張軍勝

（陜西龍門鋼鐵有限責任公司煉鐵廠）

摘　要：針對龍鋼1800m³高爐爐頂液壓系統的復雜性和設計上的不足，進行了一系列的改造，使高爐爐頂液壓系統得到了進一步優化，不但提高了設備的可操作性，而且節約了備件費用，提高了快速處理故障能力。

關鍵詞：高爐；液壓系統；控制油路；節流閥

1　前言

目前液壓技術憑借其傳動功率大、工作平穩、可實現大范圍無級調速、操縱控制簡便、自動化程度高、容易實現過載保護以及液壓元件實現了標準化、系列化、通用化且便于設計、制造和使用等優點，在各行各業得到了廣泛應用，尤其是近些年來煉鐵高爐的大型化，已使其發展成為煉鐵設備系統的重要組成部分。本文以液壓系統在龍鋼煉鐵廠4號1800m³高爐爐頂的應用為例，針對該液壓系統在使用中表現出來的一些設計上的缺陷，實施了相應改造措施，效果比較明顯，并得到了推廣。

2　改造前液壓系統存在的問題

龍鋼煉鐵廠共有三座1800m³高爐，爐頂設備都是PW型串罐式無料鐘爐頂，其主要設備包括上料閘、稱量料罐( 含上密封閥) 、均壓閥、放散閥、下閥箱( 含料流調節閥及下密封閥) 、多環形波紋管、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、料流調節閥均采用液壓傳動，而且各設備均按程序自動聯鎖操作。

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動動作實現爐頂各個閥門的啟停。液壓系統受計算機控制系統自動控制，但可在機旁啟停備用泵。控制系統發現管路壓力過低時，則另一臺泵工作，并報警。控制系統不對流量做控制調節，由操作人員平時條真好出口壓力及流量，處于熱備用狀態。液壓站內設操作箱。液壓站共有控制回路18條，除下料閘有2套備用設備外，其余回路均為單油路。站內共有閥臺3座。

爐頂設備均屬于公司級關鍵設備，各閥門的液壓系統出現故障，將直接影響到高爐的正常生產，甚至休風、減風。直接給公司的生產消耗造成不可估量的損失。為了更好的是設備正常運行，保證高爐的正常生產。我們在日常的設備維修中積極尋找可以改變造成設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、放散閥和料流調節閥等爐頂設備在生產中的使用情況，結合龍鋼3號1800m³高爐爐頂液壓控制系統的原理圖( 見圖1) 進行分析，總結出了該液壓系統存在的不足。

2.1  上、下密封閥液壓控制油路設計不合理

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

2.2  油缸速度調節不方便

油缸的工作速度直接影響爐頂設備的使用壽命和高爐的生產節奏，對油缸工作速度的控制是通過調節閥臺上節流閥開度來控制油路中液壓油流量來實現。基于高爐的自身結構設計特點，爐頂所屬設備分布在不同的平臺，因而油缸工作速度的調節需兩人相互配合進行。調節方法是油缸工作現場和控制閥臺處各1人，油缸工作現場人員負責觀察油缸工作速度，閥臺處工作人員負責調節節流閥開度，兩人借助通訊設備進行聯系確認。這種工作方式影響了對油缸速度調節的工作效率和存在無法實現單人操作的弊端。

2.3  上料閘和料流調節閥的控制油路設計缺陷

上料閘的作用是通過開和關兩個動作把上料罐內的爐料放入稱量料罐，其設備液壓控制油路由1個三位四通電液換向閥、1個液壓鎖和2個雙單項節流閥組成。由于該液壓控制油路的組成過于復雜，導致在液壓控制油路出現故障時，不利于對故障點進行判斷和處理。

料流調節閥的閥板是采用2個球面交錯、八角對開式的結構，驅動則靠一套雙四連桿機構與油缸鉸接，并在四連桿機構的驅動軸端裝有編碼器和?干接近開關，聯合對料流調節閥的開度進行調節和控制，從而使稱量料罐內的爐料均勻、合理進入高爐內部。該設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，不便于進行故障處理。

2.4  爐頂液壓控制系統油路出現死區

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

2.5  生產中不能更換液壓閥

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

2.6  油箱加油方式單一

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

3　改進措施

經過對原爐頂液壓控制系統的原理進行分析和對生產實踐經驗進行總結，將爐頂液壓控制系統的液壓原理圖進行了優化( 如圖2) ，并在原有條件的基礎上進行了改造。

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，使執行元件能較長時間保持在靜止狀態的一種方法，其實質是由兩個液控單向閥組成，液控單向閥具體結構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，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狀態；但是當滑閥處于右位機能時，及b口進油，此時右路單向閥進油，同時控制油路把左路單向閥打開泄油；當滑閥處于左位機能時同理。

3.1.2  液壓鎖使用特點

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

由于自身結構原因，液壓缸在運動過程中，由于負載的自重，往往在主工作腔造成瞬間失壓，產生真空，使單向閥關閉，然后繼續供油，似的工作腔壓力上升再開啟單向閥。由于頻繁地發生打開關閉動作，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，通過系統壓力打開旋入、旋出油路中的液控單向閥，使旋轉油缸執行旋入、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行旋入、旋出動作而造成對機械傳動機構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  管式節流閥替代板式節流閥

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

3.3  簡化上料閘和料流調節閥液壓控制油路

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。

對料流調節閥液壓控制油路存在的問題進行了如下優化: 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節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域易出現死區的問題，在爐頂所有液壓控制油路上靠近工作現場油缸的位置處都安裝了旁通球閥，可定期進行系統油液循環，使因更換高壓軟管和油缸帶來的粉塵或雜質回到油箱，并通過回油濾?進行過濾，這樣就可以防止爐頂設備發生卡閥現象。

3.5  閥臺進行重新組合

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

3.6  利用循環泵加油

根據以往加油方式的局限性，對液壓站循環泵工作原理進行分析和改進，利用循環泵進行加油。方法是在原循環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，正常生產時旁通管路上的球閥關閉。加油時先將橡膠軟管插入液壓油油桶內，將旁通管路上的球閥4打開，關閉泵與油箱進口的球閥3，通過循環泵的吸油口對油箱進行加油，而且加油速度要比加油機快。改變了加油方式的單一性，同時在備件方面循環泵的備件型號比較統一，省去了加油機的備件費用。如圖3所示。

4　應用效果

（1）通過對爐頂液壓控制系統進行優化，解決了原液壓控制系統存在的不足，使爐頂液壓控制系統的結構更加簡單，能夠快速應對故障的發生，降低了點檢人員和檢修人員的工作量。

（2）在對爐頂液壓系統進行改造時，設備維護技術人員系統地學習了爐頂設備的工作原理和煉鐵生產工藝流程，深化了專業人員對爐頂設備液壓控制系統的認知程度。

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

5　結語

根據高爐爐頂工藝特點和設備要求，對4號1800m³高爐爐頂液壓系統進行了優化，簡化了原有的系統的復雜程度，提高了爐頂液壓系統的可靠性和設備的工作平穩性，基本上實現了液壓控制系統對高爐生產的零影響，并取得了良好的效果。

6　參考文獻

[1]陳奎生主編.液壓與氣壓傳動［M］.武漢: 武漢理工大學出版社，2001.

[2]雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京: 北京理工大學出版社，1998.

[3]路甬祥主編.液壓氣動技術手冊［M］.北京: 機械工業出版社，2002.

[4]陳永朝，馬素萍等.高爐液壓系統中油液污染的危害及防治.機床與液壓，2010，Vol38( 10) : 113- 114.

（來源：中國煉鐵網）