高炉炉顶节流阀常见故障分析及处理

第４３卷第２期２０２１年４月
甘㊀肃㊀冶㊀金
ＧＡＮＳＵ㊀ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ.４３Ｎｏ.２
Ａｐｒ.ꎬ２０２１
文章编号:１６７２￣４４６１(２０２１)０２￣００４６￣０４
高炉炉顶节流阀常见故障分析及处理
杨宝平ꎬ余高文ꎬ胡海波
(甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司炼铁厂ꎬ甘肃㊀嘉峪关㊀７３５１００)
摘㊀要:高炉生产连续性非常强ꎬ它的稳定顺行离不开设备的可靠运行ꎬ降低设备故障和迅速处理故障显得尤为重要ꎮ炉顶节流阀作为高炉放料系统最关键的阀门之一ꎬ一旦出现故障就会严重影响高炉的精准布料ꎬ进而对高炉生产造成影响ꎮ结合节流阀的控制原理ꎬ详述节流阀的故障分析及处理过程ꎬ为无料钟高炉炉顶设备维护提供参考ꎮ
关键词:炉顶ꎻ节流阀ꎻ故障分析
中图分类号:ＴＦ５７㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｍｏｎＦａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅ
ＢｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅＴｏｐＴｈｒｏｔｔｌｅＶａｌｖｅ
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(ＧａｎｓｕＪｉｕＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＨｏｎｇｘｉｎｇＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ.Ｌｔｄ.ＩｒｏｎｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔꎬＪｉａｙｕｇｕａｎ７３５１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｓａｓｔｒｏｎｇｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙꎬｔｈｅｓｔａｂｌｅｒｕｎｎｉｎｇｉｓｉｎｓｅｐａｒａｂｌｅｆｒｏｍｔｈｅｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬｉｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆａｉｌｕｒｅａｎｄｒａｐｉｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆａｉｌｕｒｅ.Ｔｈｅｔｏｐｔｈｒｏｔｔｌｅｖａｌｖｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｖｅｓｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｄｅ￣ｃｏｉｌｅｒｓｙｓｔｅｍꎬｏｎｃｅｔｈｅｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｓꎬｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｗｉｌｌｂｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄꎬｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｉｔａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｒｏｔｔｌｅｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎬｔｈｅｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｒｏｔｔｌｅｖａｌｖｅｉｎｄｅｔａｉｌꎬｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｔｏｐｅ￣ｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ.
ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｆｕｒｎａｃｅｔｏｐꎻｔｈｒｏｔｔｌｅｖａｌｖｅꎻｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ
１㊀引言
酒钢炼铁厂高炉炉顶设备采用无料钟高炉炉
顶ꎬ通过节流阀开关角度和布料溜槽抬放的控制方
式实现炉内的精确布料[１]ꎮ高炉炉料(铁矿石㊁焦炭)经上料小车或主运料运输皮带进入炉顶的受料
斗ꎬ受料斗内炉料装满后按程序设定进入料罐ꎮ高
炉料线达到放料要求后ꎬ机械探尺提升至电气零位ꎬ
程序发出布料指令ꎬ下密封阀开启到位后ꎬ炉顶节流
阀(即γ角)开启ꎬ并按高炉布料工艺要求开到设定
的角度值ꎻ布料溜槽按高炉布料工艺要求抬放到设
定角度(即α角)ꎬ并在水平面上做匀速旋转(即β
角)ꎬ盛装在料罐内的炉料随即经节流阀调节后按
一定的流量㊁经下密封阀㊁经中心喉管下落到布料溜
槽上[２]ꎬ从而实现环形布料及精准布料ꎮ由此可见ꎬ影响高炉精准布料的因素有三个:α角度的控制ꎬβ角度的控制和γ角度的控制ꎮ只要将α㊁β㊁γ角精准控制好ꎬ就能够按工艺要求将炉料布入炉内ꎮ在炉顶布料控制的三个因素中ꎬγ角掌控着布料圈数的多少ꎬ布料的厚度㊁布料的起点ꎬ直接影响着炉况的顺行ꎮ综上所述ꎬ精准控制γ角ꎬ是满足高炉布料工艺要求的关键ꎬ是高炉冶炼的重中之重ꎮ为此ꎬ节流阀发生故障时ꎬ准确迅速判断其故障点对于高炉生产顺行尤为重要ꎮ
２㊀控制原理
２.１㊀电气自动化控制流程
酒钢炼铁厂高炉炉顶节流阀采用比例系统控制技术ꎮ节流阀电气自动化控制流程见图１所示ꎬ炉顶自动化控制系统发出布料指令ꎬＰＬＣ控制系统接收其γ角动作指令ꎬγ角打开不断接近设定的角度值ꎬＰＬＣ控制系统不断采集γ角设定值与编码器反
馈回的实际值[３]ꎬ进行比较是否在偏差范围内ꎬ经ＣＰＵ分析计算后ꎬ输出５~１０ｍＡ的电信号给比例放大器ꎬ比例放大器将功率放大后输出给比例阀换向阀电磁铁线圈ꎬ线圈得电ꎬ比例换向阀阀芯动作ꎬ液压油路打开ꎬ液压油驱动执行元件液压缸动作ꎬ节流阀打开至设定角度ꎮ
节流阀的实际开度值由编码器监测ꎬ编码器装
设在旋转轴上ꎬ并设有开限位和关限位的接近开关ꎬ用以检测开关信号ꎮＰＬＣ程序中ꎬ若γ角实际值与设定值偏差在ʃ０.３ʎ内ꎬ则视为找角正确ꎬ若实际值和设定值差值的绝对值大于０.３ʎꎬ则视为找角不准确ꎬ就会一直有开或者关的输出ꎬ直到找到设定角度为止
ꎮ
图１㊀节流阀电气系统控制图
２.２㊀液压系统控制原理简述
高炉炉顶节流阀液压控制原理见图２所示ꎮ控制系统给出开阀指令后ꎬ控制单向电磁换向阀(快切阀)的继电器得电ꎬ进而快切阀线圈得电ꎬ快切阀得电换向后ꎬ其控制油路打开液控单向阀ꎬ经比例电磁换向阀流向液压缸的的主油路畅通ꎮ此时ＰＬＣ发出模拟信号至比例放大器ꎬ比例放大器将模拟量信号放大ꎬ输出控制比例换向阀的电流值ꎬ调节比例阀换向阀阀芯开度大小ꎬ从而控制液压缸开关速度[４]ꎮ理想状态下当γ角的实际值不断接近设定值时ꎬ液压缸开关速度不断降低ꎬ直至角度达到设定值时ꎬ比例电磁换向阀线圈失电ꎬ同时控制单向电磁换向阀(快切阀)的继电器失电ꎬ快切阀复位ꎬ液控单向阀复位ꎬ油路完全锁住ꎮ从液压系统原理图中看出ꎬ如果单向电磁换向阀(快切阀)电磁铁失电ꎬ液压系统油路便被截止ꎬ从而避免溜阀现象的出现ꎮ
图２㊀节流阀液压系统控制原理图
２.３㊀节流阀的连锁设定
高炉炉顶节流阀在自动控制系统中ꎬ开关动作与下密封阀开关信号和料空料满信号直接相关ꎮ
⑴开节流阀时:罐压达到设定值ꎬα角抬放至设
定角度ꎬ下密封阀开启ꎻ检测到下密封阀开信号后ꎬ节流阀根据ＰＬＣ发出的指令打开至设定角度ꎮ料罐发出料空信号后ꎬ节流阀二次打开至最大角度ꎮ
⑵关节流阀时:料罐发出料空信号后ꎬ节流阀开
到最大角度(至开限位)ꎬ延时５ｓ后ꎬ关闭下密封阀[５]ꎻ检测到下密封阀关信号后ꎬ节流阀执行关闭(至关限位)ꎮ
３㊀节流阀不动作
⑴节流阀比例系统(主用系统)正常使用过程
中突然打不开ꎬ倒用常规阀组(备用系统)工作正常ꎮ再次倒用比例系统ꎬ卷扬操控画面节流阀有输出ꎬ判断程序输出正常ꎬ在炉顶阀台检测单向电磁换向阀(快切阀)线圈电压ꎬ无电压输出ꎻ电磁站继电器柜检查ꎬ快切阀开位继电器未闭合ꎬ更换快切阀继电器后ꎬ比例系统工作正常ꎮ此故障时ꎬ若快切阀开位继电器检查完好ꎬ触点无点蚀ꎬ需进一步对炉顶阀站快切阀及比例换向阀电磁线圈电压进行测量ꎬ确认电磁线圈电压在正常值ꎬ酒钢炼铁厂７号高炉就曾遇到过快切阀电磁线圈烧损的故障ꎬ更换电磁线圈后ꎬ阀组工作正常ꎮ
⑵节流阀比例系统正常使用过程中突然不动作ꎬ倒用常规阀组工作正常ꎮ再次倒用比例系统ꎬ卷扬操控画面显示节流阀有输出ꎬ判断程序输出正常ꎬ
人为闭合比例系统输出继电器接点ꎬ快切阀电磁铁线圈电压符合要求ꎬ说明外部线路和比例阀电磁铁
７
４第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨宝平ꎬ等:高炉炉顶节流阀常见故障分析及处理㊀㊀㊀㊀
都正常ꎬ常规阀组能够正常工作ꎬ说明液压系统执行元件正常ꎬ判断为液压系统控制元件卡阀ꎮ对快切阀和比例换方向阀人为捅阀操作后ꎬ节流阀正常工作ꎮ
⑶高炉控制系统发出布料指令后ꎬ节流阀不动作ꎮ操作人员描述ꎬ下密封阀也不自动开ꎬ手动开启下密封阀后ꎬ节流阀可自动打开ꎮ确定节流阀开启的连锁条件未到:下密封阀需开启ꎮ后查找分析下密封阀不自动开的原因为α角未抬至设定角度ꎬα角液控单向阀窜油造成α溜角ꎬ更换α液控单向阀后恢复正常ꎮ
以上可以看出ꎬ节流阀在不同的时间段出现不动作的故障ꎬ其判断㊁解决方法也不相同ꎬ这就需要我们与操作人员询问清楚故障现象的具体细节ꎬ以便于最快速度做出精准判断ꎬ不能盲目的更换液压系统和电气系统零部件ꎮ
４㊀节流阀找角不准确分析
⑴节流阀溜角ꎮ接到高炉布料指令后ꎬ节流阀打开到设定角度ꎬ快切阀电磁线圈失电ꎬ但γ角度实际值逐渐变小ꎬ当与设定值偏差超出ʃ０.３ʎ时ꎬ快切阀电磁线圈得电ꎬ节流阀再次找角ꎮ分析γ角度逐渐变小的原因:油缸内泄ꎬ但倒用常规阀组操作正常ꎻ编码器故障ꎬ反馈角度不准确ꎬ倒用备用编码器后ꎬ仍有溜角现象ꎮ
在机旁观察发现ꎬ节流阀打开到设定角度后ꎬ液压缸确有缓慢回退现象ꎮ根据液压系统控制原理分析ꎬ节流阀开到设定角度后ꎬ单向电磁换向阀(快切阀)电磁线圈失电ꎬ液控单向阀的控制油路截止ꎬ液控单向阀弹簧复位ꎬ比例换向阀主油路同时截止ꎬγ角实现锁定角度不变化ꎮ通过倒用常规阀组操作ꎬ无溜阀现象ꎬ判断比例阀系统控制元件工作异常ꎬ油路截止后ꎬ控制元件有泄漏油ꎬ更换液控单向阀后ꎬ比例系统工作正常ꎮ在实际工况中ꎬ此种故障现象另一种原因为单向电磁换向阀(快切阀)阀芯弹簧断裂ꎬ快切阀内部有泄漏油ꎬ造成控制油路窜油ꎬ可更换快切阀处理ꎮ
⑵节流阀角度波动ꎮ接到高炉布料指令后ꎬ节流阀打开但无法找到设定角度ꎬ编码器反馈的γ角度实际值与设定值超出ʃ０.３ʎꎮγ角找角波动趋势见图３所示ꎬ设定角度为３５ʎꎬ第一次找角时ꎬ角度３７ʎꎬ超出偏差ꎬ再次找角ꎬ角度３２ʎꎬ超出偏差ꎻ又一次找角ꎬ找到设定角度ꎬγ角度值稳定不变化ꎮ分析γ角度实际值与设定值超出偏差的原因:液压系统有内泄ꎬ但不符合一旦找到设定角度ꎬγ角度值稳定不变化的现象ꎮ
根据图３分析趋势ꎬ发现节流阀找角时ꎬ偏差超过０.３ʎꎬ向小角度回找ꎬ又超出偏差０.３ʎꎬ再次向大角度回找ꎬ找到设定角ꎬ角度稳定不变化ꎮ判断比例阀开度大ꎬ压力油流量大ꎬ通过调节比例放大板电流给定值调节比例阀阀芯开度ꎬ但现场反复将给定值进行大㊁小调节ꎬ故障现象仍未消除
ꎮ
图３㊀γ角找角波动趋势
㊀㊀再次进行分析ꎬ确认液压系统工作正常ꎬ分析节流阀电气自动化控制部分ꎬ节流阀找不到设定角度可能的的原因为:节流阀未接收到开度指令和编码器反馈的角度值不准确ꎮ自动化技术人员检查ＰＬＣ程序输出无异常ꎬ排除未接收到开度指令的问题ꎮ若编码器弹性接手螺栓松动或编码器检测角度不准确ꎬ造成实际值反馈不准确ꎬ也必然会引起节流阀频繁找角ꎮ检查编码器弹性接手螺栓未松动ꎬ对编码器进行更换ꎬ故障现象仍未消除ꎮ
⑶再次在现场进行仔细观察ꎬ检查发现ꎬ编码器安装在节流阀传动轴上ꎬ节流阀开启时ꎬ传动轴发生了轻微的晃动ꎬ造成编码器的实际值瞬间发生跳变ꎮ利用休风机会查找传动轴晃动的原因ꎬ检查传动轴机械结构ꎬ传动轴轴承部分损坏ꎬ对节流阀传动轴轴承进行更换后ꎬ恢复正常运行ꎬγ角正常运行趋势见图４所示ꎮ
根据以往经验判断ꎬ多为液压系统或编码器故障引起ꎬ而忽略了机械传动磨损对角度的影响ꎮ机械结构相对稳定ꎬ但不能代表不会出现问题ꎮ
⑷布料完毕节流阀关闭后偶尔出现二次全开ꎮ布料完毕后ꎬ节流阀关闭后突然二次全开ꎮ分析节流阀二次全开的设定条件ꎬ自动情况下ꎬ节流阀二次全开的条件为:料空信号到ꎬ下密封阀开信号到ꎮ联系自动化人员检查料空信号条件满足情况ꎬ故障时为料空信号ꎬ重新做趋势跟踪观察料空信号是否闪烁情况ꎬ未发现异常ꎮ再次查阅下密封阀开关动作ꎬ系统做趋势对下密封阀信号开关情况监测ꎬ发现执
８４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀甘㊀肃㊀冶㊀金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４３卷
行关动作时ꎬ开信号闪烁ꎮ此时ꎬ料空信号仍在ꎬα角在设定角度ꎬ下密封阀开信号闪烁使开信号二次到来ꎬ致使节流阀再次全开ꎬ更换下密封阀开信号接近开关ꎬ故障现象再未出现ꎮ在排查故障时ꎬ有时需要对接近开关信号开启情况做趋势进行监测ꎬ方能查出问题根本
ꎮ
图４㊀γ角正常运行趋势
５㊀结语
高炉炉顶节流阀常见的故障很多ꎬ文中只是列
举一些典型案例ꎮ随着智能化的发展以及自动化装备水平的提高ꎬ需排查的因素会更多ꎬ处理故障的过程越加复杂ꎬ专业设备人员不仅要了解节流阀液压系统的控制原理㊁电气控制原理ꎬ机械传动的结构也应熟练掌握ꎬ甚至将来需要学习智能化检测工具的使用及检测方法ꎮ只有不断总结和学习ꎬ结合并运用多方面知识ꎬ遇到故障ꎬ方能快速判断故障点ꎮ参考文献:
[１]㊀孙㊀伟.高炉布料器回转支承动力学仿真及有限元接触分析[Ｄ].重庆:重庆大学ꎬ２０１０.[２]㊀韦㊀东.液压比例系统在高炉布料控制过程中的应用[Ｊ].电工技术ꎬ２００６(０９):６０￣６２.[３]㊀赵彦婷.高炉料流调节阀常见故障及分析及处理[Ｊ].电工技术ꎬ２０１６(０７):９９￣１００.
[４]㊀付晓燕ꎬ李㊀磊.数控直线导轨磨床工作台驱动方式的改造[Ｊ].金属加工(冷加工)ꎬ２０１４(１０):７０￣７１.[５]㊀杜㊀新.陕钢２＃高炉无钟炉顶布料规律的研究[Ｄ].西
安:西安建筑科技大学ꎬ２０１４.
收稿日期:２０２０￣１０￣２０
作者简介:杨宝平(１９９０￣)ꎬ男ꎬ甘肃省嘉峪关人ꎬ本科ꎮ现从事高炉炉顶设备管理㊁维修工作ꎮ
(上接第４５页)
表７㊀酸性烧结矿成品粒度
项目
１０月
１１月
１２月
１月
２月
３月
４月
(０~６)ｍｍ/％１５.４８１５.２９１５.０２１４.６２１４.６３２４.７６２３.９６(６~８)ｍｍ/％
１６.１９１６.１０１５.８６１５.８６１６.１３２２.４８２２.９０(８~１０)ｍｍ/％１１.２３１１.０３１０.９４１０.９４１０.７１１０.９２１０.６８(０~１０)ｍｍ/％４２.９０４２.４２４１.８２４１.４２４１.４７５８.１７５７.５４５㊀结语
⑴配加酸性小球烧结矿有效解决了球体料缺口
问题ꎬ保证了高炉入炉品位ꎬ最大限度使用了自产矿使用量ꎬ降低了生铁成本ꎮ
⑵由于酸性小球烧结矿还原度较低ꎬ造成高炉煤气利用大幅度下降ꎬ虽然进行多次研究调整ꎬ虽然保证了炉况的稳定顺行ꎬ但煤气利用率下降的问题依然没有得到好的解决㊁煤气利用波动大ꎬ指标优化
不明显ꎮ
⑶酸性矿粒度不均匀ꎬ大小块粒级差大ꎬ一方面
大块成品皮带运输过程中堵漏斗ꎬ影响顺行ꎻ另一方面０~５.０ｍｍ粒级含量入炉影响高炉透气性ꎬ同时内部返料增加影响烧结工序能耗的持续较低ꎮ
收稿日期:２０２０￣０８￣３１
作者简介:刘发旭(１９８３￣)ꎬ男ꎬ甘肃省嘉峪关市人ꎬ工程师ꎬ本科ꎮ现从事高炉冶炼管理工作ꎮ
９
４第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨宝平ꎬ等:高炉炉顶节流阀常见故障分析及处理㊀㊀㊀㊀。