煉鋼廠脫硫攪拌液壓系統(tǒng)完善優(yōu)化

方濤，肖礦榮，李宏磊

(武鋼股份設(shè)備維修總廠，湖北武漢430083)

某煉鋼廠采用機(jī)械攪拌脫硫法實(shí)現(xiàn)爐外鐵水脫硫，用于攪拌的攪拌頭靠液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，從投產(chǎn)至今已使用近40年，最終于2011年對脫硫液壓站進(jìn)行改造。因之前攪拌馬達(dá)為單向旋轉(zhuǎn)，但改造后所選主泵的變量控制機(jī)構(gòu)在失電狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)負(fù)滿偏全流量輸出情況，不能滿足現(xiàn)場實(shí)際工作要求。文中主要介紹如何克服現(xiàn)有缺陷，經(jīng)濟(jì)、安全、高效地對液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 脫硫攪拌液壓系統(tǒng)控制原理簡介

脫硫攪拌系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 脫硫攪拌系統(tǒng)原理示意圖

設(shè)備升級改造后的系統(tǒng)為斜盤式軸向柱塞變量泵和低速大扭矩定量液壓馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行過程中主泵一用一備，均接受來自雙聯(lián)泵提供的補(bǔ)油和控制油。其中元件1 為補(bǔ)油泵，工作壓力為1 MPa，元件2 為控制泵，工作壓力為13 MPa，元件5為主泵，為力士樂A4VSG 系列斜盤式軸向柱塞變量泵，攪拌時(shí)工作壓力為15 MPa 左右。補(bǔ)油泵1 的作用在于給閉式系統(tǒng)低壓腔補(bǔ)油，用于彌補(bǔ)閉式系統(tǒng)的油液泄漏，保證系統(tǒng)的正常工作。控制泵2 的作用主要驅(qū)動(dòng)主泵斜盤傾角變量，從而改變主泵排量，最終改變油馬達(dá)轉(zhuǎn)速，主泵斜盤傾角可從－15°增到最大值15°，實(shí)際工作時(shí)斜盤傾角嚴(yán)格在0° ～15°之間。

2 脫硫攪拌液壓系統(tǒng)存在的缺陷及解決方法

2.1 缺陷

從控制原理可知，主泵斜盤傾角可從－15°增到最大值15°。但根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際情況，該脫硫攪拌馬達(dá)僅為單向旋轉(zhuǎn)，因而一直靠比例閥放大器的電壓來保持中位，嚴(yán)格要求生產(chǎn)中主泵斜盤擺角在0 ～15°之間，一旦比例閥放大器損壞或出現(xiàn)其他故障，主泵斜盤傾角立即回到－15°位置。因?yàn)橹鞅脡毫τ统隹谔幱袉蜗蜷y，就會(huì)導(dǎo)致主泵吸油口吸空，出現(xiàn)嚴(yán)重事故。故而施工調(diào)試時(shí)，取消了泵出口處的單向閥。但取消單向閥后，工作主泵會(huì)將壓力油打至備用泵出口側(cè)，將備用泵變?yōu)轭愃岂R達(dá)的執(zhí)行元件，嚴(yán)重影響備用泵的設(shè)計(jì)功能。為安全起見，最后只能將主泵出口處單向閥改為與進(jìn)口處一樣的手動(dòng)截止閥，從而保證工作泵的正常運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)主泵工作，其進(jìn)出口管路的兩個(gè)截止閥開啟，備用泵的兩個(gè)截止閥關(guān)閉，同時(shí)備用泵的電源必須停掉，防止人員誤操作啟動(dòng)。這樣處理盡管能夠?qū)Ω渡a(chǎn)，但若工作泵出現(xiàn)問題，備用泵無法及時(shí)自動(dòng)投入，無法起到緊急備用的作用。

2.2 解決方案

首先可考慮將主泵重新選型為A4VSO 系列斜盤式軸向柱塞變量泵。這兩者最重要的區(qū)別就是:比例閥未通電，泵順時(shí)針旋轉(zhuǎn)且存在執(zhí)行壓力時(shí)，A4VSO系列泵斜盤傾角會(huì)轉(zhuǎn)至α = 0°，沒有任何流量輸出，即泵空運(yùn)轉(zhuǎn);而A4VSG 系列泵斜盤傾角會(huì)轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)角α =－15°，即為反方向最大流量輸出。但考慮到成本較高，再次改造代價(jià)太大，且不太實(shí)際，只好放棄。

經(jīng)對液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和對兩種型式主泵之間的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，提出了改造優(yōu)化方案，即在主泵泵組比例閥下部疊加一切斷短路閥，起短路保護(hù)作用，并對相應(yīng)程序進(jìn)行修改。其主要功能為:短路閥得電時(shí)，比例閥與調(diào)節(jié)主泵斜盤傾角的油路接通;該短路閥失電時(shí)，油路被切斷。脫硫攪拌工作期間，若比例閥或者放大板出現(xiàn)故障，短路閥也同步失電，切斷斜盤控制油路，進(jìn)而保護(hù)設(shè)備。攪拌結(jié)束后，比例閥放大板即對主泵傾角進(jìn)行0°設(shè)定，主泵傾角回零后就令短路閥失電，切斷控制斜盤傾角的油路，保證主泵空運(yùn)轉(zhuǎn)，在此條件下，即使比例閥意外掉電或者比例閥放大板錯(cuò)誤輸出時(shí)，比例閥的控制油路將不再能改變主泵斜盤的傾角，發(fā)生流量反向輸出的狀況。

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn):比例閥放大板給定比例閥傾角零位信號后，比例閥通過控制油使主泵傾角回零，這個(gè)過程需要一定時(shí)間。不斷通過最大傾角回零時(shí)間的經(jīng)過檢驗(yàn)確認(rèn)，作者設(shè)置為:比例閥給零后10 s，短路閥失電切斷油路。

圖2 改造前主泵比例閥控制示意圖

圖3 改造后主泵比例閥控制示意圖

3 小結(jié)

通過加裝短路閥及完善相關(guān)電氣控制程序，改造后的脫硫攪拌液壓系統(tǒng)避免了閉式主泵發(fā)生流量反向輸出的問題，因此可以恢復(fù)主泵出口的單向閥，備用泵恢復(fù)了自動(dòng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)的備用功能，最終實(shí)現(xiàn)了主泵一用一備的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

［1］黃志芳，付曙光，傅連東．自整定模糊PID 控制在脫硫攪拌速度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．機(jī)床與液壓，2010，38(12):84－86．

［2］曹先海．新鋼業(yè)煉鋼廠KR 法鐵水脫硫攪拌裝置改造［J］．西昌學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，25(1):23－25．

［3］王更生．高爐爐前液壓系統(tǒng)的改進(jìn)［J］．液壓氣動(dòng)與密封，2012，32(5):80－83．

［4］姚娜．KR 機(jī)械攪拌法鐵水預(yù)處理脫硫的生產(chǎn)實(shí)踐［J］．特殊鋼，2011，32(4):34－35．

［5］周士昌．液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

［6］雷天覺．新編液壓工程手冊［M］．北京:北京理工大學(xué)出版社，1998．