張軍勝

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司煉鐵廠）

摘　要：針對龍鋼1800m³高爐爐頂液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性和設(shè)計上的不足，進(jìn)行了一系列的改造，使高爐爐頂液壓系統(tǒng)得到了進(jìn)一步優(yōu)化，不但提高了設(shè)備的可操作性，而且節(jié)約了備件費用，提高了快速處理故障能力。

關(guān)鍵詞：高爐；液壓系統(tǒng)；控制油路；節(jié)流閥

1　前言

目前液壓技術(shù)憑借其傳動功率大、工作平穩(wěn)、可實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速、操縱控制簡便、自動化程度高、容易實現(xiàn)過載保護(hù)以及液壓元件實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化且便于設(shè)計、制造和使用等優(yōu)點，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是近些年來煉鐵高爐的大型化，已使其發(fā)展成為煉鐵設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分。本文以液壓系統(tǒng)在龍鋼煉鐵廠4號1800m³高爐爐頂?shù)膽?yīng)用為例，針對該液壓系統(tǒng)在使用中表現(xiàn)出來的一些設(shè)計上的缺陷，實施了相應(yīng)改造措施，效果比較明顯，并得到了推廣。

2　改造前液壓系統(tǒng)存在的問題

龍鋼煉鐵廠共有三座1800m³高爐，爐頂設(shè)備都是PW型串罐式無料鐘爐頂，其主要設(shè)備包括上料閘、稱量料罐( 含上密封閥) 、均壓閥、放散閥、下閥箱( 含料流調(diào)節(jié)閥及下密封閥) 、多環(huán)形波紋管、氣密箱( 含差動減速箱) 、中心喉管、布料溜槽、探尺等。在這些爐頂設(shè)備中，除溜槽傳動齒輪箱和探尺為電動外，上料閘、上密封閥、下密封閥、均壓閥、放散閥、料流調(diào)節(jié)閥均采用液壓傳動，而且各設(shè)備均按程序自動聯(lián)鎖操作。

爐頂液壓站由主油泵，油箱，蓄能器，液壓閥架組成，通過液壓站的液壓驅(qū)動動作實現(xiàn)爐頂各個閥門的啟停。液壓系統(tǒng)受計算機(jī)控制系統(tǒng)自動控制，但可在機(jī)旁啟停備用泵?？刂葡到y(tǒng)發(fā)現(xiàn)管路壓力過低時，則另一臺泵工作，并報警?？刂葡到y(tǒng)不對流量做控制調(diào)節(jié)，由操作人員平時條真好出口壓力及流量，處于熱備用狀態(tài)。液壓站內(nèi)設(shè)操作箱。液壓站共有控制回路18條，除下料閘有2套備用設(shè)備外，其余回路均為單油路。站內(nèi)共有閥臺3座。

爐頂設(shè)備均屬于公司級關(guān)鍵設(shè)備，各閥門的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將直接影響到高爐的正常生產(chǎn)，甚至休風(fēng)、減風(fēng)。直接給公司的生產(chǎn)消耗造成不可估量的損失。為了更好的是設(shè)備正常運行，保證高爐的正常生產(chǎn)。我們在日常的設(shè)備維修中積極尋找可以改變造成設(shè)備安全高效運行的瓶頸問題，針對對上料閘、上密封閥、下密封閥、均壓閥、放散閥和料流調(diào)節(jié)閥等爐頂設(shè)備在生產(chǎn)中的使用情況，結(jié)合龍鋼3號1800m³高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)的原理圖( 見圖1) 進(jìn)行分析，總結(jié)出了該液壓系統(tǒng)存在的不足。

2.1  上、下密封閥液壓控制油路設(shè)計不合理

上密封閥和下密封閥分別安裝在稱量料罐爐料進(jìn)口處和下料口處，用來對稱量料罐進(jìn)行煤氣密封，以保證高爐帶壓操作。在使用過程中，上、下密封閥出現(xiàn)的問題是: 上、下密封閥板在沒有松開到位的情況下便執(zhí)行了旋出、旋入動作，使其機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和密封墊( 硅橡膠圈) 出現(xiàn)不同程度損傷，嚴(yán)重時造成其機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中控制松開、壓緊的小連桿機(jī)構(gòu)斷裂和上、下密閥板上的密封墊產(chǎn)生劃痕，導(dǎo)致無法密封稱量料罐，影響高爐正常生產(chǎn)。

2.2  油缸速度調(diào)節(jié)不方便

油缸的工作速度直接影響爐頂設(shè)備的使用壽命和高爐的生產(chǎn)節(jié)奏，對油缸工作速度的控制是通過調(diào)節(jié)閥臺上節(jié)流閥開度來控制油路中液壓油流量來實現(xiàn)?；诟郀t的自身結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，爐頂所屬設(shè)備分布在不同的平臺，因而油缸工作速度的調(diào)節(jié)需兩人相互配合進(jìn)行。調(diào)節(jié)方法是油缸工作現(xiàn)場和控制閥臺處各1人，油缸工作現(xiàn)場人員負(fù)責(zé)觀察油缸工作速度，閥臺處工作人員負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，兩人借助通訊設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系確認(rèn)。這種工作方式影響了對油缸速度調(diào)節(jié)的工作效率和存在無法實現(xiàn)單人操作的弊端。

2.3  上料閘和料流調(diào)節(jié)閥的控制油路設(shè)計缺陷

上料閘的作用是通過開和關(guān)兩個動作把上料罐內(nèi)的爐料放入稱量料罐，其設(shè)備液壓控制油路由1個三位四通電液換向閥、1個液壓鎖和2個雙單項節(jié)流閥組成。由于該液壓控制油路的組成過于復(fù)雜，導(dǎo)致在液壓控制油路出現(xiàn)故障時，不利于對故障點進(jìn)行判斷和處理。

料流調(diào)節(jié)閥的閥板是采用2個球面交錯、八角對開式的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動則靠一套雙四連桿機(jī)構(gòu)與油缸鉸接，并在四連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動軸端裝有編碼器和?干接近開關(guān)，聯(lián)合對料流調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而使稱量料罐內(nèi)的爐料均勻、合理進(jìn)入高爐內(nèi)部。該設(shè)備的液壓控制油路由1個電液換向閥、1個比例換向閥和1個液壓鎖組成，此液壓控制油路對油液的精度要求很高，不便于進(jìn)行故障處理。

2.4  爐頂液壓控制系統(tǒng)油路出現(xiàn)死區(qū)

油缸和液壓油路之間采用高壓軟管連接，生產(chǎn)中因高壓軟管破損或是老化需進(jìn)行更換時，粉塵容易進(jìn)入液壓控制油路中，造成爐頂液壓閥的閥芯不動作故障。分析此問題后，發(fā)現(xiàn)主要原因是閥臺到現(xiàn)場工作油缸之間這段油路中的油液出現(xiàn)死區(qū)，油路中的油液不能及時回到油箱進(jìn)行油液循環(huán)過濾。

2.5  生產(chǎn)中不能更換液壓閥

爐頂液壓控制閥臺采取一用一備的管理制度，而原液壓控制系統(tǒng)回路是將同一設(shè)備的常用和備用控制閥組集中在一個閥塊上，導(dǎo)致液壓閥一旦出現(xiàn)問題就無法立即進(jìn)行更換，只能利用檢修機(jī)會進(jìn)行更換處理。

2.6  油箱加油方式單一

液壓系統(tǒng)往往會因為管路滲油或漏油而導(dǎo)致油箱油位下降，嚴(yán)重時需對油箱加油。傳統(tǒng)的加油方式是利用濾油機(jī)對油箱加油，其缺點是因操作不方便而導(dǎo)致經(jīng)常不能及時加油，另外該濾油機(jī)的型號較多，不便于進(jìn)行備件管理。

3　改進(jìn)措施

經(jīng)過對原爐頂液壓控制系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析和對生產(chǎn)實踐經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，將爐頂液壓控制系統(tǒng)的液壓原理圖進(jìn)行了優(yōu)化( 如圖2) ，并在原有條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。

3.1  上、下密封閥液壓控制油路中加裝液壓鎖

3.1.1  液壓鎖原理簡介

液壓鎖是利用液壓原理，將液體鎖閉在一個容積內(nèi)，使執(zhí)行元件能較長時間保持在靜止?fàn)顟B(tài)的一種方法，其實質(zhì)是由兩個液控單向閥組成，液控單向閥具體結(jié)構(gòu)就是一個帶有液控口的單向閥。有閥座，鋼球，彈簧，液控口，控制柱塞，和A,B,X三個油口。圖3中虛線所框出的部分就是液壓鎖。

A-B方向，液壓油克服彈簧力，推開鋼球，直接流過去。B-A方向，鋼球落在閥座上，油流不過去，需要在X口接入帶有壓力的控制油，控制油作用在控制柱塞上，推動柱塞前進(jìn)，柱塞連接推桿，推桿頂開鋼球，這樣液壓油就可以“反向”流動了。

液壓鎖的作用是互鎖，及圖中滑閥位于中位時，液壓油缸在兩個單向閥的作用下左右油缸處于靜止?fàn)顟B(tài)；但是當(dāng)滑閥處于右位機(jī)能時，及b口進(jìn)油，此時右路單向閥進(jìn)油，同時控制油路把左路單向閥打開泄油；當(dāng)滑閥處于左位機(jī)能時同理。

3.1.2  液壓鎖使用特點

液壓鎖通產(chǎn)使用在承重液壓缸或馬達(dá)油路中，用于放置液壓缸或馬達(dá)在中午作用下自行下滑，需要動作時，須向另一路供油，通過內(nèi)部控制油路打開單向閥使油路接通，液壓缸或馬達(dá)才能動作。

由于自身結(jié)構(gòu)原因，液壓缸在運動過程中，由于負(fù)載的自重，往往在主工作腔造成瞬間失壓，產(chǎn)生真空，使單向閥關(guān)閉，然后繼續(xù)供油，似的工作腔壓力上升再開啟單向閥。由于頻繁地發(fā)生打開關(guān)閉動作，因此，液壓鎖通常不推薦用于高速重載工況，而常用于支撐時間較長，運動速度不高的閉鎖回路。

3.1.3  改造方式

針對上、下密封閥存在的問題，將控制油路中的減壓閥去掉，在旋入、旋出液壓控制油路中加裝液壓鎖，保證了上、下密封閥在松開的情況下，通過系統(tǒng)壓力打開旋入、旋出油路中的液控單向閥，使旋轉(zhuǎn)油缸執(zhí)行旋入、旋出動作。此項改造解決了上、下密封閥在沒有松開到位的條件下便執(zhí)行旋入、旋出動作而造成對機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和密封墊破壞的問題，不僅延長了上、下密封閥的使用壽命，也延長了計劃檢修周期。

3.2  管式節(jié)流閥替代板式節(jié)流閥

對油缸工作速度調(diào)節(jié)問題進(jìn)行了如下改造:將原操作閥臺控制油路上的板式節(jié)流閥全部改成了管式節(jié)流閥，并將其安裝在油缸工作的現(xiàn)場。這樣只需要一個人就可以根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)油缸速度，而且這種方式對油缸工作速度的快、慢準(zhǔn)確性調(diào)節(jié)比較直觀，操作便捷，提高了工作效率。

3.3  簡化上料閘和料流調(diào)節(jié)閥液壓控制油路

將原液壓控制油路中液壓鎖去除，同時將三位四通電液換向閥改成二位四通電液換向閥，這樣使工作流程簡單化和程序化，便于查找和處理液壓控制油路故障。

對料流調(diào)節(jié)閥液壓控制油路存在的問題進(jìn)行了如下優(yōu)化: 去除液壓控制油路中的比例換向閥和二位四通電液換向閥，在原液壓控制油路中添加三位四通電液換向閥，這樣不僅簡化了液壓控制油路，而且降低了對油液精度的要求和備件的消耗。

3.4  加裝旁通球閥

爐頂液壓控制油路中除料流調(diào)節(jié)閥采用三位四通電液換向閥外，其余均采用二位四通電液換向閥。針對爐頂閥臺到油缸區(qū)域易出現(xiàn)死區(qū)的問題，在爐頂所有液壓控制油路上靠近工作現(xiàn)場油缸的位置處都安裝了旁通球閥，可定期進(jìn)行系統(tǒng)油液循環(huán)，使因更換高壓軟管和油缸帶來的粉塵或雜質(zhì)回到油箱，并通過回油濾?進(jìn)行過濾，這樣就可以防止?fàn)t頂設(shè)備發(fā)生卡閥現(xiàn)象。

3.5  閥臺進(jìn)行重新組合

由于原液壓系統(tǒng)在設(shè)計上存在局限性，生產(chǎn)過程中液壓閥出現(xiàn)故障時不能夠及時進(jìn)行更換的問題，將原來的閥臺進(jìn)行了改造: 將上、下密封閥為一組，上料閘、料流調(diào)節(jié)閥為一組，均壓、放散閥為一組，各組分別共用一個閥塊，備用閥臺系統(tǒng)同樣按此方式進(jìn)行組合，當(dāng)任何一個液壓閥出現(xiàn)問題時，可根據(jù)需要進(jìn)行倒換備用系統(tǒng)閥臺，即可對出現(xiàn)問題的閥臺進(jìn)行處理。這樣就可以在不檢修的情況下對液壓閥進(jìn)行更換。

3.6  利用循環(huán)泵加油

根據(jù)以往加油方式的局限性，對液壓站循環(huán)泵工作原理進(jìn)行分析和改進(jìn)，利用循環(huán)泵進(jìn)行加油。方法是在原循環(huán)泵管路上泵的吸油口處添加了一旁通管路，管路上加有球閥和橡膠軟管，正常生產(chǎn)時旁通管路上的球閥關(guān)閉。加油時先將橡膠軟管插入液壓油油桶內(nèi)，將旁通管路上的球閥4打開，關(guān)閉泵與油箱進(jìn)口的球閥3，通過循環(huán)泵的吸油口對油箱進(jìn)行加油，而且加油速度要比加油機(jī)快。改變了加油方式的單一性，同時在備件方面循環(huán)泵的備件型號比較統(tǒng)一，省去了加油機(jī)的備件費用。如圖3所示。

4　應(yīng)用效果

（1）通過對爐頂液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，解決了原液壓控制系統(tǒng)存在的不足，使?fàn)t頂液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，能夠快速應(yīng)對故障的發(fā)生，降低了點檢人員和檢修人員的工作量。

（2）在對爐頂液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造時，設(shè)備維護(hù)技術(shù)人員系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了爐頂設(shè)備的工作原理和煉鐵生產(chǎn)工藝流程，深化了專業(yè)人員對爐頂設(shè)備液壓控制系統(tǒng)的認(rèn)知程度。

（3）爐頂液壓控制系統(tǒng)的成功優(yōu)化，為高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)的簡單化設(shè)計提供了新方向。

5　結(jié)語

根據(jù)高爐爐頂工藝特點和設(shè)備要求，對4號1800m³高爐爐頂液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，簡化了原有的系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了爐頂液壓系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作平穩(wěn)性，基本上實現(xiàn)了液壓控制系統(tǒng)對高爐生產(chǎn)的零影響，并取得了良好的效果。

6　參考文獻(xiàn)

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（來源：中國煉鐵網(wǎng)）