冷精軋機(jī)組工藝潤(rùn)滑節(jié)能改造

顏 君

（上海華峰鋁業(yè)股份有限公司，上海 201500）

0 引言

隨著近年來(lái)國(guó)家對(duì)綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的重視，更提出了雙碳政策，有色金屬加工行業(yè)原本就屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，原有設(shè)備大都不能滿足時(shí)下的國(guó)情及相關(guān)法規(guī)和政策。因此，在原有設(shè)備不影響其生產(chǎn)能力的情況下，提出有針對(duì)性的節(jié)能改造項(xiàng)目，達(dá)到舉一反三目的，使關(guān)鍵性設(shè)備的能耗更低，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品在市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。

1 設(shè)備概況

此次改造針對(duì)某1550 冷精軋機(jī)組，該設(shè)備由中色科技股份有限公司設(shè)計(jì)制造，于2012 年投產(chǎn)。軋機(jī)主要參數(shù)如下：軋機(jī)類(lèi)型，四輥不可逆液壓壓下軋機(jī)；軋機(jī)規(guī)格，Φ310 mm/Φ800 mm×1550 mm；最高軋制速度，1100 m/min；軋制能力，將厚度1.5 mm（軟料）及1 mm（硬料），寬900～1400 mm 的純鋁及鋁合金料卷軋至厚度0.04 mm；工藝潤(rùn)滑介質(zhì)，煤油基潤(rùn)滑介質(zhì)，供油量3000 L/min。

2 工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)原理及組成

工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)用來(lái)供給軋輥的潤(rùn)滑和冷卻，是冷軋機(jī)組的重要組成部分。該系統(tǒng)除了用于軋輥和帶材軋制的潤(rùn)滑、冷卻外，還用來(lái)控制軋輥輥形，與彎輥系統(tǒng)配合達(dá)到改善帶材表面質(zhì)量和板型的目的。系統(tǒng)組成包括：工藝潤(rùn)滑冷卻泵站，噴嘴梁系統(tǒng)，精密板式過(guò)濾機(jī)，冷卻器。

2.1 工藝潤(rùn)滑冷卻泵站

工藝潤(rùn)滑冷卻泵站主要配置在工藝油間，其內(nèi)配有污油箱、凈油箱、回油箱、過(guò)濾泵、供油泵、回油泵、冷卻器、加熱器及溫度、壓力、液位等檢測(cè)儀表。

（1）工藝流程：從軋機(jī)集油槽收集的污油經(jīng)回油管回流至回油箱內(nèi)，回油箱液位到達(dá)液位計(jì)設(shè)定位置時(shí)啟動(dòng)回油泵將污油打到污油箱，再由污油箱過(guò)濾泵供給板式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，經(jīng)過(guò)濾的凈油流向凈油箱，再由供油泵通過(guò)給油管路送給軋機(jī)，供油管路上設(shè)有冷卻器，用以控制油液溫度，后經(jīng)噴嘴梁上的噴嘴噴射至軋輥表面達(dá)到潤(rùn)滑和冷卻的作用。

（2）油箱的液位控制：各油箱均裝有浮球液位計(jì)，檢測(cè)需控制的液位以達(dá)到控制回油泵、供油泵、過(guò)濾泵啟動(dòng)停止的目的。所有控制液位點(diǎn)都有信號(hào)供軋機(jī)操作人員觀測(cè)。

（3）系統(tǒng)壓力控制：系統(tǒng)中設(shè)有籠式壓力調(diào)節(jié)閥及管路壓力檢測(cè)元件。根據(jù)這些檢測(cè)元件來(lái)控制所需管路壓力的大小。

（4）系統(tǒng)連鎖保護(hù)：整個(gè)系統(tǒng)在PLC 控制下工作，所有泵、加熱器、電磁閥都有聯(lián)鎖保護(hù)。

（5）主要技術(shù)參數(shù)：凈油供油壓力，0.2～0.4 MPa；噴嘴處壓力，噴嘴處壓力可調(diào)0.4 MPa；供油溫度，35～50 ℃（±5 ℃）。

（6）油箱技術(shù)參數(shù)：凈油箱容積，25 m3；污油箱容積，25 m3；回油箱容積，20 m3。

（7）過(guò)濾器技術(shù)參數(shù)：板式過(guò)濾機(jī)的精度≤5 μm。

（8）回油泵（離心泵）技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率，55 kW；流量，4000 L/min；揚(yáng)程，40 m；一供一備；電機(jī)轉(zhuǎn)速，2900 r/min。

（9）凈油泵（離心泵）技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率，75 kW；流量，3000 L/min；揚(yáng)程，80 m；一供一備；電機(jī)轉(zhuǎn)速，2900 r/min。

（10）過(guò)濾泵（離心泵）技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率，75 kW；流量，3600 L/min；揚(yáng)程，55 m；一供一備；電機(jī)轉(zhuǎn)速，2900 r/min。

2.2 噴嘴梁系統(tǒng)

噴嘴梁系統(tǒng)為軋輥提供工藝潤(rùn)滑、冷卻，同時(shí)可以控制軋輥輥形，為分段冷卻：支承輥分為3 段，工作輥噴嘴可單獨(dú)控制，組合成若干種典型的噴射模式，其控制模式可以?xún)?chǔ)存在控制系統(tǒng)中以備工作時(shí)選用，并可根據(jù)具體情況進(jìn)行快速反饋和修正，用觸摸屏進(jìn)行直觀顯示和便捷操作。與彎輥系統(tǒng)配合達(dá)到改善帶材表面質(zhì)量和控制板形的目的。

2.3 精密板式過(guò)濾機(jī)

精密板式過(guò)濾機(jī)，用于軋機(jī)軋制過(guò)程中工藝潤(rùn)滑冷卻液的過(guò)濾。它是保證工藝潤(rùn)滑冷卻液達(dá)到足夠的過(guò)濾精度，從而使軋制出來(lái)的產(chǎn)品表面質(zhì)量滿足技術(shù)要求的關(guān)鍵設(shè)備。精密板式過(guò)濾機(jī)由自動(dòng)程序控制：預(yù)沉積—正常過(guò)濾（二次沉積）—自動(dòng)報(bào)警（當(dāng)需要換紙時(shí)）。用于正常過(guò)濾，直到換紙。

換紙過(guò)程由PLC 程序進(jìn)行控制，當(dāng)過(guò)濾箱臟污時(shí)，連接在過(guò)濾箱進(jìn)油口的電節(jié)點(diǎn)壓力表（設(shè)置0.4 MPa）發(fā)出信號(hào)，這時(shí)候軋機(jī)主操作臺(tái)和過(guò)濾機(jī)的控制柜上顯示過(guò)濾箱臟污信號(hào)，說(shuō)明需要換紙，當(dāng)操作手確認(rèn)軋機(jī)停車(chē)后，按下“換紙按鈕”。換紙流程為：吹掃上腔—吹掃下腔—再次吹掃，形成濾餅—提升過(guò)濾箱—啟動(dòng)運(yùn)紙電機(jī)—走紙—走紙電機(jī)停止—壓緊。

2.4 冷卻器

冷卻器使用進(jìn)口板式冷卻器，具備高性能、省空間、省能源、維護(hù)簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)。只需用簡(jiǎn)單的工具就可以輕易地裝拆冷卻器，所有的螺栓是滾制的并涂有防腐材料及潤(rùn)滑油。重型六角螺母使裝拆更容易，而所有夾緊螺栓都在冷卻器的側(cè)面安裝。

3 方案準(zhǔn)備

回油泵由液位控制間斷性啟停，過(guò)濾泵和凈油泵為常開(kāi)狀態(tài)，軋機(jī)有軋制時(shí)間和非軋制時(shí)間區(qū)分，主要是上卸卷等輔助時(shí)間。過(guò)濾必須具有連續(xù)性，所以過(guò)濾泵定頻常開(kāi)不做更改，只針對(duì)凈油泵在處于非軋制時(shí)間進(jìn)行節(jié)能改造。為了獲得較真實(shí)的能耗數(shù)據(jù)，采用鉗形電流表測(cè)量?jī)粲捅迷诓煌堉茽顟B(tài)下的電流數(shù)據(jù)。

（1）軋制時(shí)間：①?lài)娚淞簤毫? bar（0.6 MPa），噴射梁閥門(mén)開(kāi)啟100%，電機(jī)運(yùn)行電流90 A；②噴射梁壓力6 bar（0.6 MPa），噴射梁閥門(mén)開(kāi)啟50%，電機(jī)運(yùn)行電流85 A。

（2）非軋制時(shí)間：①穿戴準(zhǔn)備時(shí)間，噴射梁壓力6 bar（0.6 MPa），噴射梁閥門(mén)關(guān)閉，電機(jī)運(yùn)行電流95 A；②其他等待時(shí)間，噴射梁壓力0 bar（0 MPa），噴射梁閥門(mén)關(guān)閉，工藝潤(rùn)滑油通過(guò)旁通閥回凈油箱，電機(jī)運(yùn)行電流100 A。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，軋制時(shí)間以外確實(shí)還有大量非軋制時(shí)間在損耗電能，而且離心泵本身具有的特性是負(fù)載越低電能損耗越大，因此非軋制時(shí)間的電能理論上能夠節(jié)省下來(lái)。

4 改造方案

此臺(tái)冷軋機(jī)組工藝潤(rùn)滑為2 臺(tái)定量泵配定頻電機(jī)，工作時(shí)通過(guò)籠式調(diào)節(jié)閥與壓力傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，此類(lèi)控制方式為旁路節(jié)流式調(diào)節(jié)，浪費(fèi)了大量的電能與熱能（圖1）。因?yàn)殡姍C(jī)一直處于滿頻工作狀態(tài)，從油箱打出的油壓一直處于系統(tǒng)額定壓力狀態(tài)，當(dāng)操作人員設(shè)定噴射梁壓力后，依靠籠式調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定壓力改變溢流量從而滿足生產(chǎn)人員的需求。

圖1 改造前的系統(tǒng)原理

具體改造方案是：保留原工藝潤(rùn)滑泵組（泵頭及電機(jī)），只增加2 臺(tái)市面主流的變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)泵組，更改原有的工藝潤(rùn)滑凈油泵控制程序。工作時(shí)根據(jù)軋制狀態(tài)與非軋制狀態(tài)來(lái)區(qū)分泵組的工作狀態(tài)，在軋制時(shí)工藝潤(rùn)滑油投入后根據(jù)操作人員設(shè)定的噴射梁所需的壓力，驅(qū)動(dòng)泵組的變頻器與供油管路壓力傳感器進(jìn)行PID 閉環(huán)控制（圖2）。此類(lèi)控制方式為容積式調(diào)節(jié)，用以替換原先使用的籠式調(diào)節(jié)閥的閥旁路節(jié)流式調(diào)節(jié)。根據(jù)所需的壓力自動(dòng)調(diào)整泵組的工況，有效節(jié)省電能、減少熱能，也減輕了板式換熱器工作壓力，節(jié)省了冷卻水的需求量。

圖2 改造后的系統(tǒng)原理

為了直觀展示改造效果，在改造后的工藝潤(rùn)滑柜門(mén)上加裝智能電能表，并將此電能表的數(shù)據(jù)將通過(guò)Profinet 的通信方式送至原系統(tǒng)PLC 主站，并在HMI 人機(jī)界面中單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)能耗監(jiān)控子畫(huà)面，方便長(zhǎng)期的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

容積式調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是：①離心泵輸出功率與通過(guò)油泵液體的流量有關(guān)，當(dāng)采用變頻控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，不需要通過(guò)籠式調(diào)節(jié)閥旁路調(diào)節(jié)油壓，流量得以減小，功率相應(yīng)減??；②當(dāng)噴射梁關(guān)閉后，采用低頻控制電機(jī)，使電機(jī)輸出功率進(jìn)一步減小；③當(dāng)噴射梁開(kāi)啟后，迅速提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證噴射梁壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

5 效益評(píng)估

改造后根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)，凈油泵電機(jī)在非軋制狀態(tài)時(shí)電機(jī)電流可以由100 A 降低至15 A，初步根據(jù)該冷精軋機(jī)每年運(yùn)行時(shí)間300 d（按每天24 h 運(yùn)行，65 d 電機(jī)未運(yùn)行是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)折算的換紙時(shí)間、維修時(shí)間和無(wú)計(jì)劃停機(jī)時(shí)間），每天非軋制時(shí)間按12 h 計(jì)算（根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軋制時(shí)間和運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)間各占50%），根據(jù)，可節(jié)省電能W≈2.0×105kW·h，即20 萬(wàn)度電能。

根據(jù)投入的改造成本和效益評(píng)估，該冷精軋機(jī)組正常運(yùn)行1 年時(shí)間即可回收改造成本，后續(xù)將持續(xù)產(chǎn)生收益。并且改造后還有其他附帶優(yōu)點(diǎn)：①工藝潤(rùn)滑響應(yīng)更加快速，帶材板型更方便控制；②壓力調(diào)整波動(dòng)更平穩(wěn)，調(diào)整量更??；③供油管路沖擊更小，設(shè)備使用壽命更長(zhǎng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)體經(jīng)濟(jì)企業(yè)成本中電力成本通常占比較高，降低該成本在當(dāng)前具有重要意義，特別是高能耗的有色金屬加工行業(yè)，節(jié)能降耗可從不同方面著手，如改造升級(jí)老舊設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、引入第三方企業(yè)出具整體的節(jié)能方案等。本文旨在起到拋磚引玉的目的地，同行業(yè)有類(lèi)似工況的設(shè)備可以參考推廣。