高炉炉顶液压控制系统改进.pdf

技术改造与改进 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第 1 4 7 期 高炉炉顶液压控制系统改进 刘汉英白耀欢王宝 莱钢炼铁厂莱芜2 7 1 1 0 4 摘要为提高高炉炉顶液压控制系统运行的稳定性 ， 对液压 系统进行 了改进， 增加了液压控制备用阀台； 对柱塞阀油缸进行 了改进， 并同步对液压系统进行了重新校核和完善。 关键词液压故障备用系统改进 系统校核 莱钢股份炼铁 厂 3 号 7 5 0 m 高炉炉顶采用 P W 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。但系统在工作中出现的液压故障 严重制约 了高炉的稳定生产 ， 通过增加备用控制 系统 ， 柱塞 阀油缸 的改进 ， 液压系统的重新校核验 算及优化完善 ， 提高了液压系统 的运行稳定性。 1 存在问题 原炉顶液压 系统在实 际应用 中 ， 暴露 出诸多 问题 ， 故障排查时间过长 ， 影响炉顶设备 的正常运 行， 造成高炉控风作业甚至休风， 严重制约了高炉 生产的稳定运行 。原液压系统原理见图 1 。 图 1 原液压系统原理 液压系统运行中， 常发生以下故障 1 料流调节阀系统的液控单向阀阀芯断裂； 2 液压控制系统电磁换向阀线圈烧坏； 3 上密封 阀、 下密封阀系统的节流阀阀芯弹 簧失效 ， 节流阀阀芯断裂 ； 4 柱塞 阀多次打不开或关闭动作慢 ， 其 中柱 塞阀打不开故障表 现的相 当突 出， 自2 0 0 6 年 以来 已有 3 6 次。 2 改进思路 液压系统故障均发生在阀组在线使用时， 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 阀故障尤为突出， 高炉强化冶炼后生产节奏加快， 料批重量增加 ， 但柱塞 阀油缸提升能力有限 ， 需要 增大其提升能力。 3 改进方案 3 ． 1 增加备用控制阀台 在炉顶 3 0 m液压站增加 1 套备用控制阀台， 备 用阀台液压阀与原阀台的控制阀规格型号相同， 保证备件的统一性、 互换性， 便于备件管理 ， 减少 备件储存量。炉顶液压控制阀台1 用 1 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时间。改进后液压控 制阀台原理见图2 。 一 41 技术改造与改进 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第1 4 7 期 P T l I l l l l 柱 塞 阀 f I 赫I l I J 勰 图2改进后液压控制阀台原理 3 ． 2 加大柱塞阀油缸提升能力 随着高炉冶炼强度的提高， 增大了高炉装料 料批重量 ， 装料批重由设计时的 1 5～1 7 t 增至 2 5 2 7 t 。要提高柱塞阀油缸的提升能力有两个办法。 3 ． 2 ． 1 提高系统压力。 原炉顶工作压力为 I 6 M P a ， 提高系统工作压力 可相应提高柱塞阀油缸的提升能力 。由于原系统 选用恒压变量柱塞泵 A 1 0 V S O 2 8 D F R 1 ／ 3 1 R P P A 一 1 2 N 0 0 ， 该泵额定压 力 2 8 M P a 。要提高 系统压力 ， 按照最大连续 工作压力 为额定 压力 的 7 0 ％考虑 ， 系统压力可调整到 2 0 MP a 。但压力 的提高会带来 其他方 面的问题 管道泄漏及 泵 自身的泄漏量等 都有可能增加 ， 高压下泵 自身 的泄漏会转换为热 量 ， 引起油温的升高 ， 降低泵的使用寿命 。因此 ， 提高系统压力的方案不足取 。 3 ． 2 ． 2 改 进 油 缸 对柱塞阀油缸进行改进 ， 重新选型设计， 提高 油缸提升能力。原柱塞阀油缸提升能力是按高炉 装 料料批重 1 5～1 7 t 设 计 的 ， 柱 塞 阀油 缸型 号为 Z 1 1 0 3 d 一 7 0 2 1 1 1 2 5 mm ／ 7 0 ra m8 0 0 ram 。随着高 炉冶炼强度的提高， 增大了高炉装料料批重量， 按 批重2 6 t 计算， 柱塞阀油缸工作情况分析如下。 柱塞 阀开启时油缸活塞杆受拉 ， 提起柱 塞阀 滑杆下部锥体 ， 打开柱塞阀 ， 受料斗内炉料进入上 密封阀。考虑油缸连接柱塞阀部分结构要保持不 变， 仍取活塞杆直径为7 0 ra m， 行程不变。改进前 后柱塞阀提升能力之比即为改进前后料批质量之 比 ／ 7 ／ 增 ／ ／ ／ ／ 2 6 ／ 2 7 1 ． 5 3 。 一 4 2一 柱塞阀开启时 ， 有杆腔受力面积 A开 原 耵 D原 2 ， 4 一 d J 4 。 由 F p A知 ， 要 提高柱塞 阀提升能力 ， 在 系统 压力保持不变的情况下， 需要有杆腔受力面积增 大为 A开 增 竹 改 2 ／ 4 一 d2 ／ 4 1 ． 5 3 A开 原 。由此得 改 0 ． 1 4 5 9 m， 取 D改 1 5 0 m m。 因柱塞阀油缸受拉 ， 活塞杆 d 0 ． 5 D改 ， 符合 J B 2 3 4 8 8 0的 要 求 ，柱 塞 阀 油 缸 选 型 为 Z 1 1 0 3 d - 7 0 2 - 1 l g 1 5 0 mm ／ 7 0 m m8 0 0 m m 。 3 ． 3校核 液压 元件 柱塞阀油缸重新选 型后 ， 需要对原液压系统 关键元件重新校核 。 3 ． 3 ． 1 液压泵 的校 核 液压泵配置为 A1 0 V S O 2 8 D F R恒 压变量柱塞 泵 2台 1用 1 备 ， 排 量 2 8 mL ／ r ， 额 定 流 量 2 6 l J ， ra i n 。柱塞阀油缸改进后 ， 开启与关闭流量计算如 下 设柱塞 阀开启与关闭时 间不变 ， 柱塞阀开启 时 ， 有杆腔进油， 开 改 ／ A开 原 叮 r D改 2 ／ 4 一 d ／ 4 ／ [ 叮 r ／ 4 一 d ／ 4 1 1 ． 6 4 。柱塞 阀关闭时 ， 无杆腔进 油 ， 关 改 ， 关 原 竹D改 ， 4 ， 仃D原 2 1 4 1 ． 4 4 。 由 ’ ， 得 柱塞阀开启所需流量 Q n I ． 6 4 Q开 原 1 3 3 L ／ mi n ； 柱塞阀关闭所需流量 Q 关 改 1 ．4 4 蚀 1 7 0 L ／ m i n ； 柱塞阀油缸连接回路为差动回路， 因此 Q 3 7 L ／ m i n 。 改进前后炉顶各阀启闭时间 、 流量见表 1 。 表 1 改进后炉顶各阀启闭时间、 流量 液压泵流量校核。系统中采用蓄能器辅助供 油， 泵的流量为一个工作循环 中的平均流量。 Q p ， q1 At l Q 2 At 2 ⋯⋯ At o ／ T 式中 工作循环周期， T 4 2 s ； ／ 7 循环 中的阶段数； 系统泄漏修正系数， K I ． 1 。 根据上式可计算出 l 原3 5 ．4 2 L ／ m i n ， 改 技术改造与改进 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第 1 4 7 期 4 2 ． 2 4 L／ rai n。 无论柱塞 阀油缸改进前和改进后 ， 液压泵的 额定流量均不能满足系统需求。特别是在柱塞阀 油缸改进后 ， 液压泵的额定流量 和系统需求 的矛 盾更为突出。 3 ． 3 ． 2 蓄能器组的校核 液压 系统原 配置为 1 个 2 5 L的活塞式蓄能器 配 4 个 5 0 L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。其主要用途是作为辅助 液压源在短时间里提供一定数量的压力油供高峰 时用， 以便用较小的泵在瞬间提供大量液压油， 可 平稳保持一定的流量和压力， 满足系统对速度、 压 力的要求， 减小系统驱动功率， 降低系统温度。可 实现液压缸的保压， 缓冲、 吸收液压冲击， 降低压 力脉动。 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 。 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 ， 油液进入活塞式蓄能器 ， 压力下降 时气体膨胀 ， 把油液压入系统 回路 。 作为辅助动力源， 蓄能器工作容积 “ [ 1 1 “ 1 5 ． 3 2 L 式中 蓄能器的原始容积， V 。 2 5 L ； P 系统最低压力 ， P。 1 2 MP a ； P。 蓄能器充气压力 ； P。 1 4 ． 5 MP a ； P 系统最高压力， P 1 6 M P a ； 刀指数 ； 等温 时 力 l ， 绝 热时 刀 1 ． 4 。 当蓄能器用来大量提供油液时 ， 它释放能量 的速度是很快的， 可以认为气体在绝热条件下工 作 ， 取n 1 ． 4 。 由于炉顶液压系统运行过程 中上料柱塞阀开 启需要补充较多油量 ， 上料柱塞阀油缸 由 1 2 5 m m ／ 7 0 m m8 0 0 m m改为 1 5 0 mm ／ 7 0 m m8 0 0 ra m后 ， 柱 塞阀开启所需流量 由8 1 L ／ m i n 变为 1 3 3 L ／ mi n 。 原柱塞阀开启时油缸需蓄能器补充油量 原 Q 开 原 一 tl 4 ．5 8 L ， 其中 Q 为泵的额定流量。 改进后柱塞阀开启时油缸需蓄能器补充油量 改 1 ． 6 4 p 开 原 一q ． t l 8 ． 9 2 L。 通过理论计算得知， 由于油缸的改进， 原蓄能 器的工作容积5 ．3 2 L 已经不能满足改进后柱塞阀 开启所需要的补充油量8 ．9 2 L 的要求。 3 - 3 ． 3 确定方案 综合泵与蓄能器组的校核结果 ， 对增大泵的 流量 与增 加蓄能 器组 的数量 的 2个方 案进行 比 较。如增大泵的流量 ， 从表 1 可 以看 出仅柱塞阀启 闭时需要大流量 ， 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 黏度下降， 零件配合间隙增大， 密封损坏， 导致系 统泄漏增加。从经济及效果方面综合评定 ， 确定 增加 1 组活塞蓄能器来满足系统要求。 具体方案 保留原泵站配置， 另配置1 组活塞 蓄能器， 为 1 个 2 5 L 活塞式蓄能器配4 个 5 0 L 氮气 瓶 ， 见 图 3 。之所 以选用活塞式蓄能器 ， 是因为活 塞式蓄能器有以下优点 1 预充气压力和最高工作压力之间的压缩 比高。 2 低压差时使用补偿氮气瓶， 经济性高。 3 流量可以很大。 4 密封性好 ， 气体不泄漏 。 5 密封磨损时无突发性泄气。 压 力 充气 图3改进后蓄能器组配置 4 改进效果 1 炉顶液压控制备用系统启用后 ， 出现故障 时系统能够快速实现备用系统的切换， 实现了液 压控制系统零影响的离线检修， 满足了高炉高效 生产的要求 。 2 柱塞阀油缸及蓄能器的改进 ， 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 统的稳定性和可靠性。 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， 降低了功率消耗， 减小了系统温升， 各阀门启 一 4 3 技术改造与改进 第2 8 卷2 0 1 0 年第3 期 总第 1 4 7 期 烧结生石灰仓流化改造 李晋东 太钢不锈钢股份有限公司太原 0 3 0 0 0 3 摘要介绍了利用流化技术改善生石灰在储仓 内的流动性 ， 并能有效避免生石灰由于存放时间长和粒度 分布不匀而导致的粘壁、 篷仓现象的发生。 关键 词 生石灰粘壁 篷仓流化 1 前 言 烧结所需 的原料分为铁料 、 熔剂和燃料 。生 石灰作为烧结生产的主要熔剂 ， 有提高混合料成 球性、 提高料温、 控制烧结矿碱度的作用， 在烧结 生产中举足轻重 。所以生石灰的稳定配料成为烧 结矿质量控制的关键。 山西太钢不锈钢股份有 限公 司炼铁 厂 4 5 0 m。 烧结机 于2 0 0 6年 6 月 3 0日投产 ， 年产烧结 矿 5 0 0 万 t ， 占太钢烧结矿产量的一多半。由于矿粉的一 些固有特性， 生石灰配比相对较大， 生石灰每天的 消耗量约 1 2 0 0 t 。生石灰的运输及下料至关重要 ， 直接影响 4 5 0 m 烧结机 的正常运行 。 目前采取管 道气力输送为主、 罐车气力输送为辅的方式把生 石灰运送至 2 个约4 0 0 m 的储仓后通过螺旋给料机 进人配料皮带参加配料。 2 存在问题 4 5 0 m 烧结 机 自投产 以来 ， 2 个 4 0 0 m’ 的生石灰 仓就一直存在粘 壁 、 篷仓的现象 ， 给生石灰的稳定 配料带来很大的困难 ， 严重影响烧结矿的碱度稳 定率 、 进而影响 4 3 5 0 m。 高炉的稳定运行 。针对该 问题采取过许多措施 ， 例如增加仓壁振动器、 增加 空气炮 、 改造出料嘴、 改造螺旋给料机等， 但情况 一 直没有 根本 改善。特别 是在每年 的冬天 ， 影响 更 为明显 ， 粘壁 、 篷仓现象 更为频 繁 ， 也 更严重 。 不考虑生石灰配料不稳引起烧结矿质量不稳定的 情况 ， 仅每年冬天由于篷仓而导致的烧结停产就 会有多次 ， 严重制约4 5 0 m 烧结机的正常生产。表 1 为 2 0 0 7～2 0 0 8 年冬季发生的生石灰仓粘壁 、 篷仓 而导致的停产事故统计。 表1 2 0 0 7 2 0 0 8年冬季生石灰仓停产事故统计 从表 1 可以看 出， 由于生石灰仓粘壁 、 篷仓而 导致停产的事故是 比较多 的， 在 出现问题后 ， 由于 生石灰这种物料 的特殊性 ， 人工处理的危险性 又 闭时 ， 系统压力变化平稳 。阀门开启时间调整范 围加大， 有利于组织生产。 5 结论 在液压系统的改进的 同时 ， 发 现设备 厂家在 柱塞 阀回路设计 中采用差动连接 ， 此 回路 仅满足 了阀门开启的速度而忽视了开启力的要求。就机 械设计而言 ， 液压缸的有杆 腔进 油为柱塞 阀开启 一 44一 非常高 ， 虽然利用爆破技术可以快速解决问题 ， 但 爆破 也同时对生石灰仓的整体结构强度有一定的 影响 。所 以生石灰仓 的粘壁 、 篷仓成为了烧结正 提供动力 ， 在仅优先考虑所需流量的前提下 ， 系统 的缸及泵的其他参数都有可能下降。 由于液压系统是一个有机的整体， 只有合理 选择、 系统压力、 流量、 油缸规格等参数匹配， 才能 使整个系统处于良好的工作状态。此次对系统的 初步改进证明， 系统的性能得到了良好的改善， 系 统故障率明显降低， 大大提高了系统稳定性。 2 0 0 9 0 5 1 1 收稿