本发明涉及高炉开孔技术领域，尤其是一种高炉炉壳在线开孔装置及开孔方法。

背景技术：

高炉炉壁需要开设的孔洞中，溜槽检修孔、打水孔、探尺孔、煤气上升管导出管孔、人孔等大直径孔均采用氧乙炔焰手工切割开孔，而直径小于40mm的小型孔洞则采用磁力钻开孔。工人手动操作难以保证开孔的精度，可能影响设备的安装，且劳动强度高，由于高炉的高度较大，还可能需要长时间高空作业，危险性也比较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高炉炉壳在线开孔装置及开孔方法，由设备实现自动化开孔，保证开孔精度，降低人工劳动强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高炉炉壳在线开孔装置，包括底座和模具，所述底座的边缘设置有多个定位卡具，所述底座上设置有火焰切割机和摆臂，所述火焰切割机固定在底座上，所述摆臂的一端与底座铰接，另一端铰接有旋转臂，所述旋转臂远离摆臂的一端设置有电机，所述电机连接有传动轴，所述传动轴垂直于底座且传动轴的下端设置有滚轮，所述模具呈圆筒形，且模具的内壁设置有圆环形的导轨，所述滚轮与导轨相配合；所述滚轮的下方设置有夹持组件，夹持组件通过连接件安装于旋转臂，所述火焰切割机的切割头安装于夹持组件，且切割头的中心线与传动轴的中心线重合。

进一步地，所述连接件包括连接套筒，所述连接套筒的上端固定安装于旋转臂，传动轴位于连接套筒内并通过轴承安装于连接套筒，连接套筒的下端设置有凹字形的支架，所述滚轮位于支架的凹槽内，夹持组件设置在支架的下端。

进一步地，所述夹持组件包括设置在支架上的通孔，所述通孔的中心线与传动轴的中心线重合，所述切割头位于通孔内，且通过径向的压紧螺钉压紧固定。

进一步地，所述导轨包括上导轨和下导轨，所述上导轨和下导轨围成断面呈l形的导向槽，所述下导轨固定在模具的内壁，且下导轨上设置有多个竖直的螺杆，所述螺杆贯穿上导轨并连接有紧固螺母；所述滚轮上表面的边缘设置有圆环形的防脱凸台，所述防脱凸台与导向槽相配合。

进一步地，所述导向槽的底壁以及滚轮的圆周面上均设置有防滑纹。

进一步地，所述底座的中间位置设置有旋转轴，所述旋转轴通过轴承安装于底座，所述摆臂与旋转轴的上端固定连接。

进一步地，所述摆臂为伸缩臂。

采用上述高炉炉壳在线开孔装置的开孔方法，包括以下步骤：

a、根据开孔直径确定模具的内径，然后制备模具；

b、在高炉炉壁上找准开孔位置；

c、将模具点焊在开孔位置，确保模具的中心线与开孔的中心线重合；将开孔装置移动至开孔位置的上方，将定位卡具点焊在炉壁上，使底座保持固定，且滚轮位于模具之内；

d、将滚轮安装到导轨；将火焰切割机的切割头安装于夹持组件；

e、启动火焰切割机和电机，切割头对炉壁进行切割，电机通过传动轴带动滚轮转动，滚轮沿着导轨滚动，从而带动旋转臂转动，旋转臂带动切割头移动，当滚轮沿着导轨滚动一圈后，切割头运动一周，完成开孔。

本发明的有益效果是：本开孔装置能够固定到高炉炉壁上，然后自动地进行开孔，可保证开孔的精度，提高开孔效率，降低人工劳动量。

附图说明

图1是本发明开孔装置的主视示意图；

图2是图1中a部分的放大示意图；

图3是本发明开孔装置的俯视示意图；

图4是本发明开孔装置使用时的示意图；

附图标记：1—底座；2—定位卡具；3—火焰切割机；4—摆臂；5—旋转臂；6—模具；7—电机；8—传动轴；9—滚轮；91—防脱凸台；10—导轨；101—上导轨；102—下导轨；103—螺杆；104—紧固螺母；11—夹持组件；12—切割头；13—连接件；14—支架；15—压紧螺钉；16—旋转轴；100—炉壁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的高炉炉壳在线开孔装置，包括底座1和模具6，所述底座1的边缘设置有多个定位卡具2，所述底座1上设置有火焰切割机3和摆臂4，所述火焰切割机3固定在底座1上，所述摆臂4的一端与底座1铰接，另一端铰接有旋转臂5，所述旋转臂5远离摆臂4的一端设置有电机7，所述电机7连接有传动轴8，所述传动轴8垂直于底座1且传动轴8的下端设置有滚轮9，所述模具6呈圆筒形，且模具6的内壁设置有圆环形的导轨10，所述滚轮9与导轨10相配合；所述滚轮9的下方设置有夹持组件11，夹持组件11通过连接件13安装于旋转臂5，所述火焰切割机3的切割头12安装于夹持组件11，且切割头12的中心线与传动轴8的中心线重合。

底座1为一块矩形板材，定位卡具2用于将底座1固定到高炉的炉壁100上，定位卡具2可以是4块焊接在底座1上的定位柱，使用时将定位柱点焊在炉壁100上即可。火焰切割机3采用现有的乙炔切割机，其具有一切割头12，火焰切割机3主体固定在底座1上，切割头12通过软管与火焰切割机3主体相连。摆臂4和旋转臂5组成能够在一定范围内运动的机械手臂，具体地，由于旋转臂5与摆臂4铰接，旋转臂5可相对于摆臂4转动，而摆臂4可相对于底座1转动，合理设置旋转臂5与摆臂4的长度，即可实现当旋转臂5远离摆臂4的一端做圆周运动时，旋转臂5与摆臂4组成曲柄摇杆机构，而旋转臂5远离摆臂4的一端做圆周运动即可实现圆形切割，完成开孔。

为了使旋转臂5远离摆臂4的一端做圆周运动，本发明采用圆筒形的模具6作为定位、导向设备，模具6的内径根据开孔的直径确定，采用电机7、传动轴8和滚轮9作为动力，通过在模具6的内壁设置导轨10，滚轮9与导轨10配合，滚轮9的圆周面贴合导轨10，使得电机7带动滚轮9转动时，滚轮9能够沿着导轨10滚动，由于导轨10是沿着模具6周向设置的圆环形，因此滚轮9可带动旋转臂5远离摆臂4的一端做圆周运动，旋转臂5上的连接件13、夹持组件11以及安装于夹持组件11的切割头12随之做圆周运动，切割头12喷射火焰，即可完成开孔。滚轮9的中心线与传动轴8的中心线重合，切割头12的中心线也与传动轴8的中心线重合，保证切割头12随着滚轮9做标准的圆周运动，从而在炉壁100上切割得到标准的圆孔。

连接件13用于安装夹持组件11，可采用架体结构，优选的，所述连接件13包括连接套筒，所述连接套筒的上端固定安装于旋转臂5，传动轴8位于连接套筒内并通过轴承安装于连接套筒，连接套筒的下端设置有凹字形的支架14，所述滚轮9位于支架14的凹槽内，夹持组件11设置在支架14的下端。连接套筒不仅可用于安装夹持组件11，还可以安装传动轴8，保证传动轴8的稳定性，传动轴8上端伸出连接套筒并与电机7的主轴相连。凹字形的支架14可绕过滚轮9，不影响滚轮9的运动。

所述夹持组件11包括设置在支架14上的通孔，所述通孔的中心线与传动轴8的中心线重合，所述切割头12位于通孔内，且通过径向的压紧螺钉15压紧固定，固定切割头12时，将切割头12放入通孔内，旋紧压紧螺钉15即可，拆装非常方便。通孔的直径略大于切割头12的外径，配合间隙尽量小，减小切割头12的中心线与传动轴8的中心线的偏差。

为了保证滚轮9运动的稳定性，防止滚轮9从导轨10上脱离，所述导轨10包括上导轨101和下导轨102，所述上导轨101和下导轨102围成断面呈l形的导向槽，所述下导轨102固定在模具6的内壁，且下导轨102上设置有多个竖直的螺杆103，所述螺杆103贯穿上导轨101并连接有紧固螺母104；所述滚轮9上表面的边缘设置有圆环形的防脱凸台91，所述防脱凸台91与导向槽相配合。防脱凸台91位于导向槽内，可防止滚轮从导轨10上脱离，在使用时，先旋转紧固螺母104，松开上导轨101，将上导轨101向上提起，使上导轨101与下导轨102之间具有足够的间距，然后手动转动旋转臂5，将转动滚轮9放入上导轨101与下导轨102之间，再向下移动上导轨101，旋紧紧固螺母104，使得上导轨101与下导轨102紧密贴合。

由于电机7带动滚轮9转动时，需要一定的摩擦力才能够使滚轮9沿着导轨10滚动，因此，导向槽的底壁以及滚轮9的圆周面上均设置有防滑纹，可保证滚轮9的圆周面与导向槽的底壁有效接触，且具有足够大的摩擦力，保证滚轮9能够沿着导轨10滚动。此外，滚轮9可以是齿轮，导轨10为内齿轮，滚轮9与导轨10啮合。

所述底座1的中间位置设置有旋转轴16，所述旋转轴16通过轴承安装于底座1，所述摆臂4与旋转轴16的上端固定连接。此外，旋转轴16也可以固定在底座1上，摆臂4通过轴承与旋转轴16的上端相连。旋转轴16具有一定的高度，使得摆臂4和旋转臂5具有一定的高度，且摆臂4和旋转臂5的高度大于模具6的高度，使用时，摆臂4和旋转臂5位于模具6的上方，而滚轮9伸入模具6内部，避免模具6干涉摆臂4和旋转臂5的运动。

所述摆臂4为伸缩臂，可根据实际使用需要调节摆臂4的长度。

采用上述高炉炉壳在线开孔装置的开孔方法，包括以下步骤：

a、根据开孔直径确定模具6的内径，然后制备模具6。模具6可采用钢板卷曲成型，根据本发明的工作原理，模具6的内径等于开孔直径+滚轮9的半径+导轨10的厚度。由于火焰切割得到的孔洞为内小外大，因此，在开设用于安装管道的孔洞时，模具6的内径还可以增大3至5mm。

b、根据施工图纸在高炉炉壁100上找准开孔位置。

c、将模具6点焊在开孔位置，确保模具6的中心线与开孔的中心线重合，保证开孔位置的准确性。将开孔装置移动至开孔位置的上方，将定位卡具2点焊在炉壁100上，使底座1保持固定，且滚轮9位于模具6之内。底座1靠近高炉炉壁100的同时将滚轮9和传动轴8放入模具6中。

d、将滚轮9安装到导轨10；将火焰切割机3的切割头12安装于夹持组件11，确保切割头12的中心线与传动轴8的中心线重合，如图4所示。

e、启动火焰切割机3和电机7，切割头12对炉壁100进行切割，电机7通过传动轴8带动滚轮9转动，滚轮9沿着导轨10滚动，从而带动旋转臂5转动，旋转臂5带动切割头12移动，当滚轮9沿着导轨10滚动一圈后，切割头12运动一周，完成开孔。滚轮9沿着导轨10滚动时，带动旋转臂5相对于转动摆臂4转动，而摆臂4相对于底座1转动，旋转臂5和摆臂4组成曲柄摇杆机构。电机7采用低速电机，防止滚轮9的滚动速度过快。

开孔完成后，关闭火焰切割机3和电机7，将滚轮9从导轨10上拆下，然后将模具6和定位卡具2从炉壁100上割下来，再将模具6、定位卡具2和炉壁100的点焊位置打磨光滑，以便于重复利用本开孔装置，并对炉壁100做补漆处理。

本发明的开孔装置在使用时，需要人工操作的工作为开孔装置和模具的安装固定，正式开孔过程可由设备自行完成，减少人工劳动时间，提高了开孔效率，开孔精度可控。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。