炼铁高炉出铁口泥炮机在炼铁过程中扮演着关键角色。其主要功能是通过射泥将出铁口封闭，防止铁水和炉渣从出铁口流失。由于其工作环境极其恶劣，泥炮机在长期的使用过程中容易出现磨损失效问题，严重影响设备的正常运行，进而影响高炉生产的安全性和经济性。针对这一问题，研究泥炮机的磨损失效机理并提出相应的维护对策，具有重要的实践意义。
泥炮机的磨损失效分析
1.1 磨损的种类
出铁口与金属表面接触区域常见粘着磨损现象。由于高温和高压的影响，金属在微观层面上发生焊接，焊接点的断裂及材料剥落会导致磨损，磨损量可达到0.2~0.3mm。高炉产生的粉尘及铁渣中的硬质颗粒在撞击设备表面时会引起磨粒磨损，这些颗粒硬度较高，在高温条件下容易在设备表面形成划痕和脱落。此外，泥炮机在长时间受到交替应力影响下，如轴承和活塞等部件容易出现裂纹，并逐渐扩展。通常在10,000个工作周期后，裂纹深度可达到0.5mm。高温下，金属表面与氧气反应生成氧化层，随着温度升高，氧化膜逐渐变脆并脱落，从而加剧磨损。
1.2 磨损失效原因
炼铁高炉周围温度过高，部分区域的温度超过1600°C。铁水、炉渣以及沉积下来的粉尘和金属氧化颗粒会加速材料的老化和热膨胀，增加颗粒硬度并进入摩擦区，从而加速磨损。由于传统低合金钢和铸铁材料的耐磨性较差，特别是在高温高压环境下，推杆和活塞等核心部件的耐磨性较差，当硬度降低时，磨损会显著加剧。同时，由于材料的热耐疲劳特性有限，易发生疲劳开裂。此外，不当的操作也会加剧磨损风险。操作员的失误或评估不准，可能导致设备超负荷运行，液压系统压力超过设计上限，或者操作不规范(如频繁启停),也会加剧磨损。
1.3 磨损失效的影响
推杆和密封件的磨损会影响泥炮机的密封性能，导致无法有效封闭出铁口，从而引发铁水或炉渣泄漏，并造成液压损失，进而导致动力输出下降，整体响应速度变慢，影响高炉的出铁节奏和效率。在安全方面，泥炮机失效可能增加高炉的安全隐患。如果铁水无法及时封闭，可能会导致铁水溢出或飞溅，带来严重的安全事故。泥炮机的失效是炼铁过程中导致出铁安全问题的一个重要因素。推杆磨损超过0.5mm时，封口功能逐渐衰退，安全风险增加。随着维护成本的上升，频繁的故障和磨损增加了维修次数和费用，关键部件更换的费用也随之增加。停炉维修还会影响生产效率，整体维护成本显著提高。
泥炮机的维护对策
2.1 优化设计
在泥炮机的最佳设计阶段，首要任务是选择耐磨的高品质材料，尤其是在推杆、液压缸及与高温铁水和炉渣直接接触的部位。针对这些部件，铬镍钼合金等材料是良好的选择，这些合金在高温环境下具有极高的耐磨损性，其硬度可维持在HRC60以上。此外，陶瓷增强复合材料也是优选，因为其出色的抗氧化和高温稳定性，特别适合泥炮机中需长期在高温环境下工作的部分。
同时，有必要对泥炮机的构造进行改良。通过采用精确的有限元分析(FEA),可以有效优化推杆的受力区域，降低局部应力集中，从而减少推杆表面的磨损可能性。此外，优化了铁口与泥炮机的连接方式，采用保护套或防护罩，以避免高温铁水和炉渣与设备关键部分直接接触，这有助于降低腐蚀或磨损的风险。基于实际操作场景，精心设计了合适的曲面，以保证铁水和炉渣在出铁阶段的顺畅流通，从而有效减少设备表面受到的冲击力，进一步降低磨损概率。经过精细的结构改良和合理的材料选择，泥炮机的整体稳定性和耐久性预计将得到明显增强。
2.2 加强操作管理
为了防止泥炮机因磨损而导致的失效，严格遵循标准工作程序显得尤为关键。在使用设备的过程中，操作员必须严格按照操作规程进行，例如确保推杆压力维持在15~18MPa的合理范围内，以避免设备过度运行。为保持泥炮机的正常运作，操作人员应在启动前对液压系统、冷却系统和关键零件进行检查。在启动泥炮机时，务必遵循先预热设备然后加压的操作模式，以防止突发高温冲击导致设备表面材料的疲劳损坏。
定期的操作技能培训同样关键，以确保操作团队掌握准确的设备操作知识和能力。每六个月将安排一次全面的操作技能提升培训，内容包括液压系统压力调节技术、推杆磨损检测关键技术等。通过模拟器进行操作培训和实操演练，使操作人员更加深入地理解设备在运行中可能遇到的细节和潜在问题，提升其应对突发事件的能力。同时，在操作管理中，绩效评估是不可或缺的一环。这种管理方式确保每位工作人员的作业记录与设备损伤情况直接相关，从而激励他们严格遵循操作程序，大幅减少误操作的可能性，并有助于提高设备的使用寿命。
2.3 定期维护保养
泥炮机的日常维修和常规保养应根据其操作负荷和运行时长进行精确安排。一般建议在设备运行约500h后，全面检测系统，特别是液压设备和推杆组件，以确认其磨损情况是否达到设计标准。如果发现液压缸推杆的磨损超过0.4mm,应立即进行修复或更换，以防止零部件损坏引发的突发故障。此外，保养过程中的润滑工作至关重要。推荐在液压缸、推杆和运动关节连续运行100h后，使用耐高温的二硫化钼作为润滑剂，确保润滑层的厚度始终维持在0.05~0.1mm,以降低摩擦和磨损的风险。
对于容易损坏的部件，如推杆的密封件，建议在其正常运行800h后进行更换，以确保封闭性能不受影响。同时，维护工作人员应根据设备的实际工作环境，适时调整维护方案，以防恶劣环境导致设备磨损加剧。通过将设备状态的实时检查与日常维护记录相结合，成功构建了一个基于数据的预防维护机制。
2.4 采用先进的维护技术
提升泥炮机的耐磨性能，一个重要的方法是应用表面处理技术。目前，常用的表面处理方法主要包括等离子喷涂和热喷涂。在泥炮机的推杆和液压缸表面，涂覆了耐高温的陶瓷涂层。这种涂层的厚度被精确控制在0.3~0.5mm之间，具有很高的
抗氧化和耐磨特性。此外，涂层的表面硬度可达到HV1200,对于预防高温环境下材料的氧化和磨损具有重要意义。此外，还可以利用化学气相沉积(CVD)技术，在泥炮设备表面形成一层致密的耐磨膜层，进一步提高泥炮机的抗磨损特性。
在线监测技术的实施，为泥炮机的预防保养提供了坚实的基础。通过在液压气缸、推杆及其他关键部件上安装高精度的温度、压力和振动传感器，能够实时监测设备的操作表现，并将这些信息传递到中央控制系统。如果发现推杆的磨损程度超过0.4mm或液压系统的压力出现异常，系统将发出预警信号，提醒操作员及时进行检查或维护。基于这些数据的动态监测，维护工作人员可以提前采取必要的预防措施，从而降低突发问题的风险。通过对数据进行分析，可以预测设备的剩余使用年限，并据此合理规划检修时间，从而进一步提升泥炮机的维修效率和操作可靠性。
结 语
炼铁高炉出铁口泥炮机的磨损失效影响设备性能和高炉生产的安全性与成本。通过选用高耐磨材料、优化结构设计以及增强冷却系统，可有效提高其耐磨性和使用寿命。加强操作管理和定期维护保养，规范操作流程和及时更换易损件，能减少因磨损引发的故障。此外，采用表面处理技术和在线监测技术，可以实时监控设备运行状态，预防磨损失效的发生。
文章作者：王欣晨
作者单位：南京南钢产业发展有限公司第一炼铁厂
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