鋼鐵企業(yè)液壓系統(tǒng)的污染及控制

朱寧

(東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧大連116105)

鋼鐵企業(yè)液壓系統(tǒng)的污染及控制

朱寧

(東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧大連116105)

著重分析了液壓機(jī)械在各個生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染的主要原因及其危害，提出了具體控制措施，以確保冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

冶金機(jī)械；液壓系統(tǒng)；污染；防控

1 引言

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)工作環(huán)境一般都是處在高溫、高壓、高速、高負(fù)荷、高粉塵、高濕度變化等條件下，在安裝、調(diào)試、使用、維修、保養(yǎng)過程中，液壓系統(tǒng)中的油液容易受到污染和產(chǎn)生化學(xué)質(zhì)變，而使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生多種故障。例如，冷、熱連軋機(jī)液壓APC、AWC、AGC、AJC等系統(tǒng)采用了電液伺服閥、高頻響應(yīng)比例控制閥、恒壓變量柱塞泵等。由于電液伺服閥精度高，對油液污染敏感性強(qiáng)，極易產(chǎn)生故障。大量高精度的液壓系統(tǒng)故障70%～80%是由于液壓油液的污染造成的，對整個系統(tǒng)危害極大。面對液壓系統(tǒng)污染嚴(yán)重的問題，如何更好地對液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，減少液壓設(shè)備故障的發(fā)生頻率，保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性和液壓元件的使用壽命，保證冶金機(jī)械設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)的正常運(yùn)行，是當(dāng)前各冶金生產(chǎn)企業(yè)普遍面前的一個難題?，F(xiàn)就冶金液壓系統(tǒng)產(chǎn)生污染的原因以及如何有效地對污染進(jìn)行控制作一些探討。

2 冶金機(jī)械液壓污染的產(chǎn)生原因

在冶金機(jī)械的液壓系統(tǒng)中，液壓油是主要的傳遞能量的工作介質(zhì)，同時還具備潤滑、密封和防銹等功能。冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的污染主要指液壓油中摻雜了各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)包括固體顆粒、變質(zhì)的水以及微生物等。具體來說，包括以下3個方面：

（1）從外界進(jìn)入的污染物

整個液壓系統(tǒng)在使用過程中，外界的粉塵顆粒會隨著往復(fù)伸縮的活塞桿、注入系統(tǒng)的油液或油箱的通氣孔等進(jìn)入液壓油中，或者因某些密封圈密封不嚴(yán)導(dǎo)致水等物質(zhì)進(jìn)入油液中。此外，在日常的維護(hù)和保養(yǎng)中，由于操作人員的疏忽，拆裝密封件、閥體等帶入的棉紗、橡膠等污染物。

（2）系統(tǒng)自身制造過程中遺留的污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的生產(chǎn)過程也是一個復(fù)雜的過程，要經(jīng)歷生產(chǎn)、組裝、運(yùn)輸、倉儲以及銷售等階段。在這些階段中，系統(tǒng)本身就會產(chǎn)生一些污染物。這些污染物包括毛刺、碎屑子、沙粒、廢料、銹片、噴漆、膠狀物、棉布紗料布以及沖洗液體等等。對于冶金機(jī)械而言，由于其某個零部件的不潔凈，將會導(dǎo)致整個液壓系統(tǒng)的污染，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響運(yùn)行效率。

（3）系統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物

冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)作為冶金機(jī)械的重要組成部分，其工作環(huán)境復(fù)雜。在當(dāng)今社會，很多冶金機(jī)械都是在戶外進(jìn)行作業(yè)，他們長期處于高溫、高壓的環(huán)境，又會受到重核載的作用。在這種情況下，機(jī)械中的液壓油溫度就會變高，從而產(chǎn)生化學(xué)質(zhì)變，化學(xué)質(zhì)變會導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生腐蝕，出現(xiàn)金屬顆粒、銹滓，潤滑不良等現(xiàn)象，也會產(chǎn)生部分剩料、磨料等物質(zhì)。另外，高溫、高壓的工作環(huán)境以及重載的工作條件會導(dǎo)致液壓油把金屬表面的顆粒剝落，使金屬出現(xiàn)凹凸不平，從而導(dǎo)致被密封的元件加快了老化的速度，被腐蝕，造成顆粒污染等。

3 液壓污染的危害的主要表現(xiàn)

對液壓系統(tǒng)污染的原因有了初步的了解。這些污染在實(shí)際生產(chǎn)過程中會對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的危害，直接影響到液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時甚至造成設(shè)備的損壞。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 固體顆粒的危害

固體顆粒污染物主要由金屬顆粒、沙粒、橡膠顆粒、纖維和積碳等物質(zhì)成。這些顆粒大多是金屬和硅、鋁等氧化物，硬度一般較高，莫氏硬度在4～7之間，其中，二氧化硅和三氧化鋁的硬度可達(dá)莫氏硬度7～9，對系統(tǒng)和元件的危害較大。液壓油液污染當(dāng)中，金屬顆粒約占75%，塵埃占15%，其他雜質(zhì)占10%。在各種污染物中。固體顆粒分布最廣、危害最大，是引發(fā)系統(tǒng)故障、降低可靠性和降低元器件使用壽命的最主要原因。因此,污染控制的重點(diǎn)就是減少固體顆粒。固體顆粒污染物造成磨料磨損、淤積、堵塞、卡滯和加速油液變質(zhì)等。

其中，磨料磨損是冶金機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的一個嚴(yán)重問題,磨損主要有切削、疲勞、粘著和沖蝕形式。它們交互并存和作用，影響閥芯的正常工作。是液壓和潤滑系統(tǒng)元件失效的主要原因；顆粒淤積是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的主要因素，油液中小顆粒濃度越高,淤積現(xiàn)象就越容易發(fā)生；堵塞主要是指固體顆粒將節(jié)流孔、阻尼孔、噴嘴、過濾器等堵死,造成流量減小甚至斷流,危害很大?？饕侵篙^大的顆粒進(jìn)入運(yùn)動副間隙并附在間隙入口附近,造成上下間隙產(chǎn)生徑向不平衡力,把閥芯壓向顆粒濃度高的一邊,產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象。

3.2 水的危害

液壓系統(tǒng)油液中的水主要來自潮濕的空氣和水循環(huán)冷卻的工作環(huán)境。液壓系統(tǒng)中水引起的污染的危害主要包括：

（1）引起腐蝕

油液中含有部分金屬硫化物以及氯化物等，當(dāng)它們遇到水時，會發(fā)生作用，產(chǎn)生酸性介質(zhì)，使元件表面被腐蝕。

（2）引起變質(zhì)

油液遇到水會發(fā)生氧化和乳化，添加劑也會和油液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀物等膠質(zhì)，不僅會破壞油膜強(qiáng)度，還使?jié)櫥阅芙档汀Ｍ瑫r，它也為微生物的生長與繁衍創(chuàng)造合適的條件，引起油液變質(zhì)。

（3）低溫結(jié)冰

系統(tǒng)中游離的水在低溫狀態(tài)下容易結(jié)冰，將小孔等間隙、油濾器等元件堵塞。

3.3 空氣的危害

空氣常常比水更加容易進(jìn)入到液壓系統(tǒng)中，在液壓系統(tǒng)中，空氣的存在形式有兩種：溶解狀態(tài)和游離狀態(tài)。處于溶解狀態(tài)的空氣通常不會影響系統(tǒng)工作?？諝鈱σ簤合到y(tǒng)的危害主要來自于游離狀態(tài)的空氣，產(chǎn)生的主要危害包括：①產(chǎn)生氣蝕，破壞元件材料表面，并引起系統(tǒng)振動和噪音；②降低液壓油液的體積彈性模量和剛性，使系統(tǒng)響應(yīng)特性變差；③產(chǎn)生氣阻。液壓泵工作時，吸油腔是低壓區(qū)，處于游離狀態(tài)的小氣泡體積會急劇膨脹，處于溶解狀態(tài)的空氣也會析出來，把吸油腔充滿，造成氣阻。

4 液壓系統(tǒng)油液及機(jī)械污染的控制策略

對于冶金液壓系統(tǒng)，其工作的可靠性及使用壽命在很大程度上取決于液壓系統(tǒng)受污染的程度及類別。很多研究者對它們之間的關(guān)系都做了研究，這里就不再一一贅述?？傊胩岣咭苯鹨簤合到y(tǒng)的可靠性及使用壽命，最主要的就是要降低系統(tǒng)的污染程度，下面就如何降低系統(tǒng)的污染展開討論。

液壓系統(tǒng)的污染包括內(nèi)外兩種因素。其中，內(nèi)因指的是系統(tǒng)使用過程中的一些正常損耗，它只能通過改進(jìn)技術(shù)來進(jìn)行降低，但是不可能完全被消除。

4.1 設(shè)計(jì)時要選用適宜的過濾器

在機(jī)械的設(shè)計(jì)階段，要綜合考慮機(jī)械的工作環(huán)境，選用合適的過濾器。這對于系統(tǒng)今后的運(yùn)行有著重要的意義，是一項(xiàng)重要的污染減小措施。如果所選用的過濾器它的精度太高了，會造成浪費(fèi)；但是過低了又會減少器件的使用壽命。要想液壓系統(tǒng)的性能好、工作效率高、穩(wěn)定性好并切實(shí)可靠，就必須要為它設(shè)計(jì)一個良好的控制污染度的系統(tǒng)。

（1）對于一般的冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的時候，它的過濾器的過濾精度為20滋m。對電液伺服系統(tǒng)，過濾器采用的是10滋m，甚至更高精度的過濾器，油液的污染度通常優(yōu)于6級。

（2）對于液壓系統(tǒng)所采用的過濾器，其精度要比實(shí)際流經(jīng)系統(tǒng)的流量大些。過濾器流過比它額定值小的流量,則過濾器較小的壓力差能使更多的污染顆粒被過濾掉,液壓油的清潔度越高。

（3）將液壓系統(tǒng)并聯(lián)使用效果更好。并聯(lián)后流經(jīng)每個過濾器的流量減少了很多,從而提高了系統(tǒng)的清潔度。

（4）采用高性能過濾器分級過濾。如連軋機(jī)液壓系統(tǒng)在泵的吸油口、壓力控制油路、電液伺服閥的進(jìn)口處和回油口、獨(dú)立循環(huán)過慮回路均裝有過濾精度為125滋m、10滋m、5滋m、3滋m過濾器,采取定期更換的措施,防止過濾器堵塞或變形而失效。

（5）當(dāng)過濾器選好后,還應(yīng)注意正確的安裝位置。通常過濾器都安裝在吸油回路,以清除進(jìn)入泵以前的污染物。對高精度要求的液壓系統(tǒng),可在吸油回路安裝一個粗濾器,在液壓管路上設(shè)置一個精濾器,關(guān)鍵性元件還要在進(jìn)油口前設(shè)置過濾器。

4.2 液壓系統(tǒng)制造和安裝階段的污染控制

（1）在現(xiàn)代液壓系統(tǒng)中，絕大多數(shù)的電液伺服采用的材料是不銹鋼質(zhì)的無縫式鋼管，它有一個特點(diǎn)，就是鋼管之間不能夠用螺紋來連接。鋼管和彎頭等要放在硝酸和氫氟酸的混合液中清洗，目的是除去管道內(nèi)壁上的贓物。

管道用鋸割而不用砂輪切割，目的是減少砂輪粉末的產(chǎn)生。焊接的時候，在不銹鋼管端處打好坡口，去掉毛刺并處理干凈。在焊接的時候，最好使用氬弧焊接，減少熔渣。

表1 管道酸洗鈍化配方

（2）將液壓油管拆除的時候，要保持接頭的開口朝上。同時還必須用堵頭將接頭開口堵住，目的是為了防止液壓系統(tǒng)中的油液流失，同時也可以有效地也減少污染物的侵入及危害。

4.3 加強(qiáng)對液壓系統(tǒng)使用的維護(hù)與保養(yǎng)

（1）加注新油液的污染控制。經(jīng)過對新油檢測，一般污染度都在NAS10級以下，遠(yuǎn)不能滿足電液伺服系統(tǒng)要求的NAS6級以上的標(biāo)準(zhǔn)。因此，新油加注前，采用精細(xì)過濾車三級過濾，使新油的污染度完全符合電液伺服閥NAS6級的標(biāo)準(zhǔn)，從而大大降低了對電液伺服閥的更換、清洗頻率，提高了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行率。

（2）離線、在線循環(huán)沖洗。離線循環(huán)沖洗時，斷開電液伺服閥和其他液壓部件，將軟管、硬管直接連通，開泵過濾新油并沖洗管路，運(yùn)行24～72 h，油溫控制在50～60℃，沖洗壓力約為2 MPa，并用橡膠錘敲擊接頭、焊縫等部位，將固體顆粒污染物清除。

在線循環(huán)沖洗是當(dāng)系統(tǒng)的液壓油檢驗(yàn)達(dá)NAS1638-4－5級標(biāo)準(zhǔn)后，方可接入電液伺服閥和其他液壓部件，開啟系統(tǒng)進(jìn)行在線循環(huán)沖洗。

（3）防止油溫過高。液壓油液溫度過高，會加速油液氧化變質(zhì)，從而增加金屬磨損，并使密封件老化變形，造成液壓系統(tǒng)泄漏和污染。冷熱軋機(jī)的工作油溫應(yīng)控制在55℃以下。

（4）及時更換執(zhí)行元件的密封。定期更換軸端和活塞密封，防止內(nèi)外漏泄和外部雜質(zhì)的侵入。

（5）定期清洗油箱，清除積垢，更換油濾器和空濾器，防止外界顆粒污染物進(jìn)入系統(tǒng)油箱和備用油箱。

5 結(jié)語

隨著冶金業(yè)的不斷發(fā)展，冶金機(jī)械運(yùn)用的范圍也日漸廣泛，而液壓系統(tǒng)的污染與控制是保證冶金機(jī)械正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，因此需要從安裝與使用等多方面加強(qiáng)檢測的力度。對于污染物的產(chǎn)生與擴(kuò)散進(jìn)行嚴(yán)格控制，能夠有效地降低液壓系統(tǒng)受到污染的幾率，同時也能夠提高液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，保證冶金機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]張志彬.冶金機(jī)械企業(yè)設(shè)備維修管理[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006.

[2]王強(qiáng)，涂群章，程建輝等.液壓系統(tǒng)污染控制［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[3]何玉紅.冶金機(jī)械液壓油液固體顆粒污染的危害及控制措施[J].冶金信息導(dǎo)刊，2008，(01).

A Brief Discussion on Pollution from Hydraulic System in Steel Enterprise and its Control

ZHU Ning
(Dongbei Special Steel Group Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116105,China)

Major reasons and harm fulness of pollution from hydraulic system occurring in each production process are mainly analyzed and concrete control measures are also put forward,to ensure normal and stable operation of hydraulic systems for metallurgical machinery.

metallurgical machinery;hydraulic system;pollution;prevention and control

TH48

B

1006-6764(2014)04-0078-03

2014－02－10

朱寧（1980－），女，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事能源專業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工作。