王 莉

(山鋼集團萊蕪分公司萊鋼棒材廠，山東271200)

常規(guī)的棒線步進式冷床上卸鋼與打捆機在設(shè)計時分別采用獨立的液壓系統(tǒng)單獨控制，不但故障點多，且維護工作量大，不利于現(xiàn)場的節(jié)能降耗，而且液壓系統(tǒng)效率低下，部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而影響液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定，如何進行兩者的功率匹配、合二為一、降低現(xiàn)場系統(tǒng)電耗和功率損失，將是當前鋼鐵綠色生產(chǎn)節(jié)能減排工作的重點。

萊鋼棒材廠小型車間冷床上卸鋼活動裙板的執(zhí)行機構(gòu)由6組小缸徑的液壓油缸?63/?45×90構(gòu)成，上卸鋼液壓系統(tǒng)采用兩組定量軸向柱塞泵160MCY14-1B配套55 kW電機向系統(tǒng)提供壓力油。冷床上卸鋼液壓站油量供大于求的矛盾比較突出，主站的溢流閥長期處于開啟溢流狀態(tài)，造成系統(tǒng)發(fā)熱嚴重，即使冬季低溫時也要持續(xù)開啟冷卻器來降溫，因而導致電機功率的大量損失，高能電耗居高不下。

同時，小型車間冷床后整理4臺打捆機采用的是獨立油源的設(shè)計方案，每個打捆機均自備一個獨立的液壓站系統(tǒng)，并配套15 kW電機，均采用原裝進口配件，運行及維護成本高?，F(xiàn)場生產(chǎn)工藝要求4臺打捆機24 h持續(xù)運行，順序動作打捆，額定工作壓力要求在12 MPa，即使在打捆的工藝間隙，這4臺15 kW的電機也要持續(xù)運轉(zhuǎn)，使油泵卸荷運行，以維持系統(tǒng)控制油路的啟動壓力，因此后整理打捆機也造成系統(tǒng)的電耗浪費。傳統(tǒng)的冷床棒線打捆機采用機、電、液一體化的液壓傳動調(diào)節(jié)機構(gòu)，雖然操作自動化水平高，但整機結(jié)構(gòu)復雜，現(xiàn)場占用空間大，維護工作量大，運行成本高，不但需要配備完整的液壓泵站系統(tǒng)，一次性投資成本高，維護工作量大，而且液壓傳動介質(zhì)對工況環(huán)境的要求較高(油品的清潔度NAS 7級，油溫50℃以下，最高工作壓力12 MPa)，打捆機需配備專門的電加熱及風冷卻系統(tǒng)，造成額外電耗損失，維護程序復雜、繁瑣，工作量大。

因此如果解決了現(xiàn)場上卸鋼液壓站與后整理打捆機液壓油源的供需匹配問題，將上卸鋼的多余油源供給打捆機使用，將會極大地降低現(xiàn)場的能源電耗及備件消耗，并提高上卸鋼液壓站的工作效率，使噸鋼工序成本進一步降低。

1 系統(tǒng)設(shè)計

為了實現(xiàn)上述目的，經(jīng)過反復技術(shù)論證及計算，創(chuàng)新性地提出了將冷床上卸鋼液壓站與后整理4臺打捆機液壓系統(tǒng)合并的方案，用上卸鋼的液壓站同時向冷床上卸鋼活動裙板的6組控制液壓閥臺及后整理4臺打捆機供油，既解決了上卸鋼液壓系統(tǒng)油泵供油大流量需要持續(xù)溢流的問題，又分離了后整理4臺打捆機的單獨小液壓站，簡化了打捆機的執(zhí)行控制機構(gòu)，減少了電能備件消耗，降低了噸鋼工序成本。

2 可行性技術(shù)分析

冷床上卸鋼液壓站采用定量軸向柱塞泵160MCY14-1B(160 ml/r，31.5 MPa，1000 r/min)，此站每分鐘可以提供油量理論為：

160×1000=1.6×105ml/min=160 L/min

上卸鋼活動裙板采用6組?63/?45×90的液壓缸控制，每下卸1根床面倍尺材，油缸上下往返運動各1次，分別為有桿腔與無桿腔各進油一次(實際測算時可按無桿腔進油兩次，以達到系統(tǒng)的最大耗油量)

車間生產(chǎn)?12螺紋鋼時最快生產(chǎn)節(jié)奏為軋線每36 s過1根大坯，3#飛剪剪切6次，有7根倍尺材上冷床，因此生產(chǎn)節(jié)奏最快時每分鐘冷床上卸鋼將要卸鋼7/36×60=11.6=12次，每次卸鋼時上卸鋼液壓油缸將運行高位-低位-中位-高位，一個運行周期，液壓缸每個運行周期，單個液壓缸所需供油量為

V=3.14×(63/2)2×90=2.8×105mm3

即單臺液壓缸單程油量V=2.8×105×10-6=0.28 L，在一個動作周期內(nèi)，每臺液壓油缸往返兩個行程所需油量為0.28×2=0.56 L，6臺液壓缸每個周期內(nèi)所需總油量為0.56×6=3.36 L，因此在最快軋制節(jié)奏時，整個上卸鋼所有6臺液壓油缸每分鐘卸鋼12次所需供油量為12×3.36=40.32 L，上卸鋼液壓站采用4組氣囊式蓄能器作為輔助油源(NXQ-L40/31.5-H)，單臺蓄能器容積為40 L，4臺蓄能器總?cè)莘e為40×4=160 L，蓄能器作為輔助油源時的供油量為額定容積的40%，因此整個蓄能器組可瞬間提供160×40%=64 L的壓力油，考慮到油泵的容積效率(柱塞泵容積效率較高，可達94%)，則整個上卸鋼液壓站在單位時間內(nèi)通過軸向柱塞泵及蓄能器組能提供的壓力油為160×94%+64=214.4 L/min。

通過分析可知，當軋線最快節(jié)奏軋制時，冷床上卸鋼6組閥臺及執(zhí)行油缸耗油量為40.32 L，而此時上卸鋼液壓站實際提供的壓力油為214.4 L，液壓站實際利用率只有40.32/214.4=19%左右，液壓站主油泵效率較低，電機長期背壓運行，功率損失嚴重，大量的壓力油通過泵站上的溢流閥溢流，造成系統(tǒng)功率損失，發(fā)熱嚴重，必須采用旁油路單獨循環(huán)系統(tǒng)，通過板式換熱器為系統(tǒng)降溫，使壓力油維持在40℃左右，因而又增加了電耗及冷卻水的浪費，使噸鋼工序成本居高不下。

冷床后整理4臺打捆機均各自帶有獨立的小液壓站，配套電機功率為15 kW，油泵額定流量為50 L/min，4臺打捆機用3備1，且3臺打捆機順序打捆動作，即使按3臺打捆機同時打捆動作時最大耗油量為50×3=150 L，考慮到油泵的容積效率及系統(tǒng)設(shè)計冗余量，后整理3臺打捆機同時動作時所需瞬間最大流量為150×94%×80%=112.8 L，而此時上卸鋼液壓站有214.4-40.32=174.08 L的壓力油需要額外卸荷，112.8 L<174.08 L，因此用上卸鋼液壓站系統(tǒng)的壓力油源可同時供給冷床上卸鋼活動裙板及后整理系統(tǒng)的4臺打捆機同時使用，通過甩掉4套打捆機的獨立小液壓站，將機頭控制閥臺并聯(lián)到上卸鋼液壓站主管路上，可在完全滿足生產(chǎn)工藝需要的基礎(chǔ)上極大地提高上卸鋼液壓站的效率，簡化后整理打捆系統(tǒng)的設(shè)備布局，整體降低冷床區(qū)域的高能電耗及備件消耗，使噸鋼工序成本消耗大大降低，此方案具備可行性。

3 實施方案

(1)通過現(xiàn)場分析可知，若要將打捆機液壓系統(tǒng)與上卸鋼液壓站并聯(lián)，必須使兩套系統(tǒng)的壓力一致。打捆機動作時所需系統(tǒng)壓力至少是10 MPa，小于10 MPa時將影響打捆機動作的速度及打捆質(zhì)量，冷床上卸鋼活動裙板液壓缸實際工作系統(tǒng)壓力是8 MPa，大于8 MPa時裙板升降時沖擊較大，將會使油缸鉸接支座產(chǎn)生彈性變形，影響底座的剛度。為了順利實施方案，通過在上卸鋼6組閥臺上加裝P口減壓的直動式疊加減壓閥ZDR10DP1-40B/210YM的方式使上卸鋼活動裙板的執(zhí)行機構(gòu)控制壓力維持在8 MPa左右，而泵站上的總先導式溢流閥壓力調(diào)高到10 MPa。通過上述方案的優(yōu)化調(diào)整，既滿足后整理打捆機高壓的要求，又避免了冷床上卸鋼由于系統(tǒng)壓力過高而造成的彈跳沖擊。上卸鋼活動裙板控制閥臺現(xiàn)場照片見圖1，其工作原理見圖2。

圖1 上卸鋼活動裙板控制閥臺現(xiàn)場照片F(xiàn)igure 1 Control valve table of the upper steel discharging moving apron

圖2 上卸鋼活動裙板控制閥臺原理圖Figure 2 Schematic diagram of control valve table of the upper steel discharging moving apron

圖3 上卸鋼液壓站蓄能器組Figure 3 Energy accumulator group of the upper steel discharging hydraulic station

(2)由于冷床上卸鋼液壓站系統(tǒng)壓力上調(diào)，由原來的8 MPa調(diào)整為10 MPa，且向6組上卸鋼活動裙板系統(tǒng)及后整理4套打捆機同時供油，因此必須重新調(diào)整泵站蓄能器組的充氣壓力，以滿足高壓大流量的補油需求。當蓄能器作為主要壓力油源使用時，可將氣囊的壓力充至系統(tǒng)額定壓力的40%左右，通過現(xiàn)場蓄能器的卸荷充氮，最終4組蓄能器氣壓均保持在5 MPa左右，既作為瞬間壓力油源使用，又緩沖吸震。見圖3。

(3)由于上卸鋼液壓站的執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)擴容，且4臺打捆機均采用進口閥組，對系統(tǒng)油源的清潔度要求較高，精度NAS 6級～7級，為此在優(yōu)化方案中有針對性的在旁油路上加裝并聯(lián)了1臺大流量的高壓過濾器ADF2G-1300-12，最大過濾流量為2500 L/min，過濾精度為20 μm，以凈化油液，滿足現(xiàn)場的實際需求。具體見圖4。

為了提高泵站的效率，降低因額外溢流而造成的功率損失及發(fā)熱現(xiàn)象，降低冷卻循環(huán)水的消耗量，在方案優(yōu)化中將上卸鋼液壓站的定量泵更換為恒壓式軸向柱塞變量泵160PCY14-1B，排量為160 ml/r，壓力為31.5 MPa，轉(zhuǎn)速為1000 r/min，變量泵上的恒壓閥設(shè)定為10 MPa，系統(tǒng)溢流閥調(diào)定為11 MPa，溢流閥主要起到安全閥的作用，不再保壓溢流，系統(tǒng)的壓力完全靠變量泵斜盤傾角的自動調(diào)整來自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)功率N=PQ，當后整理4臺打捆機同時動作并與上卸鋼6組閥臺的運動相重合，系統(tǒng)所需油量最大時，由于流量的輸出，系統(tǒng)壓力低于10 MPa，油泵斜盤傾角自動調(diào)整為最大，系統(tǒng)以最大流量160 L/min同時向打捆機及上卸鋼系統(tǒng)供油；當上卸鋼活動裙板及后整理打捆機只有部分工作或均處于間歇工作狀態(tài)，所需油源流量最小時，由于系統(tǒng)壓力升高，一旦高于調(diào)定的10 MPa時，變量泵的斜盤傾角自動減小，使活塞輸出流量減少，系統(tǒng)壓力始終維持在10 MPa左右，只有當油泵出現(xiàn)故障而導致系統(tǒng)壓力驟升時，作為安全閥使用的溢流閥才溢流保壓。因此，通過優(yōu)化恒壓式軸向變量柱塞泵的使用，可以完全消除溢流閥的溢流功率損失，用輸出流量來自動控制油泵電機的輸出功率，使電機的運行功率始終處于動態(tài)變化之中，有效地降低了電機的功率消耗及油源的溢流發(fā)熱，節(jié)水節(jié)電效果好。

(a)上卸鋼液壓站高壓濾油器(b)上卸鋼液壓站系統(tǒng)原理圖圖4 上卸鋼液壓站系統(tǒng)Figure 4 The upper steel discharginghydraulic station system

后整理打捆機原設(shè)計的控制閥臺上采用兩組疊加式A、B口溢流閥來控制系統(tǒng)壓力，當打捆機在工作間歇狀態(tài)時，需要油泵卸荷低壓運行，以減少電機的功率消耗，因此打捆機閥臺的主溢流閥控制采用M型中位機能的3位4通電磁換向閥，使系統(tǒng)在工作間隙時A/B口保壓，但P口卸載，一旦將打捆機并聯(lián)到上卸鋼系統(tǒng)時將會使系統(tǒng)無法保壓，為此在方案優(yōu)化中必須將4臺打捆機控制閥臺上的M型中位機能的電磁換向閥全部更換為O型中位機能的3位4通電磁換向閥，以確保系統(tǒng)在任何時候均可確保10 MPa的壓力，并完全甩掉4臺打捆機的4組獨立小液壓站，將打捆機機頭控制閥臺的P、T兩口分別并聯(lián)到上卸鋼液壓站的主進、回油管路上。打捆機機頭控制閥臺并聯(lián)圖見圖5，打捆機液壓系統(tǒng)并聯(lián)原理圖見圖6。

圖5 打捆機機頭控制閥臺并聯(lián)Figure 5 Parallel control valve tables of bander heads

圖6 打捆機液壓系統(tǒng)并聯(lián)原理圖Figure 6 Parallel principle of bander hydraulic systems

4 實施效果分析

冷床上卸鋼與打捆機液壓系統(tǒng)合并的技改已經(jīng)實施半年，在確保這兩套設(shè)備穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上取得了良好的經(jīng)濟效益。原先4臺打捆機標配的15 kW電機停運，按每臺打捆機正常工作時輸出額定功率的30%，每天工作24 h，一年工作290天計算，每年將節(jié)省15×30%×4×24×290=125 280 kWh，工業(yè)電價平均0.6元/度，則年節(jié)省電耗費用約7.5萬元，打捆機獨立液壓系統(tǒng)的常規(guī)液壓耗材，包括高/低壓濾芯、油泵、抗磨液壓油、高壓膠管等，每臺年消耗3萬元左右，4臺為12萬元，因此整改后的后整理4臺打捆機系統(tǒng)每年節(jié)約費用約7.5+12=19.5萬元。

冷床上卸鋼液壓站換用了恒壓式變量軸向柱塞泵，通過在線恒壓流量自動控制，調(diào)整瞬時輸出功率，功率損耗大大降低，徹底消除了主溢流閥的溢流功率損失，系統(tǒng)溫度大大降低，在線30 m2板式冷卻器BR03-30將9.6 m3液壓油由60℃降為40℃耗水量約為16 m3/h，(油泵額定流量160 L/min，1 h需要冷卻的流量為160×60=9600 L=9.6 m3，冷卻水進水溫度常溫25℃計算)，由于油泵電機功率損耗降低，系統(tǒng)發(fā)熱減少，目前換熱器冷卻水的進水閥門只開到原設(shè)計的一半，冷卻水消耗量比原設(shè)計減少50%左右，因此年節(jié)約用水量為16×24×50%×290=55680 m3(按一年工作290天計算)，工業(yè)冷卻水價格為5元/噸，因此年節(jié)約用水資金約27.8萬元。

綜上所述，此項技改完成后，每年將節(jié)約費用約27.8+19.5=47.3萬元，經(jīng)濟效益非?？捎^。

5 結(jié)語

冷床上卸鋼與打捆機液壓系統(tǒng)合并，不僅減少了故障點，降低了維護工作量，更降低了能耗，取得了良好的經(jīng)濟效益。