钢铁企业液压系统的污染及控制

朱宁

(东北特殊钢集团有限责任公司，辽宁大连116105)

钢铁企业液压系统的污染及控制

朱宁

(东北特殊钢集团有限责任公司，辽宁大连116105)

着重分析了液压机械在各个生产过程中产生污染的主要原因及其危害，提出了具体控制措施，以确保冶金机械液压系统的正常稳定运行。

冶金机械；液压系统；污染；防控

1 引言

冶金机械液压系统工作环境一般都是处在高温、高压、高速、高负荷、高粉尘、高湿度变化等条件下，在安装、调试、使用、维修、保养过程中，液压系统中的油液容易受到污染和产生化学质变，而使液压系统产生多种故障。例如，冷、热连轧机液压APC、AWC、AGC、AJC等系统采用了电液伺服阀、高频响应比例控制阀、恒压变量柱塞泵等。由于电液伺服阀精度高，对油液污染敏感性强，极易产生故障。大量高精度的液压系统故障70%～80%是由于液压油液的污染造成的，对整个系统危害极大。面对液压系统污染严重的问题，如何更好地对液压系统进行维护与保养，减少液压设备故障的发生频率，保证液压系统的工作可靠性和液压元件的使用寿命，保证冶金机械设备各项指标的正常运行，是当前各冶金生产企业普遍面前的一个难题。现就冶金液压系统产生污染的原因以及如何有效地对污染进行控制作一些探讨。

2 冶金机械液压污染的产生原因

在冶金机械的液压系统中，液压油是主要的传递能量的工作介质，同时还具备润滑、密封和防锈等功能。冶金机械液压系统的污染主要指液压油中掺杂了各种杂质，这些杂质包括固体颗粒、变质的水以及微生物等。具体来说，包括以下3个方面：

（1）从外界进入的污染物

整个液压系统在使用过程中，外界的粉尘颗粒会随着往复伸缩的活塞杆、注入系统的油液或油箱的通气孔等进入液压油中，或者因某些密封圈密封不严导致水等物质进入油液中。此外，在日常的维护和保养中，由于操作人员的疏忽，拆装密封件、阀体等带入的棉纱、橡胶等污染物。

（2）系统自身制造过程中遗留的污染物

冶金机械液压系统的生产过程也是一个复杂的过程，要经历生产、组装、运输、仓储以及销售等阶段。在这些阶段中，系统本身就会产生一些污染物。这些污染物包括毛刺、碎屑子、沙粒、废料、锈片、喷漆、胶状物、棉布纱料布以及冲洗液体等等。对于冶金机械而言，由于其某个零部件的不洁净，将会导致整个液压系统的污染，从而导致系统出现故障，影响运行效率。

（3）系统生产过程中产生的污染物

冶金机械液压系统作为冶金机械的重要组成部分，其工作环境复杂。在当今社会，很多冶金机械都是在户外进行作业，他们长期处于高温、高压的环境，又会受到重核载的作用。在这种情况下，机械中的液压油温度就会变高，从而产生化学质变，化学质变会导致金属表面产生腐蚀，出现金属颗粒、锈滓，润滑不良等现象，也会产生部分剩料、磨料等物质。另外，高温、高压的工作环境以及重载的工作条件会导致液压油把金属表面的颗粒剥落，使金属出现凹凸不平，从而导致被密封的元件加快了老化的速度，被腐蚀，造成颗粒污染等。

3 液压污染的危害的主要表现

对液压系统污染的原因有了初步的了解。这些污染在实际生产过程中会对液压系统产生非常大的危害，直接影响到液压系统的正常运转，严重时甚至造成设备的损坏。其危害主要表现在以下几个方面：

3.1 固体颗粒的危害

固体颗粒污染物主要由金属颗粒、沙粒、橡胶颗粒、纤维和积碳等物质成。这些颗粒大多是金属和硅、铝等氧化物，硬度一般较高，莫氏硬度在4～7之间，其中，二氧化硅和三氧化铝的硬度可达莫氏硬度7～9，对系统和元件的危害较大。液压油液污染当中，金属颗粒约占75%，尘埃占15%，其他杂质占10%。在各种污染物中。固体颗粒分布最广、危害最大，是引发系统故障、降低可靠性和降低元器件使用寿命的最主要原因。因此,污染控制的重点就是减少固体颗粒。固体颗粒污染物造成磨料磨损、淤积、堵塞、卡滞和加速油液变质等。

其中，磨料磨损是冶金机械运转中的一个严重问题,磨损主要有切削、疲劳、粘着和冲蚀形式。它们交互并存和作用，影响阀芯的正常工作。是液压和润滑系统元件失效的主要原因；颗粒淤积是导致液压系统工作不稳定的主要因素，油液中小颗粒浓度越高,淤积现象就越容易发生；堵塞主要是指固体颗粒将节流孔、阻尼孔、喷嘴、过滤器等堵死,造成流量减小甚至断流,危害很大。卡滞主要是指较大的颗粒进入运动副间隙并附在间隙入口附近,造成上下间隙产生径向不平衡力,把阀芯压向颗粒浓度高的一边,产生液压卡紧现象。

3.2 水的危害

液压系统油液中的水主要来自潮湿的空气和水循环冷却的工作环境。液压系统中水引起的污染的危害主要包括：

（1）引起腐蚀

油液中含有部分金属硫化物以及氯化物等，当它们遇到水时，会发生作用，产生酸性介质，使元件表面被腐蚀。

（2）引起变质

油液遇到水会发生氧化和乳化，添加剂也会和油液发生化学反应，生成沉淀物等胶质，不仅会破坏油膜强度，还使润滑性能降低。同时，它也为微生物的生长与繁衍创造合适的条件，引起油液变质。

（3）低温结冰

系统中游离的水在低温状态下容易结冰，将小孔等间隙、油滤器等元件堵塞。

3.3 空气的危害

空气常常比水更加容易进入到液压系统中，在液压系统中，空气的存在形式有两种：溶解状态和游离状态。处于溶解状态的空气通常不会影响系统工作。空气对液压系统的危害主要来自于游离状态的空气，产生的主要危害包括：①产生气蚀，破坏元件材料表面，并引起系统振动和噪音；②降低液压油液的体积弹性模量和刚性，使系统响应特性变差；③产生气阻。液压泵工作时，吸油腔是低压区，处于游离状态的小气泡体积会急剧膨胀，处于溶解状态的空气也会析出来，把吸油腔充满，造成气阻。

4 液压系统油液及机械污染的控制策略

对于冶金液压系统，其工作的可靠性及使用寿命在很大程度上取决于液压系统受污染的程度及类别。很多研究者对它们之间的关系都做了研究，这里就不再一一赘述。总之，要想提高冶金液压系统的可靠性及使用寿命，最主要的就是要降低系统的污染程度，下面就如何降低系统的污染展开讨论。

液压系统的污染包括内外两种因素。其中，内因指的是系统使用过程中的一些正常损耗，它只能通过改进技术来进行降低，但是不可能完全被消除。

4.1 设计时要选用适宜的过滤器

在机械的设计阶段，要综合考虑机械的工作环境，选用合适的过滤器。这对于系统今后的运行有着重要的意义，是一项重要的污染减小措施。如果所选用的过滤器它的精度太高了，会造成浪费；但是过低了又会减少器件的使用寿命。要想液压系统的性能好、工作效率高、稳定性好并切实可靠，就必须要为它设计一个良好的控制污染度的系统。

（1）对于一般的冶金机械液压系统，在设计的时候，它的过滤器的过滤精度为20滋m。对电液伺服系统，过滤器采用的是10滋m，甚至更高精度的过滤器，油液的污染度通常优于6级。

（2）对于液压系统所采用的过滤器，其精度要比实际流经系统的流量大些。过滤器流过比它额定值小的流量,则过滤器较小的压力差能使更多的污染颗粒被过滤掉,液压油的清洁度越高。

（3）将液压系统并联使用效果更好。并联后流经每个过滤器的流量减少了很多,从而提高了系统的清洁度。

（4）采用高性能过滤器分级过滤。如连轧机液压系统在泵的吸油口、压力控制油路、电液伺服阀的进口处和回油口、独立循环过虑回路均装有过滤精度为125滋m、10滋m、5滋m、3滋m过滤器,采取定期更换的措施,防止过滤器堵塞或变形而失效。

（5）当过滤器选好后,还应注意正确的安装位置。通常过滤器都安装在吸油回路,以清除进入泵以前的污染物。对高精度要求的液压系统,可在吸油回路安装一个粗滤器,在液压管路上设置一个精滤器,关键性元件还要在进油口前设置过滤器。

4.2 液压系统制造和安装阶段的污染控制

（1）在现代液压系统中，绝大多数的电液伺服采用的材料是不锈钢质的无缝式钢管，它有一个特点，就是钢管之间不能够用螺纹来连接。钢管和弯头等要放在硝酸和氢氟酸的混合液中清洗，目的是除去管道内壁上的赃物。

管道用锯割而不用砂轮切割，目的是减少砂轮粉末的产生。焊接的时候，在不锈钢管端处打好坡口，去掉毛刺并处理干净。在焊接的时候，最好使用氩弧焊接，减少熔渣。

表1 管道酸洗钝化配方

（2）将液压油管拆除的时候，要保持接头的开口朝上。同时还必须用堵头将接头开口堵住，目的是为了防止液压系统中的油液流失，同时也可以有效地也减少污染物的侵入及危害。

4.3 加强对液压系统使用的维护与保养

（1）加注新油液的污染控制。经过对新油检测，一般污染度都在NAS10级以下，远不能满足电液伺服系统要求的NAS6级以上的标准。因此，新油加注前，采用精细过滤车三级过滤，使新油的污染度完全符合电液伺服阀NAS6级的标准，从而大大降低了对电液伺服阀的更换、清洗频率，提高了设备的稳定运行率。

（2）离线、在线循环冲洗。离线循环冲洗时，断开电液伺服阀和其他液压部件，将软管、硬管直接连通，开泵过滤新油并冲洗管路，运行24～72 h，油温控制在50～60℃，冲洗压力约为2 MPa，并用橡胶锤敲击接头、焊缝等部位，将固体颗粒污染物清除。

在线循环冲洗是当系统的液压油检验达NAS1638-4－5级标准后，方可接入电液伺服阀和其他液压部件，开启系统进行在线循环冲洗。

（3）防止油温过高。液压油液温度过高，会加速油液氧化变质，从而增加金属磨损，并使密封件老化变形，造成液压系统泄漏和污染。冷热轧机的工作油温应控制在55℃以下。

（4）及时更换执行元件的密封。定期更换轴端和活塞密封，防止内外漏泄和外部杂质的侵入。

（5）定期清洗油箱，清除积垢，更换油滤器和空滤器，防止外界颗粒污染物进入系统油箱和备用油箱。

5 结语

随着冶金业的不断发展，冶金机械运用的范围也日渐广泛，而液压系统的污染与控制是保证冶金机械正常运行的基础保障，因此需要从安装与使用等多方面加强检测的力度。对于污染物的产生与扩散进行严格控制，能够有效地降低液压系统受到污染的几率，同时也能够提高液压系统工作的稳定性，保证冶金机械设备的正常运转。

[1]张志彬.冶金机械企业设备维修管理[J].安徽冶金科技职业学院学报，2006.

[2]王强，涂群章，程建辉等.液压系统污染控制［M］.北京：国防工业出版社，2010.

[3]何玉红.冶金机械液压油液固体颗粒污染的危害及控制措施[J].冶金信息导刊，2008，(01).

A Brief Discussion on Pollution from Hydraulic System in Steel Enterprise and its Control

ZHU Ning
(Dongbei Special Steel Group Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116105,China)

Major reasons and harm fulness of pollution from hydraulic system occurring in each production process are mainly analyzed and concrete control measures are also put forward,to ensure normal and stable operation of hydraulic systems for metallurgical machinery.

metallurgical machinery;hydraulic system;pollution;prevention and control

TH48

B

1006-6764(2014)04-0078-03

2014－02－10

朱宁（1980－），女，毕业于辽宁工程技术大学机械设计及自动化专业，工程师，现从事能源专业数据统计分析工作。