１３５０ｍ３高炉炉顶液压控制系统改进

１３５０ｍ３
高炉炉顶液压控制系统改进
马小龙①　同国庆　刘锋
（中钢集团西安重机有限公司　陕西西安７１０２０１）
摘　要　高炉炉顶液压控制系统在炉顶布料生产中起着非常重要的作用，分析了高炉炉顶液压控制系统结构特点和功能特征，并对其进行了改造。

改造前，高炉炉顶液压控制系统有着液压回路较多以及控制回路单一等结构特点；存在液压系统故障率高、漏油、振动和噪音以及不便于检修及维护等缺点；改造后，通
过增加液压备用回路或者备用阀台［１］
，可以在不停产休风的情况下对液压回路进行更换检修，通过优化设
计，降低了振动和噪音，减少了液压系统的漏油。

结果表明，通过对高炉炉顶液压控制系统的改进，提高了生产效率，间接的提高了钢厂的经济效益。

关键词　高炉　炉顶　液压控制系统
中图法分类号　ＴＦ３２１　ＴＦ５３８ 文献标识码　ＢＤｏｉ
：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０４ ０２９ＩｍｐｒｏｍｅｎｔｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒ１３５０ｍ３ＢｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅＴｏｐ
ＭａＸｉａｏｌｏｎｇ　ＴｏｎｇＧｕｏｑｉｎｇ　ＬｉｕＦｅｎｇ
（ＳｉｎｏｓｔｅｅｌＸｉ＇ａｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７１０２０１）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｔｏｐｐｌａｙｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｏｐｂｕｒｄｅｎ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｔｏｐａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｉｔｉｓｒｅｆｏｒｍｅｄ．Ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｔｏｐｈａｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｏｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄａｓｉｎｇｌｅｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ；Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｆａｉｌｕｒｅｒａｔｅ，ｏｉｌｌｅａｋａｇｅ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅ，ａｎｄｉｓｎｏｔｅａｓｙｔｏｒｅｐａｉｒａｎｄｍａｉｎｔａｉｎ；Ａｆｔｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｂｅｒｅｐｌａｃｅｄａｎｄｏｖｅｒｈａｕｌｅｄｗｉｔｈｏｕｔｓｔｏｐｐｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄａｉｒｓｕｐｐｌｙｂｙａｄｄｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃ
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ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ　Ｆｕｒｎａｃｅｔｏｐ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
１　前言
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，对国家经济的发展起着非常重要的作用。

随着国际产业的转移和我国国民经济的快速发展，我国钢铁工业取得了巨大成就。

我国钢铁工业不仅为我国国民经济的快速发展做出了重大贡献，也为世界
经济的繁荣和世界钢铁工业的发展起到了促进作用。

随着炼铁设备装备水平的不断改进与进步，配套炉顶设备的液压系统也要进行改进以及优化，进一步的提高高炉炉顶液压控制系统运行的稳定性，减少液压事故的发生，通过对高炉炉顶液压控制系统的改进，效果明显。

不仅满足了实际
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ＴｏｔａｌＮｏ．２８４Ａｕｇｕｓｔ２０２３ 冶　金　设　备ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
总第２８４期
２０２３年８月第４期
①
作者简介：马小龙，男，１９８８年生，本科，工程师，电子邮箱：４６６４９６１５０＠ｑｑ．ｃｏｍ
生产的需求，还提高了钢厂的经济效益。

以国内某钢厂１３５０ｍ 高炉炉顶液压控制系统的改进设计应用为例，进行说明。

２　组成和原理
２．１　组成
高炉炉顶液压液压控制系统主要有料流调节阀、上料闸液压阀、上密封阀、下密封阀、均压放散阀、煤气放散阀和均压阀等组成［２］。

２．２　原理
在冶金企业中，高炉炉顶系统是非常复杂的设备系统，为了确保其能够稳定、安全、高效的工作，设计并实现高炉上料的计算机自动化控制是十分重要的。

在提高系统的控制精度的基础上，进一步提高了高炉上料运行的可靠性、安全性、稳定性，为高炉的提产提供了可靠保障，高炉炉顶系统是一套自动化系统。

高炉炉顶液压控制系统的原理主要是通过可编程系统进行控制，ＰＬＣ作为核心部件，对整个生产线起着检测和控制的作用，对各个仪器仪表和电磁阀进行控制，控制每个电磁阀的得电以及失电，进而控制液压油路的通断以及换向，然后控制炉顶设备上的液压油缸的动作，各个阀门配合完成炉顶的布料生产［３］。

３　改进
在钢厂生产中，整个炉顶设备基本处于常年运行状态，同样炉顶液压控制系统也在长期带压工作，所以各个液压元件的使用频率高，液压元件的磨损以及卡堵、密封件的老化等造成炉顶液压控制系统故障率较高，故障主要包括振动和噪声、过滤器滤芯的堵塞、油液的污染以及液压系统的泄漏等，尤其是漏油或者渗油现象时有发生。

再加上炉顶液压控制系统的管路较多，电磁阀的数量也多，所以减少炉顶液压控制系统的故障尤为重要［４］。

为了确保钢厂稳定、安全、高效的工作，以下几个方案可以应用。

一是给炉顶液压控制系统增加了备用回路或者增加备用阀台，出现液压故障时，生产操作人员第一时间可以把有故障的液压控制回路切换到备用液压控制回路或者直接切换到备用阀台，同时在不影响生产的情况下检修有故障的液压控制回路。

增加备用液压回路时，主用液压回路和备用液压回路不能共用一个液压阀块，主用液压回路和备用液压回路进行组合式设计，当任何一个液压阀出现问题时，可根据需要进行切换备用回路进行处理，这样可以在不停产休风的情况下对液压回路进行更换检修。

图１是料流调节阀的主用液压回路和备用液压回路，主用液压回路和备用液压回路有着独立的油路块，独立的进油Ｐ和和回油Ｔ，方便于
检修；
图１　原理图一
主回路主要由１个ＤＮ１０的比例换向阀、２个ＤＮ１０的ＳＬ型液控单向阀和１个ＤＮ６的二位换向阀组成，ＤＮ６的二位换向阀作为先导阀，控制２个液控单向阀的启闭，完成整个动作；料流调节阀的备用回路主要是由１个ＤＮ１０的电磁换向阀、１个ＤＮ１０的液控单向阀以及１个ＤＮ１０的节流阀组成，备用回路的出口增加了２个高压球阀并分别对应连接到主回路高压球阀的后面，当料流调节阀主回路出现故障时，生产操作人员第一时间可以切换到备用回路，这样既可以保证钢厂的正常生产，同时也可以解决主回路或者主阀台的故障；料流调节阀在整个高炉炉顶控制液压系统中是非常重要的，但是也是事故频发的液压元件，所以对于高炉炉顶液压控制系统增加备用回路或者备用阀台是非常重要的。

图２包含高炉炉顶液压控制系统的上料闸液压回路、上密封液压回路以及下密封液压回路的主回路和备用回路，上料闸主液压回路和备用液压回路是由１个ＤＮ１０的且中位机能为Ｙ型的三位四通双电磁换向阀、一个ＤＮ１０的液压锁以及１个ＤＮ１０的节流阀叠加组成。

液压锁的作用是保证液压缸不因为泄漏或者自重下降，使液压缸在任意位置停放，加了液压锁以后可以保证液压缸
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马小龙等：１３５０ｍ３高炉炉顶液压控制系统改进２０２３年８月第４期
在换向阀处于中位时有自锁的功能，节流阀的作用是控制液压缸的运行速度，速度过快会使设备的冲击太大，损坏设备，速度太慢又不能很好的满足生产的需要，所以通过调节节流阀的开口度进而控制油液通流量的大小，
使设备能够平稳运行。

图２　原理图二
同理，上密封和下密封的主液压回路和备用液压回路主要是由１个ＤＮ１０的两位四通双电磁铁换向阀、１个ＤＮ１０的液压锁及１个ＤＮ１０的节流阀组成，其他的控制回路如均压放散阀、煤气放散阀和均压阀等也同样是主回路加备用回路对高炉炉顶液压控制系统进行控制，很好的提高了钢厂正常生产的稳定性。

通过对要求较高的液压元件在原理设计时进行优化设计，对易出现故障的液压元件提前进行保护，原理图一主回路的料流调节阀使用的是比例阀，比例阀对油品的清洁度要求较高，所以给料流调节阀压力油进油口增加了过滤器，减少比例阀因为油液的污染造成比例阀的卡堵。

优化液压控制系统控制的设计，给部分执行机构回路的回油增加背压阀，减少振动和噪声。

因为炉顶液压控制系统与执行机构的位差较大，位差高的甚至有几十米高，当系统卸荷时，如果没有背压阀控制，管路压力会完全卸空，当有高压油以后，就会产生振动和噪声，采用背压控制，管路
的压力不至于卸空［４］
，减少了系统的震动和冲击。

根据实际使用效果合理的选择液压密封圈，目前市场上所生产的密封圈的质量层次不齐，选择合适的密封圈的线径和质量也是非常重要的。

其他方案考虑到液压管路的压力以及流量的沿程损失、布置液压管道的成本、便于调试维护以及生产需要等问题，高炉炉顶液压控制系统一般布置在炉顶平台上，考虑到液压系统的维护，一般采用不锈钢钢管；因为炉顶液压控制系统的管道比较长，考虑到振动以及液压油的泄漏，一般每１ ５ｍ～２ｍ需设管夹，阀门出口除了阀台自身带的管夹，用户现场炉顶液压站站内必须设有管夹。

高炉炉顶液压控制系统的设计也是非常重要的，
既要方便使用，又要便于检修及维护［５］。

４　结论
综上所述，通过对炉顶液压控制系统的改进，能够实现快速的切换功能，实现了液压故障不影响高炉生产，实现了离线检修的功能，满足了高炉高效生产的要求，减少了液压故障，设备的使用稳定性得到了提高，故障发生率也减少了很多，减少
高炉炉顶液压控制系统的维护量［６］，提高了系统
的稳定性和生产效率。

参考文献
［１］王立波．１７５０ｍ３
高炉炉顶液压系统的改进及优化
［Ｊ］．冶金设备，２０１１（５）：４９－５２．
［２］郭泓娇．高炉炉顶液压控制系统改进与应用研究［Ｊ］．
科技传播，２０１３，５（０６）：１４２＋１０８．
［３］高兴辉．高炉上料控制系统的研究［Ｄ］．辽宁：东北大
学，２０１２．
［４］液压系统使用与维修［Ｍ］．北京：化学工业出版
社，２００６．
［５］化玉荣，汪春蕾．高炉炉顶液压控制系统适应性改造
探讨［Ｊ］．中小企业管理与科技，２０１０（７）：２２３．［６］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版
社，２０１６．
（收稿日期：２０２２－１０－０８）
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８１１—２０２３年８月第４期
总第２８４期 冶　金　设　备。