转炉氧枪钢丝绳断裂原因分析及防范措施

摘  要：氧枪钢丝绳在炼钢转炉生产过程中起着至关重要的作用，其断裂问题将导致氧枪系统高空坠落，严重影响生产的连续性与安全性。本文通过对氧枪钢丝绳使用环境、受力情况以及维护管理等方面进行探究，剖析钢丝绳断裂原因，并结合实际工况提出相应的预防和改进措施，旨在生产中降低氧枪钢丝绳断裂风险、保障生产高效稳定运行。

关键词：转炉  氧枪钢丝绳  断裂

1概述

氧枪，是炼钢厂生产过程中重要的工艺设备之一，它是将高压高纯度的氧气以超音速吹入转炉内金属熔池上方，并自身带有高压水冷却保护系统的管状设备。在吹炼时，炉内铁水（金属熔融液体）温度最高达1400℃以上，所以氧枪一旦发生坠落事故，氧枪长时间停留在炉内，就可能引发氧枪漏水事故，液体水遇到钢水迅速汽化，体积膨胀600～700倍，继而引发炉内爆炸。因此氧枪传动系统的可靠性是转炉连续生产和避免安全事故的基础保证。

2022年3月福建三钢炼钢厂1#120t转炉发生一起氧枪钢丝绳断裂事故，导致氧枪小车高空坠落，氧枪插到炉体侧面，由于事发时转炉为非冶炼状态，没有导致事故扩大化并引发安全事故。（事故照片见附图一）

2 钢丝绳断裂原因分析

2.1承载分析

设备参数：钢丝绳直径：24m；小车重量：3.46；氧枪重量：3.49t；金属软管及水约重量1.45t；合计重量8.4t，

单根钢丝绳承载计算：由于氧枪小车通过两个动滑轮提升，分担到单根钢丝绳上的重量为8.4t÷4=2.1t。

根据理论计算：直径24mm钢丝绳最小破断拉力为332kN，考虑5倍的安全系数（一般起重作业等常用的安全系数范围），那么其安全承载重量

332kN÷5=66.4kN，换算成质量（重量）约为66.4kN÷9.8N/kg≈6.77吨。

分析：由于理论承载6.77t＞实际载荷2.1t，所有钢丝绳直径完全满足承载要求，非过载引起钢丝断裂。

2.2断口分析

对钢丝绳断裂位置观察（见附图二），断裂位置位于钢丝绳楔形连接件下方，钢丝绳的断口参差不齐，部分钢丝被拉得较直，变形量较大，沿轴向有较大延伸，受力较大；另一部分钢丝绳断口部位挤压变形严重，呈现压扁状断口，断裂前存在外力挤压问题。据此得出氧枪钢丝绳断裂的主要原因是承受冲击载荷导致疲劳和局部挤压塑性变形，进而出现断裂问题。

2.3现场分析

2.3.1人的因素（冲击载荷）

对钢水绳断裂前视频和氧枪运行曲线分析，操作工存在违规操作问题，事故前几炉氧枪结渣严重，操作工没有采取人工清渣处理，而是采用快速提枪结合刮渣器开关反复冲击刮渣，造成钢丝绳承受频繁冲击载荷。

2.3.2物的因素（外力挤压）

现场检查，发现氧枪小车滑轮有顶碰钢丝绳绳扣的现象，且钢丝绳有折弯痕迹。氧枪升到上限位时，氧枪小车滑轮存在顶碰钢丝绳绳扣问题、造成钢丝绳反复折弯，局部塑性变形。

4 事故原因对策及防范措施

4.1解决钢丝绳承受冲击载荷防范措施

操作工必须严格按照各项操作规程进行作业，严禁违规操作，避免损坏设备。氧枪刮渣时发生钢丝绳张力报警，必须停止刮渣操作，采取人工打枪等更安全合理的处理方式，避免操作工反复和野蛮刮渣对钢丝绳的损坏。具体措施有：

4.1.1增加氧枪张力报警记录（含炉座，小车标号，报警时间，报警值，报警次数等），稽核操作工是否按规定操作。

4.1.2氧枪张力报警连锁值从原来的3.5t降低到3t，降低钢丝绳过载值。

4.1.3刮渣器模式修改，从程序上避免操作工野蛮作业：

（1）氧枪由等待位向上提升，刮渣器处于“自动”控制模式时，若使用快速提枪，刮渣器自动打开。使用慢档提枪，刮渣器方可“闭合刮渣”。

（2）氧气一旦出现超重或超轻报警，刮渣器立即打开，停止刮渣。

（3）氧枪下行时刮渣器连锁自动打开。（避免操作工下行刮渣，影响氧枪安全）。

（4）氧枪“上变速点”由14.0m改为12.0m，即氧枪“上行时”由标尺12.0m就开始转为慢速提枪，减少手动/自动状态下刮渣器对氧枪钢丝绳的冲击。（刮渣器动作位置12.0m）

4.2解决上滑轮对钢丝绳挤压的防范措施

上滑轮挤压钢丝绳的主要问题是氧枪行程的净空偏小，上滑轮距离钢丝绳绳扣只有200mm，安全距离不足，一旦减速不够或者上限位失效，上滑轮就会冲击绳扣，挤压钢丝绳。具体措施有：

4.2.1氧枪口长度进行修改，整体降低200mm，相应刮渣器高度降低200mm，增加氧枪行进过程中的净空，增加上滑轮与钢丝绳绳扣的空间距离；

4.2.2氧枪小车上限位调整，同时增加机械限位（上限位失效的情况下，机械限位保证安全行程），避免上滑轮挤压钢丝绳楔形连接件，挤压钢丝绳。

5结语

通过以上综合分析和措施整改，氧枪钢丝绳断裂的主要原因是局部挤压和冲击载荷产生，导致钢丝绳塑性变形和拉伸，重点解决了上述两个问题。同时针对氧枪钢丝绳安全运行问题实施点检工日检和维修工周检制度，确保运行中钢丝绳异常（断丝、扭曲等）即使发现和处理。

上述改进措施在1#转炉实施后，同时推广到炼钢厂的所有转炉系统，转炉氧枪钢丝绳运行情况得到极大改善，两年来再未出现钢丝绳断裂问题引起的氧枪小车设备事故。

6参考文献

[1]刘敏，张彦文，王志奋，等.钢丝绳断裂原因分析[J].物理测试2016，34（01）：50-54.DOI：10.13228/j.boyuan.issn1001-0777.20150113.

[2]李娟，杜瑞青，王军，等.起吊用钢丝绳断裂原因分析[C]//中国机械工程学会理化检验分会，中国机械工程学会失效分析分会.2013年全国失效分析学术会议论文集.国家金属制品质量监督检验中心;，2013：4.