對本鋼新1號高爐DN650放散閥存在問題的探討
為了解決本鋼新1號4747m3高爐爐頂DN650放散閥自開爐以來存在的關(guān)不嚴(yán)、關(guān)不到位、正常生產(chǎn)時突然開啟(嵌縫)問題，針對本鋼新1號高爐實際生產(chǎn)工藝及具體操作方法，分析了問題存在的原因，提出了解決問題的方法;采取了在關(guān)閉放散閥信號來后再延時切斷動力源、對DN650放散閥液壓缸進(jìn)行改造、對DN650放散閥擺動壓緊碟簧缸的傾動角度進(jìn)行合理調(diào)整的方法;取得了自改造后至今未發(fā)生過上述問題的好成績，達(dá)到了通過技術(shù)改進(jìn)，避免事故重復(fù)發(fā)生的目的。
本鋼新1號高爐是一座爐容為4747m3的大型現(xiàn)代化高爐，其正常生產(chǎn)時的爐頂壓力為：0.25MPa，采用了當(dāng)今世界上最先進(jìn)的高爐煉鐵工藝技術(shù)與設(shè)備，爐頂安裝的4臺DN650放散閥是由武漢策爾曼生產(chǎn)的，它的主要特點是：液壓缸結(jié)合連桿機(jī)構(gòu)的傳動方式，推動“擺動壓緊碟簧缸”帶動閥蓋實現(xiàn)開啟、關(guān)閉的動作。而作用在放散閥閥蓋上作用力的大小是由調(diào)整蝶簧力來決定的。其中，1號、2號、3號放散閥為高爐休風(fēng)放散閥，4號放散閥為高爐整體處理煤氣放散閥，其工作介質(zhì)壓力為：0.25MPa，最高工作介質(zhì)壓力為：0.28MPa。新1號高爐自2008年10月9日建成投產(chǎn)以來，DN650放散閥經(jīng)常發(fā)生關(guān)不嚴(yán)、關(guān)不到位、正常生產(chǎn)時突然開啟的現(xiàn)象，這給爐頂設(shè)備及生產(chǎn)的穩(wěn)定運行造成極大影響，分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因并解決這一問題就顯得非常重要。
1、DN650放散閥存在問題的原因分析
1.1、DN650放散閥工作系統(tǒng)簡述及工作原理
DN650放散閥的功能主要是：在高爐休風(fēng)時，風(fēng)壓減至0.05MPa時放散閥打開，放散爐內(nèi)壓力，釋放爐內(nèi)有害氣體，通過放散閥還可以造成爐內(nèi)成負(fù)壓，以便于高爐設(shè)備的維護(hù)與檢修。另外，放散閥對高爐及設(shè)備還起到安全保護(hù)作用，當(dāng)爐頂壓力超過0.28MPa時，放散閥自動開啟，爐頂壓力通過放散閥釋放減壓低于0.28MPa后自動關(guān)閉。在高爐復(fù)風(fēng)時，爐頂壓力至0.01～0.02MPa關(guān)閉放散閥，以便儲存和提高爐內(nèi)壓力，使高爐恢復(fù)生產(chǎn)順行。下面為本鋼新1號4747m3高爐爐頂DN650放散閥液壓系統(tǒng)簡圖：
工作原理：(在此僅以1#DN650放散閥為例)
DN650放散閥的正常工作狀態(tài)是關(guān)閉的，此時液壓系統(tǒng)中Y型電磁換向閥是處于中位狀態(tài)的，液壓缸有桿腔由于雙向液壓鎖的保壓作用處于高壓(系統(tǒng)壓力：20MPa)狀態(tài)。而液壓缸無桿腔為回油低壓腔，由于受到雙向液壓鎖的保壓作用而有一定的(0.5MPa左右)背壓。當(dāng)DN650放散閥需要打開時，液壓系統(tǒng)中Y型電磁換向閥是處于右位狀態(tài)的，此時高壓油從P口經(jīng)雙向液壓鎖、節(jié)流閥進(jìn)入到液壓缸無桿腔，使液壓缸桿伸出，放散閥打開。液壓缸有桿腔液壓油則經(jīng)過節(jié)流閥、雙向液壓鎖再通過T口返回油箱。當(dāng)放散閥開到位信號來后，Y型電磁換向閥返回處于中位狀態(tài)，切斷動力源。當(dāng)DN650放散閥需要關(guān)閉時，液壓系統(tǒng)中Y型電磁換向閥是處于左位狀態(tài)的，此時高壓油從P口經(jīng)雙向液壓鎖、節(jié)流閥進(jìn)入到液壓缸有桿腔，使液壓缸桿縮回，放散閥關(guān)閉。液壓缸無桿腔液壓油則經(jīng)過節(jié)流閥、雙向液壓鎖再通過T口返回油箱，當(dāng)放散閥關(guān)到位信號來后，Y型電磁換向閥返回處于中位狀態(tài)，切斷動力源。
圖1 DN650放散閥液壓系統(tǒng)筒圖
1.2、DN650放散閥存在問題的原因分析
1.2.1、關(guān)不嚴(yán)
在高爐休風(fēng)完畢復(fù)風(fēng)后，DN650放散閥需要關(guān)閉時，有時關(guān)不嚴(yán)，關(guān)到位信號不來，特別是在冬季經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致高爐不能順利恢復(fù)生產(chǎn)。分析原因主要為：1)潤滑不好，阻礙了機(jī)構(gòu)的傳動。2)由于生產(chǎn)操作的原因，在關(guān)閉放散閥時，爐頂?shù)膲毫Τ^了“高爐頂壓達(dá)到0.01～0.02MPa關(guān)閉放散閥”的條件。3)液壓缸的推力不夠。
1.2.2、關(guān)不到位
在高爐休風(fēng)完畢復(fù)風(fēng)后，DN650放散閥關(guān)閉，在放散閥關(guān)到位信號來的情況下，有時關(guān)不到位。分析原因主要為：關(guān)信號位置沒調(diào)整好或維護(hù)檢修時碰動位置了，造成閥未關(guān)到位信號就來了，此時液壓系統(tǒng)中Y型電磁換向閥即回到中位，切斷動力源，而這時造成放散閥關(guān)到位信號來，但還未關(guān)閉到位的后果。
1.2.3、正常生產(chǎn)時突然開啟
高爐在正常生產(chǎn)時，DN650放散閥突然(嵌縫)開啟。分析原因主要為：
1)爐頂壓力超過DN650放散閥最大工作壓力0.28MPa，導(dǎo)致放散閥開啟。
2)DN650放散閥生產(chǎn)廠家沒有按最大工作壓力0.28MPa調(diào)整設(shè)計。
3)由于運輸及吊裝的原因?qū)е麻y體結(jié)構(gòu)、液壓缸位置變形或改變，從而使放散閥的原有設(shè)計壓力發(fā)生變化。
4)液壓缸內(nèi)泄時無桿腔活塞所承受的推力大于有桿腔活塞所承受的推力，造成開閥的趨勢，其推力F3與爐頂壓力對放散閥閥蓋形成的推力F4合成逆時針方向力矩(如圖2示)，成為放散閥突然開啟的條件。
DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ160mm;
油缸桿徑：Φ100mm;
油缸行程：462mm;
液壓系統(tǒng)壓力：20MPa。液壓缸內(nèi)泄時有桿腔推力為：
F1=PS=20×106×3.14/4×(0.162-0.12)=2.45×105N
液壓缸內(nèi)泄時無桿腔推力為：
F2=PS=20×106×3.14/4×0.162=4×105N
此時液壓缸無桿腔推力大于液壓缸有桿腔的推力，其受力方向為開啟放散閥方向。
所以液壓缸內(nèi)泄時，液壓缸活塞所承受的推力方向為開啟放散閥方向，活塞所承受的推力為：
F3=F2-F1=4×105-2.45×105=1.55×105N
爐頂壓力對DN650放散閥閥蓋形成的推力為：
F4=PS=0.25×106×3.14/4×0.652=0.83×105N
因此，在液壓缸內(nèi)泄時，液壓缸活塞所承受的推力F3與爐頂壓力對放散閥閥蓋形成的推力F4合成逆時針方向力矩，成為放散閥突然開啟的條件。
DN650放散閥結(jié)構(gòu)簡圖如下：
圖2 DN650放散閥結(jié)構(gòu)簡圖
2、對存在問題的改進(jìn)措施
2.1、對關(guān)不嚴(yán)的改進(jìn)措施
針對DN650放散閥是工作在露天及工作環(huán)境惡劣的特點，加強(qiáng)對設(shè)備的潤滑與保養(yǎng)，在復(fù)風(fēng)前多做幾次開關(guān)閥實驗，如有問題及時處理。多同生產(chǎn)操作人員溝通，關(guān)閥時要嚴(yán)格按操作工藝規(guī)定執(zhí)行。另外，對液壓缸進(jìn)行改造加大液壓缸的推力。
對DN650放散閥液壓缸的推力分析：
原有DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ160mm;
油缸桿徑：Φ100mm;
油缸行程：462mm;
液壓系統(tǒng)壓力：20MPa。
液壓缸有桿腔推力為：
F1=PS=20×106×3.14/4×(0.162-0.12)=2.45×105N
液壓缸無桿腔推力為：
F2=PS=20×106×3.14/4×0.162=4×105N
改造后DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ200mm;
油缸桿徑：Φ100mm;
油缸行程：470mm;
液壓系統(tǒng)壓力：20MPa。
液壓缸有桿腔推力為：
F1'=PS=20×106×3.14/4×(0.22-0.12)=4.7×105N
液壓缸無桿腔推力為：
F2'=PS=20×106×3.14/4×0.22=6.28×105N
因為是在關(guān)放散閥時出現(xiàn)放散閥關(guān)不嚴(yán)的現(xiàn)象，而關(guān)閉放散閥是由有桿腔做功的，所以是由有桿腔的推力決定的。
則改造后液壓缸有桿腔的推力增大為：
F=F1'-F1=4.7×105-2.45×105=2.25×105N
2.2、對關(guān)不到位的改進(jìn)措施
除在復(fù)風(fēng)前多做幾次開關(guān)放散閥實驗外，在放散閥關(guān)到位信號來的情況下，使Y型電磁換向閥延時5s后再回到中位，即延時5s再切斷動力源，這樣就解決了放散閥關(guān)到位信號來，但還未關(guān)閉到位的問題。
2.3、對正常生產(chǎn)時放散閥突然開啟的改進(jìn)措施
2.3.1、采用對新放散閥進(jìn)行預(yù)先打壓試驗的方法來整定閥的開啟工作壓力
對新到DN650放散閥進(jìn)行預(yù)先充風(fēng)打壓試驗，這樣可以利用爐頂DN650放散閥平臺的液壓系統(tǒng)及風(fēng)能，從而確認(rèn)該閥是否達(dá)到所需開啟壓力要求，如不符合要求，則可以通過調(diào)整擺動壓緊蝶簧缸定位螺母或調(diào)整擺動壓緊碟簧缸傾動角度的方法來保證放散閥開啟壓力達(dá)到0.28MPa的要求。
具體方法如下圖3所示：
圖3 DN650放散閥打壓試驗簡圖
按DN650放散閥法蘭制作盲板，在盲板上開孔焊接1/2''短接，準(zhǔn)備2個1/2''截止閥，1個0.1～0.5MPa減壓閥，1/2''短接4個，1/2''高壓膠管一根，0.1～1MPa壓力表一塊。
接好管道后，先開截止閥，再將減壓閥調(diào)整到0.28MPa，待DN650放散閥內(nèi)壓力為：0.28MPa時，關(guān)閉截止閥，保壓30min，看是否閥開啟或減壓(泄漏)，確認(rèn)是否符合要求后將排壓閥打開泄壓。
2.3.2、對現(xiàn)在用放散閥進(jìn)行擺動壓緊碟簧缸角度調(diào)整的方法來整定放散閥的開啟工作壓力
通過咨詢DN650放散閥的生產(chǎn)廠家及查閱相關(guān)資料，確定放散閥的生產(chǎn)廠家在閥出廠時已經(jīng)將放散閥的開啟工作壓力(0.28MPa)調(diào)整好。又對擺動壓緊碟簧缸的限位螺母進(jìn)行檢查，因螺母有防松裝置，且未損壞，所以認(rèn)定放散閥的開啟工作壓力(0.28MPa)沒有發(fā)生改變，不需要對擺動壓緊碟簧缸的壓力進(jìn)行調(diào)整。
按要求：DN650放散閥在關(guān)閉后，擺動壓緊碟簧缸的最佳傾斜角度為6度左右(如圖2)。從擺動壓緊碟簧缸的關(guān)閉起始位置到擺動壓緊碟簧缸的垂直位置，其蝶簧的收縮位移應(yīng)為14.6mm，此時蝶簧收縮壓力為最大值。而到關(guān)閉位置(傾斜角度為6度時)，其蝶簧的收縮位移應(yīng)為10mm，此時蝶簧作用在放散閥閥蓋上的壓力為0.28MPa。
對在用DN650放散閥逐個檢查，發(fā)現(xiàn)擺動壓緊碟簧缸關(guān)閉位置的傾斜角度都大于最佳傾斜角度6度。而從圖4角度與壓力曲線圖分析，擺動壓緊碟簧缸大于最佳傾斜角度6度時，其開啟工作壓力均低于0.28MPa，這就可能導(dǎo)致DN650放散閥突然開啟的現(xiàn)象發(fā)生。因此確定了利用調(diào)整擺動壓緊碟簧缸傾動角度的方法來整定放散閥的開啟工作壓力。
圖4 DN650放散閥角度與壓力的關(guān)系
對現(xiàn)在用的DN650放散閥的擺動壓緊碟簧缸進(jìn)行傾動角度調(diào)整，通過改變傾動液壓缸的位置，來達(dá)到擺動壓緊碟簧缸的傾動角度應(yīng)在6度左右的最佳位置。
具體方法為：松開液壓缸防松螺母，拆下液壓缸油管，旋轉(zhuǎn)液壓缸，使其位置發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)整擺動壓緊碟簧缸的傾動角度應(yīng)在6度左右的最佳位置。而此時擺動壓緊碟簧缸在關(guān)閉閥的起始位置到擺動壓緊碟簧缸的垂直位置，其蝶簧的收縮位移為14.6mm，到關(guān)閉閥位置時，其蝶簧的收縮位移為10mm。從角度與壓力曲線圖分析，當(dāng)爐頂壓力超過0.28MPa時，放散閥自動開啟釋放爐頂壓力，在擺動壓緊碟簧缸傾斜角度6度范圍內(nèi)，其壓力均大于0.28MPa，所以放散閥自動開啟釋放爐頂壓力后，也能自動關(guān)閉。
2.3.3、采用在關(guān)放散閥后對液壓缸進(jìn)行泄壓的方法，避免液壓缸內(nèi)泄造成開啟放散閥的條件
通過采用每次復(fù)風(fēng)關(guān)閉放散閥后，對液壓管道內(nèi)壓力進(jìn)行泄壓的方法，避免了液壓缸始終處于高壓而產(chǎn)生內(nèi)泄，至今未發(fā)生過DN650放散閥在正常生產(chǎn)時突然開啟現(xiàn)象，保證了高爐的生產(chǎn)順行。
3、結(jié)論
為防止液壓缸內(nèi)泄而達(dá)到DN650放散閥開啟條件的形成，建議將液壓系統(tǒng)內(nèi)的雙向液壓鎖取消，保證液壓系統(tǒng)內(nèi)部在不工作時的壓力為零，靠擺動壓緊碟簧缸壓力即封閉DN650放散閥，從而將此問題解決。
經(jīng)過調(diào)整后的4臺DN650放散閥，自2010年7月16日投產(chǎn)，至今未發(fā)生過關(guān)不嚴(yán)、關(guān)不到位、突然開啟現(xiàn)象，解決了因該設(shè)備發(fā)生事故而影響高爐生產(chǎn)的問題，從而保證了高爐的生產(chǎn)順行。
以上是對本鋼煉鐵廠新一號高爐爐頂DN650放散閥存在問題的一些解決和處理方法，在此提出與大家共同探討，如有缺點和錯誤望大家提出共同避免。
