田国福

(山钢股份莱芜分公司炼铁厂)

摘  要   针对串罐式无料钟高炉炉顶液压系统压力偏高的问题，通过分析研究，发现柱塞阀动作压力需求是导致炉顶液压系统工作压力居高不下的直接原因。采取增加上料阀的措施进行了改造，消除了液压设备故障频发的隐患。

关键词  高炉  液压系统  柱塞阀  上料阀

1  前言 

山钢股份莱芜分公司炼铁厂老区高炉炉顶采用PW紧凑型串罐式无料钟炉顶，使用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。在应用过程中，为满足受料斗出口快速打开要求，需要给柱塞阀提供较大的工作压力，因此炉顶液压系统压力长期位于15~16MPa的高位区间，导致故障高发。每一次故障处理都会不同程度的对生产造成影响，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。

2  故障原因分析 

近年来，老区4座高炉冶炼系数提高，日均产铁量从2000t跃升至2438t。各区域设备工作负荷增大，仅单批料重就从17t升至30t。炉顶液压系统工作压力随之调整，长期运行于15~16MPa的高位区间内。特别是冬季气温降低，油液粘稠，液压系统压力更可高达17MPa持续高压带来诸多不利影响:1)密封更易失效,泄漏量增加；2)油温升高，引发油液变质，增加油液消耗；3)液压缸活塞杆动作力度增大，机械支撑变形；4)加剧输油管道振动；5)油泵使用寿命降低。为消除设备运行不可控因素，急需降低炉顶液压系统工作压力。

统计炉顶各阀动作启闭时间、流量、最高压力需求见表1。

由表1可知当炉顶液压系统压力达到10MPa时,即可满足上密封阀、料流调节阀、下密封阀、均压阀以及均压放散阀动作需求。柱塞阀的需求是导致炉顶液压系统工作压力居高不下的直接原因。

分析柱塞阀工作压力需求原因：

1)料批质量。高炉冶炼强度由设计初的2.0提升至2.5，装料批重由17t/批增至30t/批。

2)料柱间摩擦力。柱塞阀提升打开受料斗落料口过程中，柱塞上方料柱沿垂直方向上行，其余炉料向下做落体运动，二者方向相向，产生巨大摩擦力，阻碍柱塞阀提升。

3)柱塞阀质量。柱塞阀在打开过程中除提升炉料外也要完成自我提升动作，即克服自重5.1t。

3  设计解决方案及实施

3.1  方案设计

原设计料罐下部有1Φ700mm波纹补偿器，鉴于作用已不是很明显，通过论证决定进行拆除。利用此空间安装1台上料闸(2扇闸板为下开式)，代替柱塞阀，开启时受炉料重量影响容易开启。利用定修机会，对新上料闸进行安装，对加快高炉上料速度非常有利。

3.2  方案实施

3.2.1  动力配置

下料闸动力机构仍使用炉顶30m平台液压泵站，额定输出工作压力10~12MPa。在原控制阀台基础上使用备用控制阀台，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了时间。

3.2.2  液压缸选择

鉴于新下料闸液压缸工况与上密相同，引用上密Φ80mm/Φ56mmx340mm液压缸选型进行校核。当受料斗下料口关闭时，液压缸出杆提供为下料闸翻板支撑力承受翻板自重及上方圆柱形料柱重量；下料口打开时液压缸缩杆回撤翻板与炉料同向下落。由此可知，下料闸液压缸在下料口关闭过程中载荷较大，对此时受力进行校核。

1)计算下料闸翻板承重 

a  装料批重g1=30t；液压系统压力P=11.5MPa。

b  受料斗外形为长方体与平截正圆锥体叠加形态,外形尺寸如下:长方体L=4.262m，B=2.59m，H1=3.265m；平截正圆锥体r1=0.65m，R=5.22m，H2=2.4m；下料闸上方料柱尺寸r1=0.6m，H=5.66m。

下料闸上方料柱体积V1与受料斗体积V2的比例为：

λ=V1/V2=πr12H/[L×B×H1+π×H2(r2+rR+R2)/3]=0.066

c  下料闸上方料柱质量m1=λ×g1=1976kg；下料闸翻板质量m2=300kg；翻板需要支撑力F1=(m1+ m2)g=22304.8N。 

2)计算液压缸提供支撑力 

液压缸无杆腔横截面积S=πr22=5024mm2；可以提供支撑力F2=PS=57776N。

由上可知F2>F1，液压缸选型可靠。 

3.3  实施步骤 

1)解除波纹补偿器及上密上方耐磨保护套；沿受料斗锥段法兰下平面算起割除垂直方向2800mm锥段。通过清理,可以为放料翻板预留出高度方向6700mm的安装空间。

2)通过液压缸活塞杆伸缩控制三连杆机构带动两对称翻板从水平方向向下做90°扇形旋转完成放料动作。

3)使用威海三盾FW-3102高铬高硼合金铸铁系高效堆焊焊条堆焊在放料闸翻板、料流缩小装置等物料冲刷位置，延长使用寿命。

4)设计制作料流缩小装置，减少料流直径，避免料流对上密设备的冲刷磨损。制作安装检修人孔及配套工具,实现故障状态下的快速检修。

5)安装完成后受料斗与放料间留有间隙，物料入炉过程中会发生大量扬尘，为满足绿色生产需求，两机构外缘制作安装防尘软连接。

6)将柱塞阀提升至最大提升高度，关闭液压管路球阀锁定。为确保锁定可靠，受料斗平台上设置5T倒链一套固定柱塞阀。制定柱塞阀定期动作制度，与生产定期试用柱塞阀，确保柱塞阀作为备用放料机构的可靠性。

4  效益分析

在不改变料批质量的前提下，实现系统压力10~11.5MPa，3~5s内受料斗完成封闭到完全开放通道的预期目标，炉顶液压系统顺利实现定修间隙零故障。

1)增产节焦效益A:减少设备故障，降低休风率，增产节焦效益:按每年每座高炉炉顶液压故障减少而减少休风20h，慢风累积4h。按单座高炉日产铁2500t，t铁效益100元，慢风按0.3系数计。6座高炉增铁效益22.08万元，年节焦效益7.2万元，增产节焦效益29.28万元。

2)降低维修费及备件费用年创效益B:通过修复活动，不再使用波纹补偿器，柱塞阀及液压缸动作频率大大降低，一代炉龄内5a可以不再准备备件。通过修复节约费用B=9.44万元。

单座1080m³高炉实施此项目年创效益38.72万元。

5  结语

根据高炉上料工艺及设备要求,对液压系统执行机构进行适应性改造，提高了高炉液压系统的可靠性、稳定性，延长了高炉定修周期，确保了高炉生产的稳定顺行。

6  参考文献

[1]  唐燕.串罐式无料钟炉顶设备[J].重型机械,1988(1):3. 

[2]  孙勤刚，罗治平.串罐式无料钟炉顶控制技术[J].武钢技术，2005（5）：5.