摘要 进入新世纪以来，随着国家建设的发展，冶金工业在国民经济中的有越来越重要的作用。与传统的技术相比，液压技术具有传动量较大、自重轻的优点，可应用于重型、大型、特大型设备，因此在冶金领域有着其他设备无法取代的作用，广泛应用于金属的冶炼及后续的精加工中。本文中，简介了液压技术的基本原理和液压系统的组成部分，同时结合冶金工业的特点，以液压技术在高炉、电弧炉、金属加工及设备安装为例，介绍液压技术在冶金中的应用。
关键词 液压技术,原理,系统,冶金,应用
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0180-03
液压技术是一门在长期的生产实践和科学实验中总结和创造出来的技术。近半个世纪以来，由于其传动力量大，利于传递和配置，液压技术已经广泛应用于工农业的各行各业中，用来提高劳动生产率、降低劳动强度、实现生产过程的自动化[1]。
近代冶金工业自动化技术的发展与液压技术是密切相关的。在炼铁、炼钢、连铸机、轧制机（冷热连轧机、可逆式轧机）、钢材的头尾剪切、带钢生产过程中的各类辅助设备中以及钢管生产中的扩管机、钢管减轻机等，都存在着大量的液压技术。比起传統的机械传动，液压设备不仅装配容易，而且造价低，可在很大程度上节约成本，有利于提高冶金企业的经济效益，是一种最为经济的选择。因此，液压技术在冶金企业中得到了广泛的发展和应用。
1 液压技术原理和组成系统
1.1 液压技术的原理
液压技术的理论基础是帕斯卡定律（Pascal law）：加载在密闭液体上的压强，KC5BsnXlarLKc4+7IPozw==能够大小不变地由液体向各个方向传递。也就是说，当密闭容器内的液体的外加压强P发生变化的时候，只要液体仍然保持原来的状态，液体里面的任何一点的压强会发生同样大小的变化，因此，帕斯卡定律也称为等静压原理。
如图1所示，当加载在面积较小的小活塞上一个力，依据帕斯卡定律，必然会在面积较大的活塞上产生相等的压强，从而在较大面积的活塞上或产生较大的力，因此可用
液压机来进行提取重物、锻压钢材等。
1.2 液压系统的组成
一个完整的液压系统有以下五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油[2-3]。
1）动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力，从而驱动执行元件的运动。依据其结构的不同，液压泵可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等,2）执行元件的作用是将液体的压力能转换为工作装置的直线往复式运动，即摆动或者旋转式的机械能，如液压缸和液压马达,3）控制元件的主要作用是对执行机构的运动速度、运动方向进行控制调节液体的压力、流量和方向，以保证工作机构完成预定的工作运动，如溢流阀、单向阀、电磁换向阀等,4）辅助元件主要起辅助作用，包括油箱、滤油器、管接头、密封圈、压力表、油位油温计、油管密封装置等分别起贮油、过滤、疏松、防漏保亚等作用，保证系统的正常运行和便于检测控制，是液压系统中必不可少的部分,5）工作介质是存在于上述四种元件中其传递动力和能量作用的液体，是液压系统中最本质的一部分，包括各种矿物油、乳化液、水基介质和合成型液压油等几大类。
液压技术之所能够得到广泛的应用，主要是因为它可实现平稳地传动，自重轻体积小，承载能力大，容易实现无极调速，可实现复杂的动作，机械结构很容易简化，从而有利于实现机构的自动化。
以千斤顶为例，说明液压系统的工作原理，如图2所示[2-3]。
1.手柄,2.手动泵,3.排油单向阀,4.吸油单向阀,5.油箱,6.截止阀,7.液压缸
随着手柄1的向上运动，与手柄相连的活塞也向上运动，促使手动泵2的容积增大，压力降低形成局部真空，于是单向排油阀3关闭，单向吸油阀4打开，油箱5中的油便在大气压力的作用下经管道进入到泵中，此时吸油过程结束。当手柄1带动活塞向下运动的时候，手动泵2的容积减小，受到挤压的油将关闭单向阀4，开启单向阀3，此时油经管道进入到液压缸中，克服外在载荷使使有重物的活塞向上运动，极为排油过程。当手动柄1带动活塞不断上下运动，拖有重物的活塞就会不断上升。当外部负载被升至所需要的高度时，停止手柄1的运动，此时单向阀3关闭，液压缸7里面的液体被封死，其活塞也就停止不动，处于自锁状态。这一过程中，截止阀6始终处于关闭状态。当需要重物下降的时候开启截止阀6，液压缸7内的油液使经管道流回油箱3，活塞就会下降到初始位置。
2 液压技术在冶金中的应用
目前的冶金企业主要以钢铁企业为主。钢铁制品的生产首先是钢铁的冶炼，在高炉中将铁矿石和焦炭提炼成生铁，然后再利用炼钢炉炼制出各种成分、不同牌号的钢产品，使之具有不同的物理化学性能，最后利用各种加工手段，如轧制、锻压、挤压等，生产出适应市场要求的各类板材、棒材等。在冶金工业的生产过程中，涉及到大量的大型、重型机械设备，这些设备必须在高温的环境中进行工作，因此其自动化程度和控制精度要求较高。而液压技术对于改善其自动化程度和控制精度有很好的作用，因此，在冶金企业中具有独特而广泛的应用。
2.1 高炉炉顶的加料装置[4-6]
高炉是冶金企业提炼生铁的一种重要的设备，高炉不仅可以将铁矿石和焦炭加热熔炼形成铁水，同时能够为后续的精炼过程提供能源。生铁冶炼过程中，需要定期从炉顶加入矿石和焦炭等原料，为了使矿石充分反应，提高产量，高炉顶部存在的大量的可燃性的气体不能够与大气相通，从而保证高温高压有利于燃烧的条件。
在液压技术被采用前，炼铁的炉顶装料设备都是传统的钟式炉顶，包含大小料中两个部件，这种炉顶在加料时不能够保证燃烧均匀性，从而降低炉内压力，降低产量。这是钟式炉顶的缺点之一。第二，钟式炉顶一般通过平衡杆式机械传动来进行炉顶大小钟的启闭传动。这种传动不仅设备笨重，而且占地面积很大，同时料钟拉杆的联结时产生很大的水平方向的作用力，使得炉顶甚至整个炉体结构承受了来自水平和垂直两个方向的较大的载荷。而液压技术可以很好的解决这两个问题。首先液压控制的料流调节阀无钟炉顶可以保证一个稳定的料流量，从而确保炉内的高温高压，提高产量。其次，炉顶的大小钟的启闭采用液压技术之后，油缸的结构更为紧凑，能够与料钟拉杆更好地联结，对炉顶的水平载荷得到了消除，只剩下垂直方向的载荷，从而可以有效减少炉顶所需的钢材量。同时液压技术有利于料钟启闭速度的控制，通过在料钟闭合之前的减速可减轻对料斗的冲击力。
此外，液压技术也有利于降低炉顶的高度，降低传动机的功率，从而可以很好的节省成本。
在采用液压技术的高炉炉顶加料装置中，通过液压油缸活塞的升降来控制上下密封阀的开启和关闭。加料的时候，传送带先将原料送至分配器，然后，开启上密封阀，使分配器将料送至料罐，如此进行反复的交替，将原料不断地加入到料罐中，当原料达到一定的重量后，力传感器发出信号，收到信号后，下密闭阀和料流调节阀先后开启，将原料倒入液槽中进行布料。在有需要的情况下，对物料进行一定规律的分布。
高炉加料装置的液压系统是由以下几个部分组成（以255立方米高炉液压炉顶为例）：油泵、滤油器、单项溢流阀、蓄能器、换向阀、节流阀和分流阀等。其工作原理是：通过高压齿轮泵和蓄能器来完成油缸的充油，从而起到对上下密封阀的开启和关闭的控制。首先在电动机的驱动力作用下，油箱中的油通过滤油器进入油泵，成为高压油，然后，高压油经过单向阀与从蓄能器中出来的高压油进行汇合。汇合后的高压油继续经过单向阀、高压油汇流管、电流换向阀、节流阀和分流阀，最终进入到工作缸的底部，从而推动工作活塞的上升，达到开启密封阀的功效。随后在油泵的作用下，高压油一方面通过原来的回路，使得漏斗严密关死，另一方面流向储势器，压缩氮气增加系统的压力。当压力增加到定值之后，油会经打开的溢流阀返回到油箱中，同时在电接点压力表的作用下，油泵停止工作，此时，单向阀不仅可以防止油液的回流，同时又能使密封阀保持关闭的状态。
1.送料分配器,2.上密闭阀,3.料罐,4.力传感器
2.2 電弧炉炼钢装置[5-6]
电弧炉炼钢就是通过高温电弧对金属材料进行融化和冶炼，其冶炼过程主要分为点弧、融化、氧化和还原这四个过程。
首先，在点弧过程中，电极接触到金属表面时，容易产生极大的短路电流，此后，随着电极和金属之间接触面积的增加，电极和金属上热量迅速聚集，产生赤热，因此，点弧设备需要保证能够自动点弧、维持电弧的继续产生同时又不引起冷料和电极的赤热。第二，熔化过程中的电弧较短导致燃烧的不稳定和电流的不稳定性，过大的会造成能耗的增加。过小的电流会导致熔化时间的延长，因此，需要控制器电流的稳定性，减少电流波动。同时，炼钢过程中生铁由固态变成液态的钢水时，一方面造成电弧被拉长，引起断弧的现象，另一方面，坍塌的无聊容易覆盖电极，造成短路，因此，这就需要保证电极液压伺服系统具有较高的灵敏度，能够避免上述现象的产生。第三，氧化还原期的主要要求就是保证钢水沸腾和保证温度。综上所述，对电弧炉装置的要求就是：冶炼初期的较小的作用区域、爆料时较快的速度、灵敏的电液伺服阀和极短的过渡时间等。鉴于其优点，液压技术可广泛应用于电弧炉的炉体倾翻、炉体旋转、炉门的升降、炉盖的旋转和升起、电极的升降以及烟道闸门的旋转中。
目前电弧炉的炉体倾翻、炉体旋转、炉门的升降、炉盖的旋转和升起、电极的升降以及烟道闸门的旋转中等所采用的液压技术多采用回油路节流，从而具有较大的调速范围，保持较为平稳的运动同时对速度造成的影响小。
2.3 金属加工中的应用
在金属加工工业中，液压技术不仅可以用于各种造型设备、铸造机械、锻压和焊接设备中，同时也可以用于各种金属切削设备中。
在铸造生产中，液压技术广泛应用于高压、射压造型机、抛压机、压铸机等各种设备中。例如在抛砂机中，为了确保型砂能够均匀地分布在砂箱的各个部位，需要液压传动来实现抛头的上、下、左、右以及前、后的运动。
连铸中，小型的连铸机多餐用机械式振动，而大型的连铸设备由于其精度要求高，因此，多采用液压振动。液压振动控制技术是通过在线设定和修改波形、振幅、频率，实现不同波形的振动的控制，从而能够满足连铸生产工艺的要求。液压振动系统可使结晶器在给定的振动模型下沿着铸机的半径做防弧运动，从而可防止在凝固过程中铸坯与结晶器铜管之间发生粘结而引起拉漏现象的发生，在减少摩擦阻力的同时提高铸坯质量[8]。与传统的振动方式相比，液压振动具有很多优势：推力大、能够产生较大的位移，系统的稳定能好，可连续工作较长的时间，同时可在线调整振动频率和振幅，因此对振动的稳定性有较好的保证，可以显著提高铸坯的质量。
液压技术在锻造中也有着广泛的应用。液压传动可以传递更大的力和力矩，同时容易控制，因此，在液压机、短机、剪板机、操作机等设备中有着广泛的应用。
在目前的焊接技术中，只有压力焊中应用到了液压技术，如铁路钢轨连续闪光对焊机等。在焊接无缝铁轨的各种技术中，最为先进的是无预热连续闪光接触焊，具有众多优点，如功率小、焊接功率高、能耗低、自重轻等。
在金属的切削机床设备中，液压技术有着广泛的应用，如磨床、钻床、铣床、刨床等。采用液压技术的设备不仅可以实现大范围无极调速、具有较好的换向性能、便于实现自动工作循环，同时还能减少换向冲击、缩BaMo0w5s0NOKIUNinrSZKlSrYZtG7XxtHy+3rf1XP70=短换向时间。此外，液压技术也可以应用于机床的辅助设备，从而达到简化机床结构、提高设备的精度和自动化水平的效果。
2.4 冶金吊装设备[9]
冶金设备通常需要大型甚至超大型的设备和仪器，由于场地的局限性和常用起重设备的局限性，常常需要借助于液压设备来完成设备的安装和运行。
一个完备的液压提升设备包括三个部分：提升器支撑件（即塔架）、液压提升器和吊索、同步爬行器。塔架是支撑整个提升器的设备，其高度可以根据具体的情况具体设置,吊索一般采用柔性索具。此外，提升器中用到的锚具具有逆向运动自锁性，不仅确保了提升过程的安全，同时能在提升过程中的任意位置实现长期可靠锁定。
液压提升设备一般为穿芯式结构，采用柔性钢绞线作为提升工具，不仅安全可靠，同时具有自重轻、运输安装方便的优点。提升设备在工作过程中，提升和回落是一个完整的周期性运动，随着该周期运动，重物得到提升或者下降。
采用液压设备提升的优点是：1）液压设备自动化程度高，不仅利于方便灵活地操作，同时稳定性好，可靠度高，安全性好,2）液压提升的适用范围较为广泛，可用于提升各种重型设备,3）液压同步提升系统中的同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制等过程是通过跳频扩频通讯技术传递指令，实现计算机对液压设备的控制，实现自动化过程,4）具有多元化功能：操作锁闭、过程显示以及故障报警,5）液压提升设备是集机、电、液、传感器、计算机控制于一体的现代化先进设备。
3 结论和展望
液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，近年来，随着科学技术的发展，冶金机械主要往大型化、连续化、高速化和自动化的方向发展，因此，要求现代的冶金液压技术具有更高的精度、响应性能和可靠性，广泛采用集成化系统和元件，同时要容易实现机电一体化，更要重视控制液压系统的污染[10-11]。因此，冶金液压技术的发展会更好地改善设备的操作性能和保护环境，同时促进冶金工业的更好的发展。
参考文献
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编辑：中冶有色技术网
来源：徐开斌
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