高炉炼铁液压系统污染对设备的影响及污染控制

时间：2024-10-24

张志强

（本钢炼铁厂，辽宁本溪 117000）

液压、润滑系统因在功能上能够实现回转、直线运动，在结构上能够让元件本着灵活方便的原则轻松布置等优点，因此在高炉炼铁之中的普及应用率非常高。高炉炉前作为出铁和堵口的作业场所，使得液压系统中的高炉、等部件中的元件由于吸附大量的氧化铁屑、粉尘、水汽，再加上高温度、高压力、高湿度的环境，会给系统中的液压油带来污染，而调查发现，液压系统85%的故障因为液压油受到污染而引起的[1]。由此判断，控制污染源的数量，保持高炉炼铁液压系统工作环境的清洁，是确保液压润滑设备运行正常的重要的客观条件。近年来，国内炼铁行业越来越重视生产环节的节能减排工作，为此加大了科技投入力度，提高了高炉作业环境的清洁度标准，增强了一线工人的规范操作意识，有力地确保了高炉炼铁液压设备的运行质量和运作效率。

1 液压系统污染源分析

第一，炉前、炉顶、热风炉的液压站、液压缸、液压件在装配之前由于没有做好清洁工作，这些高密度设备在制造过程总存在的切屑、焊渣、磨料、绣片和灰尘没有消除，一旦系统开始运作之后，这些污染物就会随着液压油遍布整个系统（详情见图1）。第二，液压站油箱在运转期间会将空气中的粉尘、灰尘带入液压油中，而一些过滤设备如空气过滤器长期使用失效时，也会让环境的污染物带入到系统之中。第三，系统在维修时，由于设备元件长期暴露在外，再加上检修环境不够清洁，比如在向系统更换液压油，更换设备元件等过程中，也会让空气中的粉尘，灰尘进入系统之中。第四，液压系统各个金属材料和密封材料在工作中由于相互摩擦受力，会产生磨损碎屑，颗粒和纤维等杂质，也会混入液压油之中。

图1 液压油污染物的构成比例饼状图

2 液压系统污染的带来的危害分析

总体而言，液压系统出现安全故障除了前期产品设计、零部件制造，中期现场安装调试会因科技含量不够，人工操作不当而出现故障之外，绝大多数情况下是使用和维修中由于对污染源的防护做的不走全面细致，使得液压油受到污染杂质的入群而造成整个系统故障率的提高。液压、润滑污染对设备的负面影响主要体现在以下两点。

首先，油液中的污染颗粒会让液压系统中的高密度运动部件如阀芯、变量活塞带来阻碍正常运转，导致出现卡顿等情况，导致磨损严重，过早地失去应有的使用功效。另外污染颗粒聚集在孔道之中，堵塞在过滤网内，会改变系统正常的工作状态中各项运行指标，使得系统操作会出现程序步骤失调，工作失灵等情形，会让液压站、液压缸、液压泵等设备吸油不顺畅，回油不及时而让设备处于不正常的运作状态下，就会引发气蚀、振动到来的噪音、高温等影响，容易诱发高炉设备安全事故。另外粉尘、碎屑、杂质等污染颗粒混入到液压油之中，也会让液压元件造成不可逆的磨损，严重情况下还会让设备停机停产。如果对这些污染物得不到有效的控制，任其在系统系统之中积累，会使系统因局部产生损伤破坏，导致整体压力不正常，速度不稳定，让执行功能出现异常，最终对降低整个系统的使用寿命。而对液压油的更换，对设备的检修会极大地增加维护成本和人工成本，同时也给企业的正常生产造成很大的影响。

其次，液压油中水分的逐渐增加会让油品的质量下降，给设备带来磨损影响。正常情况下液压油的含水比例应该在50ppm，但随着机器运行过程中，由于高炉冶炼高温高湿的环境含有大量的水蒸气，这些水汽经过液压系统的透气口与设备中油箱内货输油管中的冷空气结合，在水分子冷凝作用下形成水滴落入液压油中，由此油液含水量大大增加，而水份的增加对液压系统而言有害无益，它让油稀释裂化，加速破坏油膜组织，引起液压油劣化编制，削弱了润滑性能和防锈方能，从而引起油品在高速流动和压力条件变化下，会让油管壁面腐蚀而发生洞穴状空蚀现象。

3 液压系统污染控制策略

3.1 选择合理的过滤器，制定对等的精度

液压润滑系统中进行杂质清除主要基于两个方面，一方面是补油系统与油箱连接，使得整个设备中的杂质都能够随着液压油的压力而进入到油箱之内，这其中颗粒较大的部分会因自身重力而沉淀下来，而那些无法沉淀的细微颗粒会随着液压油而遍布整个设备，这就需要一款合适的过滤器和基于过滤器来设置合理的过滤进度来对其进行有效清除。因此，过滤器是液压润滑系统过滤杂质的最关键设备器材。

过去在选择过滤器的时候常以名义精度来作为评价衡量标准，但这是不科学，也是不准确的，因为名义精度实际上是过滤器生产厂家给定的值，这个值并没有将过滤效率包含进来，使得产品的精度不够高，达不到确保系统稳定运行的标准。

为此，如今国内外的过滤器根据高炉冶铁生产实际中液压润滑系统对杂质过滤之要求，引入了过滤比β值这一全新的概念，该概念可以用一个公式来说明，即βn= Nu/Nd。这个公式中Nu的含义是过滤器进口处油液单位体积内大于某个尺寸的颗粒含量，Nd是指过滤器出口处大于进口处统一尺寸的颗粒含量[2]。因此，βn的具体含义就是大于某一尺寸的颗粒含量在过滤器进出前后的比值，实际上就代表了过滤效率。βn可以精确客观地将过滤器对杂质的过滤能力测算出来，因此国际标准已经将βn作为评价过滤器效果的标准，并越来越多地得到了国内外过滤器生产和需求厂家的认可。但是实际上，当下的一些国产或国外产的过滤器仍有不少比例厂家在其产品性能中用名义进度来代表过滤器的性能，而没有使用βn值，这也是为什么不少液压润滑系统功能说明中显示过滤精度合格达标，但投入应用之后却因为容易受到杂质污染影响，导致系统清洁度较低，使得设备故障频繁的症结所在。因此在选用或更换过滤器时，一定要反复验证，确保其书面说明与实际效用保持一致。

3.2 提高系统污染源的动态监测力度

污染源的动态监测是提前做好污染防控的前提条件，也是对系统设备进行维护的重要手段。当前科学技术的突飞猛进，颇尔、英特诺曼等国外厂家能够生产处诸如便携式检测仪、在线检测仪等智能化、自动化的设备，不仅可以检测常规的固体颗粒物杂质，还可以检测水、乙醇等液体物质，检测速度快，精度高，能够根据要求产生基于ISO或者NAS标准的结果。利用使用这些检测设备，有助于我们随地随地对系统开展污染情况的调查检测，洞察掌握系统污染趋势，根据实际情况采取针对性的排污消杂措施，及时消除隐患，避免问题扩大化。

3.3 在系统使用、维修时做好污染防控

首先，在系统设备检修中要小心谨慎，从以下几个方面加强避免造成设备元件的污染损害——切忌不要将污染源带到或遗留在设备器材之中；对系统设备中的元部件和管道进行拆卸时，一定要把油口用密封包裹住，防止污染源进入其中；更换上去的新元件要先确保是否干净整洁；更换新油时要先进行过滤等等。在对系统设备进行检修中，相关管理人员一定要做好检修员工的督导工作，确保其在工作中做好对污染源的防护控制，本着严谨认真，全面细致的精神来避免造成新的污染。

其次，在系统的日常维护中，要加强对设备密封部位的检测力度，因为随着使用时间的增加，密封部位的材质可能会出现功能老化衰减等问题，使其不能百分百起到杂质的过滤隔离作用，比如杂质有可能会从密封材质不良的位置进入系统，尤其是泵吸入管和轴密封等地方会出现进气等情况。因此一旦发现密封不严实的部位，就要及时进行更换处理。

第三，在日常维护工程中，要对系统涉及防尘过滤除污的功能设备做到一处不漏地全面排查，比如要确认空气滤清器始终处于运行正常，效果练好的状态；对油箱要做好注油口的密封处理，油箱与吸油管和回油管之间的连接处也要确保处于完全密封状态之中。对于容易沾染污染源的元件，比如滤芯，要定期进行清洗，到了使用期限要及时更换[3]。如果检测确认整个液压、润滑系统整体遭受了比较大的物探，就要对油箱和管道进行彻底的大清洗。

3.4 在系统运行中要合理控制油温

液压系统中油温过高，将会给油液带来巨大的影响，导加速其变质和氧化过程，导致油液中水分和含污量越来越大。经过实验测算发现，液压油温度每增高15度，其使用寿命便会下降10倍。为此要由专人对油温进行控制，随时根据温度变化调节冷却水量，溢流阀和泵的流量与压力，确保油温始终控制在小于60度的范围内[4]。

3.5 要侧重与对液压缸的维护保养工作

开铁口机和泥炮是高炉冶铁炉前的两大必备设备，在冶铁工程中要用开铁口机和泥炮反复进行出铁、堵铁口操作。由于现场环境恶劣，因此会让开铁口机和泥炮中的液压油箱混入粉尘灰尘，使得液压油受到污染，导致设备密封圈拉伤或液压缸泄露等事故。因此要做好开铁口机和泥炮的保护工作，定期对炉前设备液压缸上的轴端和活塞密封进行更换，也可以改进液压结构布局，比如在泥炮液压缸活塞杆增设防尘网来减少水汽粉尘混入液压润滑系统的概率。