高炉炉顶料流调节阀液压系统设计.pdf

第3 0 卷2 0 1 2 年第6 期 总第 1 6 2 期 高炉炉顶料流调节阀液压系统设计 杨培俊’ 赵刚 ’ 张明银 1 ． 马钢第二炼铁总厂 2 ． 马钢张庄矿业公 司 马鞍 山 2 4 3 0 0 技术改造与改进 【 摘要】 介绍了马钢2 5 0 0 m 高炉炉顶料流调节阀液压系统的设计方案， 使用结果表明采用比例阀的料流 调节阀液压系统工作正常， 故障率低， 满足 了生产要求。 【 关键词】 料流阀 液压系统比例换向阀 比例放大器 De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f Bl a s t F u r n a c e To p M a t e r i a l Fl o w Re g ul a t o r Y A N G P e i - j u n ， Z HA O G a n g ’ ， Z H AN G Mi n g - y i n 1 ． N o ． 2 I r o n ma k i n g P l a n t ； 2 ． Z h a n g z h u a n g Mi n i n g C o m p a n y o f Ma a n s h a n I r o nS t e e l C o ． ， L t d ． ． Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 【 A b s t r a c t 】 I n t r o d u c e t h e d e s i g n p l a n o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e m a t e ri a l fl o w r e g u l a t o r o n th e t o p o f a 2 5 0 0 m b l a s t f u ma c e ． T h e a p p l i c a t i o n s h o w s t h a t t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e ma t e ria l fl o w r e g ul a t o r wi t h a p r o p o r t i o n a l v a l v e wo r k s we l l ，d e c r e a s i n g t h e f a u l t r a t e a n d me e t i n g t h e p r o d u c t i o n r e q u i r e me n t ． 【 K e y w o r d s 】 M a t e ri a l fl o w v al v e ， h y d r a u l ic s y s te m ， p r o p o rt i o n a l c h a n g e o v e r v a lv e ， p r o p o r t i o n a l a mp l i f i e r l 概 述 马钢2 5 0 0 m 高炉炉顶采用串罐无料钟装料设 备 ， 布料方式以多环布料为主， 还可实现单环布 料 、 定点布料和扇形布料 ， 采用 了料流调节 阀加布 料溜槽 的控制方式来实现炉内的精确布料 。料流 调节 阀的两个半球形料闸 由一个 液压缸驱动 ， 可 根据所需 的料流量增大或缩小料 口的直径。料闸 开 口直径 7 5 0 m m， 最大开 口角度为 6 3 。， 料流阀最 大开启速度 1 5 。／ s ， 全开启时间为6 s ， 完全关闭时 间为4 s 。在炉顶布料控制中下料罐料流调节阀的 开度 角 的控制至关重要， 因为只有 角控制 得精确才能有效地控制好料流量， 进而更准确地 控制好布料厚度 、 环数及布料的起点和终点。 2 选用电液比例系统控制料流调节阀 液压 比例系统即有推力 大 、 动作速度快 的特 点 ， 又能最 大限度地消除系统压力 变化对推力 的 影响， 减小对机械系统的冲击 ， 同时又能把控制精 度大幅提高。基 于以上情况 ， 在 马钢 2 5 0 0 m 高炉 上采用了电液比例控制系统来控制料流调节阀， 获得 了理想的效果。 一 4 2 2 ． 1 电液 比例 阀的特 点 比例阀是一种输出量与输入信号成比例的液 压阀。既与输入电信号成比例的输出量是阀芯的 位移或流量， 并且该输出量随着输人电信号的极 性变化而改变运 动方 向 ， 本质上是一个方 向流量 控制阀， 其特点是 1 能实现 自动控制 、 远程控制和程序控制 。 2 能把 电气控制 的快速 、 灵活等优点与液压 传动功率大等优点结合起来。 3 能连续 、 按 比例地控制执行元件的力 、 速 度和方 向 ， 并能防止压力或速度变化及换向时的 冲击现象。 4 简化 了系统 ， 减少了元件。 5 制造简便 ， 价格比伺服阀低廉 ， 但比普通 液压阀高。由于在输入信号与比例阀之间需设置 直流比例放大器， 相应增加了投资费用。 6 使用条件 、 保养和维护 与普通液压阀相 同， 抗污染性能好。 7 具有优 良的静态性能和适 当的动态性 能 ， 动态性能虽比伺服阀低， 但可以满足一般工业控 制的要求。 技术改造与改进 第3 0 卷2 0 1 2 年第6 期 总第 1 6 2 期 2 ． 2 工作 原理 液压比例系统的工作原理如图 1 所示 。 图 1 液压比例系统工作原理 1 一 电磁铁 ； 2 一 液压锁 ； 3 一 比例 阀 当料流阀需要打开时， 电磁铁 1 首先得 电顶开 液压锁 2 ， 此 时 比例阀 3的电磁铁 L MG 2 b 得电 ， 比 例 阀根据 给定 的电流大小 给油缸 提供相 应 的流 量 ， 油缸按相应 的速度动作 ， 从而实现用微弱的电 信号对料流调节阀的精确控制 。为了提高系统的 可靠性 ， 还设计了一个手动回路 ， 若比例回路出现 故障时可关闭该回路截止 阀， 通过手动阀4 控制油 缸， 但不能按需要控制料流阀的打开角度。值得 提出的是 ， 采用双联液控单向阀组成的液压锁更 进一步提高了该系统的可靠性。 2 ． 3比例 阀的选 型 2 ． 3 ． 1 节流阀口的选择 料流阀 自带油缸的尺寸如图2 所示。 图2 油缸尺寸 可 以计算 出无杆腔活塞有效面积与有杠腔活 塞有效面积之 比为 2 1 。 由流量公式可知 ／ Q △ p z 式中 p。 回油流量 ； p 进油流量 ； △p l 回油节流阀口压差 ； △p 进油节流阀口压差 。 因此， 在采用等面积阀口时， 要使 P -A通道 的流量增加一倍， 其压差就要等于原来的四倍， 对 于单出杆 面积 比为 2 1 的油缸 ， 如果 P _A和 B _T 的节流 口面积相同的话 ， 则压差比为4 1 。现在为 了控制物料流量 即料流阀的开度 ， 要求有杆腔 的活塞必须产生一个比驱动压力高0 ．2 5 倍的反 力 。根据上述论断 ， 必须选择一个非对称型 的节 流阀口。 2 ． 3 ． 2控制方式的选择 1 系统最大流量 根据工艺要求 ， 料流阀的 全开时间为 3 s ， 系统所需的流量为7 4 L ／ m i n 。 2 系统最小流量 生产工艺要求料流阀半开 时间为 2 ． 5 s ， 系统所需 的流量为3 1 L ／ mi n 。 3 像这样大的流量要实现比例控制， 必须采 用先导式二级或者多级 比例方 向节流阀 ， 由于 阀 内含有一级或者二级功率放大 ， 因此足 以克服主 阀芯上 的液动力干扰 ， 在 负载变化 时具有较高 的 稳定裕度。在这里选择先导压力控制型比例阀。 2 ． 3 - 3 比例 阀额定流量的确定 1 确定额定 流量 的原则是实际通过 比例方 向阀最大流量时对应的输入信号电流应接近额定 输入 电流的9 0 ％。 2 实 际通 过 比例方 向阀最小流量时对应 的 输入信号电流应超过死区电流。 3 根据各工序系统流量的要求 ， 参照生产厂 家提供的控制特性曲线， 选择阀压降为1 M P a 、 公称 流量为8 5 L ／ m i n 的比例节流阀， 相应的调节范围为 3 4 ％ ～ 5 1 ％， 可调范围很大， 有较好的分辨率 ， 同 时 ， 重复精度造成的偏差当然也很小。 2 ． 3 ． 4 比例 阀中位机能的确定 根据料流阀的工作要求 、 定位功能、 考虑到液 压锁的使用， 选用了三位四通Y 型换向阀。 2 ． 3 ． 5比例 阀电反馈方案 根据使用环境和该液压系统的构成 ， 要求尽 量减小温漂 ， 而根据生产 厂家 的试验 ， 4 WR E 1 0电 反馈型直接作用式 比例换 向阀的阀芯位移重复精 [ 下转第4 6 页] ． 4 3 ． 第3 0 卷2 0 1 2 6 期 总第 1 6 2 期 天车 吊持销 轴 图4 事故吊挂装置结构示意 事故 吊挂装 置 钢包 图5 事故吊挂装置安装示意 5 除了定期检查钢丝绳的磨损程度和系统的 泄漏情况外 ， 取消了减速器 、 电动机等设备的 日常 技术改造与改进 维护 。同时， 因液压缸更换方便 ， 降低 了检修难度。 6 增加 了钢包盖事故提升装置 ， 在液压缸或 液压管路出现意外的情况下， 可以迅速打开钢包 盖 ， 保证生产顺行 ， 见图4 ， 5 。事故提升装置置 于 旋转臂上 ， 4 根 吊链用 于连接钢包 盖 ， 长度保证钢 包盖在低位时 吊链 处于不受力 的状态 ， 不影 响正 常情况下升降装置的工作。 改造后 ， 钢包盖升降装置的工作稳定性 大大 提高， 原来的升降装置检修后最多使用 1 周就故障 频发 ， 必须再次停机进行检修或敞开钢包盖浇 铸。改造后除了每月定期检查外 ， 每年只需进行 1 ～ 2 次常规检修 ， l 一 2 年才更换 1 台液压缸， 相对 于改造前每月更换 电动机 ， 每周处理绞绳 、 卡绳 ， 减速器经常损坏的状况 ， 得到明显改善 。 3 结束语 钢包回转台包盖升降装置改造后 ， 解决了钢 包盖长期不能正常使用 的问题 ， 大大提高 了回转 台工作 的可靠性 ， 再没有因为升降系统 的原 因影 响回转台的使用 ， 为减小钢水的温降， 提高铸坯质 量创造 了条件 。这项改造在用液压传动替换传统 机械传 动实现包盖升 降方面做 出了有益尝试 ， 为 连铸机钢包回转台包盖升降装置的设计和改造提 供了成功经验。 2 0 0 9 -1 1 -3 0收稿 ≈ 矗 e 一、 蛤e 奢 嚣 ≈ 蠕 ； 0 ； 、 协 矗 ； 蠕 矗 t 蛤 蠕 ； i ≈ 螺 、 、 ％ - [ 上接第4 3页] 度为0 ． 0 1 ， 在温度变化时 2 0 ～ 7 0 C 位移传感器及 连杆 的温漂导 致的阀芯位移量 为 O ． 0 3 0 ． 0 4 ram， 而不带电反馈的4 WR Z 1 0 先导式 比例方向节流阀 ， 重复精度为 0 ． 0 6～0 ． O 7 ， 在同样的温度变化时主阀 芯却没有偏移 ， 综合考虑 ， 选择了不带电子位置反 馈的比例 阀。 2 ． 3 ． 6比例 阀型号 的确 定 综合以上几点 ， 料流调节阀液控系统的比例 阀选为 4 WR Z I O W8 ／ 7 X G 2 4 ／ N 9 E T K 4 D 3 M。 3 系统的维护与保养要求 1 系统安装前所有管道要去毛刺， 安装完毕 后酸洗管道 ， 而后再清洗滤清器 、 更换新滤芯 、 加 注新油。 2 系统运行后2 5 0 h 检查滤清器滤网上的附 4 6 着物 ， 5 0 0 h 更换 滤芯 ， 1 0 0 0 h清洗滤清器 ， 更换滤 芯， 清洗液压油箱， 更换液压油。每隔1 0 0 h 应检测 一 次液压油， 以便及时发现并更换变质油， 保证油 液清洁度小于 N A S 7 级。 4 结束语 马钢 2 5 0 0 m 无料钟炉顶料流调节阀设计采用 了先进 的 比例液压 系统控制后 ， 充分 利用液压 系 统推力大、 动作速度快的特点， 最大限度的消除了 系统压力变化对推力 的影响 ， 又把控制精度大幅 提高， 同时减小了对机械系统的冲击 ， 而且安装调 试简单 ， 很好的满足了生产的需要 ， 保证 了高炉高 效顺产。 2 0 1 1 一 l 2 2 9 收稿