液壓技術(shù)在冶金企業(yè)中應(yīng)用

1、液壓技術(shù)在冶金企業(yè)中應(yīng)用摘要 進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)家建設(shè)的發(fā)展，冶金工業(yè) 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的有越來(lái)越重要的作用。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比， 液壓技術(shù)具有傳動(dòng)量較大、自重輕的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于重型、 大型、特大型設(shè)備，因此在冶金領(lǐng)域有著其他設(shè)備無(wú)法取代 的作用，廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉及后續(xù)的精加工中。本文中, 簡(jiǎn)介了液壓技術(shù)的基本原理和液壓系統(tǒng)的組成部分，同時(shí)結(jié) 合冶金工業(yè)的特點(diǎn)，以液壓技術(shù)在高爐、電弧爐、金屬加工 及設(shè)備安裝為例，介紹液壓技術(shù)在冶金中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞液壓技術(shù)；原理；系統(tǒng)；冶金；應(yīng)用中圖分類號(hào)th13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào)1674-6708(2012) 80-0180-03液壓技術(shù)是一門(mén)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)

2、實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中總結(jié) 和創(chuàng)造出來(lái)的技術(shù)。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，由于其傳動(dòng)力量大， 利于傳遞和配置，液壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)的各行各 業(yè)中，用來(lái)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程 的自動(dòng)化。近代冶金工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與液壓技術(shù)是密切相 關(guān)的。在煉鐵、煉鋼、連鑄機(jī)、軋制機(jī)(冷熱連軋機(jī)、可逆 式軋機(jī))、鋼材的頭尾剪切、帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中的各類輔助設(shè) 備中以及鋼管生產(chǎn)中的擴(kuò)管機(jī)、鋼管減輕機(jī)等，都存在著大 量的液壓技術(shù)。比起傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，液壓設(shè)備不僅裝配容 易，而且造價(jià)低，可在很大程度上節(jié)約成本，有利于提高冶 金企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是一種最為經(jīng)濟(jì)的選擇。因此，液壓技 術(shù)在冶金企業(yè)中得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)

3、用。1液壓技術(shù)原理和組成系統(tǒng)1.1液壓技術(shù)的原理液壓技術(shù)的理論基礎(chǔ)是帕斯卡定律(pascal law)：加 載在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地由液體向各個(gè)方向 傳遞。也就是說(shuō)，當(dāng)密閉容器內(nèi)的液體的外加壓強(qiáng)p發(fā)生變 化的時(shí)候，只要液體仍然保持原來(lái)的狀態(tài)，液體里面的任何 一點(diǎn)的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生同樣大小的變化，因此，帕斯卡定律也稱 為等靜壓原理。如圖1所示，當(dāng)加載在面積較小的小活塞上一個(gè)力，依 據(jù)帕斯卡定律，必然會(huì)在面積較大的活塞上產(chǎn)生相等的壓 強(qiáng)，從而在較大面積的活塞上或產(chǎn)生較大的力，因此可用液 壓機(jī)來(lái)進(jìn)行提取重物、鍛壓鋼材等。1. 2液壓系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)有以下五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元 件、

4、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油2-3 o1)動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的 壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力, 從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)。依據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，液壓泵可分 為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等；2）執(zhí)行元件的作 用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為工作裝置的直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，即 擺動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械能，如液壓缸和液壓馬達(dá)；3）控制 元件的主要作用是對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控 制調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向，以保證工作機(jī)構(gòu)完成預(yù)定 的工作運(yùn)動(dòng)，如溢流閥、單向閥、電磁換向閥等；4）輔助 元件主要起輔助作用，包括油箱、濾油器、管接頭、密封圈、 壓力表、油位油

5、溫計(jì)、油管密封裝置等分別起貯油、過(guò)濾、 疏松、防漏保亞等作用，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和便于檢測(cè)控 制，是液壓系統(tǒng)中必不可少的部分；5）工作介質(zhì)是存在于 上述四種元件中其傳遞動(dòng)力和能量作用的液體，是液壓系統(tǒng) 中最本質(zhì)的一部分，包括各種礦物油、乳化液、水基介質(zhì)和 合成型液壓油等幾大類。液壓技術(shù)之所能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗蓪?shí) 現(xiàn)平穩(wěn)地傳動(dòng)，自重輕體積小，承載能力大，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)極 調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作，機(jī)械結(jié)構(gòu)很容易簡(jiǎn)化，從而有利 于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化。以千斤頂為例，說(shuō)明液壓系統(tǒng)的工作原理，如圖2所示 2-3o1.手柄；2.手動(dòng)泵；3排油單向閥；4.吸油單向閥；5. 油箱；6.截止閥；7.液壓缸

6、隨著手柄1的向上運(yùn)動(dòng)，與手柄相連的活塞也向上運(yùn)動(dòng), 促使手動(dòng)泵2的容積增大，壓力降低形成局部真空，于是單 向排油閥3關(guān)閉，單向吸油閥4打開(kāi)，油箱5中的油便在大 氣壓力的作用下經(jīng)管道進(jìn)入到泵中，此時(shí)吸油過(guò)程結(jié)束。當(dāng) 手柄1帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，手動(dòng)泵2的容積減小，受 到擠壓的油將關(guān)閉單向閥4,開(kāi)啟單向閥3,此時(shí)油經(jīng)管道 進(jìn)入到液壓缸中，克服外在載荷使使有重物的活塞向上運(yùn) 動(dòng)，極為排油過(guò)程。當(dāng)手動(dòng)柄1帶動(dòng)活塞不斷上下運(yùn)動(dòng)，拖 有重物的活塞就會(huì)不斷上升。當(dāng)外部負(fù)載被升至所需要的高 度時(shí)，停止手柄1的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)單向閥3關(guān)閉，液壓缸7里 面的液體被封死，其活塞也就停止不動(dòng)，處于自鎖狀態(tài)。這 一過(guò)程中，

7、截止閥6始終處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)需要重物下降的 時(shí)候開(kāi)啟截止閥6,液壓缸7內(nèi)的油液使經(jīng)管道流回油箱3, 活塞就會(huì)下降到初始位置。2液壓技術(shù)在冶金中的應(yīng)用目前的冶金企業(yè)主要以鋼鐵企業(yè)為主。鋼鐵制品的生產(chǎn) 首先是鋼鐵的冶煉，在高爐中將鐵礦石和焦炭提煉成生鐵， 然后再利用煉鋼爐煉制出各種成分、不同牌號(hào)的鋼產(chǎn)品，使 之具有不同的物理化學(xué)性能，最后利用各種加工手段，如軋 制、鍛壓、擠壓等，生產(chǎn)出適應(yīng)市場(chǎng)要求的各類板材、棒材 等。在冶金工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，涉及到大量的大型、重型機(jī) 械設(shè)備，這些設(shè)備必須在高溫的環(huán)境中進(jìn)行工作，因此其自 動(dòng)化程度和控制精度要求較高。而液壓技術(shù)對(duì)于改善其自動(dòng) 化程度和控制精度有很好的

8、作用，因此，在冶金企業(yè)中具有 獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用。2. 1高爐爐頂?shù)募恿涎b置4-6高爐是冶金企業(yè)提煉生鐵的一種重要的設(shè)備，高爐不僅 可以將鐵礦石和焦炭加熱熔煉形成鐵水，同時(shí)能夠?yàn)楹罄m(xù)的 精煉過(guò)程提供能源。生鐵冶煉過(guò)程中，需要定期從爐頂加入 礦石和焦炭等原料，為了使礦石充分反應(yīng)，提高產(chǎn)量，高爐 頂部存在的大量的可燃性的氣體不能夠與大氣相通，從而保 證高溫高壓有利于燃燒的條件。在液壓技術(shù)被采用前，煉鐵的爐頂裝料設(shè)備都是傳統(tǒng)的 鐘式爐頂，包含大小料中兩個(gè)部件，這種爐頂在加料時(shí)不能 夠保證燃燒均勻性，從而降低爐內(nèi)壓力，降低產(chǎn)量。這是鐘 式爐頂?shù)娜秉c(diǎn)之一。第二，鐘式爐頂一般通過(guò)平衡桿式機(jī)械 傳動(dòng)來(lái)進(jìn)行爐頂

9、大小鐘的啟閉傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅設(shè)備笨 重，而且占地面積很大，同時(shí)料鐘拉桿的聯(lián)結(jié)時(shí)產(chǎn)生很大的 水平方向的作用力，使得爐頂甚至整個(gè)爐體結(jié)構(gòu)承受了來(lái)自 水平和垂直兩個(gè)方向的較大的載荷。而液壓技術(shù)可以很好的 解決這兩個(gè)問(wèn)題。首先液壓控制的料流調(diào)節(jié)閥無(wú)鐘爐頂可以 保證一個(gè)穩(wěn)定的料流量，從而確保爐內(nèi)的髙溫高壓，提高產(chǎn) 量。其次，爐頂?shù)拇笮＄姷膯㈤]采用液壓技術(shù)之后，油缸的 結(jié)構(gòu)更為緊湊，能夠與料鐘拉桿更好地聯(lián)結(jié)，對(duì)爐頂?shù)乃?載荷得到了消除，只剩下垂直方向的載荷，從而可以有效減 少爐頂所需的鋼材量。同時(shí)液壓技術(shù)有利于料鐘啟閉速度的 控制，通過(guò)在料鐘閉合之前的減速可減輕對(duì)料斗的沖擊力。 此外，液壓技術(shù)也有利于

10、降低爐頂?shù)母叨?，降低傳?dòng)機(jī)的功 率，從而可以很好的節(jié)省成本。在采用液壓技術(shù)的高爐爐頂加料裝置中，通過(guò)液壓油缸 活塞的升降來(lái)控制上下密封閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。加料的時(shí)候， 傳送帶先將原料送至分配器，然后，開(kāi)啟上密封閥，使分配 器將料送至料罐，如此進(jìn)行反復(fù)的交替，將原料不斷地加入 到料罐中，當(dāng)原料達(dá)到一定的重量后，力傳感器發(fā)出信號(hào)， 收到信號(hào)后，下密閉閥和料流調(diào)節(jié)閥先后開(kāi)啟，將原料倒入 液槽中進(jìn)行布料。在有需要的情況下，對(duì)物料進(jìn)行一定規(guī)律 的分布。高爐加料裝置的液壓系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分組成（以 255立方米高爐液壓爐頂為例）：油泵、濾油器、單項(xiàng)溢流閥、 蓄能器、換向閥、節(jié)流閥和分流閥等。其工作原理是：通

11、過(guò) 高壓齒輪泵和蓄能器來(lái)完成油缸的充油，從而起到對(duì)上下密 封閥的開(kāi)啟和關(guān)閉的控制。首先在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力作用下， 油箱中的油通過(guò)濾油器進(jìn)入油泵，成為高壓油，然后，高壓 油經(jīng)過(guò)單向閥與從蓄能器中出來(lái)的高壓油進(jìn)行匯合。匯合后 的高壓油繼續(xù)經(jīng)過(guò)單向閥、高壓油匯流管、電流換向閥、節(jié) 流閥和分流閥，最終進(jìn)入到工作缸的底部，從而推動(dòng)工作活 塞的上升，達(dá)到開(kāi)啟密封閥的功效。隨后在油泵的作用下， 高壓油一方面通過(guò)原來(lái)的回路，使得漏斗嚴(yán)密關(guān)死，另一方 面流向儲(chǔ)勢(shì)器，壓縮氮?dú)庠黾酉到y(tǒng)的壓力。當(dāng)壓力增加到定 值之后，油會(huì)經(jīng)打開(kāi)的溢流閥返回到油箱中，同時(shí)在電接點(diǎn) 壓力表的作用下，油泵停止工作，此時(shí)，單向閥不僅可以防 止

12、油液的回流，同時(shí)又能使密封閥保持關(guān)閉的狀態(tài)。1.送料分配器；2.上密閉閥；3.料罐；4力傳感器2.2電弧爐煉鋼裝置5-6電弧爐煉鋼就是通過(guò)高溫電弧對(duì)金屬材料進(jìn)行融化和 冶煉，其冶煉過(guò)程主要分為點(diǎn)弧、融化、氧化和還原這四個(gè) 過(guò)程。首先，在點(diǎn)弧過(guò)程中，電極接觸到金屬表面時(shí)，容易產(chǎn) 生極大的短路電流，此后，隨著電極和金屬之間接觸面積的 增加，電極和金屬上熱量迅速聚集，產(chǎn)生赤熱，因此，點(diǎn)弧 設(shè)備需要保證能夠自動(dòng)點(diǎn)弧、維持電弧的繼續(xù)產(chǎn)生同時(shí)又不 引起冷料和電極的赤熱。第二，熔化過(guò)程中的電弧較短導(dǎo)致 燃燒的不穩(wěn)定和電流的不穩(wěn)定性，過(guò)大的會(huì)造成能耗的增 加。過(guò)小的電流會(huì)導(dǎo)致熔化時(shí)間的延長(zhǎng)，因此，需要控制器

13、電流的穩(wěn)定性，減少電流波動(dòng)。同時(shí)，煉鋼過(guò)程中生鐵由固 態(tài)變成液態(tài)的鋼水時(shí)，一方面造成電弧被拉長(zhǎng)，引起斷弧的 現(xiàn)象，另一方面，坍塌的無(wú)聊容易覆蓋電極，造成短路，因 此，這就需要保證電極液壓伺服系統(tǒng)具有較髙的靈敏度，能 夠避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。第三，氧化還原期的主要要求就是 保證鋼水沸騰和保證溫度。綜上所述，對(duì)電弧爐裝置的要求 就是：冶煉初期的較小的作用區(qū)域、爆料時(shí)較快的速度、靈 敏的電液伺服閥和極短的過(guò)渡時(shí)間等。鑒于其優(yōu)點(diǎn)，液壓技 術(shù)可廣泛應(yīng)用于電弧爐的爐體傾翻、爐體旋轉(zhuǎn)、爐門(mén)的升降、 爐蓋的旋轉(zhuǎn)和升起、電極的升降以及煙道閘門(mén)的旋轉(zhuǎn)中。目前電弧爐的爐體傾翻、爐體旋轉(zhuǎn)、爐門(mén)的升降、爐蓋 的旋轉(zhuǎn)和升起

14、、電極的升降以及煙道閘門(mén)的旋轉(zhuǎn)中等所采用 的液壓技術(shù)多采用回油路節(jié)流，從而具有較大的調(diào)速范圍， 保持較為平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)同時(shí)對(duì)速度造成的影響小。2. 3金屬加工中的應(yīng)用在金屬加工工業(yè)中，液壓技術(shù)不僅可以用于各種造型設(shè) 備、鑄造機(jī)械、鍛壓和焊接設(shè)備中，同時(shí)也可以用于各種金 屬切削設(shè)備中。在鑄造生產(chǎn)中，液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于高壓、射壓造型機(jī)、 拋壓機(jī)、壓鑄機(jī)等各種設(shè)備中。例如在拋砂機(jī)中，為了確保 型砂能夠均勻地分布在砂箱的各個(gè)部位，需要液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí) 現(xiàn)拋頭的上、下、左、右以及前、后的運(yùn)動(dòng)。連鑄中，小型的連鑄機(jī)多餐用機(jī)械式振動(dòng)，而大型的連 鑄設(shè)備由于其精度要求高，因此，多采用液壓振動(dòng)。液壓振 動(dòng)控制技術(shù)是通過(guò)

15、在線設(shè)定和修改波形、振幅、頻率，實(shí)現(xiàn) 不同波形的振動(dòng)的控制，從而能夠滿足連鑄生產(chǎn)工藝的要 求。液壓振動(dòng)系統(tǒng)可使結(jié)晶器在給定的振動(dòng)模型下沿著鑄機(jī)的半徑做防弧運(yùn)動(dòng)，從而可防止在凝固過(guò)程中鑄坯與結(jié)晶器銅管之間發(fā)生粘結(jié)而引起拉漏現(xiàn)象的發(fā)生,在減少摩擦阻力的同時(shí)提高鑄坯質(zhì)量8。與傳統(tǒng)的振動(dòng)方式相比，液壓振 動(dòng)具有很多優(yōu)勢(shì)：推力大、能夠產(chǎn)生較大的位移，系統(tǒng)的穩(wěn) 定能好，可連續(xù)工作較長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)可在線調(diào)整振動(dòng)頻率 和振幅，因此對(duì)振動(dòng)的穩(wěn)定性有較好的保證，可以顯著提高 鑄坯的質(zhì)量。液壓技術(shù)在鍛造中也有著廣泛的應(yīng)用。液壓傳動(dòng)可以傳 遞更大的力和力矩，同時(shí)容易控制，因此，在液壓機(jī)、短機(jī)、 剪板機(jī)、操作機(jī)等設(shè)備中

16、有著廣泛的應(yīng)用。在目前的焊接技術(shù)中，只有壓力焊中應(yīng)用到了液壓技 術(shù)，如鐵路鋼軌連續(xù)閃光對(duì)焊機(jī)等。在焊接無(wú)縫鐵軌的各種 技術(shù)中，最為先進(jìn)的是無(wú)預(yù)熱連續(xù)閃光接觸焊，具有眾多優(yōu) 點(diǎn)，如功率小、焊接功率高、能耗低、自重輕等。在金屬的切削機(jī)床設(shè)備中，液壓技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用， 如磨床、鉆床、銃床、刨床等。采用液壓技術(shù)的設(shè)備不僅可 以實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)極調(diào)速、具有較好的換向性能、便于實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)工作循環(huán)，同時(shí)還能減少換向沖擊、縮短換向時(shí)間。此外, 液壓技術(shù)也可以應(yīng)用于機(jī)床的輔助設(shè)備，從而達(dá)到簡(jiǎn)化機(jī)床 結(jié)構(gòu)、提高設(shè)備的精度和自動(dòng)化水平的效果。2.4冶金吊裝設(shè)備9冶金設(shè)備通常需要大型甚至超大型的設(shè)備和儀器，由于 場(chǎng)地的

17、局限性和常用起重設(shè)備的局限性，常常需要借助于液 壓設(shè)備來(lái)完成設(shè)備的安裝和運(yùn)行。一個(gè)完備的液壓提升設(shè)備包括三個(gè)部分：提升器支撐件 （即塔架）、液壓提升器和吊索、同步爬行器。塔架是支撐 整個(gè)提升器的設(shè)備，其高度可以根據(jù)具體的情況具體設(shè)置； 吊索一般采用柔性索具。此外，提升器中用到的錨具具有逆 向運(yùn)動(dòng)自鎖性，不僅確保了提升過(guò)程的安全，同時(shí)能在提升 過(guò)程中的任意位置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠鎖定。液壓提升設(shè)備一般為穿芯式結(jié)構(gòu)，采用柔性鋼絞線作為 提升工具，不僅安全可靠，同時(shí)具有自重輕、運(yùn)輸安裝方便 的優(yōu)點(diǎn)。提升設(shè)備在工作過(guò)程中，提升和回落是一個(gè)完整的 周期性運(yùn)動(dòng)，隨著該周期運(yùn)動(dòng)，重物得到提升或者下降。采用液壓設(shè)備提

18、升的優(yōu)點(diǎn)是：1）液壓設(shè)備自動(dòng)化程度 高，不僅利于方便靈活地操作，同時(shí)穩(wěn)定性好，可靠度高， 安全性好；2）液壓提升的適用范圍較為廣泛，可用于提升 各種重型設(shè)備；3）液壓同步提升系統(tǒng)中的同步動(dòng)作、負(fù)載 均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制等過(guò)程是通過(guò)跳頻擴(kuò)頻通訊技術(shù) 傳遞指令，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)液壓設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程; 4）具有多元化功能：操作鎖閉、過(guò)程顯示以及故障報(bào)警；5） 液壓提升設(shè)備是集機(jī)、電、液、傳感器、計(jì)算機(jī)控制于一體 的現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備。3結(jié)論和展望液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，近 年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，冶金機(jī)械主要往大型化、連續(xù) 化、高速化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，因此，要求現(xiàn)代的冶金液 壓技術(shù)具有更高的精度、響應(yīng)性能和可靠性，廣泛采用集成 化系統(tǒng)和元件，同時(shí)要容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，更要重視控制 液壓系統(tǒng)的污染10-11 o因此，冶金液壓技術(shù)的發(fā)展會(huì)更 好地改善設(shè)備的操作性能和保護(hù)環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)冶金工業(yè)的 更好的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 楊爾莊.二十一世紀(jì)液壓技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)j. 液壓與氣動(dòng)，2011 (3).2 張平格，等液壓傳動(dòng)與控制m.北京：冶金工業(yè)出 版社，2009.3 陳榕林，張磊液壓技術(shù)與應(yīng)用m.北京：電子工業(yè) 出版社，2002.4 張溪波，高元平.液壓技術(shù)巧用實(shí)例j.科技情報(bào)開(kāi) 發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010, 20 (12).5