高炉炉顶液压控制系统适应性改造探讨

化玉荣1汪春蕾2

化玉荣1汪春蕾2(1.莱钢股份炼铁厂；2.莱钢股份型钢厂）

摘要：本文通过分析莱钢股份炼铁厂3#750m3高炉炉顶顶采用PW紧凑型串罐式无料钟炉顶，研究高炉炉顶液压控制系统适应性改造，以提高高炉炉顶液压控制系统运行稳定性。

关键词：液压故障改进系统校核

0引言

3#750m3高炉炉顶采用PW紧凑型串罐式无料钟炉顶，由一套液压控制系统实现炉顶上料柱塞阀、上密封阀、料流调节阀、下密封阀、均压阀以及均压放散阀的开关动作，完成高炉装料作业。由于生产节奏的加快，高炉利用系数提高，该系统在工作过程中出现的液压故障严重制约了高炉的稳定生产。通过对其增加备用控制系统，以及柱塞阀油缸适应性改造，液压系统的重新校核验算及优化完善，来提高液压系统的运行稳定性。

1炉顶液压系统实际应用中的缺点

炉顶液压系统在实际应用中，暴露出诸多问题，故障排查时间长，影响炉顶设备的正常运行，造成高炉控风作业甚或休风，严重制约了高炉生产的稳定运行。液压系统运行中，常发生以下故障：

1.1料流调节阀液控单向阀阀芯断裂故障；

1.2液压控制系统电磁阀换向阀线圈烧损故障；

1.3上下密节流阀阀芯弹簧失效故障，节流阀阀芯断裂故障；

1.4柱塞阀多次打不开或关闭动作慢故障等。其中柱塞阀打不开故障表现的相当突出，自2006年以来共计有36次打不开故障。

2高炉炉顶液压控制系统改进过程

液压系统故障均表现在阀组在线使用时，故障排查时间是制约生产的关键因素，因此需要考虑如何实现阀组的离线检修而不影响生产；柱塞阀故障表现尤为突出，高炉强化冶炼后，生产节奏加快，料批重量增加，柱塞阀油缸提升能力受限，需要增大其提升能力。在炉顶30m液压站增加一套备用控制阀台，满足高效生产组织要求。备用阀台液压阀选用在线使用原控制阀台阀类规格型号，保证备件的统一性、互换性，便于备件管理和减少备件储存量。炉顶液压控制阀台一用一备，可实现故障状态下的快速切换，满足高炉炉顶正常装料要求，同时为故障排查赢得了时间。

2.1提高柱塞阀油缸的提升能力

2.1.1提高系统压力现炉顶工作压力为16MPa，提高系统工作压力可相应提高柱塞阀的提升力。由于原系统选用恒压变量柱塞泵A10VSO28DFR1/31R-PPA-12N00，该泵额定压力28MPa。要提高系统压力，按照最大连续工作压力为额定压力的70%考虑，系统压力可调整到20MPa。

2.1.2对柱塞阀油缸进行适应性改造，进行重新选型设计，提高油缸提升能力原柱塞阀油缸设计工作能力是高炉装料料批15－17吨/批（按批重17吨计），柱塞阀油缸选用Z1103d-702-11（125/70×800）。随着高炉冶炼强度的提高，增大了高炉装料料批重量，料批增至25-27吨/批（按批重26吨计）。

2.2对原液压系统关键备件重新校核

2.2.1液压泵的校核

液压泵配置：A10VSO28DFR恒压变量柱塞泵2台（一用一备），额定流量26L/min。

柱塞阀油缸改进后，开启与关闭流量计算如下：

按柱塞阀开启与关闭时间不变，即速度V1、V2不变，

柱塞阀开启时，有杆腔进油

A开改/A开原=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

柱塞阀关闭时，无杆腔进油

A关改/A关原=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：

柱塞阀开启流量Q开=1.64Q原=1.64×81=133（L/min）

柱塞阀关闭流量Q关=1.44Q关=1.44×118=170（L/min）

因柱塞阀油缸连接回路为差动回路，因此Q差动关=170-133=37（L/min）

2.2.2蓄能器组的校核

3#750m3高炉炉顶液压系统原泵站配置：

蓄能器组：采用1个25L的活塞式蓄能器配4个50L的氮气瓶。

蓄能器的作用：蓄能器在液压系统中是用来储存、释放能量的装置。其主要用途为：作为辅助液压源在短时间里提供一定数量的压力油，在高峰时刻应用，以便选用较小的泵。用较小的泵，即可实现在瞬间提供大量液压油，平稳保持液压系统中一定的流量和压力，满足系统对速度、压力的要求，减小系统驱动功率降低系统温升；可实现液压缸的保压；缓冲、吸收液压冲击、降低压力脉动等。

当系统不需要大量油液时，可以把液压泵输出的多余压力油液储存在蓄能器内，需要时由蓄能器快速释放给系统。

3＃750m3高炉炉顶液压活塞式蓄能器由油液部分和气体部分构成，活塞用作气体密封隔离件。气体部分预充有氮气，液体部分与液压回路相通。因此压力升高时气体被压缩，油液被吸入活塞式蓄能器，压力下降时，气体膨胀，从而把油液压入系统回路。

考虑到炉顶液压系统运行过程中，上料柱塞阀开启需要补充较多能量。上料柱塞阀油缸由125/70×800改为150/70×800，阀门开启所需流量由81L/min变为133L/min，需要蓄能器所补充的能量：

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)

通过理论计算，由于油缸的改进，原蓄能器提供的量5.32L已经小于改造后油缸所需要的量8.92L。

2.2.3综合泵与蓄能器组的校核攻关小组在增大泵的流量与蓄能器组的数量上进行了比较。如若增大泵的流量，从阀门启闭流量图可以看出，仅柱塞阀开启时需要大流量，这样将会造成大量无效能耗，转化成热量，使油温升高，过高的油温会导致液压油粘度下降，零件配合间隙增加，密封损坏，导致系统泄露增加。从经济及效果方面综合评定，确定增加一组活塞蓄能器组来满足系统技术指标。

具体配置：泵站保留原泵站配置，另配置一组活塞蓄能器组，为25L活塞式蓄能器25L+4×50L氮气瓶。

选用活塞式蓄能器，因为活塞式蓄能器有以下优点：㈠预充气压力和最高工作压力之间的高压缩比。②低压差时使用补偿氮气瓶，经济性高。③流量可以很大。④液压设备效率高。⑤气体密封性好，不泄露。⑥密封磨损时无突发性泄气。

3高炉炉顶液压控制系统改造后的效果

3.1炉顶液压控制备用系统启用后，液压故障系统能够快速实现备用系统的切换功能，实现了液压控制系统零影响的离线检修，满足了高炉高效生产组织的要求。

3.2柱塞阀油缸及蓄能器的系列改进，适应了高炉强化冶炼，快节奏组织生产的要求，提高了液压系统的稳定可靠性。

3.3炉顶泵站用并联的两套蓄能器来保证柱塞阀启闭瞬间大流量的需求，弥补了泵流量的不足，减少了功率消耗，降低了系统温升，各阀门启闭时，系统压力变化平稳。阀门开启时间调整范围加大，有利于生产方组织生产。

高炉炉顶液压控制系统的适应性改进，有效降低了炉顶液压控制系统故障对生产的影响，符合高炉高效生产组织要求，可推广应用至其它750立级高炉炉顶液压控制系统。

参考文献：

[1]刘延俊.液压系统使用与维修.—北京.化学工业出版社.2006.214-215.