摘要 進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著國家建設(shè)的發(fā)展，冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的有越來越重要的作用。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有傳動量較大、自重輕的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于重型、大型、特大型設(shè)備，因此在冶金領(lǐng)域有著其他設(shè)備無法取代的作用，廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉及后續(xù)的精加工中。本文中，簡介了液壓技術(shù)的基本原理和液壓系統(tǒng)的組成部分，同時結(jié)合冶金工業(yè)的特點(diǎn)，以液壓技術(shù)在高爐、電弧爐、金屬加工及設(shè)備安裝為例，介紹液壓技術(shù)在冶金中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 液壓技術(shù),原理,系統(tǒng),冶金,應(yīng)用

中圖分類號TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）80-0180-03

液壓技術(shù)是一門在長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)和創(chuàng)造出來的技術(shù)。近半個世紀(jì)以來，由于其傳動力量大，利于傳遞和配置，液壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)的各行各業(yè)中，用來提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化[1]。

近代冶金工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展與液壓技術(shù)是密切相關(guān)的。在煉鐵、煉鋼、連鑄機(jī)、軋制機(jī)（冷熱連軋機(jī)、可逆式軋機(jī)）、鋼材的頭尾剪切、帶鋼生產(chǎn)過程中的各類輔助設(shè)備中以及鋼管生產(chǎn)中的擴(kuò)管機(jī)、鋼管減輕機(jī)等，都存在著大量的液壓技術(shù)。比起傳統(tǒng)的機(jī)械傳動，液壓設(shè)備不僅裝配容易，而且造價低，可在很大程度上節(jié)約成本，有利于提高冶金企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是一種最為經(jīng)濟(jì)的選擇。因此，液壓技術(shù)在冶金企業(yè)中得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。

1 液壓技術(shù)原理和組成系統(tǒng)

1.1 液壓技術(shù)的原理

液壓技術(shù)的理論基礎(chǔ)是帕斯卡定律（Pascal law）：加載在密閉液體上的壓強(qiáng)，KC5BsnXlarLKc4+7IPozw==能夠大小不變地由液體向各個方向傳遞。也就是說，當(dāng)密閉容器內(nèi)的液體的外加壓強(qiáng)P發(fā)生變化的時候，只要液體仍然保持原來的狀態(tài)，液體里面的任何一點(diǎn)的壓強(qiáng)會發(fā)生同樣大小的變化，因此，帕斯卡定律也稱為等靜壓原理。

如圖1所示，當(dāng)加載在面積較小的小活塞上一個力，依據(jù)帕斯卡定律，必然會在面積較大的活塞上產(chǎn)生相等的壓強(qiáng)，從而在較大面積的活塞上或產(chǎn)生較大的力，因此可用液壓機(jī)來進(jìn)行提取重物、鍛壓鋼材等。

1.2 液壓系統(tǒng)的組成

一個完整的液壓系統(tǒng)有以下五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油[2-3]。

1）動力元件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力，從而驅(qū)動執(zhí)行元件的運(yùn)動。依據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，液壓泵可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等,2）執(zhí)行元件的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為工作裝置的直線往復(fù)式運(yùn)動，即擺動或者旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械能，如液壓缸和液壓馬達(dá),3）控制元件的主要作用是對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度、運(yùn)動方向進(jìn)行控制調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向，以保證工作機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的工作運(yùn)動，如溢流閥、單向閥、電磁換向閥等,4）輔助元件主要起輔助作用，包括油箱、濾油器、管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計、油管密封裝置等分別起貯油、過濾、疏松、防漏保亞等作用，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和便于檢測控制，是液壓系統(tǒng)中必不可少的部分,5）工作介質(zhì)是存在于上述四種元件中其傳遞動力和能量作用的液體，是液壓系統(tǒng)中最本質(zhì)的一部分，包括各種礦物油、乳化液、水基介質(zhì)和合成型液壓油等幾大類。

液壓技術(shù)之所能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗蓪?shí)現(xiàn)平穩(wěn)地傳動，自重輕體積小，承載能力大，容易實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作，機(jī)械結(jié)構(gòu)很容易簡化，從而有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自動化。

以千斤頂為例，說明液壓系統(tǒng)的工作原理，如圖2所示[2-3]。

1.手柄,2.手動泵,3.排油單向閥,4.吸油單向閥,5.油箱,6.截止閥,7.液壓缸

隨著手柄1的向上運(yùn)動，與手柄相連的活塞也向上運(yùn)動，促使手動泵2的容積增大，壓力降低形成局部真空，于是單向排油閥3關(guān)閉，單向吸油閥4打開，油箱5中的油便在大氣壓力的作用下經(jīng)管道進(jìn)入到泵中，此時吸油過程結(jié)束。當(dāng)手柄1帶動活塞向下運(yùn)動的時候，手動泵2的容積減小，受到擠壓的油將關(guān)閉單向閥4，開啟單向閥3，此時油經(jīng)管道進(jìn)入到液壓缸中，克服外在載荷使使有重物的活塞向上運(yùn)動，極為排油過程。當(dāng)手動柄1帶動活塞不斷上下運(yùn)動，拖有重物的活塞就會不斷上升。當(dāng)外部負(fù)載被升至所需要的高度時，停止手柄1的運(yùn)動，此時單向閥3關(guān)閉，液壓缸7里面的液體被封死，其活塞也就停止不動，處于自鎖狀態(tài)。這一過程中，截止閥6始終處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)需要重物下降的時候開啟截止閥6，液壓缸7內(nèi)的油液使經(jīng)管道流回油箱3，活塞就會下降到初始位置。

2 液壓技術(shù)在冶金中的應(yīng)用

目前的冶金企業(yè)主要以鋼鐵企業(yè)為主。鋼鐵制品的生產(chǎn)首先是鋼鐵的冶煉，在高爐中將鐵礦石和焦炭提煉成生鐵，然后再利用煉鋼爐煉制出各種成分、不同牌號的鋼產(chǎn)品，使之具有不同的物理化學(xué)性能，最后利用各種加工手段，如軋制、鍛壓、擠壓等，生產(chǎn)出適應(yīng)市場要求的各類板材、棒材等。在冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程中，涉及到大量的大型、重型機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備必須在高溫的環(huán)境中進(jìn)行工作，因此其自動化程度和控制精度要求較高。而液壓技術(shù)對于改善其自動化程度和控制精度有很好的作用，因此，在冶金企業(yè)中具有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用。

2.1 高爐爐頂?shù)募恿涎b置[4-6]

高爐是冶金企業(yè)提煉生鐵的一種重要的設(shè)備，高爐不僅可以將鐵礦石和焦炭加熱熔煉形成鐵水，同時能夠?yàn)楹罄m(xù)的精煉過程提供能源。生鐵冶煉過程中，需要定期從爐頂加入礦石和焦炭等原料，為了使礦石充分反應(yīng)，提高產(chǎn)量，高爐頂部存在的大量的可燃性的氣體不能夠與大氣相通，從而保證高溫高壓有利于燃燒的條件。

在液壓技術(shù)被采用前，煉鐵的爐頂裝料設(shè)備都是傳統(tǒng)的鐘式爐頂，包含大小料中兩個部件，這種爐頂在加料時不能夠保證燃燒均勻性，從而降低爐內(nèi)壓力，降低產(chǎn)量。這是鐘式爐頂?shù)娜秉c(diǎn)之一。第二，鐘式爐頂一般通過平衡桿式機(jī)械傳動來進(jìn)行爐頂大小鐘的啟閉傳動。這種傳動不僅設(shè)備笨重，而且占地面積很大，同時料鐘拉桿的聯(lián)結(jié)時產(chǎn)生很大的水平方向的作用力，使得爐頂甚至整個爐體結(jié)構(gòu)承受了來自水平和垂直兩個方向的較大的載荷。而液壓技術(shù)可以很好的解決這兩個問題。首先液壓控制的料流調(diào)節(jié)閥無鐘爐頂可以保證一個穩(wěn)定的料流量，從而確保爐內(nèi)的高溫高壓，提高產(chǎn)量。其次，爐頂?shù)拇笮＄姷膯㈤]采用液壓技術(shù)之后，油缸的結(jié)構(gòu)更為緊湊，能夠與料鐘拉桿更好地聯(lián)結(jié)，對爐頂?shù)乃捷d荷得到了消除，只剩下垂直方向的載荷，從而可以有效減少爐頂所需的鋼材量。同時液壓技術(shù)有利于料鐘啟閉速度的控制，通過在料鐘閉合之前的減速可減輕對料斗的沖擊力。

此外，液壓技術(shù)也有利于降低爐頂?shù)母叨?，降低傳動機(jī)的功率，從而可以很好的節(jié)省成本。

在采用液壓技術(shù)的高爐爐頂加料裝置中，通過液壓油缸活塞的升降來控制上下密封閥的開啟和關(guān)閉。加料的時候，傳送帶先將原料送至分配器，然后，開啟上密封閥，使分配器將料送至料罐，如此進(jìn)行反復(fù)的交替，將原料不斷地加入到料罐中，當(dāng)原料達(dá)到一定的重量后，力傳感器發(fā)出信號，收到信號后，下密閉閥和料流調(diào)節(jié)閥先后開啟，將原料倒入液槽中進(jìn)行布料。在有需要的情況下，對物料進(jìn)行一定規(guī)律的分布。

高爐加料裝置的液壓系統(tǒng)是由以下幾個部分組成（以255立方米高爐液壓爐頂為例）：油泵、濾油器、單項(xiàng)溢流閥、蓄能器、換向閥、節(jié)流閥和分流閥等。其工作原理是：通過高壓齒輪泵和蓄能器來完成油缸的充油，從而起到對上下密封閥的開啟和關(guān)閉的控制。首先在電動機(jī)的驅(qū)動力作用下，油箱中的油通過濾油器進(jìn)入油泵，成為高壓油，然后，高壓油經(jīng)過單向閥與從蓄能器中出來的高壓油進(jìn)行匯合。匯合后的高壓油繼續(xù)經(jīng)過單向閥、高壓油匯流管、電流換向閥、節(jié)流閥和分流閥，最終進(jìn)入到工作缸的底部，從而推動工作活塞的上升，達(dá)到開啟密封閥的功效。隨后在油泵的作用下，高壓油一方面通過原來的回路，使得漏斗嚴(yán)密關(guān)死，另一方面流向儲勢器，壓縮氮?dú)庠黾酉到y(tǒng)的壓力。當(dāng)壓力增加到定值之后，油會經(jīng)打開的溢流閥返回到油箱中，同時在電接點(diǎn)壓力表的作用下，油泵停止工作，此時，單向閥不僅可以防止油液的回流，同時又能使密封閥保持關(guān)閉的狀態(tài)。

1.送料分配器,2.上密閉閥,3.料罐,4.力傳感器

2.2 電弧爐煉鋼裝置[5-6]

電弧爐煉鋼就是通過高溫電弧對金屬材料進(jìn)行融化和冶煉，其冶煉過程主要分為點(diǎn)弧、融化、氧化和還原這四個過程。

首先，在點(diǎn)弧過程中，電極接觸到金屬表面時，容易產(chǎn)生極大的短路電流，此后，隨著電極和金屬之間接觸面積的增加，電極和金屬上熱量迅速聚集，產(chǎn)生赤熱，因此，點(diǎn)弧設(shè)備需要保證能夠自動點(diǎn)弧、維持電弧的繼續(xù)產(chǎn)生同時又不引起冷料和電極的赤熱。第二，熔化過程中的電弧較短導(dǎo)致燃燒的不穩(wěn)定和電流的不穩(wěn)定性，過大的會造成能耗的增加。過小的電流會導(dǎo)致熔化時間的延長，因此，需要控制器電流的穩(wěn)定性，減少電流波動。同時，煉鋼過程中生鐵由固態(tài)變成液態(tài)的鋼水時，一方面造成電弧被拉長，引起斷弧的現(xiàn)象，另一方面，坍塌的無聊容易覆蓋電極，造成短路，因此，這就需要保證電極液壓伺服系統(tǒng)具有較高的靈敏度，能夠避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。第三，氧化還原期的主要要求就是保證鋼水沸騰和保證溫度。綜上所述，對電弧爐裝置的要求就是：冶煉初期的較小的作用區(qū)域、爆料時較快的速度、靈敏的電液伺服閥和極短的過渡時間等。鑒于其優(yōu)點(diǎn)，液壓技術(shù)可廣泛應(yīng)用于電弧爐的爐體傾翻、爐體旋轉(zhuǎn)、爐門的升降、爐蓋的旋轉(zhuǎn)和升起、電極的升降以及煙道閘門的旋轉(zhuǎn)中。

目前電弧爐的爐體傾翻、爐體旋轉(zhuǎn)、爐門的升降、爐蓋的旋轉(zhuǎn)和升起、電極的升降以及煙道閘門的旋轉(zhuǎn)中等所采用的液壓技術(shù)多采用回油路節(jié)流，從而具有較大的調(diào)速范圍，保持較為平穩(wěn)的運(yùn)動同時對速度造成的影響小。

2.3 金屬加工中的應(yīng)用

在金屬加工工業(yè)中，液壓技術(shù)不僅可以用于各種造型設(shè)備、鑄造機(jī)械、鍛壓和焊接設(shè)備中，同時也可以用于各種金屬切削設(shè)備中。

在鑄造生產(chǎn)中，液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于高壓、射壓造型機(jī)、拋壓機(jī)、壓鑄機(jī)等各種設(shè)備中。例如在拋砂機(jī)中，為了確保型砂能夠均勻地分布在砂箱的各個部位，需要液壓傳動來實(shí)現(xiàn)拋頭的上、下、左、右以及前、后的運(yùn)動。

連鑄中，小型的連鑄機(jī)多餐用機(jī)械式振動，而大型的連鑄設(shè)備由于其精度要求高，因此，多采用液壓振動。液壓振動控制技術(shù)是通過在線設(shè)定和修改波形、振幅、頻率，實(shí)現(xiàn)不同波形的振動的控制，從而能夠滿足連鑄生產(chǎn)工藝的要求。液壓振動系統(tǒng)可使結(jié)晶器在給定的振動模型下沿著鑄機(jī)的半徑做防弧運(yùn)動，從而可防止在凝固過程中鑄坯與結(jié)晶器銅管之間發(fā)生粘結(jié)而引起拉漏現(xiàn)象的發(fā)生，在減少摩擦阻力的同時提高鑄坯質(zhì)量[8]。與傳統(tǒng)的振動方式相比，液壓振動具有很多優(yōu)勢：推力大、能夠產(chǎn)生較大的位移，系統(tǒng)的穩(wěn)定能好，可連續(xù)工作較長的時間，同時可在線調(diào)整振動頻率和振幅，因此對振動的穩(wěn)定性有較好的保證，可以顯著提高鑄坯的質(zhì)量。

液壓技術(shù)在鍛造中也有著廣泛的應(yīng)用。液壓傳動可以傳遞更大的力和力矩，同時容易控制，因此，在液壓機(jī)、短機(jī)、剪板機(jī)、操作機(jī)等設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。

在目前的焊接技術(shù)中，只有壓力焊中應(yīng)用到了液壓技術(shù)，如鐵路鋼軌連續(xù)閃光對焊機(jī)等。在焊接無縫鐵軌的各種技術(shù)中，最為先進(jìn)的是無預(yù)熱連續(xù)閃光接觸焊，具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如功率小、焊接功率高、能耗低、自重輕等。

在金屬的切削機(jī)床設(shè)備中，液壓技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，如磨床、鉆床、銑床、刨床等。采用液壓技術(shù)的設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)大范圍無極調(diào)速、具有較好的換向性能、便于實(shí)現(xiàn)自動工作循環(huán)，同時還能減少換向沖擊、縮BaMo0w5s0NOKIUNinrSZKlSrYZtG7XxtHy+3rf1XP70=短換向時間。此外，液壓技術(shù)也可以應(yīng)用于機(jī)床的輔助設(shè)備，從而達(dá)到簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)、提高設(shè)備的精度和自動化水平的效果。

2.4 冶金吊裝設(shè)備[9]

冶金設(shè)備通常需要大型甚至超大型的設(shè)備和儀器，由于場地的局限性和常用起重設(shè)備的局限性，常常需要借助于液壓設(shè)備來完成設(shè)備的安裝和運(yùn)行。

一個完備的液壓提升設(shè)備包括三個部分：提升器支撐件（即塔架）、液壓提升器和吊索、同步爬行器。塔架是支撐整個提升器的設(shè)備，其高度可以根據(jù)具體的情況具體設(shè)置,吊索一般采用柔性索具。此外，提升器中用到的錨具具有逆向運(yùn)動自鎖性，不僅確保了提升過程的安全，同時能在提升過程中的任意位置實(shí)現(xiàn)長期可靠鎖定。

液壓提升設(shè)備一般為穿芯式結(jié)構(gòu)，采用柔性鋼絞線作為提升工具，不僅安全可靠，同時具有自重輕、運(yùn)輸安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。提升設(shè)備在工作過程中，提升和回落是一個完整的周期性運(yùn)動，隨著該周期運(yùn)動，重物得到提升或者下降。

采用液壓設(shè)備提升的優(yōu)點(diǎn)是：1）液壓設(shè)備自動化程度高，不僅利于方便靈活地操作，同時穩(wěn)定性好，可靠度高，安全性好,2）液壓提升的適用范圍較為廣泛，可用于提升各種重型設(shè)備,3）液壓同步提升系統(tǒng)中的同步動作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制等過程是通過跳頻擴(kuò)頻通訊技術(shù)傳遞指令，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)對液壓設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)自動化過程,4）具有多元化功能：操作鎖閉、過程顯示以及故障報警,5）液壓提升設(shè)備是集機(jī)、電、液、傳感器、計算機(jī)控制于一體的現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備。

3 結(jié)論和展望

液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，冶金機(jī)械主要往大型化、連續(xù)化、高速化和自動化的方向發(fā)展，因此，要求現(xiàn)代的冶金液壓技術(shù)具有更高的精度、響應(yīng)性能和可靠性，廣泛采用集成化系統(tǒng)和元件，同時要容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，更要重視控制液壓系統(tǒng)的污染[10-11]。因此，冶金液壓技術(shù)的發(fā)展會更好地改善設(shè)備的操作性能和保護(hù)環(huán)境，同時促進(jìn)冶金工業(yè)的更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊爾莊.二十一世紀(jì)液壓技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].液壓與氣動，2011（3）.

[2]張平格，等.液壓傳動與控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]陳榕林，張磊.液壓技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4]張溪波，高元平.液壓技術(shù)巧用實(shí)例[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20（12）.

[5]王廣懷.液壓技術(shù)應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[6]武漢鋼鐵學(xué)院冶金機(jī)械教研組[M].液壓技術(shù)在冶金機(jī)械中的應(yīng)用，1974.

[7]錢有明.液壓系統(tǒng)同步技術(shù)在冶金行業(yè)的應(yīng)用[J].冶金設(shè)備，2007（4）.

[8]高愛軍，孔祥珍，蔡悝，曹金坤.液壓振動控制技術(shù)在合金鋼連鑄機(jī)中的研究與應(yīng)用[J].硅谷，2010（22）.

[9]張嘯風(fēng)，肖作偉，陳杰.液壓提升在大型冶金設(shè)備吊裝中的應(yīng)用[D].2004年全國工程建設(shè)行業(yè)大型設(shè)備吊裝市場研討暨技術(shù)交流會論文集.

[10]金學(xué)俊.冶金行業(yè)液壓技術(shù)展望[J].液壓氣動與密封，2003（4）.

[11]葉勁松.冶金設(shè)備液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].武鋼技術(shù)，2002（5）.