（机械工程专业论文）50t电炉回倾速度与无渣出钢问题的实验研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 5 0 t 电炉回倾速度与无渣出钢问题的实验研究 摘要 本文实验研究来源于生产实际中的设备技术攻关。 在抚特钢有台引进的5 0 吨超高功率电炉，是抚特钢的生命线，它能否正 常生产直接影响着抚特钢的钢产量。但是由于原设计的原因，这台电炉从设备上 看存在一个缺陷电炉出钢回倾速度慢的问题。这样炼钢炉中的氧化渣在出钢 时随着钢水进入钢包，对炼钢的质量、成本、安全等造成较大影响。在这种背景 下，解决电炉出铜回倾速度慢问题提出来了。目的是提出一套设计方案解决回倾 速度慢的问题。 本文介绍了超高功率电炉的特点、技术优点及主要机械设备。对比例阀 v t 3 0 0 6 放火器进行了深入研究。同时又对液压系统各元件通导能力及泵的输出能 力作了计算及分析。在理论分析和实验的基础上，通过调节比例阀( 倾动) 放大 器方法增大输出流量，解决了回倾速度慢问题。本文的研究结果为深入认识电炉 回倾速度与无渣出钢提供了重要依据。 关键词：电弧炉；比例阀；放大器；偏心底出钢：回倾速度：无渣出钢 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha b o u tr e v e r t s p e e do f 50 t e a fa n dp r o b l e mo fn o n s l a bt a p a b s t r a c t t h er e s e a r c h o fe x p e r i m e n t sc o m e sf r o mo f f e n d i n gt h et e c h n i q u ep a s so f e q u i p m e n ti na c t u a lp r o d u c i n g t h ef us h u ns p e c i a ls t e e li n c o r p o r a t e dc o m p a n yc o n t a i n sa5 0t o n se l e c t r i cs t o v e o fe x t r e m e l yh i g hp o w e r , w h i c hi st h el i f el i n eo fo u rc o m p a n y i fi tc a np r o d u c t n o r m a l l yo rn o t ，i tw o u l da f f e c tt h ey i e l do fs t e e ld i r e c t l y b u tb e c a u s eo fr e a s o no f o r i g i n a ld e s i g n a t i o n ，t h i ss e to fe l e c t r i cs t o v ee x i s t sab l e m i s ht h a ti st h ep r o b l e ma b o u t s l o wr e t t t m i n gs p e e do fp r o d u c i n gs t e e l w h e nt h eo x i d i z ec r u dg oo u to ft h ee l e c t r i c s t o v e ，i tc a ne n t e rt h es t e e lw r a pa l o n gw i t ht h es t e e lw a t e r s oi tc a nr e s u l t i nt h e i m p o r t a n tb a n et o w a r d st h eq u a n t i t y , c o s t ，s a f e t y e t c u n d e rt h i sk i n do f b a c k g r o u n d ， i tc a nb ep u tf o r w a r dt ot h a tt h er e s o l u t i o no fr e t u r n i n gs p e e di ss os l o w l yi nt h e p r o c e s so fp r o d u c i n gs t e e l t h ep u r p o s ei st h a tp u tf o r w a r das e to fd e s i g np r o j e c tt o r e s o l v et or e t u mt os p e e ds l o w l yu n d e rt h ec o n d i t i o no f t h el e a s tc h a n g e t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i z eo f e x t r e m e l yh i g hp o w e re l e c t r i cs t o v e ，t h e t e c h n i c a la d v a n t a g ea n dm a i nm a c h i n ee q u i p m e n t s t h er e s e a r c hi sm a d ea b o u tt h e v t 3 0 0 6p r o p o r t i o n a lv a l v e nm a k e st h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i sa b o u tt h ed r e d g e a b i l i t yo ft h el i q u i dp r e s ss y s t e ma n dt h ee x p o r t a f i o na b i l i t yo fp u m pa tt h es a m et i m e o nt h ef o u n d a t i o no ft h ee x p e r i m e n td a t a , a c c o r d i n gt or e g u l a t et h ec o m p a r i s o nv a l v e t oe n l a r g et h ee l e c t r i cv o l t a g eav a l u eo f t h ep l a n kc h a n g e ，t h er e s u l to fr e s e a r c ha f f o r d s i m p o r t a n tb a s i sf o ru n d e r s t a n g i n gt h ef u r n a c et i l ta n dt a p p i n gw i t h o u ts l a g k e yw o r d s e l e c t r i cf u r n a c e ；p r o p o r t i o nv a l v e ：a m p l i f i e r ；e b t ；t i l t s p e e d ： t a p p i n gw i t h o u ts l a g 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 本人签名： 辟专肾 日期：如o6 耳0 闷 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 抚顺特殊钢股份有限公司引进的一台具有先进水平的5 0 吨超高功率电炉，是当 时国内引进的三台大电炉之一。经过抚钢工程技术人员和工人的共同努力，使这台 电炉在国内率先投产，各项经济技术指标在国内处于领先地位。然而，由于原设计 的原因，这台电炉存在一个缺陷，即电炉出钢后回倾速度过慢。 炼钢炉中的氧化渣在出钢时随着钢水进入钢包，这是炼钢生产中的大忌。为了 解决这一问题，现在超高功率电炉普遍采用e b t 出钢技术，即偏心炉底出钢技术。 出钢口处于炉底部，并有一定的偏心。由于炉内的氧化渣比钢水轻，它浮在钢水表 面上。出钢时炉体向出钢方向倾动( 倾动角度最大可达1 5 。) 。由于钢水在下，氧 化渣在上，经过2 分钟左右的出钢时间，钢水接近出净，这时氧化渣层下降到了接 近出钢口的上口位置。为了保证氧化渣不进入钢水包中，操作工人见到氧化渣接近 出钢口时( 氧化渣的颜色与钢水颜色显著不同) ，就立即操作控制手柄，经过液压传 动装置将电炉回倾，越过水平位罨，一直倾到相反方向3 。左右。如果回倾速度快 氧化渣不进或少量进入钢包。如果回倾速度太慢，在回倾的过程中将有大量的氧化 渣进入钢包中，对炼钢的质量、成本、安全等造成重大危害。 在引进这台电炉时，由于缺乏实践经验，对回倾速度问题没有充分认识。因而 对国外原设计的每秒1 5 。的回倾速度没有提出异议。生产实际过程表明，这样的 回倾速度不能完全实现无渣出钢。每次出钢都有几百公斤、甚至成吨的氧化渣进入 钢包。如何提高电炉的回倾速度已成为抚钢5 0 t 超高功率电炉的一大技术难题。 本文将针对生产中存在的这一实际问题，从理论分析和实验方面进行研究。目 的是找出问题产生的根本原因，解决无渣出钢问题。 1 2 超高功率电炉简介 1 2 1 超高功率电炉冶炼技术的发展瞳蚰瞳” 六十年代初，美国联合碳化物公司，在多年实验研究与数据分析的基础上，同 西北钢与线材公司协作，在两台一百三十五吨电炉上，改造机电设施，采用新研制 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 的电极，进行了炉用变压器加强冷却、提高电流，把输出功率从2 5 兆伏安提高到 5 0 兆伏安的试验。为了与以往的功率水平相区别，提出了“超高功率”这个名称， 简称“u h p ”。采用超高功率技术，使该台电炉的生产率提高近一倍，设各获得充分 利用，钢的成本低、投资回收快。提高功率水平对熔化时间与电耗的影响如表1 1 所示。 表1 1功率水平对熔化时间与电耗的影响 超高功率电弧炉的出现为企业提供了超高的利润，并在电炉的功率水平、机电 设计、工作特性等方面开辟了新的领域，是国际上电弧炉发展的一个重要方向。超 高功率电弧炉具有如下技术特点： l 、提高单位功率水平 超高功率操作，顾名思义，是用增加单位时间内输入电能的方法，缩短熔化和 升温时间，从而提高生产率。根据熔化每吨炉料需要功率的大小，可以将电弧炉分 为般功率、高功率和超高功率三个类别。对于小容量电炉超高功率水平约为2 5 0 千瓦吨，对于大容量电炉超高功率水平约为5 0 0 千瓦吨。目前，对提高输入功率 水平的限制环节是电极消耗，炉衬寿命及电网容量。随着电极、耐火材料、电极调 节器的发展及电弧物理的深入研究，超高功率的水平值会不断提高。 2 、短电弧操作 早在五十年代初期，为了提高电炉生产率，曾出现炉用变压器普遍增大的趋向。 但由于当时技术水平和条件限制，采用了通过提高电压增加输入功率的方法，即“高 电压，大功率”的技术路线。这种方法的优点表现为在同容量的变压器下，电压高 些，可以减小工作电流，使功率因素与电效率都随着提高。由于电流小，就可以用 东北大学硕士学位论文第一章绪论 较细的电极，短网结构也较简单。但是，对电弧的研究指明，采用较高的电压会使 弧长增加，对炉衬的热辐射增大。这种长电弧操作在高功率，超高功率的电炉上， 会导致炉衬严重损坏。而且，由于高电压操作，使工作电流与短路电流差值增大， 容易产生较大的电流冲击与无功波动，这不仅限制了变压器的充分利用，还会引起 电网电压波动。 根据电炉炼钢生产的经验，以及用高速彩色摄影技术对电弧行为研究的结果， 人们认识到电弧向熔池传热时，电弧长度是一个关键的因素。提出把短而粗的电弧 作为超高功率电炉的热源。这是超高功率电炉中一个反传统技术观念的突破。短而 粗的电弧，对炉衬辐射热减少，既减轻了因提高功率对炉衬的有害作用，同时，大 电流对钢的搅动力强，强化了熔池中的对流传热，有利于提高热效率。此外，短而 粗的电弧具有较大的稳定性，几乎没有点火延迟，能量可以均匀、平稳地传向熔池， 同时也降低了过去高电压操作对电网的干扰。超高功率电炉发展的技术关键为： ，1 电极材料 电极u h p 电炉中二次电流成倍增大。由于集肤效应，电流集中在电极表面，使 电极表面发热、氧化、开裂。所以u h p 电炉的电极不能使用一般电炉用的石墨电极， 但也不能用增大石墨电极直径的方法来解决。对u h p 电炉用电极的要求是：具有较 低的比电阻，允许导入2 5 a m m 2 以上的高密度电流，低的热膨胀系数和高的机械强 度。只有这样爿。能保证电极有优异的抗热冲击性能，在使用中不开裂、不掉块，保 证u h p 电炉的正常运行。所以电极质量是u h p 电炉发展的重要保证。 2炉衬寿命 u h p 电炉送电时，由于输入电流密度大，炉壁热点区损坏严重使炉衬寿命降低， 这是u h p 技术发展的主要障碍之一。炉壁寿命用耐火材料侵蚀指数用r 。表示。 r 。：p 。百v ( 1 1 ) 式中，p 一一电弧功率( k w ) 矿一一电弧电压( v ) 三一一电极侧面到炉壁的距离( m ) 由此可见，为了降低见，除了采用短电弧操作以外，有效的方法是使三增大。 缩小电极极心圆、采用较细的电极和将电极倾斜一定角度，这些措施都可以使三增 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 大。 3 水冷挂渣炉壁 由于u h p 电炉单位功率水平的提高，炉壁热负荷急剧增加，寿命大幅度降低。 各国都在延长炉衬热点区使用寿命方面做了大量研究工作。研究结果表明，炉衬水 冷技术是延长炉龄的最有效措施。电炉水冷炉壁已成为u h p 电炉一个不可缺少的技 术内容。 为努力降低电弧炉炼钢成本，缩短冶炼周期，提高生产效率，从7 0 年代以来， 电炉生产技术得到迅速、全面的发展。主要有电炉大型化；高功率、超高功率供电 系统：管式水冷炉壁和水冷炉顶技术；废气预热废钢；偏心炉底出钢；氧燃烧嘴强 化冶炼：炉盖第四孔直接排烟及密闭罩烟尘净化系统；炉盖第五孔自动化加料系统： 炉内喷吹煤粉及泡沫渣长弧冶炼技术：电功率因数静、动态补偿技术等，以及炉外 精炼和连铸技术的广泛应用。 t 炉外精炼技术的发展需要电炉能做到无渣出钢。无渣出钢的要求推动了偏心底 出钢技术的发展。偏心底出钢技术可实现留钢留渣操作。留钢留渣操作可使炉内液 态钢水和高氧化性炉渣为下一炉冶炼的初期脱磷提供极好的条件。同时，它还改善 了熔化初期电弧的稳定性，使平均输入功率增加并促使供电制度的改善，同时对供 电系统的干扰减小。虽然留钢留渣操作可能导致装炉料的减少，但实践证明电炉的 生产率得到提高。目前偏心底出钢炉内留钢比为1 0 一1 5 。 1 2 2 电弧炉主要机械设备简介 电弧炉的主要机械设备由炉体、电极把持器、电极升降装置、炉体倾动装置、 炉盖提升及旋转机构等几部分组成，如图1 1 所示。 炉体用来熔化废钢料和进行各种冶金反应，承受1 6 0 0 。c 左右的高温。随着炉龄 增加，炉衬不断减薄，炉壳钢板温度最高时可达3 0 0 以上，为此对炉壳水冷部分 的焊缝有严格要求。 电极把持器用来夹持电极，并把通过变压器、软电缆、导电横臂传来的电流和 电压传送到电极上，以满足冶炼需求。把持器可以实现松开与夹紧动作，便于更换 电极及调整插入炉内的电极长度。 电极升降装置用来升降电极的，并通过各种调节器实现对电极位置( 弧长) 的 自动控制。 _ 4 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 图1 1 电弧炉结构简图 f i g 1 1t h es t r u c t u r eo fe l e c t r i cf u r n a c e 1 一电极横臂：2 一电极升降立柱：3 一上部支承机构；4 一炉盖升降旋转立枉；5 一 平衡支撑装置：6 一电极：7 一夹持器：8 一料斗：9 一排烟弯管；1 0 - - 水冷炉盖；1 1 一上炉壳；1 2 一渣r j ( 1 2 1 渣门升降缸) ；1 3 一下炉壳；1 4 一摇架：1 5 一维修平台： 1 6 一倾动液压缸：1 7 一炉盖旋转缸；1 8 一电极夹紧缸 炉体倾动装置一方面承受炉体、炉料和炉渣等冶炼原料的重量，另一方面在出 钢时将炉体向出钢方向倾动，使钢液从出钢口流出。扒渣时，炉体向炉门方向倾动。 并满足不同工艺操作的倾动要求。一般情况下，出钢倾角为4 0 0 一4 5 0 ，出渣倾角为 8 0 一1 5 0 。 炉盖提升及旋转机构用来将炉盖提升并旋出，使炉膛露出上方空间，以实现从 炉子上方垂直加入炉料的工序。旋出角度为7 2 。一9 0 。完成装料后炉盖恢复原来位 置。 电弧炉的传动形式主要分机械传动和液压传动两大类。机械传动可靠性高，但 体积大，重量大；液压传动具有结构紧凑、传动平稳、速度调节范围大等特点。但 液压传动系统的故障难判断，泄漏情况比较严重，设备维护难度大。目前，1 0 吨以 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 上电炉绝大多数采用液压传动。 1 3 氧化渣进入钢水包的危害性 氧化渣进入钢水包的危害性表现在如下几方面： l 、严重危害人身和设备安全 超高功率电炉出钢过程中，在钢包中进行脱氧，造渣，合金化等过程。在钢包脱 氧合金化结束后，由于氧化渣进入包中，发生激烈的c o 反应，在钢水包中造成大 沸腾和大喷溅，使包中大量的钢渣和部分钢水喷到包外边，极容易烧伤电炉操作人 员，烧坏钢包车设备，如电子称传感器、传动电动机和电缆等。同时也恶化了劳动 的条件。 2 、严重影响产品质量和工艺操作 氧化渣进入包中，破坏了钢包中的脱氧，使钢水含氧量升高，给l f ( l a d l e f u r n a c e ) 炉脱氧、脱硫操作带来严重困难。磷是钢中有害元素。由于氧化渣中含有 较高的p 2 0 。，在包中脱氧时p 。o 。被还原，使钢水中p 含量升高，恶化了产品质量。 3 、影响生产效率 由于氧化渣进入钢包中产生大沸腾，大喷溅事故，烧坏钢包车设备，常常造成停 产。由于包中氧化渣多，l f 炉脱氧困难，经常因除渣而延长冶炼时间。有时氧化渣 量少，即使不除渣也加重了l f 炉脱氧精炼时间，影响生产效率。 4 、增加产品成本 氧化渣进入包中发生大喷溅，设备损坏造成的损失一次就是几万元。同时也降 低出钢口寿命( 约降3 0 次) ，增加脱氧剂消耗量。造成的热停工使得电力消耗成本 提高。所有这些都是增加了产品的成本。 1 4 本文的主要工作和意义 本文对超高功率电炉的组成和特点特点进行了综述，从理论和实验方面分析、 研究了电炉回倾速度对无渣出钢的影响，通过调节比例阀( 倾动) v t 3 0 0 6 放大器增 益提高电炉的回倾速度，实现了无渣出钢。 实现无渣出钢对提高钢水质量，提高生产效率，降低生产成本具有重要意义。 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 第二章液压系统与计算分析 2 1 电弧炉液压系统 2 1 1 电弧炉主要技术参数 电弧炉主要技术参数如下表2 1 所示。 表2 15 0 t 电弧炉技术参数 t 曲l e 2 1t n et e c h n i c a ld a t ao f t h e5 0 te l e c t r i cf u r n a c e 液压倾动油缸即炉子倾动平台和基础之间装有两个液压倾动油缸，用以倾动炉 子。每个倾动缸为双作用缸，活塞杆带硬铬镀层。油缸的活塞杆头部与倾动平台连 接，油缸的封闭底端装在球形轴承上，以适应炉子倾动过程中任何不规则运动或轨 迹偏差。每个油缸必须在其底版上安装单向平衡阀。这些阀通过减少液压液体的流 量来控制炉子的返回速度。因此，甚至在液压管线破裂的情况下，单向平衡阀防止 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 炉子的任何运动，直至手动控制允许炉子藉其自复位能力返回到水平位置。电弧炉 倾翻动作控制系统如图2 1 所示。倾动机构是在炉子出钢和出渣时运行工作倾动 机构可以由主控台或者出钢控制台控制安装带有电位计的控制手柄型的控制开 关，倾动机构的速度与控制手柄的倾斜度相对应在快速启动控制手柄的情况 下，通过带有可调倾斜度的比例阀来控制机构的缓慢开始和停止还可控制加速和 减速为了检测电炉倾动位置，装备了测斜仪。电炉倾斜角度范围为+ 1 5 。到一1 0 。测斜仪的输出信号是4 - 2 0 m a 电信号在p l c 内转化成所需的数字信号。当电炉 从一个位置向下一个位置运动时，只能在减速状态运行( 比例阀的放大卡可调调 节) ：在出渣方向为+ 3 。n - z 0 。范围内。在出钢方向为+ 1 2 。n + 1 5 。范围内。如果 电炉在出钢方向运动超过+ i 0 。，电极自动运行到出钢位置。电炉0 。位置可由下 面两个信号得到：l 、电炉在零位置( 测斜仪) ；2 、限位开关“炉壳”动作。装料 期间，稳定器必须处于锁定位置。稳定器是通过液压缸动作的。稳定器可由主控台 或出渣操作盘进行控制。如果要移动稳定器，电炉必须处于出钢位置范围。双线圈 电磁阀供电为：线圈a 稳定器开出( o u t ) ；线圈b 稳定器开入( i n ) 。在极限位置。 限位开关动作后延时0 - 6 秒后电磁阀断电。 电弧炉倾翻基本动作是这样的。 前倾动作过程： 比例阀左线圈得电，压力油经过比例阀，液控单向阀进入油缸下腔，上腔回油 经比例阀回油箱。塞杆向上运动，便炉体前倾。 回倾动作过程： 比例阀右线圈得电，压力油经过比例阀，进入油缸上腔，下腔油一部分经比例 阀。一部分经辅助回油阀回到油箱，塞杆向下运动。 8 一 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 图2 1 电炉倾动系统简图 f i g 2 1t h ed i a g r a mo f e l e c t r i cf u r n a c et i l t i n g 1 一电极；2 氧化渣；3 钢水：4 一出钢1 ：3 ；5 出钢水；6 倾动缸；7 液控单向阀：8 一辅助回油阀：9 一压力控制阀；1 0 一蓄能器；l l 一比例一换向控制阀：1 2 一液压泵；1 3 控制 手柄 当炉子准备好出钢和装有需要合金的钢包处在出钢口下的时候，操作人员从出 钢区的控制台上开始倾动炉子，在控制台前可以看到出钢口滑动板，通过按钮控制 启动滑动板的执行机构，然后打开滑动板。在打开出钢口之前，炉子要倾斜n + 3 。，直到出钢口上部的钢水深度不小于6 5 0 t u r n 。这一最小的深度，可避免了浇口 处的漩涡将炉渣卷入。根据出钢损耗管的情况，钢流的流动速率在o 8 3 1 5 6 吨秒 或更大一点。在钢水已经出列了要求的量或者炉中钢水的液位在出钢口上方的深度 已降到了最小的时候，炉子要以2 。鹿p 的速度倾回到+ 3 。的位置，然后再以o 7 。 秒的速度倾回到一7 。的位置。要迅速地进行倾回动作，以保证没有渣子从出钢口流 出来。稍微地向炉门方向倾斜炉子，使钢水和渣流回，离开出铜口和炉壳韵偏心部 分。很高的出钢温度钢水，会引起出钢口上部区域耐火材料严重烧结，以致于钢水 的静压力不能打开烧结的搭桥。在这种情况下，滑动门打开后，必须借助于尖锐的 东北大学硕士学位论文第二章液压系统与计算分析 钢钩打开出钢口。交替的出来回倾动炉子数秒。振动有可能会打开出钢口。在一些 情况下，必须用氧枪烧开出钢口( 一般很少用到) 。在一些情况下，出钢口必须由 一个炼钢工从炉下打开。为此目的，维护平台要尽可能地移近钢包。为了安全起见， 要保证平台上要干净，因为在跑钢后，冶炼工必须从出钢口区逃脱。 2 1 2 液压系统的组成与特点 电弧炉液压系统中液压站主要由两台恒压变量泵组成，其中一台泵备用。 控制阀组用于：炉盖升降；炉盖旋进旋开；炉子倾动向前向后；炉子位置 锁定；电极松开夹紧：炉门开关；炉子平台旋进旋开等控制动作。 电弧炉液压系统原理如下图2 2 所示。 东北大学硕士学位论文第二章液压系统与计算分析 隶 君最 n 欢 詹叠 图2 2 电弧炉液压系统 f i g 2 2h y d r a n l i cs y s t e mo f e l e c t r i cf u l , t l a c e 1 一炉盖提升：2 一炉盖旋转：3 炉体倾动；4 平衡装置；5 一渣门升降；6 一维护平台； 求鞴 求糕求鼯呻 隶希 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 表2 2 液压缸主要技术参数 t a b l e 2 2t e c h n i c a ld a t ao fd r a n l i cc y l i n d e r 液压站主要由两台恒压变量泵组成，型号a 4 v s 0 2 5 0d r 1 0r - - p p b l 3 n 0 0 每台流量2 7 5 l m i n ，操作压力1 6 t p a ，功率n = 9 0 k w ，转速n = 1 5 0 r m i n ，并带2 个 3 2 l 的囊式蓄能器。其中一台泵备用。 控制阀组用于：炉盖升降；炉盖旋进旋开；炉子倾动向前向后；炉子位置 锁定；电极松开夹紧；炉门开关；炉子平台旋进旋开等控制动作。 高压泵站： 用于炉子移动及位置控制的液压动力是两套并联油泵提供的。一套备用，并兼 用于把电极提升到最大位置。这两台泵，序号3 8 1 和3 8 2 ，是带有压力控制器的 轴向柱塞泵，通过挠性联轴器序号3 9 1 和3 9 2 及电动机序号4 1 1 和4 1 2 来驱动 的。电气限位开关序号9 1 和9 2 ，防止在吸油阀关闭时电动机运转。液压介质液 面必须在m i n 2 位置以上。二位二通电磁阀序号5 0 1 和5 0 2 确保泵减压启动。1 7 m p a 压力是由限压阀调定的时间滞后( o 、3 秒) 实现的。这样就把泵的运转转换成压力 能。工作压力由压力表序号5 5 来显示。压力表指示范围o 2 5 0 b a r 。在油泵启动及 二位二通电磁阀得电以后3 秒内，如果根本没有建立起工作压力的话，油泵将通过 压力开关序号2 8 与序号5 3 ，( 调定压力1 2 m p a ) 来停止运转并发出警报。此时，必 须相应地选择另外一台油泵运转。在轴向柱塞泵有反冲力作用时期，两个3 2 d m a 囊 东北大学硕士学位论文第二章液压系统与计算分析 式蓄能器提供压力，以保证稳定的压力水平并且补充油泵流量的约5 0 9 6 直至达到大 约5 0 0 r a m 控制行程为止。油泵应该逐日转换使用，这样利用油泵的选择开关以使用 每台油泵的工作时数大致相等。启动操作是用油泵选择开关选择优先考虑使用的泵 及作为电极提升装置操作的备用泵。根据液压设备o n 指令，优先考虑使用的泵启 动。经3 秒钟后，相关的压力调节阀( 对于油泵1 是5 0 1 ，且对于油泵2 是5 0 2 ) 启动。当电极1 ，2 或3 提升或下降时，需另外启动备用泵。同样经3 秒后，与备 用泵相关的压力调节阀接通。停止运转操作是在最后的一根电极1 、2 或3 完成提 升或下降动作后2 0 秒钟，备用泵停止运转。3 秒钟后，相关的压力调节阀断电。 按照液压系统o f f 指令，工作泵停止运转。3 秒钟后相关的压力调节阀断电。 控制阀组： 1 、 炉盖升降 安装在炉盖提升机构上的炉盖提升缸是一个活塞缸。炉盖提升机构由主控室或 一出渣控制盘来控制。一个限位开关在炉盖提升起或提升顶头下降的两极限位置工 作。此外，炉盖提升机构还提供一个空行程限位开关。该空行程限位开关在提升顶 头己进入炉盖锥套时动作。启动预先选定的高压泵序号3 8 操作炉盖提升机构时， 经过o 3 秒钟延时，二位二通阀序号5 0 接电，再延时后四位三通电磁阀( 序号1 2 1 ) 接电。速度借助于流量控制阀序号1 0 8 调节。当提升顶头进入炉盖锥套时，只要空 行程开关动作，压力开关( 序号1 1 4 1 ，调定压力1 0 m p a ) 就发出压力增加信号。 电磁阀断电及炉盖提升故障报警信号显示在控制室的信号屏上。在正常操作期间， 提升项头限位开关在最高位置动作并在延时后可旋转炉盖。给予四位三通电磁阀路 盖的炉盖提升的指令，由于提升臂限位开关处在炉盖的提起位置并保持稳定而不会 中断。在炉盖提升过程中，压力开关( 序号1 1 4 2 调定压力1 5 b a r ) 监控管路的破 裂。在操作四位三通电磁阀而压力下降时，在控制室发出炉盖提升管路破裂报警， 油泵及四位三通电磁阀被切断。监控电路的可调延时性( o 3 秒) 在启动时被消除 掉。在炉盖提升及下降时，应满足的连锁条件：事实上对于必要的提升及下降连锁 条件在主控室及出渣控制盘上己指明，本可不必叙述。通过四位三通电磁阀序号 1 0 1 ，单向节流阀序号1 0 8 1 和1 0 8 2 ，以及可开式单向阀序号1 5 0 来实现控制。 电磁线圈b 得电，炉盖提升；而电磁线圈a ( 序号1 0 1 ) 得电，炉盖下降。炉盖下 降时方向控制阀序号1 0 1 ，及可开式单向阀序号1 5 0 被操作。可泄漏单向阀序号1 5 0 ， 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 是防止炉盖提升液压缸突然下降，例如，如果动力供应出故障或一条管路破裂。 2 、炉盖旋转旋入 炉盖旋转机构由主控台来控制。限位开关是为两端位置( 炉盖旋开旋入) 而 设置的。两个限位开关为一组，每组中的第一个限位开关在板限位置之前6 度时动 作，用以降低旋转机构的速度，而第二个限位开关在实际极限位置动作。在操作炉 盖旋转机构，控制三位二通电磁阀( 序号1 0 5 ) 及比例阀( 序号1 0 2 ) 时，炉盖在 提升起的位置，四位三同电磁阀( 序号1 0 1 ) 在其提升位置。比例阀的接电速度取 决于控制杆的位置。借此来控制炉盖旋转机构的速度。速度的增加由电路控制。当 控制杆回到0 位，与上述相同的情况出现。在三位二通电磁阀闭合时有o “3 秒的延 时期。当旋转机构接触到极限位置开关之前6 度位置的限位开关时，输出功率信号 降低并使旋转机构以一个低( 缓幔) 速运动到达其极限位置。最终通过炉盖旋开或 炉盖旋入的限位开关经0 3 秒钟的延时而停止运动。炉盖旋转机构只有在获得提升 炉盖指令时才能操作。炉盖旋转液压缸是一个双向作用差动缸，安装在一水平位置 上，把耳轴固定在缸臂上并把连接环安装在活塞杆上。压力控制阀( 序号1 0 7 ，调 定压力1 6 8 m p a ) 安装在油缸与比例阀之间，以防减时惯性造成系统过载。炉盖旋 转油缸的运动在其停止以前能够被阻尼缓冲，以便停位准确。 3 i 电炉向前向后倾动： 倾动装置主要是由两个与炉壳相联接的倾动缸所组成。倾动油缸是双向作用 差动缸。垂直安装，油缸有牢固的缸筒，连接环安装在两端部。倾动装置必须在炉 子要出钢( 向前倾动) 或要除渣( 向后倾动) 时操作。倾动运动可通过倾动控制盘， 主控室或出渣控制盘中的任何一个来控制。 控制杆作用于电位计，倾动装置的速度与控制杆的倾斜角度相一致。即使控 制杆突然被改变位置，也只能确保倾动装置平稳地启动与制动。基于此目的，比例 阀( 类似于炉盖旋转机构) 允许调节获得平稳变化( 倾动角度) 甚至在突然调整点 变化的情况。炉子只有在锁定装置解除后，才能倾动至除渣位置。当控制杆被移动 到出钢位置时，下面的运转开始( 预先选择的泵运转，压力控制阀接通) 。三位二 通阀( 序号1 2 6 1 ) 得电及在延时o 3 秒后比例阀( 序号1 2 3 ) 得电。 把控制杆返回到其原始位置时，引起比例阀( 序号1 2 3 ) 平稳关闭，并且用 o 3 秒延时，三位二通电磁阀( 序号1 2 6 1 ) 断电。当炉子被移动到相反位置( 出 东北大学硕士学位论文第二章液压系统与计算分析 渣) 方向时，下面的运转开始( 预先选择的泵运转，压力控制阎接通) 。 由于可开式单向阀( 序号1 5 1 1 和1 5 1 2 ) 的要求，三位二通电磁阀( 序 号1 2 0 ) 接电。 在延时o 3 秒后三位二通电磁阀( 序号1 2 6 1 ) 接电，再延时( 0 0 5 秒) 后比例阀( 序号1 2 3 ) 接电。 取消控制指令引起比例阀关闭，而且在延时0 3 秒后三位二通电磁阀( 序号1 2 6 1 和1 2 8 ) 断电。 当上述的除渣动作已经开始，而且控制杆另外的触点已经工作时，把炉子从+ 1 5 度 快速返回倾动n + 5 度是可行的。在0 1 秒后三位二通电磁阀( 序号1 2 6 2 ) 又接电。 取消快速返回倾动指令使三位二通电磁阀( 序号1 2 6 2 ) 断电。 压力开关( 序号1 4 7 ，调定压力1 5 m p a ) 监控管路的破裂。管路破裂将使压力突然 下降，阀门和油泵马上关闭并卸压和报警。若在比例阀接电o 3 秒后未能达到设定 v 压力，压力开关将报警，压力开关还将对正常运转后的压力进行监控。安全阀块( 序 号1 3 2 ，调定压力1 6 m p a ) 被安装在油缸和比例阀之间来避免减速时的过大压力荷 载。 4 、 炉子锁定。 在炉子加料时必须使用炉子锁定装置来锁定炉子，而在除渣时必须解除锁定。 液压缸两个方向的运动速度是可调的。锁定装置通过设置在主控室中及出渣控制板 上的开关来控制。并指明操作位置。 炉子必须朝着出钢位置运动3 。才能实现锁定装置的动作。启动锁定装置时使 四位三通电磁阀( 序号1 3 1 1 ) 接电。该电磁阀在极限位置通过限位开关触电的锁 定接合脱开来断电。 5 、 电极夹紧松开 电极通过弹簧力被机械地夹紧在其荚持器中。电极松开是液压的。电极松开系 统的主控制室控制。电极夹紧装置操作液压缸由三位二通提动阀序号9 2 1 至9 2 。 3 来控制。电极在其断电时夹紧，在其通电时打开电极夹紧装置。由于管路是双线， 并在管线上装有单向阀( 序号9 8 ) 使油缸及管路中的介质能够更换。为了压的介 质从高压系统经过一个减压阀( 序号9 3 ，调定压力1 1 m p a ) 供给三个夹紧操作机构。 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 电极松开条件： 炉子在中间位置 炉子关闭 炉盖旋进限位开关动作。 6 、 炉门开关 炉门液压缸是一个单向作用差动缸，垂直安装，钻了通孔的活塞使得活塞正常 运行。支座尾部固定并且活塞杆配有铰接接头。炉门由主控室及出渣控制盘控制。 操作时使四位三通电磁阀( 序号1 3 1 2 ) 接电。由予管线是双线并在管线上装有单 向阀序号1 4 2 i 和1 4 2 2 ，所以可以更换液压供油缸及管路中的介质能够更换。液 压缸活塞两个运动方向的速度可调。 7 、电极位置控制 电极升降控制液压缸是一个单向作用差动缸，其活塞被钻了通孑l 并且活塞只承 受在活塞杆端部的压力介质。电极的提升与下降通过b o s c h 阀序号7 3 1 至7 3 3 分 别控制。每个b o s c h 阀后面装有防止偶然运动的液压可开式单向阀序号7 4 ，以及 在供给管路上的插装阀序号7 6 。液压可开式单向阀序号7 4 1 至7 4 3 通过三位二 通阀序号7 5 1 至7 5 3 来控制。可开式单向阀和插装阀在启动电极升降控制或手动 操作时立即打开，而在停止运转b o s c h 阀的电流已经降低到零经延时后关闭。当电 极处在其最高位置或最低位置，且在限位开关动作已经动作延时后，运转应停止。 利用速度上升限制器及调节电极运动的加速度与减速度来防止超载。电极提升装置 通过限位开关连锁。要满足的必要条件在电气设备章节中叙述。在受动提升时，三 位- 通阀( 序号7 5 1 至7 5 3 ) 不启动。旋开旋入e b t 电弧炉的工作平台。当炉 子在操作位置时，在炉子下面的平台一定要旋开，然而，当封住炉子出钢口时，才 旋入，以便操作，缸的运动速度双向可变。回转机构通过就近控制箱的开关控制并 指明平台位置。四位三通电磁阀序号1 3 1 3 被用来操作回转机构。电磁阀的断电是 通过回转平台的旋入旋开限位开关来实现的。回转缸是一双向作用差动缸，水平 安装，有定位耳轴，活塞杆端部装有铰接接头。 8 、 液压先导控制 一个独立的先导控制系统由一个减压器9 序号6 6 ，调定压力4 5 m p a ，一个带 污物指示器的1 0 “m 压力过滤器( 序号6 1 ) 以及为电磁阀与控制阀所提供的一个 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 囊式蓄能器( 序号6 0 ) 所组成。先导控制系统的压力油来自高压系统。当污物指 示器动作时，发出堵塞报警， 9 、停电事故倾动 在停电情况下，采取下面提到的操作方法，就可以把处在0 + 1 5 度之间任何倾 动位置的电炉倾翻到它的中间( o 度) 位置。事故电源必须满足定向控制提动阀序 号1 2 6 2 与1 2 8 的要求，即电压为直流2 4 v 。当操纵主开关时，提动阀序号1 2 6 2 和1 2 8 接电。阀1 2 8 通过囊式蓄能器序号1 3 0 增加推力，作用于直通路线h 1 0 ，打 开安装在两个倾动缸上的逆止阀序号1 5 1 1 和1 5 1 2 。同时，插装阀序号 1 2 4 2 1 2 5 2 通过阀序号1 2 6 2 打开，以便使油能从每个倾动缸活塞端流回油箱。 对于杆端部所需的容差通过逆止阀1 2 7 2 吸取。返回倾动速度，在调试期间借助于 调整插装阀1 2 4 2 1 2 5 2 的行程极限来确定。囊式蓄能器序号1 3 0 的压力油来自高 压泵并储存足够的能量使得逆止阀序号1 5 1 1 与1 5 1 2 在紧急情况下开启。 ，2 2 倾动系统计算与振动问题乜引 由于电炉回倾速度慢问题来源于原设计，为了慎重起见，我们首先与设计制 造厂家德国d a m a g 公司进行技术协商。d a m a g 公司专家回复的意见有三条： 1 在倾动缸处安装更大尺寸的单向阀； 2 增加比例阀( 再装一个) ； 3 增大阀站和倾动缸之间的管径。 上述意见都必须增加硬件，需要几十万元投入，而且至少得停产一个月的时间 才能改完。在这种情况下，工程技术人员做了较为深入的研究，认为有可能不改动 设备硬件，也可以提高电炉回倾速度。 2 2 1 动力元件的计算分析 1 倾动缸流量计算 提高回倾速度，倾动缸的进油、回油流量都要增加。 已知：倾动缸数量：2 个 倾动缸径：d = 2 2 0 r m 活塞杆径：d = 1 6 0 m m 从+ 1 5 。回倾到0 。，倾动缸行程l = 7 2 5 m m 东北大学硕士学位论文 第二章液压系统与计算分析 回倾时有杆腔进油，无杆腔回油。 9 1 = 2 a 1 三 ( 2 1 ) q ：= 2 a 2 l t ( 2 2 ) 式中，g 2 个倾动缸进油流量之和l m i n q 2 个倾动缸回油流量之和l m i n a ，倾动缸有杆腔面积m m 2 a ，一倾动缸无杆腔面积m m 2 工倾动缸行程m m 丁一回倾时间s 回倾速度为1 5 。s 时，从+ 1 5 。回倾到0 。需1 0 秒；回倾速度为3 。s 时， 从+ 1 5 。回倾到0 。需5 秒。根据上式得 回倾速度为1 5 。s 时 q l = 2 x 三( 2 2 0 2 1 6 0 2 ) 7 2 5 1 0 = 1 5 5 7 f i n i n q 2 = 2 “4 2 2 0 2 x 7 2 5 o = 3 3 0 5 i m i n 回倾速度为3 。s 时 q ，= 2 x 三( 2 2 n 1 6 0 2x 7 2 5 5 = 3 1 1 4 t m i n q 2 = 2 2 2 0 2 x 7 2 5 5 = 6 6 1 2 t m m 2 泵能力估算 电炉液压系统有两台液压泵，一台使用，一台备用。型号a 4 v s 0 2 5 0 ，额定流 量2 7 5 1 m i n ，因回倾速度3 。s 时，倾动缸进油流量需3 11 4 l m i n 。因此一台泵 输出流量不够，倾动时需将备用泵启动，两泵工作输出流量最大可达5 5 0 l m i n ，可 满足提速要求。但如果变为两台泵工作，计算机程序需要作大量修改，而且无备用 泵，对安全工作不利。一位德国的退休液压专家格里辛格尔来到生产现场，对 问题进行了认真分析。他认为双泵供油的想法忽略了系统中蓄能器的作用。因为电 东北大学硕士学位论文 第7 - 章液压系统与计算分析 炉回倾过程最多才为1 0 秒钟，蓄能器完全有能力为液压系统短时间补充流量。 2 2 2 控制元件的计算分析 a 单向阎 每个倾动缸无杆油腔安装一个单向阀，型号是s l 3 0 p a l 3 0 当回倾速度为1 5 。s 时，每个单向阀通过流量是1 6 5 3f m i n ，当回倾速度 为3 。s 时，每个单向阀通过流量是3 3 0 6l m i n 。 查阀型号s l 3 0 p a l - 3 0 的流量曲线( 见下图2 3 所示) 可知最大工作流量小于 阀限制流量。最大工作流量通过时，阀压降p = 0 。5 m p a ，通导能力可以满足要求。 1 4 庄辟1 2 ( 1 0 0 t ) i o 8 6 s 、，s l 3 0 眇 蓑 b ， 一7 删 ( f 一拶- ? 二p 。 产， nj 三一 聃警群麟 ，- 010 02 0 03 0 04 0 05 0 0 刹吾l n i n ) 图2 3s d o p a i - 3 0 流量曲线 f i g 2 3 s d o p a i - 3 0 f i o wc u r v e n