探讨冶金机械液压污染的原因与控制.pdf

第 3 5卷第 3期 2 0 1 5年 6月 黑 龙 江 冶 金 H e i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y V0 1 ． 3 5 N o ． 3 J u n e 2 0 1 5 探讨 冶金机械液压污染 的原 因与控 制 姜 海锋 东北特钢集团北满特钢有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 4 1 摘要 冶金机械的大量高精度液压系统故障7 0 ％ 一8 0 ％是由于液压油液的污染造成的， 对整个系统危害极 大。本文分析了液压系统污染的原因及危害， 同时提出对污染进行控制的措施。 关键词 冶金机械； 液压油； 污染控制 Ca u s e a nd Co nt r o l M e a s u r e s o f Co n t a m i n a t i o n f o r Hy dr a u l i c Oi l i n M e t a l l u r g y M e c h a ni s m J i a n g H a if e n g N o r t h e a s t S p e c i a l S t e e l G r o u p， B e i ma n S p e c i a l S t e e l C o ． ， L t d ． ， Q i q i h a e r 1 6 1 0 4 1 C h i n a Ab s t r a c t A l a r g e nu mb e r o f t he ma l f u nc t i o n s o f t h e h i g h p r e c i s i o n h y d r a u l i c s y s t e m wo u l d ha p p e n i n me t a l l u r g y me c h a n i s m， 7 0 ％ 一8 0 ％ o f wh i c h i s d u e t o t h e c o n t a mi n a t i o n c a u s e d b y h y d r a u l i c o i l ，a n d t ha t i s v e r y h a r mf u l t o t he wh o l e s y s t e m．Th i s pa p e r a na l y z e s t h e c a us e a n d h a r m o f h y d r a u l i c s y s t e m p o l l u t i o n，a n d p u t s f o r wa r d me a s u r e s t o c o n t r o l t h e c o n t a mi n a t i o n． Ke y W o r d s Me t a l l u r gy me c h a n i s m ；Hy d r a u l i c o i l ；C o n t r o l c o n t a mi n a t i o n 1 液压油液污染的主要原 因及危 害 1 ． 1 液压油液污染原 因 液压系统 中的污染物主要是指混杂在油液当 中的各类 固体颗粒 、 水、 空气 、 质变化学成分 、 微生 物等。主要原因有以下三个方面。 1 ． 1 ． 1 外界侵入污染物 液压系统和元件在使 用过程 中， 外界 的粉尘 颗粒通过往复伸缩的活塞杆、 注入系统 的油液和 流回油箱 的 回油 、 油箱 的通 气孔 等进入油 液 中。 此外 ， 对液压系统进行 维护 时， 拆 装密封件 、 阀体 等也会带人棉纱 、 橡胶等污染物 ， 如高炉 的举升装 置 、 送料系统等液压系统。 1 ． 1 ． 2系统制造 污 染物 液压系统及其元件在制造 、 装配 、 存储 、 运输 过程中， 系统本身就存在的原始污染物， 如毛刺、 切屑、 飞边 、 沙粒 、 磨料、 焊渣 、 锈片、 油漆 、 密封胶 、 纤维、 冲洗 液等。冶金机械当 中对 于单个零部件 组成的液压系统 污染 ， 则是 由于零部 件不洁而带 入的污染物。 1 ． 1 ． 3 系统 生成 污染 物 冶金机械液压系统大部分都是在高温 、 高压 、 重载的条件工作 ， 致使液压 油液高温下产生化学 质变， 腐蚀金属表面 ， 产 生金属颗粒 、 锈滓 ， 润滑不 良， 产生部分磨料 。而高压 、 重载使得液压油剥落 金属表面颗粒 ， 加速密封元件的老化 ， 产生金属 和 非金属颗粒污染 。 1 ． 2液压油液污染的危害 1 ． 2 ． 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 等物质组成。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 可达莫氏硬度在 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 7 5 ％ ， 尘埃 占 1 5 ％ ， 其他杂质 占 1 0 ％。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 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 2 2 作者简介 姜海锋 1 9 7 7一 ， 男， 现任北满特钢轧钢主任工程师， 冶金机械工程师。 49 黑龙江冶金 第 3 5卷 此 ， 污染控制 的重点就是减少固体颗粒 。 1 固体颗粒的磨料磨损 磨料磨 损是 冶金 机械运 转 中的一 个严 重 问 题 ， 是液压 和润滑系统元件失效 的主要原 因。颗 粒污染引起 的磨损主要有切削 、 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。 a ． 切削磨损 进入元件运动副间隙的较硬 固体颗粒嵌入材 料较软的元件 表面 ， 在相对运 动过程 中象车刀一 样将元件表 面的部分材料 切削下来 ，形 成碎屑 。 这种磨损因较 软的表面易嵌入颗粒 ， 故较硬 的表 面反而磨损严重 ， 切削表面有明显的划痕 。 b ． 疲劳磨损 固体颗粒 进入运动副 间隙后 ， 在碾压 和滚动 下使元件表面产生应力 裂纹 ， 在油压 的作用下不 断扩展 ， 形成空洞 ， 并使表面材料剥离 。 c ． 粘着磨损 固体颗 粒 与元件 表面挤 压产 生微 小塑 性变 形 ， 形成凸起和 凹坑 ， 破坏润滑油膜 ， 使运动 副金 属表面直接接触 ， 接触点在高速 、 重载作用下局部 产生高温而使金属产生粘着。当运动副作相对运 动时发生剪切 ， 使金属表层剥落而形成磨粒 ， 进一 步加剧磨损 。当熔合点过 多时 ， 运 动副会 发生卡 滞甚至卡死的现象 ， 导致突发性故障。 d ． 冲蚀磨损 固体颗粒随着 高速 液流 ， 不断 向暴 露在流道 中元件 的棱边 和表 面喷射 冲刷 ， 可使被 冲刷部位 受到磨损 ， 形成冲蚀磨损 。 2 淤积 固体颗粒 随油液流经运动 副时， 在 隙缝 流动 的附加作用下 ， 粒度 小于配合 间隙的颗粒较易进 人间隙内 ， 在油膜 的吸附和阻滞下淤积在 间隙 内， 随着淤积量 的增加 ， 隙缝流动可能被 大量小颗粒 阻断 ， 形成淤积现象 。颗粒淤积造成 运动副之 间 的静摩擦力大大增加 ， 阀芯运动受阻 ， 导致液压 系 统工作不稳定 ， 出现空 中飘 摆、 油压不 稳 、 压力跳 动、 响应瞬时变慢或停滞等 。淤积现象往往 是暂 时的， 当运动副一旦工作起来后 ， 原来形成 的边界 层就被破坏 ， 淤积的颗粒很快就会被液流带走 ， 滑 阀又能正 常工作。因此 ， 突发性 的工作 不稳定故 障也能 自动消除。油液 中小 颗粒浓度越 高， 淤积 现象就越容易发生。 3 堵塞 5 0 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 。 4 卡滞 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。在高压系统当中 ， 当发生液压卡紧时， 阀 芯受到的不平衡力和液压 卡紧力都很大 ， 造 成阀 芯卡滞和偏磨。此外， 切削作用和粘着作用也都 可引起卡滞 。 5 加速油液变质 大量颗粒 的不规则运 动 ， 会对油液起 反复剪 切作用 ， 降低油液 黏度和润滑性 ， 催 化油液变质 ， 加快更换周期 。 1 ． 2 ． 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。水 污染 的主要 危 害在 于 1 引起腐蚀 水与油液 当中的金属硫 化物 、 氯化 物作用产 生酸性介质 ， 腐蚀元件表面。 2 加速油液变质 水使油液 氧化 和乳化 ， 还会 与添加剂发生化 学作用 ， 产生沉淀 物和胶质 ， 破坏 了油膜强度 ， 降 低了润滑性能。同 时也 为繁衍 微生 物创 造 了条 件 ， 加速油液氧化变质 。 3 低温结冰 游离水低温结冰会堵塞小孔 、 间隙、 油滤器 。 1 ． 2 ． 3空气 的危 害 空气 比水更容 易进 入液压系统 ， 它在液压 系 统有两种存在形式 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 ， 主要 是 游离态的空气产生危害。 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。 2 液压 系统 的污染控制 2 ． 1 合理选用过滤器 在液压系统 中合理选用过滤器是控制油液污 第3期 姜海锋 探讨冶金机械液压污染的原因与控制 染的主要措施 。过滤器精 度过高 ， 则会造成不必 要的浪费 ， 过滤器精度过低 ， 则使液压元件的使用 寿命缩短。对于频率响应快 、 系统稳定性 和可靠 性好的液压系统 ， 需要有一个好的污染控制系统。 2 ． 2 液压系统制造安装污染控制 2 ． 2 ． 1 电液伺服系统一般 多采用不锈钢无缝 钢 管 ， 管子之间的连接尽量避免螺纹连接 ， 不锈钢管 及不锈钢弯头等附件要用硝酸与氢氟酸的混合酸 洗 ， 以清除管道 内壁 的污染物 。管道分段 采用锯 割， 不准采用砂轮切割机， 以防止砂轮粉末残留在 管道 内。焊接将不锈钢管端打好坡 口， 锉 去毛刺 并吹干净 ， 并采用氩弧焊 ， 防止焊缝熔渣。 2 ． 2 ． 2 液 压油 管拆装 时， 应将管接头开 口朝上 ， 用堵头堵住以防止液压油流失和污染物的侵入 。 2 ． 3 强化液压系统的维护与保养 2 ． 3 ． 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 N A S 1 0级以下 ，远不能满足 电液伺服系统要求 的 N A S 6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 N A S 6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 ． 3 ． 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它液压部件， 将软管、 硬管直 接连通 ， 开泵过滤新油并冲洗管路 ， 运行 2 4～ 7 2 h ， 油温控制在 5 0～ 6 0 。 ， 冲洗压力约为 2 M P a ， 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 N A S 1 6 3 8 4 5级标准后 ，方可接人 电液伺服阀 和其它液压部件 ， 开启系统进行在线循环冲洗 。 2 ． 3 ． 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 5 5 C以下。 2 ． 3 ． 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。 2 ． 3 ． 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 污染物进人系统油箱 和备 用油箱 。 3 结 语 为提高冶金设备液压系统运行的可靠性， 减 少系统运行故障率 ，正确合 理地设计和安装液压 系统尤显重要 。因此 ， 我们必须提高对系统设计 、 安装与运行可靠性关系的认识。 上接第 4 8页 低转炉炼钢过程钢铁料消耗。 图 5 6 结语 以氧化铁皮等为主要原料的炼钢方法 ， 以价 格低廉且来源广泛 的氧化 铁皮 、 渣钢等废料 为主 要原料， 并用它们取代量少、 价高的废钢， 利用氧 化铁皮为主的含铁废料制成各类制品应用于转炉 炼钢 。能够在无 隐患的前 提下 提高炼钢效率 、 转 炉操作 的稳定性 、 成品成分控制的能力 ， 降低钢铁 料消耗和生产成本 ， 延长转炉炉体 的使用寿命 。 参考文献 [ 1 ] 张朝晖， 刘安民、 赵福才， 等． 氧化铁皮综合利用技术的 发展 ．山东冶金 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 5 25 3 ． [ 2 ] 李强， 元玉辉 ， 胡守忠．固体废弃物在莱钢烧结厂循环 利用的技术探讨与实践．钢铁研究 [ J ] ． 2 0 0 7， 2 9 1 5 96 O ． [ 3 ] 吴勉华， 转炉炼钢 5 0 0问[ M]． 北京 中国计量出版 社 ， 1 9 9 2 ， 1 3 81 4 2 ． [ 4 ] 李炯伟、 张怀军、 蒋宏， 等， 复吹转炉使用污泥球总结． 包钢科技 ， 2 0 0 9 ， 2 9 3 7 8 ． 51 褰J i I{ 宾举l 峥