浅谈轧钢厂液压系统的节能减排.pdf

2 0 1 4年 1 1月 第 4 2卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I C S NO V ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 2 ． 0 5 9 浅谈轧钢厂液压系统的节能减排 王磊 ，毛 召芝 1 ．宝钢股份厚板部，上海 2 0 1 9 0 1 ； 2 ．中冶京诚工程技术有限公 司轧钢工程技 术所，北京 1 0 0 1 7 6 摘要近期我国大部分地区特别是京津冀地区出现了持续的雾霾天气，严重影响了人们的工作和生活 ，而钢铁行业作 为 “ 三高”行业，迫切需要提高节能减排的意识。从轧钢厂的液压设备的设计和生产维护出发，详细分析了轧钢液压设备 节能方向，为轧钢厂和工程技术公司从事液压设备维护和设计研发的人员提供参考。 关键词 节能；轧钢厂；液压设备 中图分类号T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 21 8 22 钢铁工业是国民经济建设的基础产业 ，同时也是 高耗能产业，其能耗占全国总能耗的 1 5 ％左右。然 而，随着我国国民经济的高速发展 ，资源、能源的约 束 日益增强 ，国家下 达的 G D P能耗约 束指 标 日益 受 到各级政府的重视。在一些钢铁大省，钢铁行业一直 是节能工作的重点和难点⋯。具体到轧钢生产工序， 除 了优化轧制工艺外 ，轧制设备 的优化设计和轧制液 压系统效率的提高也可以为企业的节能减排起到关键 的作用。下面将通过对液压系统的控制元件、执行元 件、工作介质和辅助装置等进行改进，以提高系统的 能量利用率或提高系统的效率 ，从而达到液压系统节 能的 目的 。 1 液压系统动力装置 1 ． 1 液 压主 泵的 应用 轧钢生产线的液压系统动力装置主要是指液压泵 组，该装置类似于人体的心脏 ，是整个系统的动力来 源处 ，同时也是 系统 的最关键 的设备之一 。目前轧钢 液压系统用做动力源 的主 泵主要有 柱塞泵 和叶片 泵 ， 其主要区别是效率的高低 ，采用进口柱塞泵的效率可 高达 9 5 ％左右，国产柱塞泵的效率可达 9 0 ％左右， 采用叶片泵的效率则只有 8 5 ％左右。例如 某厚板 轧机 A G C高压液压系统主泵组的传动电机的功率高 达 1 0 X 1 3 2 k W；某热连轧轧机 A G C高压液压系统主 泵组的传动电机的功率高达 7 X 1 6 0 k w；某酸轧机组 的轧机低压液压系统主泵组的传动电机的功率高达 61 1 0 k W。显而易见，采用不同的泵组输送功率的 差 距可达近百千 瓦。根据调研统计 ，目前 国内大多数 国有大中型企业在轧钢生产线上为主要设备 例如 轧机、剪机、矫直机等的输送液压动力源 的系统 采用进口的柱塞泵 ，其他辅助设备采用国产柱塞泵作 为动力源 ，这样既保证了系统的稳定性和高效率 ，又 能达到节能的目的。但是大部分民营企业在新建项 目 的时候出于建设投资资金的考虑，会尽量采用国产柱 塞泵组和叶片泵，这样节约了第一次的建设投资 ，但 是会在影响机组作业率的同时增加运营成本 ，节能的 效果相对较差 。 1 ． 2 蓄能器的应用 蓄能器是将压力液体的液压能转换为势能储存起 来，当系统需要时再由势能转化为液压能而做功的容 器 。当蓄能器作 为辅助 动力源 时 ，在液压系统工作时 能补充油量，减少液压主泵供油 ，降低电机功率，减 少液压系统尺寸及质量 ，节约投资 。例如某钢厂酸 轧机组的液压 A G C系统在正常轧制时，由于轧制压 下量相对 A G C缸行程较小 ，但是频响高 ，所 以在伺 服系统上设置了蓄能器以实现高频响轧制液压油的快 速进 出；同时在 进行辊缝 的快速开闭时 ，如果设计的 液压站系统不 考虑 蓄能 器将 使泵 的数 量或 者 能力增 加，从而使总的电机功率大幅增加 3 0 ％ ～ 5 0 ％ ；所 以综合考虑，为系统设置 6 X 6 0 L的皮囊式蓄能器， 通过合理匹配蓄能器参数和液压泵参数，在保证系统 各项功能要求的情况下 ，大幅减小液压泵及原动机的 容量，使系统能量得以合理应用，减少系统发热和温 升，提高系统效率。目前，蓄能器作为辅助动力源已 在各类液压设备中得到了广泛应用，成为实现液压系 统节能的重要技术手段之一 。 2 关键液压阀的选用 液压阀的能耗表现在工作时，会引起阀及其连接 部位产生泄漏、内摩擦及发热等 ，如溢流阀的溢流损 失，以及设在液压缸或马达的回油路上的背压阀的压 力损失等 。 收稿 日期 2 0 1 31 2 2 4 作者简介王磊 1 9 7 2 一 ，男，学士，高级工程师，现从事轧钢设备专业工作。Em a i l 0 4 6 7 4 1 b a o s t e e 1 ． o o m。 第 2 2期 王磊 等浅谈轧钢厂液压系统的节能减排 1 8 3 2 ． 1 带记忆功能的电磁换向阀的应用 在轧钢生产线的一般场合，液压缸或者液压马达 的动作主要是双向，所以电磁换向阀几乎是应用最广 泛的液压元件之一。尽管单个电磁换向阀的功耗较低 约3 0 w但是其数量之多 ，也不容小视。例如在酸 轧机组 的轧机工作辊 、中间辊 以及支撑辊 的锁 紧装置 等的液压控制 回路上采用带定位器 的电磁 换 向阀 俗称带 “ 记忆”功能，即只需瞬间通电即完成换向 开关动作后 ，阀芯位置无需 一直长 时间得 电来保 持 ，从而保证线圈寿命长 ，在高低温、防爆等场合 有较 高的安 全性 。 2 ． 2 比例 阀加 压 力补 偿 器 的应 用 从根本上讲 ，比例控制就是使输出与输入之间保 持线性关系，使执行元件 机构的动作能随着给 定信号变化而准确、敏捷地反应。目前多数比例阀能 满 足这样 的要求 ，但不少设备在使用 中其执行机构的 负载是不断变化的 步进梁系统 ，如果仅靠比例阀 实现的流量控制来实现对变负载的速度控制，在开环 回路 中是很难实现 的 ，闭环 回路从理 论上 是可行 的 ， 但必须要求高速 P L C和配套 的高频响伺服比例阀或 伺服阀 。通过和压力补偿器的配套使用 ，可以保证 在负载压力发生变化时系统或回路输出流量的稳定。 例如在某轧钢生产线的步进梁行走机构中采用了比例 换向阀与压力补偿器的设计形式 ，运行很平稳 ，运行 一 年来没有发生过钢卷倾 翻等事故 。在各种不带压力 补偿器 的普通 比例 阀中，弹簧反馈型 阀的流量分辨率 为 1 2 0 ，电反馈型阀的流量分辨率为 1 1 0 0 ，而配置压 力补偿器后这类阀的调节比可达到 1 3 0 0 ，且整个压差 变化范围内的流量特性很好。所以压力补偿器与比例 方 向阀的结合提高 了液压 系统控制精度 ，同时也是 目 前液压控制系统中大力推广的节能降耗技术之一。 3 冷却与加热装置 由于轧钢生产线的液压站相对来说都 属于大 中 型，并且液压油的温度是整个系统工作稳定性的关键 参数之一，所以轧钢生产线的液压站基本上都采用净 环水作为冷却介质的循环冷却装置，同时在油箱上采 用插 人式的电加热形式 。 3 ． 1 循环冷却装置 循环冷却装置一般设计为循环泵加冷却器的结构 形式。循环泵一般有齿轮泵和螺杆泵两种形式，冷却 器一般有板式和管式两种形式。由于螺杆泵和板式冷 却器的效率较高，所以一般采用螺杆泵和板式冷却器 作为循环冷却装置。根据经验统计数据 ，冷却器的功 率一般为主泵组 电机功率的3 0 ％左右。板式冷却器 的面积、流道模型设计、材质、板片厚度以及布置形 式等对传热效率影响比较大 ，另外也要关注机组的冷 却介质的工艺情况。上述参数对系统的散热冷却效果 至关重要。山东、河北某些地区处于盐碱地带 ，水质 碱性偏高，容易产生结垢等不利于冷却的现象。例如 山东东部沿海地区某钢厂的冷轧机组高压 A G C液压 系统 的油温在生产运行一段时间后一直偏 高 ，甚 至在 冬天此种现象也常有发生 ，并且 该板式换热器采用世 界一流产品，材质为不锈钢 3 0 4 ，面积达到 3 0 m ， 夏天进水温度最高低于 3 0 o 【 。在排除质量故障以及 设计失误后，拆除该换热器时发现由于水质问题导致 板片结垢现象严重，影响了热交换效率 ，造成油温一 直居高不下，电能耗和冷却水量增加，间接造成水处 理 的能耗提高 。 3 ． 2 加 热装 置 目前轧钢生产线上液压介质的加热主要采用油箱 插入式电加热器。液压介质的温升也是整个系统能量 消耗较大的一部分。而决定加热能耗的因素主要有 电加热器的功率、介质的黏度、输送管路的大小及长 度、油箱的容积及结构、油箱的保温等。其中电加热 器的功率一般按照每立方米的容积配置 1 ． 5～ 2 ． 0 k W 即可。介质 的黏度 主要是考虑 国内南北方 的冬季温差 大 ，一般在 北方 的机组考 虑黏度 比南方要 略低 。而液 压站尽量布置在靠近流量最大的用户点 ，并且有条件 的北方用户尽量将其布置在地下油库 ，管径的设计要 尽量考虑富余量小，这样除了减少设备投资还能减少 热量散发的面积。油箱的容积按照国家相关规范及设 计经验，一般取泵组最大工作流量的6～1 0倍，但是 基于 目前 的节能和绿色设计要求 ，油箱的容积在满 足 生产的前提下尽量考虑倍数关系较小值；另外在北方 地区尽量考虑方型结构形式，在南方地区则偏向于圆 柱型结构形式 。 4其他工艺等因素 轧钢生产线由于液压执行机构 液压缸和液压 马达众多，所以液压站的数量也 比较分散。但是 在设计的时候应尽量压缩液压站的数量，尽量将同类 型、就近的液压执行机构纳入一个液压系统中，这样 就会减少系统数量 ，使液压系统的装机容量下降。例 如某酸轧机组和连续退火机组将带钢的纠偏装置由原 设计单独的液压站优化纳入到机组入出口等其他液压 站中，到达了既不影响机组生产 ，也节能的效果。 在设计液压系统时，要与生产线工艺及机械设备 充分结合，了解工艺生产时序以及机械设备的功能和 结构，充分考虑机组最大工艺参数在生产时的作业率 即耗量最大的用户点的使用概率 ，在做液压系统 设计时不设单独常规的备用泵组，在机组最大工艺参 数生产时投入备用泵。 下转第 1 8 5页 第 2 2期 陈伟俊 等两种用于大吨位炊具成型压机压边油缸的控制油路 1 8 5 油缸下行时，压边油缸无杆腔的液压油通过单向阀进 入压边油缸的有杆腔，形成差动 回路，提高下行速 度。压力传感器检测压边力的数值，形成闭环控制。 Y V l 图2 用电磁溢流阀组建的大吨位炊具 成型压机压边油缸控制油路 其动作过程如表 l 所示。 表 1 压边油缸控制油路回路动作 动作 Y V 1 Y V 2 Y V 3 压边油缸被动上行 压边 油缸停止 压边 油缸下行 压边油缸上行 3 结束语 上述两种方案具有流量大、可控性好的优点。第 一 种技术方案能够精确控制压边力，但是成本较高。 虽然第二种技术方案的压边力控制精度不如第一种技 术方案 ，但是能够满足铝锅成型要求，成本相对较 低。上述两种技术方案在实践应用过程中效果 良好， 已经在浙江苏泊尔集 团玉环基地炊具事业部 、浙江宁 波三禾厨具有限公司、浙江喜尔美厨具有限公司等国 内知名炊具制造企业顺利投入使用并获得客户的好 评。同时，上述两种技术方案成功申报专利保护。文 中研究可以为类似工程问题提供参考 ，具有一定的理 论和实际价值。 参考文献 [ 1 ]张丕付， 黄天泽 ， 曾霞文． 压边力在车身覆盖件成形中的 应用[ J ] ． 锻压技术 ， 1 9 9 7 3 2 0 2 3 ． [ 2 ]雷天觉． 新型液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ]马永辉． 工程机械液压系统设计计算[ M] ． 北京 机械工 业出版社， 1 9 8 3 ． [ 4 ]田科． 实用液压技术[ M] ． 北京 北京出版社， 1 9 8 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