李剛 劉永旺 竇永平 劉衛(wèi)東 楊穎

（武昆股份軋鋼廠）

0 引言

武昆股份煉鋼廠3#連鑄機與軋鋼廠高一線配套，大約33 %的鋼坯通過連接3#連鑄機出坯輥道和線材加熱爐上料輥道的熱送輥道線直接輸送入爐；其余約67 %的鋼坯在連鑄出批跨下線堆垛，通過過跨車進入線材原料跨，其中33 %的鋼坯入爐溫度約250 ℃，剩余部分為常溫入爐。這種出坯方式在轉(zhuǎn)運過程中存在著鋼坯熱量大量散失，熱坯冷卻后再常溫入爐二次加熱消耗大量煤氣增加了碳排放和成本，不符合當(dāng)前“碳中和”的大勢。

為減少能源浪費，2022 年公司立項在高一線新建一座自動保溫坑，通過提升“熱裝率”，來減少煤氣消耗，從而降低生產(chǎn)成本。圖1 是自動保溫坑的項目布置圖。

圖1 保溫坑平面布置圖

為了有效盤活資產(chǎn)，減少項目投資，提出了利用高一線已有爐前液壓站作為壓力源，并利用本部現(xiàn)有舊閥臺作為閥臺的技術(shù)方案。本文主要對此利舊方案進行分析，并提出實施方法。

1 自動保溫坑工藝設(shè)備介紹

1.1 工藝介紹

從連鑄出來的鋼坯通過兩種路徑進入線材加熱爐：

路徑一：從3#連鑄出來的成組（根數(shù)不限）鋼坯經(jīng)分鋼機分鋼后單根由原熱送線輸送并停留在提升機前輥道上，根據(jù)軋鋼節(jié)奏部分鋼坯直接提升入爐，當(dāng)熱送線送來的鋼坯超出軋鋼的需求時自動剔除到往返臺架，由自動裝載機裝入保溫坑中保溫存放；

路徑二：從3#連鑄出來的成組（必須7 根）送至延長后的輥道上正對保溫坑位置；成組由自動裝載機直接從輥道上提取到新建往返臺架上，由往返臺架單根送上機前輥道后入爐，來不及入爐的鋼坯將成組從新建輥道組上提升進入保溫坑；

保溫坑內(nèi)的鋼坯反裝入爐：連鑄機停澆后根據(jù)系統(tǒng)指令自動裝載機從指定坑內(nèi)提取鋼坯放置到往返臺架，由往返臺架自動往前逐根放置到提升機下面的機前輥道上，再由提升機提升至上料輥道入爐。

圖2、圖3 為自動原有鋼坯入爐流程及自動保溫坑鋼坯入爐流程對比。

圖2 原有鋼坯入爐流程圖

圖3 增設(shè)保溫坑后鋼坯入爐流程圖

1.2 設(shè)備組成

要達到上述工藝流程，保溫坑項目由熱送直輥道、保溫坑本體、揭蓋機、裝載機、往返臺架、撥鋼機等主要設(shè)備組成：

（1）熱送直輥道

用于將鋼坯從鑄機輸送到保溫坑旁邊，7 根一組對齊，以備吊入保溫坑；熱送直輥道設(shè)2 支液壓推桿，用于將鋼坯側(cè)向推動整齊，方便裝載機（夾鉗）夾持，液壓推桿由輥道自帶。

（2）保溫坑本體

用于存放熱坯，防止鋼坯冷卻，帶可以吊運的保溫蓋。

（3）揭蓋機

用于將保溫坑上蓋子揭開或合上（不吊運坯時，保溫坑蓋起來防止坯冷卻）。

（4）裝載機

裝載機類似于升降夾鉗，用于吊運鋼坯（7根一組）

（5）往返臺架

往返臺架由固定收集臺架和往返機構(gòu)組成，用于保溫坑與撥鋼機之間鋼坯運送；收集臺架為固定式，往返機構(gòu)設(shè)有4 個托桿，托桿前進后退采用電動驅(qū)動齒輪齒條傳動通過一個同步軸由一臺電機驅(qū)動，每一個托桿下方設(shè)有一個支撐輪，支撐輪的升降由1 支液壓缸完成，液壓缸由往返臺架自帶。往返臺架結(jié)構(gòu)原理如圖4 所示。

圖4 往返臺架結(jié)構(gòu)原理圖

（6）撥鋼機

撥鋼機結(jié)構(gòu)原理如圖5 所示。用于將鋼在往返臺架和原有鋼坯提升機之間撥料，每次一根，由1 支液壓液壓缸驅(qū)動，由撥鋼機自帶。

圖5 撥鋼機結(jié)構(gòu)原理圖

由上述知，本系統(tǒng)有4 支液壓缸需要驅(qū)動，因此需要設(shè)計一套單獨的液壓系統(tǒng)，這正是本文的主要設(shè)計內(nèi)容。

3 自動保溫坑液壓系統(tǒng)主要參數(shù)及回路選擇

3.1 液壓工況分析

（1）撥鋼機液壓缸參數(shù)

撥鋼機液壓缸型號為力士樂：CDH1MT4160/100/550A1XM1CSEMWA，XV=550，數(shù)量為兩支。查閱相關(guān)手冊知：其為差動缸活塞直徑Φ160 mm，活塞桿直徑Φ100 mm，行程550 mm。

（2）往返臺架液壓缸參數(shù)

往返臺架液壓缸型號為：CD250E180/125-300.01ADWA，活塞直徑180 mm，活塞桿直徑125 mm，最大行程（包括緩沖行程）300 mm，工作壓力16 MPa，油口尺寸ISO6162 SAE6000PSI DN32。

（3）熱送直輥道液壓缸參數(shù)

熱送直輥道液壓缸型號為：UG 21MPa Z 90/70-4SOQR，可知其最大工作壓力為21 MPa，活塞直徑90 mm，行程70 mm。

3.2 流量分析計算

查閱保溫坑設(shè)計參數(shù)，撥鋼機、往返臺架工進周期為6 S（無桿腔），熱送直輥道側(cè)向液壓缸工進周期為3 S，根據(jù)此計算：撥鋼機工進速度為：550/6=91.6 mm/s。往返臺架工進速度為：300/6=50 mm/s。熱送直輥道油缸工進速度為：70/3=23.33 mm/s。

（1）系統(tǒng)流量計算

由于自動保溫坑各部位液壓缸不在同一時間動作，且動作頻繁不高（與連鑄機配套），因此系統(tǒng)理論流量根據(jù)全部液壓油缸中最大油缸的流量。

液壓缸流量：Q=A×V

式中：A—液壓缸進油腔有效面積；V—液壓缸工作速度。

單支熱送直輥道液壓推桿流量：

單支往復(fù)臺架液壓缸流量：

單支撥鋼機液壓缸流量：

總的理論流量：

（2）泵參數(shù)選擇

泵的最大工作壓力計算公式為：pp≥p1max+ΣΔp，此處pp取液壓油缸工作壓力16 MPa，ΣΔp 取0.5 MPa，因此泵的最大工作壓力應(yīng)大于16.5 MPa，根據(jù)《液壓工程師技術(shù)手冊》要求，為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25 %－60 %，因此最終取泵的最大壓力為20－25.6 MPa。

單臺液壓泵流量計算公式為：qvmax≥KΣ qvmax，在這里K 取1.1-1.3，取中間值1.2 得，qvmax≥1.2×110.45=132.54 L/min，由于采用“一用一備”的方式，故要求單臺液壓泵流量大于132.54 L/min。

3.3 液壓回路設(shè)計

（1）換向回路

由保溫坑工藝知，本液壓系統(tǒng)油缸有前進、后退兩個動作，同時要防止動作時受鋼材重壓而速度過快，應(yīng)此選三位四通電磁換向，不需要鎖緊回路，如圖6 所示。

圖6 換向回路原理圖

（2）調(diào)壓回路

保溫坑液壓缸油均在恒壓下工作，但為保持系統(tǒng)壓力可調(diào)，采用溢流閥作為壓力調(diào)節(jié)閥。

（3）供油回路（液壓源回路）

液壓源回路如圖7 所示。保溫坑7 個油缸速度均不快，理論上可采用單個定量泵供油，但考慮到撥鋼機、往返臺架、直輥道油缸并不完全同時動作，同時，考慮到系統(tǒng)可靠性，故采用單臺定量泵，一用一備供油，一方面噪聲小，另一方面一臺油泵出現(xiàn)問題時可迅速切換到另一臺油泵。

圖7 液壓源回路圖

根據(jù)上述分析，保溫坑液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計如圖8 所示。

圖8 保溫坑液壓設(shè)計原理圖

4 液壓系統(tǒng)利舊可行性分析及實施

4.1 利舊的主要設(shè)想

根據(jù)軋鋼廠現(xiàn)有條件，利舊的主要設(shè)想是：由于保溫坑與現(xiàn)有爐前液壓站位置接近，故利舊現(xiàn)有爐前液壓站多余的流量作為壓力源；同時利用本部停產(chǎn)后舊閥臺作為控制閥臺。

4.2 液壓站利舊校核

（1）現(xiàn)有爐前液壓站主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 現(xiàn)有液壓泵站主要參數(shù)表

由上述可知，已有爐前液壓泵站采用了2 用1 備的恒壓變量泵的方式，工作壓力為18 MPa，滿足自動保溫坑要求。

（2）流量校核：

爐前液壓站承擔(dān)著連鑄后推鋼機、提升機撥料裝置、爐前上料臺架推鋼機、剔除裝置的壓力油供油任務(wù)，相關(guān)流量如表2 所示。

表2 利舊前爐前液壓站供油流向表

由上述表可知，利舊前雖然表面上爐前液壓站已承擔(dān)供油流向累加最大值為423.3 L/min 大于設(shè)計2×180 L/min，但實際情況下如本文引言部分所述，冷坯與熱坯不同時送坯，亦即在供熱坯狀態(tài)總供油峰值為上表1、2、3、6 累計值201.9 L/min。

若加上保溫坑設(shè)備理論流后，爐前液壓站供油負載如表3 所示。

表3 利舊后爐前液壓站供油流向表

由上述表可知，利舊后雖然表面上爐前液壓站將承擔(dān)供油流向累加最大值為533.75 L/min 大于設(shè)計2×180 L/min，但實際情況下如本文引言部分所述，冷坯與熱坯不同時送坯，亦即在供熱坯狀態(tài)總供油峰值為上表1、2、3、6、7 累計值312.35 L/min。根據(jù)公式qvmax≥KΣqvmax，代入計算得2×180 ≥1.15×312.35，K 值為1.15，符合《液壓工程師技術(shù)手冊》K 值取1.1-1.3 的要求。

4.3 閥臺利舊分析

根據(jù)舊閥臺庫存條件，在同等工作壓力情況下，用于保溫坑的利舊閥臺原理如圖9 所示。

圖9 利舊閥臺原理圖

由圖9 與圖8 對比知：

（1）利舊閥臺2 與圖8 閥臺1 原理圖一致，利舊可行。

（2）圖9 利舊閥臺1 與圖8 并臺2 對比，利舊閥臺1 多了2 位四通換向回路，其余相同。如若利舊，可以在閥臺上將2 位4 通換向回路的液壓鎖出口端用堵頭堵住即可。

4.4 利舊分析結(jié)論

根據(jù)上述對比分析知：

（1）利用爐前液壓站作為壓力源泵站，壓力等級校核、可行。

（2）由于冷坯與熱坯不同時供應(yīng)，且保溫坑液壓液壓缸不同時動作，利用爐前液壓站作為作為壓力源泵站，流量系數(shù)K 為1.15，滿足1.1-1.3的要求，可行。

（3）根據(jù)利舊閥臺換向回路原理圖分析，一個閥臺完全一致，另一個閥臺加裝堵頭后可用，利舊可行。

5 結(jié)語

（1）通過對現(xiàn)有液壓站流量、壓力進行核算，并對舊液壓設(shè)備原理進行分析，提出利用舊液壓系統(tǒng)與新建自動保溫坑結(jié)合的實施方式，可以滿足自動保溫坑使用要求。

（2）自動保溫坑運行過程中，利舊液壓系統(tǒng)沒有出現(xiàn)明顯的壓力波動，運行可靠，高一線熱裝率由32 %提升到75 %以上，大幅提高43 %，提升效果顯著。

（3）參照自動保溫坑投資概算，采用利舊液壓系統(tǒng)可節(jié)約投資約20 萬元。