LF爐液壓系統(tǒng)的設(shè)計

李嵐萍

(上海寶鋼工程技術(shù)有限公司，上海201900)

隨著當(dāng)前鋼鐵冶金技術(shù)的迅速發(fā)展,鋼材市場的競爭不斷加劇。LF爐冶煉作為一種成熟的精煉技術(shù),已經(jīng)在鋼廠得到廣泛的應(yīng)用。它能有效的去除鋼水中的氣體和雜質(zhì)，均勻鋼水成分、溫度，提高鋼水的純凈度和質(zhì)量,協(xié)調(diào)鋼水初煉爐與連鑄機(jī)之間的生產(chǎn)節(jié)奏，提高連鑄的連澆率。

1 LF爐液壓系統(tǒng)

1.1 設(shè)備用途

LF爐液壓系統(tǒng)是LF爐中的一個重要組成部分,其性能的好壞直接影響著LF爐的工藝性能。LF爐液壓系統(tǒng)安置在LF爐液壓室內(nèi)，主要對電極升降、電極夾緊和放松、爐蓋升降等設(shè)備提供液壓傳動和控制。

1.2 設(shè)備組成及其功能

LF爐液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、蓄能器組及控制閥臺等三部分組成。液壓泵站主要向執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥臺提供動力源,使控制閥臺控制相應(yīng)的機(jī)構(gòu)動作。當(dāng)多個液壓缸同時快速運(yùn)行時，由液壓泵及蓄能器組同時向控制閥臺提供油源。在停電或液壓站事故的狀況下，由系統(tǒng)蓄能器組為爐蓋提升和電極提升提供液壓動力源。

2 LF爐液壓系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)壓力和流量的確定

液壓系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩個方面：一是根據(jù)設(shè)備類型、載荷大小來確定液壓缸的規(guī)格及系統(tǒng)工作壓力；二是對液壓系統(tǒng)的流量進(jìn)行計算，為液壓產(chǎn)品的選型提供數(shù)據(jù)參考。

系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型，載荷大小、結(jié)構(gòu)要求確定。工作壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕是現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向。但隨著壓力的提高，相應(yīng)對泵、缸、閥等液壓元件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求也會提高，必然會提高設(shè)備成本。

液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)、選擇液壓元件的主要依據(jù)。下面以某鋼廠120 t LF爐液壓系統(tǒng)為例說明液壓系統(tǒng)流量的計算。

根據(jù)設(shè)備提供的參數(shù)計算系統(tǒng)流量。流量計算公式為：

式中Q——液壓缸工作時的最大流量，L/min；

D——壓缸最大內(nèi)徑，mm；

v——液壓缸工作時的最大速度，m/s。

爐蓋升降裝置。三個液壓缸同時工作，它們的同步性由同步液壓馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)，油缸速度由單向節(jié)流閥設(shè)定，油缸上安裝有液壓鎖以防止液壓系統(tǒng)失壓時爐蓋的突然降落。

主要技術(shù)參數(shù)：

每缸承重：150 kN，共3個缸

油缸：?160 mm/?100 mm，沖程650 mm

最大速度v：40 mm/s

工作壓力P：16 MPa

根據(jù)流量計算公式計算得，Q1=48.2 L/min。

電極升降裝置。電極升降缸的運(yùn)動由比例閥控制，進(jìn)油和回油路上各設(shè)有液控單向閥。當(dāng)電極升降控制打開時，液控單向閥打開；電極升降控制關(guān)閉時，液控單向閥延時關(guān)閉。

主要技術(shù)參數(shù)：

每缸承重：180 kN，共3個缸

油缸：?140 mm/?100 mm，沖程3 000 mm

最大速度v：100 mm/s

工作壓力P：16 MPa

根據(jù)流量計算公式計算得Q2=93 L/min。

電極松開裝置。電極松開裝置靠彈簧力機(jī)械夾緊，靠液壓力放松。當(dāng)二位三通電磁閥失電時，夾緊機(jī)構(gòu)夾緊；電磁閥得電時，夾緊機(jī)構(gòu)松開。

主要技術(shù)參數(shù)：

每缸承重：250 kN，共3個缸

油缸：?200 mm，沖程50 mm

最大速度v：10 mm/s

工作壓力P：16 MPa

根據(jù)流量計算公式得Q3=19 L /min。

由于夾緊液壓缸與電極升降油缸不能同時工作，因此其峰值流量可考慮不計。

系統(tǒng)峰值流量為Q=3Q1+3Q2=425 L/min

由系統(tǒng)流量確定采用三臺主泵(1臺備用)，在1 500 r/min的情況下，每臺泵的輸出流量Q為190 L/min。

2.2 主泵電機(jī)功率的選擇

根據(jù)系統(tǒng)峰值流量選用三臺柱塞泵為主泵，每臺主泵流量為190 L/min。

根據(jù)公式計算每臺電機(jī)的功率為：

式中N——液壓系統(tǒng)總功率，kW；

P——液壓泵的最大流量，L/min；

η——液壓泵的效率，η=0.8～0.85。

經(jīng)查樣本，選用功率為75 kW的電機(jī)。

2.3 蓄能器組的設(shè)計

液壓系統(tǒng)中設(shè)有蓄能器組，主要用于液壓系統(tǒng)在失電時的緊急操作。在系統(tǒng)失電時，爐蓋升降缸和電極提升缸的復(fù)位均由蓄能器組來實(shí)現(xiàn)，同時還具有增強(qiáng)系統(tǒng)快速響應(yīng)的功能。

上式中，QL是液壓缸最大流量(L/min)；D是液壓缸最大內(nèi)徑(mm)；d是液壓缸最小內(nèi)徑(mm)；L是油缸最大沖程(mm)。

在事故狀態(tài)下，爐蓋升降缸和電極夾緊缸復(fù)位所需流量為QL=QL1+QL2≈144.5 L /min。

采用50 L的皮囊式蓄能器, 根據(jù)波義爾定律：

P0V0n=P1V1n=P2V2n=C

設(shè)P0=12 MPa，P1=13 MPa，P2=16 MPa

由于蓄能器絕熱過程中，其有效工作容積(排油量)為：

因此本系統(tǒng)選用了24只50 L的蓄能器組成蓄能器組。

液壓系統(tǒng)中還設(shè)置了循環(huán)過濾冷卻裝置，對油液進(jìn)行過濾冷卻，為系統(tǒng)提供干凈、合適溫度的能源，保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

按照本設(shè)計制造的多套LF爐液壓系統(tǒng)順利完成了調(diào)試和聯(lián)動試車并經(jīng)長時間生產(chǎn)使用，完全符合工藝設(shè)備要求。液壓系統(tǒng)設(shè)計正確，設(shè)備外形美觀，噪音低，無故障，控制方便，電極調(diào)節(jié)精確靈敏，滿足了現(xiàn)代LF爐生產(chǎn)的需要。

[1]雷天覺. 新編液壓工程手冊. 北京理工大學(xué)出版社.

[2]劉桂鳳. LF爐液壓系統(tǒng)分析. 天津冶金，2002年增刊.