駱定光
(洛陽有色金屬加工設計研究院,河南 洛陽471039)
鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統(tǒng)主要是用來對軋輥進行潤滑和冷卻,在生產中可通過調節(jié)乳化液的濃度、溫度、壓力、流量以及噴射位置,對出口板型和板面質量進行有效的控制,是熱軋機組重要的組成部分。熱軋機和冷軋機、箔軋機不同,首先是每道次軋制時間很短,其次是熱軋機是可逆軋機,這就要求工藝潤滑噴嘴開關左右頻繁地切換,因此很容易造成系統(tǒng)壓力波動而達不到設備要求,而變頻控制可有效地緩解這種問題。下面以我院為某廠2400mm鋁板帶熱軋機設計的工藝潤滑系統(tǒng)為例,談談變頻控制在鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統(tǒng)中的應用。
系統(tǒng)技術參數(shù):
供油流量:13000l/min
過濾流量:16000l/min
工作壓力:0.3~0.5MPa
工作介質:乳化液
乳液過濾方式:真空過濾機
凈油箱:容積120m3
污油箱:容積180m3
配置方式:地下,凈油箱+污油箱
地上,真空過濾機
凈油獨立冷卻、加熱循環(huán)
根據(jù)以上參數(shù),系統(tǒng)配置如下:
供油泵:4500l/min 揚程70m 4臺(三臺工作,一臺備用)
過濾泵:8000l/min 揚程26m 3臺(二臺工作,一臺備用)
冷卻、加熱循環(huán)泵:6000l/min 揚程44m 2臺(一臺工作,一臺備用)
真空過濾機:8000l/min 2臺
加熱功率:P=CMΔt/h 取Δt=3℃ 則P=1050KW
加熱器:160KWx7臺=1120KW
冷卻器:板式冷卻器 熱側進、出口溫差Δt=3℃
傳統(tǒng)的設計方案如圖1。
從軋機回流的乳化液進入污油箱后,由兩臺過濾泵輸送至真空過濾機過濾,過濾后的凈乳化液流入凈油箱,然后由三臺供油泵輸送到軋機使用,為保證供油溫度穩(wěn)定,由一臺冷卻、加熱泵與油箱熱電偶形成閉環(huán)控制對乳化液進行循環(huán)冷卻或加熱。此方案中,設有循環(huán)閥F1和供油閥F2,壓力傳感器和籠式調節(jié)閥F3形成閉環(huán)控制供油壓力,閥F4和閥F5與軋制方向形成連鎖,控制工藝油左噴還是右噴,當軋機工作時,若不需要供油,則循環(huán)閥F1打開,供油閥F2關閉,若需要供油,則循環(huán)閥F1關閉,供油閥F2打開,為保證在切換時不造成管路憋壓,供油時,供油閥F2打開數(shù)秒后關閉循環(huán)閥F1,不供油時,循環(huán)閥F1打開數(shù)秒后關閉供油閥F2。
這種設計在實際應用中存在許多問題,尤其對于熱軋機這種大流量系統(tǒng),氣動蝶閥和籠式調節(jié)閥的通徑都比較大,閥的動作時間也就相對較長,而熱軋機在軋制過程中會頻繁的開關乳化液,這就會因為閥的反應遲緩而造成系統(tǒng)管路振動和憋壓,時間一長系統(tǒng)的管路連接件就會松動造成泄漏,閥門也會經常損壞。因為閥的反應遲緩,還會造成系統(tǒng)噴液和關液不及時而影響板帶材質量。在以往的軋機中我們做過試驗,從噴乳液信號發(fā)出到噴嘴噴出乳液的時間大約需要4~5秒鐘,要穩(wěn)定到設定壓力則還需要3~4秒鐘。如果工作時供油閥F2始終打開,用左噴閥F4和右噴閥F5來控制系統(tǒng)噴液和關液,則從噴乳液信號發(fā)出到噴嘴噴出乳液的時間大約需要2~3秒鐘,但要穩(wěn)定到設定壓力則還是需要3~4秒鐘,但這種工作方式系統(tǒng)管路振動和憋壓非常嚴重。
圖1
在這次2400mm熱軋機工藝潤滑系統(tǒng)的設計中,為了解決傳統(tǒng)設計的缺陷,我們將供油泵電機采用變頻控制,與壓力傳感器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)供油壓力,用三通閥作供油和循環(huán)的切換,用籠式調節(jié)閥作壓力緩沖調節(jié)。設計方案如圖2。
圖2
此方案中,用變頻電機作為主要調壓手段,變頻電機的響應速度較快,一般從壓力設定至穩(wěn)定到目標值的時間不超過兩秒鐘,尤其是與籠式調節(jié)閥的配合使用,可大大減小系統(tǒng)壓力的波動。工作時系統(tǒng)由低壓力升到高壓力,只需變頻電機升速即可,系統(tǒng)由高壓力降到低壓力,單憑變頻電機的降速是遠遠不夠的,泵出口的高壓油必須有地方排泄,這時籠式調節(jié)閥就起到了關鍵的作用,通過PLC控制,籠式調節(jié)閥快速開啟一定的開口,對系統(tǒng)可以起到旁通泄油的作用,而且還對泵起到保護的作用,可有效降低變頻電機的變頻幅度。此方案在實際應用中,發(fā)現(xiàn)三通閥是影響系統(tǒng)響應速度的重要元件,因為該系統(tǒng)流量大,三通閥的體積也非常龐大,三通閥的動作也就非常緩慢,而與它同管徑的蝶閥的動作就快得多,所以,經過反復調試,我們采用如下控制方式:操作臺設“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)”開關一個,用于控制三通閥F1的動作,設“軋機供油開/軋機供油關”開關一個,用于控制閥F4和閥F5。當軋機正常軋制時,開關“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)”切換到“系統(tǒng)供油”狀態(tài),此時三通閥F1與主油路接通,若軋機需要噴乳液,則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油開”,此時閥F4或閥F5打開(是打開閥F4還是打開閥F5是由軋制方向決定的,一般乳化液是噴在帶材入口側,也有的軋機要求兩側同時噴),若軋機要停止噴乳液,則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油關”,此時閥F4和閥F5關閉;當軋機長時間不工作時,開關“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)” 切換到“系統(tǒng)循環(huán)”狀態(tài),此時三通閥F1與循環(huán)油路接通。另外,在工作狀態(tài)中,籠式調節(jié)閥F3在PLC的控制下,始終都有一個固定小開口,在狀態(tài)切換或系統(tǒng)由高壓力降到低壓力時,為防止系統(tǒng)憋壓,PLC控制籠式調節(jié)閥F3先快速開啟一個較大的開口,然后漸變?yōu)橐粋€固定小開口。在實際應用中我們發(fā)現(xiàn),用這種變頻電機的控制方式,從噴乳液信號發(fā)出到噴嘴噴出壓力穩(wěn)定的乳液的時間只需2秒鐘,而且在開關切換的過程中壓力沖擊很小,系統(tǒng)壓力過渡平穩(wěn),有效的延長了泵和閥的使用壽命,管路的泄漏也不再出現(xiàn)。另外,電機的能耗也大大降低了。
實際上,在此方案中,設置三通閥F1并沒有實際意義。若將三通閥F1去掉,則控制更簡單,我們只需在操作臺設置“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)” 一個開關即可。當軋機正常軋制時,開關“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)” 切換到“系統(tǒng)供油”狀態(tài),此時閥F4或閥F5打開,若軋機要停止噴乳液,則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油關”,此時閥F4和閥F5關閉。這樣,更降低了制造和維護成本。
總之,變頻控制在鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統(tǒng)中的成功應用,不但解決了工藝潤滑系統(tǒng)中壓力波動問題,而且降低了成本和能耗,這種技術具有較好的推廣價值,也為我們日后的設計提供了參考。
[1] 上海大屯2400mm四輥熱軋機組合同技術附件