高炉炉顶料流调节阀液压系统设计

高炉炉顶料流调节阀液压系统设计

杨培俊1，赵刚1，张明银2

(1．马钢第二炼铁总厂；2．马钢张庄矿业公司；马鞍山24300)

摘要：介绍了马钢2500m3高炉炉顸料流调节阀液压系统的设计方案，使用结果表明采用比例阀的料流调节阀液压系统工作正常，故障率低，满足了生产要求。

关键词：料流阀；液压系统；比例换向阀；比例放大器

1 概述

马钢2500m3高炉炉顶采用串罐无料钟装料设备，布料方式以多环布料为主，还可实现单环布料、定点布料和扇形布料，采用了料流调节阀加布料溜槽的控制方式来实现炉内的精确布料。料流调节阀的两个半球形料闸由一个液压缸驱动，可根据所需的料流量增大或缩小料口的直径。料闸开口直径750mm，最大开口角度为63°，料流阀最大开启速度15°／s，全开启时间为6s，完全关闭时间为4s。在炉顶布料控制中下料罐料流调节阀的开度(γ角)的控制至关重要，因为只有γ角控制得精确才能有效地控制好料流量，进而更准确地控制好布料厚度、环数及布料的起点和终点。

2 选用电液比例系统控制料流调节阀

液压比例系统即有推力大、动作速度快的特点，又能最大限度地消除系统压力变化对推力的影响，减小对机械系统的冲击，同时又能把控制精度大幅提高。基于以上情况，在马钢2500m3高炉上采用了电液比例控制系统来控制料流调节阀，获得了理想的效果。

2．1电液比例阀的特点

比例阀是一种输出量与输入信号成比例的液压阀。既与输入电信号成比例的输出量是阀芯的位移或流量，并且该输出量随着输入电信号的极性变化而改变运动方向，本质上是一个方向流量控制阀，其特点是：

(1)能实现自动控制、远程控制和程序控制。

(2)能把电气控制的快速、灵活等优点与液压传动功率大等优点结合起来。

(3)能连续、按比例地控制执行元件的力、速度和方向，并能防止压力或速度变化及换向时的冲击现象。

(4)简化了系统，减少了元件。

(5)制造简便，价格比伺服阀低廉，但比普通液压阀高。由于在输入信号与比例阀之间需设置直流比例放大器，相应增加了投资费用。

(6)使用条件、保养和维护与普通液压阀相同，抗污染性能好。

(7)具有优良的静态性能和适当的动态性能，动态性能虽比伺服阀低，但可以满足一般工业控制的要求。

2．2工作原理

液压比例系统的工作原理如图1所示。

当料流阀需要打开时，电磁铁1首先得电顶开液压锁2，此时比例阀3的电磁铁LMG2b 得电，比例阀根据给定的电流大小给油缸提供相应的流量，油缸按相应的速度动作，从而实现用微弱的电信号对料流调节阀的精确控制。为了提高系统的可靠性，还设计了一个手动回路，若比例回路出现故障时可关闭该回路截止阀，通过手动阀4控制油缸，但不能按需要控制料流阀的打开角度。值得提出的是，采用双联液控单向阀组成的液压锁更进一步提高了该系统的可靠性。

2．3比例阀的选型

2．3．1节流阀口的选择

料流阀自带油缸的尺寸如图2所示。

可以计算出无杆腔活塞有效面积与有杠腔活塞有效面积之比为2：1。

由流量公式可知：

因此，在采用等面积阀口时，要使P-A通道的流量增加一倍，其压差就要等于原来的四倍，对于单出杆面积比为2：1的油缸，如果P-A和B-T的节流口面积相同的话，则压差比为4：1。现在为了控制物料流量(即料流阀的开度)，要求有杆腔的活塞必须产生一个比驱动压力高0．25倍的反力。根据上述论断，必须选择一个非对称型的节流阀口。

2．3．2控制方式的选择

(1)系统最大流量：根据工艺要求，料流阀的全开时间为3s，系统所需的流量为74L/min。

(2)系统最小流量：生产工艺要求料流阀半开时间为2．5s，系统所需的流量为31L/min。

(3)像这样大的流量要实现比例控制，必须采用先导式二级或者多级比例方向节流阀，由于阀内含有一级或者二级功率放大，因此足以克服主阀芯上的液动力干扰，在负载变化时具有较高的稳定裕度。在这里选择先导压力控制型比例阀。

2．3．3比例阀额定流量的确定

(1)确定额定流量的原则是实际通过比例方向阀最大流量时对应的输入信号电流应接近额定输入电流的90％。

(2)实际通过比例方向阀最小流量时对应的输入信号电流应超过死区电流。

(3)根据各工序系统流量的要求，参照生产厂家提供的控制特性曲线，选择阀压降为1MPa、公称流量为85L/min的比例节流阀，相应的调节范围为34％~51％，可调范围很大，有较好的分辨率，同时，重复精度造成的偏差当然也很小。

2．3．4比例阀中位机能的确定

根据料流阀的工作要求、定位功能、考虑到液压锁的使用，选用了三位四通Y型换向阀。

2．3．5比例阀电反馈方案

根据使用环境和该液压系统的构成，要求尽量减小温漂，而根据生产厂家的试验，4WRE10电反馈型直接作用式比例换向阀的阀芯位移重复精度为0．01，在温度变化时(20~70℃)位移传感器及连杆的温漂导致的阀芯位移量为0．03～0．04mm，而不带电反馈的4WRZ10先导式比例方向节流阀，重复精度为0．06~0．07，在同样的温度变化时主阀芯却没有偏移，综合考虑，选择了不带电子位置反馈的比例阀。

2．3．6比例阀型号的确定

综合以上几点，料流调节阀液控系统的比例阀选为4WRZ10W8／7XG24／N9ETK4D3M。

3 系统的维护与保养要求

(1)系统安装前所有管道要去毛刺，安装完毕后酸洗管道，而后再清洗滤清器、更换新滤芯、加注新油。

(2)系统运行后250h检查滤清器滤网上的附着物，500h更换滤芯，1000h清洗滤清器，更换滤芯，清洗液压油箱，更换液压油。每隔100h应检测一次液压油，以便及时发现并更换变质油，保证油液清洁度小于NAS7级。

4 结束语

马钢2500m3无料钟炉顶料流调节阀设计采用了先进的比例液压系统控制后，充分利用液压系统推力大、动作速度快的特点，最大限度的消除了系统压力变化对推力的影响，又把控制精度大幅提高，同时减小了对机械系统的冲击，而且安装调试简单，很好的满足了生产的需要，保证了高炉高效顺产。