒng)，鐵水罐傾翻裝置架是由2個對稱的液壓缸將臺架傾轉直至鐵水倒入鐵水溜槽內，之后自動復位，鐵水罐隨之傾轉，具有液壓缸在任意位置定位的功能。由于液壓缸的工作對象是承載210t鐵水的鐵水罐傾翻澆鑄工作，因此，根據(jù)鑄鐵工藝要求，設備情況和一些特殊故障（如單缸工作、突然停電、管路破裂）的要求，從液壓系統(tǒng)的設計上，確保了液壓缸安全可靠的工作。

380t液壓傾翻裝置液壓主要技術參數(shù)。

為了使液壓缸能夠停在任意位置，即使是軟管破裂也能使液壓缸鎖定在當前位置，為此，將液控單向閥直接安裝在液壓缸上，液壓缸上還裝有平衡閥，在液壓缸下降時，平衡閥作用于液壓缸的負載。每個液壓缸上還裝有3個安全溢流閥，當作用在液壓缸上的負載突然超載時，對液壓缸進行安全保護。

液壓控制閥臺用于控制傾翻裝置液壓缸的平穩(wěn)升降，并在故障狀態(tài)時，能夠控制液壓缸，使鐵水罐傾翻裝置安全復位。為了保證在鐵水傾倒過程的均速性和油缸速度無級可調，采用帶反饋的電液比例換向閥進行控制。

控制閥裝置上設有停電或故障狀態(tài)下液壓缸復位回路。發(fā)生停電時，在控制閥裝置上手動操縱三通球閥使蓄能器的液壓油打開液控單向閥，以便利用傾翻裝置的重力使液壓缸下降復位。另外，系統(tǒng)在故障狀態(tài)（如停泵）時，手動操縱電磁換向閥，以靠傾翻裝置的重力使液壓缸下降復位。當停電或故障時，液壓缸上裝有時其復位的液壓單向閥，截止閥和單向閥。

3.6.2  液壓系統(tǒng)防火要求

為了防火，液壓系統(tǒng)工作介質采用脂肪酸脂類液壓油。

4  380t液壓傾翻裝置有限元分析

4.1  液壓傾翻裝置重心計算

整個設備的運行重心必須在整個底座的范圍內，通過計算傾翻裝置重心對重心范圍進行校核。

4.1.1  鐵水重心計算

鐵水額定質量為230t，在傾倒過程中，在26°時鐵水罐開始出鐵水,鐵水重心的力臂達到最大。

4.1.2  空鐵水罐重心計算

設空鐵水罐加殘渣的總質量為150t，三維建模可知，鋼包重心位于鋼包耳軸下方785mm處。空鐵水罐在傾翻裝置上，圍繞轉點轉動時重心的的變化位置。

4.1.3  傾翻支架重心計算

傾翻支架在0°到90°間，重心變化位置。

經過三部分重心計算，整個設備的運行重心均在整個底座的范圍內。

4.2  利用有限元的方法對液壓傾翻裝置受力分析

重型傾翻支架及底座，承受鐵水、鐵水罐及支架自重疊加荷載和彎矩，為校驗傾翻裝置是否設計合理，對整個支架和底座受力計算的同時，通過ANSYS有限元分析的方法對受力進行分析與校核。

4.2.1  傾翻支架受力分析

（1）鐵水罐0°時分析

鐵水罐起始位置，即0°時應力、應變及位移分析。

由圖分析，起始狀態(tài)主要應力分布在傾翻支架方箱底面，此處設計考慮底板加厚，并作耐磨處理，傾翻支架整體無明顯應力集中。

（2）鐵水罐26°時分析

在鐵水傾倒過程中，26°時鐵水罐開始出鐵水,此時鐵水重心的力臂達到最大。此時應力、應變及位移分析。

由圖分析，與油缸耳軸轉點應力很集中，由此計算傾翻支架上的油缸套筒外徑需要550mm以上。

4.2.2  支座受力分析

底座只要承受鐵水、鐵水罐及支架自重疊加荷載和彎矩，具體計算。

底座主要應力分布在底座支柱頂部銷軸開孔處，開孔處需加強作耐磨處理，底座整體無明顯應力集中。

綜上，通過ANSYS有限元分析后，液壓傾翻裝置在結構強度，剛度及穩(wěn)定性方面滿足的設計要求，通過有限元分析，找到應力集中的作用點，并采取針對性的有效措施，使液壓傾翻裝置設計更加合理及優(yōu)化。

5  總述

山鋼日照公司煉鐵廠鑄鐵車間液壓傾翻裝置額定傾翻載荷為380t，目前為世界上鑄鐵車間內最大型液壓傾翻裝置，實現(xiàn)了我國在該領域特大型液壓傾翻裝置的突破。自2017年12月380t液壓傾翻裝置投入使用以來，經受住了高爐初期大量鑄鐵的生產需要。380t特大型液壓傾翻裝置的穩(wěn)定運行，既提高了鑄鐵機的生產能力，增強了鑄鐵工藝安全性，并且降低了工程直接投資和運行成本，相對冶金鑄造吊車傾翻，液壓傾翻裝置及鑄鐵車間結構的投資節(jié)省50%以上。同時，使用液壓傾翻裝置鑄鐵具有鑄鐵流量穩(wěn)定，飛濺小，鐵損小的優(yōu)勢特點。通過生產實踐證實，特大型液壓傾翻裝置能夠在本行業(yè)內或相近行業(yè)推廣。

6  參考文獻

[1]朱鎮(zhèn)鐘.鑄管廠鑄鐵機專用液壓傾翻裝置[J].鑄造設備與工藝，2014(2)：14-17.