摘要:本文通過分析萊鋼股份煉鐵廠3#750m3高爐爐頂頂采用PW緊湊型串罐式無料鐘爐頂，研究高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)適應(yīng)性改造，以提高高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:液壓故障 改進 系統(tǒng)校核

0 引言

3#750m3高爐爐頂采用PW緊湊型串罐式無料鐘爐頂，由一套液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)爐頂上料柱塞閥、上密封閥、料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥、均壓閥以及均壓放散閥的開關(guān)動作，完成高爐裝料作業(yè)。由于生產(chǎn)節(jié)奏的加快，高爐利用系數(shù)提高，該系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)的液壓故障嚴重制約了高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)。通過對其增加備用控制系統(tǒng)，以及柱塞閥油缸適應(yīng)性改造，液壓系統(tǒng)的重新校核驗算及優(yōu)化完善，來提高液壓系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

1 爐頂液壓系統(tǒng)實際應(yīng)用中的缺點

爐頂液壓系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，暴露出諸多問題，故障排查時間長，影響爐頂設(shè)備的正常運行，造成高爐控風作業(yè)甚或休風，嚴重制約了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。液壓系統(tǒng)運行中，常發(fā)生以下故障:

1.1 料流調(diào)節(jié)閥液控單向閥閥芯斷裂故障;

1.2 液壓控制系統(tǒng)電磁閥換向閥線圈燒損故障;

1.3 上下密節(jié)流閥閥芯彈簧失效故障，節(jié)流閥閥芯斷裂故障;

1.4 柱塞閥多次打不開或關(guān)閉動作慢故障等。其中柱塞閥打不開故障表現(xiàn)的相當突出，自2006年以來共計有36次打不開故障。

2 高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)改進過程

液壓系統(tǒng)故障均表現(xiàn)在閥組在線使用時，故障排查時間是制約生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，因此需要考慮如何實現(xiàn)閥組的離線檢修而不影響生產(chǎn);柱塞閥故障表現(xiàn)尤為突出，高爐強化冶煉后，生產(chǎn)節(jié)奏加快，料批重量增加，柱塞閥油缸提升能力受限，需要增大其提升能力。在爐頂30m液壓站增加一套備用控制閥臺，滿足高效生產(chǎn)組織要求。備用閥臺液壓閥選用在線使用原控制閥臺閥類規(guī)格型號，保證備件的統(tǒng)一性、互換性，便于備件管理和減少備件儲存量。爐頂液壓控制閥臺一用一備，可實現(xiàn)故障狀態(tài)下的快速切換，滿足高爐爐頂正常裝料要求，同時為故障排查贏得了時間。

2.1 提高柱塞閥油缸的提升能力

2.1.1 提高系統(tǒng)壓力 現(xiàn)爐頂工作壓力為16MPa，提高系統(tǒng)工作壓力可相應(yīng)提高柱塞閥的提升力。由于原系統(tǒng)選用恒壓變量柱塞泵A10VSO28DFR1/31R-PPA-12N00，該泵額定壓力28MPa。要提高系統(tǒng)壓力，按照最大連續(xù)工作壓力為額定壓力的70%考慮，系統(tǒng)壓力可調(diào)整到20MPa。

2.1.2 對柱塞閥油缸進行適應(yīng)性改造，進行重新選型設(shè)計，提高油缸提升能力 原柱塞閥油缸設(shè)計工作能力是高爐裝料料批15-17噸/批(按批重17噸計)，柱塞閥油缸選用Z1103d-702-11(125/70×800)。隨著高爐冶煉強度的提高，增大了高爐裝料料批重量，料批增至25-27噸/批(按批重26噸計)。

2.2 對原液壓系統(tǒng)關(guān)鍵備件重新校核

2.2.1 液壓泵的校核

液壓泵配置:A10VSO28DFR恒壓變量柱塞泵2臺(一用一備)，額定流量26L/min。

柱塞閥油缸改進后，開啟與關(guān)閉流量計算如下:

按柱塞閥開啟與關(guān)閉時間不變，即速度V1、V2不變，

柱塞閥開啟時，有桿腔進油

A開改/A開原=3.14×(D改2/4-d2/4)/[3.14×(D原2/4-d2/4)]

=3.14×(0.152/4-0.072/4)/[3.14×(0.1252/4-0.072/4)]

=1.64

柱塞閥關(guān)閉時，無桿腔進油

A關(guān)改/A關(guān)原=3.14×(D改2/4)/[3.14×(D原2/4)]

=3.14×(0.152/4)/[3.14×(0.1252/4)]

=1.44

由Q=VA得:

柱塞閥開啟流量Q開=1.64Q原=1.64×81=133(L/min)

柱塞閥關(guān)閉流量Q關(guān)=1.44Q關(guān)=1.44×118=170(L/min)

因柱塞閥油缸連接回路為差動回路，因此Q差動關(guān)=170-133=37(L/min)

2.2.2 蓄能器組的校核

3#750m3高爐爐頂液壓系統(tǒng)原泵站配置:

蓄能器組:采用1個25L的活塞式蓄能器配4個50L的氮氣瓶。

蓄能器的作用:蓄能器在液壓系統(tǒng)中是用來儲存、釋放能量的裝置。其主要用途為:作為輔助液壓源在短時間里提供一定數(shù)量的壓力油，在高峰時刻應(yīng)用，以便選用較小的泵。用較小的泵，即可實現(xiàn)在瞬間提供大量液壓油，平穩(wěn)保持液壓系統(tǒng)中一定的流量和壓力，滿足系統(tǒng)對速度、壓力的要求，減小系統(tǒng)驅(qū)動功率降低系統(tǒng)溫升;可實現(xiàn)液壓缸的保壓;緩沖、吸收液壓沖擊、降低壓力脈動等。

當系統(tǒng)不需要大量油液時，可以把液壓泵輸出的多余壓力油液儲存在蓄能器內(nèi)，需要時由蓄能器快速釋放給系統(tǒng)。

3#750m3高爐爐頂液壓活塞式蓄能器由油液部分和氣體部分構(gòu)成，活塞用作氣體密封隔離件。氣體部分預(yù)充有氮氣，液體部分與液壓回路相通。因此壓力升高時氣體被壓縮，油液被吸入活塞式蓄能器，壓力下降時，氣體膨脹，從而把油液壓入系統(tǒng)回路。

考慮到爐頂液壓系統(tǒng)運行過程中，上料柱塞閥開啟需要補充較多能量。上料柱塞閥油缸由125/70×800改為150/70×800，閥門開啟所需流量由81L/min變?yōu)?33L/min，需要蓄能器所補充的能量:

原油缸需蓄能器提供量:(81-26)×5/60=4.58(L)

改造后油缸需蓄能器提供量:(133-26)×5/60=8.92(L)

通過理論計算，由于油缸的改進，原蓄能器提供的量5.32L已經(jīng)小于改造后油缸所需要的量8.92L。

2.2.3 綜合泵與蓄能器組的校核 攻關(guān)小組在增大泵的流量與蓄能器組的數(shù)量上進行了比較。如若增大泵的流量，從閥門啟閉流量圖可以看出，僅柱塞閥開啟時需要大流量，這樣將會造成大量無效能耗，轉(zhuǎn)化成熱量，使油溫升高，過高的油溫會導致液壓油粘度下降，零件配合間隙增加，密封損壞，導致系統(tǒng)泄露增加。從經(jīng)濟及效果方面綜合評定，確定增加一組活塞蓄能器組來滿足系統(tǒng)技術(shù)指標。

具體配置:泵站保留原泵站配置，另配置一組活塞蓄能器組，為25L活塞式蓄能器25L+4×50L氮氣瓶。

選用活塞式蓄能器，因為活塞式蓄能器有以下優(yōu)點:㈠預(yù)充氣壓力和最高工作壓力之間的高壓縮比。②低壓差時使用補償?shù)獨馄?，?jīng)濟性高。③流量可以很大。④液壓設(shè)備效率高。⑤氣體密封性好，不泄露。⑥密封磨損時無突發(fā)性泄氣。

3 高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)改造后的效果

3.1 爐頂液壓控制備用系統(tǒng)啟用后，液壓故障系統(tǒng)能夠快速實現(xiàn)備用系統(tǒng)的切換功能，實現(xiàn)了液壓控制系統(tǒng)零影響的離線檢修，滿足了高爐高效生產(chǎn)組織的要求。

3.2 柱塞閥油缸及蓄能器的系列改進，適應(yīng)了高爐強化冶煉，快節(jié)奏組織生產(chǎn)的要求，提高了液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

3.3 爐頂泵站用并聯(lián)的兩套蓄能器來保證柱塞閥啟閉瞬間大流量的需求，彌補了泵流量的不足，減少了功率消耗，降低了系統(tǒng)溫升，各閥門啟閉時，系統(tǒng)壓力變化平穩(wěn)。閥門開啟時間調(diào)整范圍加大，有利于生產(chǎn)方組織生產(chǎn)。

高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)的適應(yīng)性改進，有效降低了爐頂液壓控制系統(tǒng)故障對生產(chǎn)的影響，符合高爐高效生產(chǎn)組織要求，可推廣應(yīng)用至其它750立級高爐爐頂液壓控制系統(tǒng)。

參考文獻:

[1]劉延俊.液壓系統(tǒng)使用與維修.—北京.化學工業(yè)出版社.2006.214-215.