张军胜

（陕西龙门钢铁有限责任公司炼铁厂）

摘　要：针对龙钢1800m³高炉炉顶液压系统的复杂性和设计上的不足，进行了一系列的改造，使高炉炉顶液压系统得到了进一步优化，不但提高了设备的可操作性，而且节约了备件费用，提高了快速处理故障能力。

关键词：高炉；液压系统；控制油路；节流阀

1　前言

目前液压技术凭借其传动功率大、工作平稳、可实现大范围无级调速、操纵控制简便、自动化程度高、容易实现过载保护以及液压元件实现了标准化、系列化、通用化且便于设计、制造和使用等优点，在各行各业得到了广泛应用，尤其是近些年来炼铁高炉的大型化，已使其发展成为炼铁设备系统的重要组成部分。本文以液压系统在龙钢炼铁厂4号1800m³高炉炉顶的应用为例，针对该液压系统在使用中表现出来的一些设计上的缺陷，实施了相应改造措施，效果比较明显，并得到了推广。

2　改造前液压系统存在的问题

龙钢炼铁厂共有三座1800m³高炉，炉顶设备都是PW型串罐式无料钟炉顶，其主要设备包括上料闸、称量料罐( 含上密封阀) 、均压阀、放散阀、下阀箱( 含料流调节阀及下密封阀) 、多环形波纹管、气密箱( 含差动减速箱) 、中心喉管、布料溜槽、探尺等。在这些炉顶设备中，除溜槽传动齿轮箱和探尺为电动外，上料闸、上密封阀、下密封阀、均压阀、放散阀、料流调节阀均采用液压传动，而且各设备均按程序自动联锁操作。

炉顶液压站由主油泵，油箱，蓄能器，液压阀架组成，通过液压站的液压驱动动作实现炉顶各个阀门的启停。液压系统受计算机控制系统自动控制，但可在机旁启停备用泵。控制系统发现管路压力过低时，则另一台泵工作，并报警。控制系统不对流量做控制调节，由操作人员平时条真好出口压力及流量，处于热备用状态。液压站内设操作箱。液压站共有控制回路18条，除下料闸有2套备用设备外，其余回路均为单油路。站内共有阀台3座。

炉顶设备均属于公司级关键设备，各阀门的液压系统出现故障，将直接影响到高炉的正常生产，甚至休风、减风。直接给公司的生产消耗造成不可估量的损失。为了更好的是设备正常运行，保证高炉的正常生产。我们在日常的设备维修中积极寻找可以改变造成设备安全高效运行的瓶颈问题，针对对上料闸、上密封阀、下密封阀、均压阀、放散阀和料流调节阀等炉顶设备在生产中的使用情况，结合龙钢3号1800m³高炉炉顶液压控制系统的原理图( 见图1) 进行分析，总结出了该液压系统存在的不足。

2.1  上、下密封阀液压控制油路设计不合理

上密封阀和下密封阀分别安装在称量料罐炉料进口处和下料口处，用来对称量料罐进行煤气密封，以保证高炉带压操作。在使用过程中，上、下密封阀出现的问题是: 上、下密封阀板在没有松开到位的情况下便执行了旋出、旋入动作，使其机械执行机构和密封垫( 硅橡胶圈) 出现不同程度损伤，严重时造成其机械执行机构中控制松开、压紧的小连杆机构断裂和上、下密阀板上的密封垫产生划痕，导致无法密封称量料罐，影响高炉正常生产。

2.2  油缸速度调节不方便

油缸的工作速度直接影响炉顶设备的使用寿命和高炉的生产节奏，对油缸工作速度的控制是通过调节阀台上节流阀开度来控制油路中液压油流量来实现。基于高炉的自身结构设计特点，炉顶所属设备分布在不同的平台，因而油缸工作速度的调节需两人相互配合进行。调节方法是油缸工作现场和控制阀台处各1人，油缸工作现场人员负责观察油缸工作速度，阀台处工作人员负责调节节流阀开度，两人借助通讯设备进行联系确认。这种工作方式影响了对油缸速度调节的工作效率和存在无法实现单人操作的弊端。

2.3  上料闸和料流调节阀的控制油路设计缺陷

上料闸的作用是通过开和关两个动作把上料罐内的炉料放入称量料罐，其设备液压控制油路由1个三位四通电液换向阀、1个液压锁和2个双单项节流阀组成。由于该液压控制油路的组成过于复杂，导致在液压控制油路出现故障时，不利于对故障点进行判断和处理。

料流调节阀的阀板是采用2个球面交错、八角对开式的结构，驱动则靠一套双四连杆机构与油缸铰接，并在四连杆机构的驱动轴端装有编码器和?干接近开关，联合对料流调节阀的开度进行调节和控制，从而使称量料罐内的炉料均匀、合理进入高炉内部。该设备的液压控制油路由1个电液换向阀、1个比例换向阀和1个液压锁组成，此液压控制油路对油液的精度要求很高，不便于进行故障处理。

2.4  炉顶液压控制系统油路出现死区

油缸和液压油路之间采用高压软管连接，生产中因高压软管破损或是老化需进行更换时，粉尘容易进入液压控制油路中，造成炉顶液压阀的阀芯不动作故障。分析此问题后，发现主要原因是阀台到现场工作油缸之间这段油路中的油液出现死区，油路中的油液不能及时回到油箱进行油液循环过滤。

2.5  生产中不能更换液压阀

炉顶液压控制阀台采取一用一备的管理制度，而原液压控制系统回路是将同一设备的常用和备用控制阀组集中在一个阀块上，导致液压阀一旦出现问题就无法立即进行更换，只能利用检修机会进行更换处理。

2.6  油箱加油方式单一

液压系统往往会因为管路渗油或漏油而导致油箱油位下降，严重时需对油箱加油。传统的加油方式是利用滤油机对油箱加油，其缺点是因操作不方便而导致经常不能及时加油，另外该滤油机的型号较多，不便于进行备件管理。

3　改进措施

经过对原炉顶液压控制系统的原理进行分析和对生产实践经验进行总结，将炉顶液压控制系统的液压原理图进行了优化( 如图2) ，并在原有条件的基础上进行了改造。

3.1  上、下密封阀液压控制油路中加装液压锁

3.1.1  液压锁原理简介

液压锁是利用液压原理，将液体锁闭在一个容积内，使执行元件能较长时间保持在静止状态的一种方法，其实质是由两个液控单向阀组成，液控单向阀具体结构就是一个带有液控口的单向阀。有阀座，钢球，弹簧，液控口，控制柱塞，和A,B,X三个油口。图3中虚线所框出的部分就是液压锁。

A-B方向，液压油克服弹簧力，推开钢球，直接流过去。B-A方向，钢球落在阀座上，油流不过去，需要在X口接入带有压力的控制油，控制油作用在控制柱塞上，推动柱塞前进，柱塞连接推杆，推杆顶开钢球，这样液压油就可以“反向”流动了。

液压锁的作用是互锁，及图中滑阀位于中位时，液压油缸在两个单向阀的作用下左右油缸处于静止状态；但是当滑阀处于右位机能时，及b口进油，此时右路单向阀进油，同时控制油路把左路单向阀打开泄油；当滑阀处于左位机能时同理。

3.1.2  液压锁使用特点

液压锁通产使用在承重液压缸或马达油路中，用于放置液压缸或马达在中午作用下自行下滑，需要动作时，须向另一路供油，通过内部控制油路打开单向阀使油路接通，液压缸或马达才能动作。

由于自身结构原因，液压缸在运动过程中，由于负载的自重，往往在主工作腔造成瞬间失压，产生真空，使单向阀关闭，然后继续供油，似的工作腔压力上升再开启单向阀。由于频繁地发生打开关闭动作，因此，液压锁通常不推荐用于高速重载工况，而常用于支撑时间较长，运动速度不高的闭锁回路。

3.1.3  改造方式

针对上、下密封阀存在的问题，将控制油路中的减压阀去掉，在旋入、旋出液压控制油路中加装液压锁，保证了上、下密封阀在松开的情况下，通过系统压力打开旋入、旋出油路中的液控单向阀，使旋转油缸执行旋入、旋出动作。此项改造解决了上、下密封阀在没有松开到位的条件下便执行旋入、旋出动作而造成对机械传动机构和密封垫破坏的问题，不仅延长了上、下密封阀的使用寿命，也延长了计划检修周期。

3.2  管式节流阀替代板式节流阀

对油缸工作速度调节问题进行了如下改造:将原操作阀台控制油路上的板式节流阀全部改成了管式节流阀，并将其安装在油缸工作的现场。这样只需要一个人就可以根据需要随时调节油缸速度，而且这种方式对油缸工作速度的快、慢准确性调节比较直观，操作便捷，提高了工作效率。

3.3  简化上料闸和料流调节阀液压控制油路

将原液压控制油路中液压锁去除，同时将三位四通电液换向阀改成二位四通电液换向阀，这样使工作流程简单化和程序化，便于查找和处理液压控制油路故障。

对料流调节阀液压控制油路存在的问题进行了如下优化: 去除液压控制油路中的比例换向阀和二位四通电液换向阀，在原液压控制油路中添加三位四通电液换向阀，这样不仅简化了液压控制油路，而且降低了对油液精度的要求和备件的消耗。

3.4  加装旁通球阀

炉顶液压控制油路中除料流调节阀采用三位四通电液换向阀外，其余均采用二位四通电液换向阀。针对炉顶阀台到油缸区域易出现死区的问题，在炉顶所有液压控制油路上靠近工作现场油缸的位置处都安装了旁通球阀，可定期进行系统油液循环，使因更换高压软管和油缸带来的粉尘或杂质回到油箱，并通过回油滤?进行过滤，这样就可以防止炉顶设备发生卡阀现象。

3.5  阀台进行重新组合

由于原液压系统在设计上存在局限性，生产过程中液压阀出现故障时不能够及时进行更换的问题，将原来的阀台进行了改造: 将上、下密封阀为一组，上料闸、料流调节阀为一组，均压、放散阀为一组，各组分别共用一个阀块，备用阀台系统同样按此方式进行组合，当任何一个液压阀出现问题时，可根据需要进行倒换备用系统阀台，即可对出现问题的阀台进行处理。这样就可以在不检修的情况下对液压阀进行更换。

3.6  利用循环泵加油

根据以往加油方式的局限性，对液压站循环泵工作原理进行分析和改进，利用循环泵进行加油。方法是在原循环泵管路上泵的吸油口处添加了一旁通管路，管路上加有球阀和橡胶软管，正常生产时旁通管路上的球阀关闭。加油时先将橡胶软管插入液压油油桶内，将旁通管路上的球阀4打开，关闭泵与油箱进口的球阀3，通过循环泵的吸油口对油箱进行加油，而且加油速度要比加油机快。改变了加油方式的单一性，同时在备件方面循环泵的备件型号比较统一，省去了加油机的备件费用。如图3所示。

4　应用效果

（1）通过对炉顶液压控制系统进行优化，解决了原液压控制系统存在的不足，使炉顶液压控制系统的结构更加简单，能够快速应对故障的发生，降低了点检人员和检修人员的工作量。

（2）在对炉顶液压系统进行改造时，设备维护技术人员系统地学习了炉顶设备的工作原理和炼铁生产工艺流程，深化了专业人员对炉顶设备液压控制系统的认知程度。

（3）炉顶液压控制系统的成功优化，为高炉炉顶液压控制系统的简单化设计提供了新方向。

5　结语

根据高炉炉顶工艺特点和设备要求，对4号1800m³高炉炉顶液压系统进行了优化，简化了原有的系统的复杂程度，提高了炉顶液压系统的可靠性和设备的工作平稳性，基本上实现了液压控制系统对高炉生产的零影响，并取得了良好的效果。

6　参考文献

[1]陈奎生主编.液压与气压传动［M］.武汉: 武汉理工大学出版社，2001.

[2]雷天觉主编.新编液压工程手册.北京: 北京理工大学出版社，1998.

[3]路甬祥主编.液压气动技术手册［M］.北京: 机械工业出版社，2002.

[4]陈永朝，马素萍等.高炉液压系统中油液污染的危害及防治.机床与液压，2010，Vol38( 10) : 113- 114.

（来源：中国炼铁网）