基于triz理论的高炉开铁口机设计

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1、基于TRIZ理论的高炉开铁口机设计田兆营（中冶南方工程技术有限公司湖北武汉４３０２２３）摘要：介绍了ＴＲＩＺ理论的产生和其体系内容以及ＴＲＩＺ理论的基本解题流程和方法，在此基础上针对高炉开铁口机的钻头在使用中存在严重磨损的问题，遵循ＴＲＩＺ理论的解题流程和方法对开铁口机进行了系统分析，通过三轴分析确定开铁口机钻具严重磨损的层层原因，并按照物理矛盾分析和资源分析的解题流程对开铁口机进行了创新设计。..关键词：开铁口机；钻具；磨损；ＴＲＩＺ中图分类号：TH122文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．14．０50以铁

2、水为产品的高炉炼铁工艺中炉前出渣铁作业是生产的重要环节。及时安全可靠地打开铁口通道出尽渣铁不仅能够保证生产的稳定顺利，而且可以最大限度地提高高炉抵抗外界不利因素影响的能力，保证高炉寿命。开铁口机是用于高炉炉前打开铁口通道的专用设备。由于高温铁水的热量辐射，再加之无水泥炮的广泛使用等原因，开铁口机钻头的磨损情况严重，打开一次铁口通道需要多个钻头，更换钻头费时费力，严重的时候还会影响高炉的正常生产。钻头的更换不仅使生产成本增加，而且也会带来极大的安全隐患。这一问题在大型化的高炉上尤其突出，此问题一直困扰着各大中型钢铁企业。1ＴＲＩＺ理论概述ＴＲＩＺ理论是由前

3、苏联发明家根里奇·阿奇舒勒在１９４６年提出的。从１９４６年开始，阿奇舒勒正式开展了发明问题解决理论的研究工作，并在以后数十年中一直致力于ＴＲＩＺ理论的研究和完善。在其领导下，前苏联的数十家研究机构、大学、企业组成ＴＲＩＺ的研究团体，先后分析了全球近２５０万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化所遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立起一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起了ＴＲＩＺ的理论体系。ＴＲＩＺ的涵义是“发明问题解决理论”，是由俄文转换为拉丁文的词头

4、缩写，其英文全称是ＴｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅＳｏｌｕｔｉｏｎｏｆＩｎｖｅｎｔｉｏｎＰｒｏｂｌｅｍｓ（ＴＩＰＳ）。ＴＲＩＺ理论体系庞大，包含多个系统以及科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法与解决工具。经过半个多世纪的发展，ＴＲＩＺ形成了九大经典理论体系，即：技术系统进化法则、最终理想解（ＩＦＲ）、４０个发明原理、３９个通用工程参数和矛盾矩阵、物理矛盾与分离原理、物场模型分析、发明问题的标准解法、发明问题解决算法（ＡＲＩＺ）、科学效应和现象知识库。ＴＲＩＺ解决问题的模式打破了通过试错法或头脑风暴法直接从待解决的问题到最终解决方案的常规方法，采

5、用了类似“过桥”的方式解决问题。应用ＴＲＩＺ解决问题的总的流程是：首先应用分析工具对问题进行转化，把特定的待解决问题转化为ＴＲＩＺ的标准问题；然后利用基于知识的ＴＲＩＺ工具，得到解决问题的一般方案，即ＴＲＩＺ的标准方案；最后结合具体问题的领域知识和经验，得到具体的发明问题解决方案。2问题的确定及分析2.1技术问题的确定及描述开铁口机是高炉炉前的重要设备，图１是其主要组件结构示意图，主要包括回转机构（或悬挂机构）、进退机构、钻孔机构和防护件等部分。进退机构主要靠液压马达带动链条实现进退动作，钻孔机构包括钻头、钻杆、冲击器等。其工作流程是：当高炉内冶炼的铁水

6、达到预定量后，系统发出打开铁口的信号，开铁口机的回转机构（或悬挂机构）将开铁口机的进退机构和钻孔机构对准铁口，然后依靠冲击器带动前端钻头的冲击和旋转运动来破损铁口通道堵塞物。随着钻孔的深入，进退机构要驱动钻孔机构适时向着铁口通道的深处不断持续前进，从而实现完全打开铁口通道。当打开铁口通道后，进退机构反向驱动，带动钻孔机构快速退回，然后回转机构（或悬挂机构）带动进退机构和钻孔机构一起退出至待机位，等待下一次钻孔作业。如此循环，适时打开铁口通道，使冶炼好的高温铁水定期顺利流出至下一工序。本方案的问题在于：随着高炉容积的日益增大，其铁口深度也不断加深，而钻头的

7、耐磨性能不可能无限制的提高，加之无水泥炮的广泛使用，这就导致在打开铁口的过程中，钻头发生急剧的磨损，导致难以准时打开铁口。打开一次铁口需要多次停机更换钻头，费时费力。本项目是针对开铁口机钻具磨损这一问题，进行结构优化和方案创新。2.2系统分析首先对系统进行分析，通过系统分析和资源分析，深入了解各个组件的功能，明确各个组件之间的关系以及组件之间的相互作用，并确定这些作用是有用的、有害的或者过度或是不足的，从而找到解决的具体点，系统组件模型图如图２所示。2.3问题分解问题分解是利用三轴问题分析法来进行，主要是沿操作轴、系统轴和因果轴对初始问题进行分析与重定义

8、；将复杂的工程问题分解成多个简单的子问题，以得到一个更精确的问题定义，或将此问题