LF炉液压系统的设计

李岚萍

(上海宝钢工程技术有限公司，上海201900)

随着当前钢铁冶金技术的迅速发展,钢材市场的竞争不断加剧。LF炉冶炼作为一种成熟的精炼技术,已经在钢厂得到广泛的应用。它能有效的去除钢水中的气体和杂质，均匀钢水成分、温度，提高钢水的纯净度和质量,协调钢水初炼炉与连铸机之间的生产节奏，提高连铸的连浇率。

1 LF炉液压系统

1.1 设备用途

LF炉液压系统是LF炉中的一个重要组成部分,其性能的好坏直接影响着LF炉的工艺性能。LF炉液压系统安置在LF炉液压室内，主要对电极升降、电极夹紧和放松、炉盖升降等设备提供液压传动和控制。

1.2 设备组成及其功能

LF炉液压系统主要由液压泵站、蓄能器组及控制阀台等三部分组成。液压泵站主要向执行机构控制阀台提供动力源,使控制阀台控制相应的机构动作。当多个液压缸同时快速运行时，由液压泵及蓄能器组同时向控制阀台提供油源。在停电或液压站事故的状况下，由系统蓄能器组为炉盖提升和电极提升提供液压动力源。

2 LF炉液压系统的设计

2.1 系统压力和流量的确定

液压系统的设计主要包括两个方面：一是根据设备类型、载荷大小来确定液压缸的规格及系统工作压力；二是对液压系统的流量进行计算，为液压产品的选型提供数据参考。

系统工作压力由设备类型，载荷大小、结构要求确定。工作压力高、结构紧凑、重量轻是现代液压系统的发展方向。但随着压力的提高，相应对泵、缸、阀等液压元件的材质、密封、制造精度等要求也会提高，必然会提高设备成本。

液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统、选择液压元件的主要依据。下面以某钢厂120 t LF炉液压系统为例说明液压系统流量的计算。

根据设备提供的参数计算系统流量。流量计算公式为：

式中Q——液压缸工作时的最大流量，L/min；

D——压缸最大内径，mm；

v——液压缸工作时的最大速度，m/s。

炉盖升降装置。三个液压缸同时工作，它们的同步性由同步液压马达控制实现，油缸速度由单向节流阀设定，油缸上安装有液压锁以防止液压系统失压时炉盖的突然降落。

主要技术参数：

每缸承重：150 kN，共3个缸

油缸：∅160 mm/∅100 mm，冲程650 mm

最大速度v：40 mm/s

工作压力P：16 MPa

根据流量计算公式计算得，Q1=48.2 L/min。

电极升降装置。电极升降缸的运动由比例阀控制，进油和回油路上各设有液控单向阀。当电极升降控制打开时，液控单向阀打开；电极升降控制关闭时，液控单向阀延时关闭。

主要技术参数：

每缸承重：180 kN，共3个缸

油缸：∅140 mm/∅100 mm，冲程3 000 mm

最大速度v：100 mm/s

工作压力P：16 MPa

根据流量计算公式计算得Q2=93 L/min。

电极松开装置。电极松开装置靠弹簧力机械夹紧，靠液压力放松。当二位三通电磁阀失电时，夹紧机构夹紧；电磁阀得电时，夹紧机构松开。

主要技术参数：

每缸承重：250 kN，共3个缸

油缸：∅200 mm，冲程50 mm

最大速度v：10 mm/s

工作压力P：16 MPa

根据流量计算公式得Q3=19 L /min。

由于夹紧液压缸与电极升降油缸不能同时工作，因此其峰值流量可考虑不计。

系统峰值流量为Q=3Q1+3Q2=425 L/min

由系统流量确定采用三台主泵(1台备用)，在1 500 r/min的情况下，每台泵的输出流量Q为190 L/min。

2.2 主泵电机功率的选择

根据系统峰值流量选用三台柱塞泵为主泵，每台主泵流量为190 L/min。

根据公式计算每台电机的功率为：

式中N——液压系统总功率，kW；

P——液压泵的最大流量，L/min；

η——液压泵的效率，η=0.8～0.85。

经查样本，选用功率为75 kW的电机。

2.3 蓄能器组的设计

液压系统中设有蓄能器组，主要用于液压系统在失电时的紧急操作。在系统失电时，炉盖升降缸和电极提升缸的复位均由蓄能器组来实现，同时还具有增强系统快速响应的功能。

上式中，QL是液压缸最大流量(L/min)；D是液压缸最大内径(mm)；d是液压缸最小内径(mm)；L是油缸最大冲程(mm)。

在事故状态下，炉盖升降缸和电极夹紧缸复位所需流量为QL=QL1+QL2≈144.5 L /min。

采用50 L的皮囊式蓄能器, 根据波义尔定律：

P0V0n=P1V1n=P2V2n=C

设P0=12 MPa，P1=13 MPa，P2=16 MPa

由于蓄能器绝热过程中，其有效工作容积(排油量)为：

因此本系统选用了24只50 L的蓄能器组成蓄能器组。

液压系统中还设置了循环过滤冷却装置，对油液进行过滤冷却，为系统提供干净、合适温度的能源，保证液压系统的正常运行。

3 结论

按照本设计制造的多套LF炉液压系统顺利完成了调试和联动试车并经长时间生产使用，完全符合工艺设备要求。液压系统设计正确，设备外形美观，噪音低，无故障，控制方便，电极调节精确灵敏，满足了现代LF炉生产的需要。

[1]雷天觉. 新编液压工程手册. 北京理工大学出版社.

[2]刘桂凤. LF炉液压系统分析. 天津冶金，2002年增刊.