大型高爐出鐵場液壓站共用蓄能器站的實現(xiàn)與改進

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(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司， 重慶　401122)

引言

現(xiàn)代大型高爐出鐵量多，一般設(shè)有多個鐵口，采用環(huán)形或者矩形出鐵場[1]。高爐出鐵場是布置鐵溝、渣溝、安裝爐前設(shè)備、進行出鐵放渣操作的爐前工作平臺，出鐵場是整個高爐操作中勞動密集度最高的地方[2]。如果高爐出鐵量達每天6000 t以上，一般要設(shè)置3到4個鐵口[3]，每一個鐵口都要配置一套出鐵設(shè)備，包括開鐵口機和泥炮，很多大型高爐還配置有移蓋機。國內(nèi)3200 m3以上級大型高爐為確保達到經(jīng)濟有效的出鐵的目的，一般采用矩形出鐵場，設(shè)置4個鐵口，每個鐵口配有1組出鐵設(shè)備，包括1臺液壓傳動泥炮、1臺液壓傳動的開鐵口機和1臺移蓋機。在進行出鐵場液壓系統(tǒng)設(shè)計時，需綜合考慮高爐工藝需要以及液壓站本身的特點、液壓站房的空間需求等因素。為了確保出鐵場的出鐵安全，對于有4個鐵口的大型高爐出鐵場液壓站的設(shè)計，一般都要有兩套互為備用的液壓站，每一個液壓站為兩組泥炮和開鐵口機提供動力，并通過油路的設(shè)計，使兩套液壓站在緊急情況下都能為任意一個鐵口的泥炮和開鐵口機提供動力，并為出鐵場液壓站配置備用的柴油發(fā)電機或者配置足夠容量的液壓蓄能器站。本研究主要針對配置蓄能器站的情況進行分析討論。

1　互為備用液壓站共用蓄能器站原理

高爐爐前操作易發(fā)生燒燙傷、煤氣中毒、機械傷害等事故[1]。有兩種情況非常危險，第一種是在開鐵口機開鐵口過程中停電，此時，開口機無法退回，會造成高爐無法順利出鐵，甚至會發(fā)生燒壞風口等嚴重事故；另一種是在出鐵過程中發(fā)生停電事故，此時泥炮無法正常工作，只能進行人工堵鐵口的操作，也容易發(fā)生安全事故。為了避免此類事故的發(fā)生，國內(nèi)最常見的方法是為出鐵場液壓站配置備用的柴油發(fā)電機組，或者是配置蓄能器站。在配置液壓蓄能器站的情況下，停電時，由蓄能器站提供動力進行開鐵口、揭蓋、轉(zhuǎn)炮、打泥等必要的操作。

蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種能量儲存裝置，在液壓系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用[4]。為出鐵場液壓系統(tǒng)配置蓄能器站的主要作用是確保在出鐵場液壓站失效的情況下，靠蓄能器站提供的壓力油能夠驅(qū)動出鐵設(shè)備進行必要的安全操作。

為了避免在某一個液壓站出現(xiàn)故障時，由其提供動力的鐵口不能正常出鐵，使該鐵口處的存鐵超過高爐安全鐵容量[3]從而出現(xiàn)風口燒壞及渣口爆炸等惡性事故，大型高爐的出鐵場液壓站一般把兩套液壓站通過管道和球閥連接成互為備用形式，即任意一個液壓站都能為四臺泥炮和開鐵口機提供動力，這樣，當其中一個液壓站出現(xiàn)故障時，通過兩套液壓站互為備用的功能，出鐵場液壓站仍能夠保證需要出鐵的鐵口順利出鐵，從而減少爐前操作中的事故隱患。

把兩個液壓站連接成為互為備用工作的常規(guī)連接方式如圖1所示。

圖1　互為備用液壓站示意圖

圖1中的連接方式中，兩套液壓站的油箱互相連通，把兩個液壓站的壓力油路P1、P2通過球閥B1、B2連接起來，需要1號液壓站往2號液壓站的回路供油時，打開球閥B1、B2，關(guān)閉球閥B3；反之，關(guān)閉球閥B4，打開球閥B1，B2，就能實現(xiàn)液壓站的互為備用功能。

圖1的連接方式中，每1個液壓站都單獨配置了一套蓄能器站，在液壓站停電或液壓站因其他原因失效時由蓄能器站完成必要的安全操作。為兩個液壓站分別配置一組蓄能站的優(yōu)點是兩套蓄能器站能夠在液壓站失效時，滿足對兩個鐵口的出鐵設(shè)備進行安全操作的需要，缺點是所配置的蓄能器站比較大，兩個大的活塞式蓄能器站再加上與之配套的氮氣瓶會占用液壓站比較大的空間，而且蓄能器站的費用也比較高。

如果1套蓄能器站能夠滿足煉鐵工藝的需要，主要是高爐出鐵及安全需要，考慮到以上提到配置2套蓄能器站的缺點，為了節(jié)省液壓站空間，方便高爐的總圖布置，節(jié)省一部分高爐建設(shè)投資，互為備用的高爐出鐵場液壓站可以采用圖2所示的兩個液壓站共用蓄能器站的優(yōu)化方案。

圖2　共用蓄能器站示意圖

圖2的連接方式中，只配置了1套蓄能器站，兩套液壓站的油箱互相連通，蓄能器站的壓力油路通過球閥B1、B2連接到1、2號液壓系統(tǒng)中。當1號液壓站出現(xiàn)故障，需要2號液壓站為1號液壓站的回路供油時，打開球閥B1、B2，當2號液壓站出現(xiàn)故障，需要1號液壓站為2號液壓站的回路供油時，同樣打開球閥B1、B2，即能實現(xiàn)2套液壓站的互為備用功能。當1號液壓站失效，需蓄能器站為1號液壓站回路供油時，打開球閥B1，當2號液壓站失效，需蓄能器站為2號液壓站回路供油時，打開球閥B2，蓄能器站就能方便的作為4個鐵口的出鐵設(shè)備的備用能源。

2　互為備用液壓站調(diào)試情況及分析

國內(nèi)某具有4個鐵口的4000級大型高爐的出鐵場液壓系統(tǒng)采用了圖2中的優(yōu)化方案，通過現(xiàn)場調(diào)試和使用證明，如上所述通過球閥B1、B2、B3、B4的開閉切換，能夠順利實現(xiàn)液壓站的互為備用功能，而且在互為備用狀態(tài)下，設(shè)備動作正常，蓄能器工作正常。

但是在一次處理2號液壓系統(tǒng)管路故障的時候出現(xiàn)問題。在模擬高爐1號、3號鐵口重疊出鐵時，1號、2號液壓站同時工作，球閥B1、B2處于打開狀態(tài)，此時，2號液壓系統(tǒng)管路出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。把2號液壓站關(guān)閉后，因球閥B2處于打開狀態(tài)，管路仍然漏油，當人工去關(guān)閉球閥B2時，發(fā)現(xiàn)在使用球閥配置的手柄時單人人力無法關(guān)閉球閥，臨時在現(xiàn)場找到一個較長的鋼管作為杠桿才把球閥關(guān)閉。在這個過程中，泄漏點開始只是滲油，最后泄漏點密封圈被打出，造成噴油。

分析其原因，該高爐出鐵場液壓系統(tǒng)的工作壓力為280 bar，壓力油管道P管通徑D為60 mm，計算在球閥球面上產(chǎn)生的壓力F大小為：(式中S為壓力油管橫截面積)：

(1)

在發(fā)生少許泄漏的情況下，系統(tǒng)壓力基本會保持在280 bar，在球閥的球面上產(chǎn)生如此大的力，在關(guān)閉或打開時確實會產(chǎn)生困難。在高爐生產(chǎn)時如果發(fā)生此類問題，會延長問題處置的時間，造成不必要的損失，甚至會發(fā)生危險。

3　互為備用液壓站共用蓄能器站的改進

上面提到的問題主要兩點，一是在有壓力的情況下，打開或者關(guān)閉球閥非常困難；二是如果高爐在出鐵過程中液壓站失效，此時為了保證蓄能器有足夠的壓力來進行后續(xù)的安全操作，必須把蓄能器站壓力油出口的球閥B1、B2迅速關(guān)閉，使蓄能器站處于可靠保壓狀態(tài)。

為了解決這兩個問題，可以把球閥B1、B2換成如圖3所示的電磁閥控制的液控單向閥。如圖3，球閥B1用左圖(V1)替換，B2用右圖(V2)替換。并在液壓站內(nèi)控制箱上增加V1、V2的電磁換向閥的控制按鈕，并設(shè)置成在停電的情況下系統(tǒng)UPS能夠為V1，V2供電。

圖3　液控單向閥

當1號液壓站工作時，讓V1的換向閥電磁鐵得電，V2的換向閥電磁鐵失電，蓄能器站接入1號液壓系統(tǒng)；當2號液壓站工作時，讓V2的換向閥電磁鐵得電，V1的換向閥電磁鐵失電，蓄能器站接入2號液壓系統(tǒng)，通過電控可以方便的把蓄能器站接入1號或者2號液壓站回路中。當有3個或者4個鐵口同時出鐵時，兩個液壓站一起工作，V1、V2的換向閥電磁鐵同時得電，此時系統(tǒng)的連接方式和圖2相同。當任意一套液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要處理時，只要使相應的換向閥電磁鐵失電，就能把壓力油從出現(xiàn)故障的系統(tǒng)中切斷。這樣，就能順利、方便地實現(xiàn)蓄能器站在1、2號液壓系統(tǒng)中的切換及兩套液壓站的互為備用功能。在切換時，由于可以通過電控來控制液控單向閥的通斷，而不用人工手動切換，使系統(tǒng)在安全性和自動化程度上都有所提高。而且，當某一個鐵口在出鐵過程中液壓站出現(xiàn)故障時，可以方便地把蓄能器從液壓回路中切斷，使蓄能器站處于可靠保壓狀態(tài)，當需要進行安全操作時，才通過打開相應的液控單向閥，把蓄能器站與壓力油路連通。

4　結(jié)論

通過分析大型高爐出鐵場互為備用液壓站共用蓄能器站的原理，結(jié)合該系統(tǒng)在施工現(xiàn)場實際應用情況分析，可得出如下結(jié)論：

1) 在滿足煉鐵工藝需要的情況下，在大型高爐的出鐵場液壓系統(tǒng)中可以采用2套液壓站共用1套蓄能器站的方案；

2) 把用于切換蓄能器在系統(tǒng)中的連接的球閥換成液控單向閥后，當某一鐵口在出鐵過程中液壓站出現(xiàn)故障時，可以方便地把蓄能器從液壓回路中切斷，以保證蓄能器的壓力，能夠提高出鐵場液壓系統(tǒng)的安全性和自動化程度。

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