煉鋼廠脫硫攪拌液壓系統完善優化

方濤，肖礦榮，李宏磊

(武鋼股份設備維修總廠，湖北武漢430083)

某煉鋼廠采用機械攪拌脫硫法實現爐外鐵水脫硫，用于攪拌的攪拌頭靠液壓馬達驅動，從投產至今已使用近40年，最終于2011年對脫硫液壓站進行改造。因之前攪拌馬達為單向旋轉，但改造后所選主泵的變量控制機構在失電狀態下會出現負滿偏全流量輸出情況，不能滿足現場實際工作要求。文中主要介紹如何克服現有缺陷，經濟、安全、高效地對液壓系統進行優化設計。

1 脫硫攪拌液壓系統控制原理簡介

脫硫攪拌系統原理見圖1。

圖1 脫硫攪拌系統原理示意圖

設備升級改造后的系統為斜盤式軸向柱塞變量泵和低速大扭矩定量液壓馬達組成的閉式系統。實際運行過程中主泵一用一備，均接受來自雙聯泵提供的補油和控制油。其中元件1 為補油泵，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，攪拌時工作壓力為15 MPa 左右。補油泵1 的作用在于給閉式系統低壓腔補油，用于彌補閉式系統的油液泄漏，保證系統的正常工作。控制泵2 的作用主要驅動主泵斜盤傾角變量，從而改變主泵排量，最終改變油馬達轉速，主泵斜盤傾角可從－15°增到最大值15°，實際工作時斜盤傾角嚴格在0° ～15°之間。

2 脫硫攪拌液壓系統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°。但根據現場生產實際情況，該脫硫攪拌馬達僅為單向旋轉，因而一直靠比例閥放大器的電壓來保持中位，嚴格要求生產中主泵斜盤擺角在0 ～15°之間，一旦比例閥放大器損壞或出現其他故障，主泵斜盤傾角立即回到－15°位置。因為主泵壓力油出口處有單向閥，就會導致主泵吸油口吸空，出現嚴重事故。故而施工調試時，取消了泵出口處的單向閥。但取消單向閥后，工作主泵會將壓力油打至備用泵出口側，將備用泵變為類似馬達的執行元件，嚴重影響備用泵的設計功能。為安全起見，最后只能將主泵出口處單向閥改為與進口處一樣的手動截止閥，從而保證工作泵的正常運行。當某個主泵工作，其進出口管路的兩個截止閥開啟，備用泵的兩個截止閥關閉，同時備用泵的電源必須停掉，防止人員誤操作啟動。這樣處理盡管能夠對付生產，但若工作泵出現問題，備用泵無法及時自動投入，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。這兩者最重要的區別就是:比例閥未通電，泵順時針旋轉且存在執行壓力時，A4VSO系列泵斜盤傾角會轉至α = 0°，沒有任何流量輸出，即泵空運轉;而A4VSG 系列泵斜盤傾角會轉至轉角α =－15°，即為反方向最大流量輸出。但考慮到成本較高，再次改造代價太大，且不太實際，只好放棄。

經對液壓控制系統進行分析和對兩種型式主泵之間的結構進行比較，提出了改造優化方案，即在主泵泵組比例閥下部疊加一切斷短路閥，起短路保護作用，并對相應程序進行修改。其主要功能為:短路閥得電時，比例閥與調節主泵斜盤傾角的油路接通;該短路閥失電時，油路被切斷。脫硫攪拌工作期間，若比例閥或者放大板出現故障，短路閥也同步失電，切斷斜盤控制油路，進而保護設備。攪拌結束后，比例閥放大板即對主泵傾角進行0°設定，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，保證主泵空運轉，在此條件下，即使比例閥意外掉電或者比例閥放大板錯誤輸出時，比例閥的控制油路將不再能改變主泵斜盤的傾角，發生流量反向輸出的狀況。

經過實踐發現: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，這個過程需要一定時間。不斷通過最大傾角回零時間的經過檢驗確認，作者設置為: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

通過加裝短路閥及完善相關電氣控制程序，改造后的脫硫攪拌液壓系統避免了閉式主泵發生流量反向輸出的問題，因此可以恢復主泵出口的單向閥，備用泵恢復了自動投入運轉的備用功能，最終實現了主泵一用一備的設計目標。

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