步進式加熱爐液壓系統(tǒng)節(jié)能改造實踐

首先，生產(chǎn)棒材料的鋼渣應(yīng)通過加熱爐加熱，然后再加工。鋼渣在預(yù)熱爐中運行一個循環(huán)，分為四個動作（上升、向前、向前）。其中，上升通過上升液壓池提供大量流量，向前和向前的方向通過平衡液壓池提供較小的流量，然后下降，并通過漸進梁重量來完成。因為步進梁這四個動作負載很不均衡,上升最大流量660L/min,平移最大流量僅212L/min,因此要求按照步進梁上升動作的最大流量來設(shè)計此液壓系統(tǒng)的最大流量。我廠步進式加熱爐液壓系統(tǒng)原設(shè)計是通過5臺(4用1備,每臺75kW)恒壓變量泵來提供流量,導(dǎo)致原液壓系統(tǒng)設(shè)計裝機功率大,電耗高,且步進梁下降過程的重力勢能無法回收全部轉(zhuǎn)化成熱能,能源浪費嚴(yán)重。為進一步推進我廠降本增效工作,必須對步進式加熱爐液壓系統(tǒng)進行節(jié)能技術(shù)改造,探索對步進梁下降時的重力勢能回收再利用。1改造前的液壓控制回路步進式加熱爐主要由爐底機械,水梁立柱和水封及渣槽組成。待軋鋼坯的通過爐底機械在加熱爐內(nèi)作矩形循環(huán)運動,爐底機械包含步進梁、固定梁、升降液壓缸和平移液壓缸等部件。改造前加熱爐液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)為:電機功率:300kW(75kW×5,四用一備);壓力:10MPa,流量:780L/min;升降液壓缸:φ280/φ200-720×2;上升流量:330L/min×2;下降流量:160l/min×2;平移液壓缸:φ220/φ160-350;前進流量:113L/min;后退流量:212L/min。由以上參數(shù)可知,步進梁上升時最大流量達到了660L/min,是最小流量前進動作的6倍,整個液壓系統(tǒng)的負載狀況很不均衡。為了滿足加熱爐步進周期的需要,只能根據(jù)步進梁上升動作的最大流量來設(shè)計系統(tǒng)功率。改造前步進梁升降液壓控制回路原理如圖1所示,步進梁升降動作液壓原理如下:當(dāng)加熱爐步進梁需要上升時,電磁鐵SVH01、SVH02均得電,方向插裝閥(序號15、35)都打開,比例節(jié)流閥(序號11.1)打開,比例節(jié)流閥(序號11.2)關(guān)閉,油路上高壓球閥全部開啟狀態(tài)。此時,P管的壓力油經(jīng)方向插裝閥(35)→減壓插裝閥(13.1)→比例節(jié)流閥(11.1)→液壓方向插裝閥(15)→液壓高壓球閥(24.1)→提升液壓缸的無桿腔;同時提升液壓缸有桿腔的油液經(jīng)過插裝單向閥(18)循環(huán)流回油箱,使步進梁上升。當(dāng)加熱爐步進梁需要下降時,電磁鐵SVH01、SVH02均得電,方向插裝閥(序號15、35)都打開,比例節(jié)流閥(序號11.1關(guān)閉,序號11.2打開),油路上高壓球閥全部開啟狀態(tài)。此時,P管的壓力油關(guān)閉,在步進梁自重下液壓缸無桿腔的油液,經(jīng)過方向插裝閥(15)→液壓減壓插裝閥(13.2)→液壓比例節(jié)流閥(11.2)流進液壓缸有桿腔,使步進梁下降。21.自動系統(tǒng)改造計劃2.1用四備模式+一用四備模式(1)總節(jié)能效果不低于55%;(2)在維持現(xiàn)有加熱爐步進周期的前提下,將液壓主泵的工作模式由四用一備,改為一用四備模式;(3)原液壓站設(shè)備的常規(guī)模式與勢能回收系統(tǒng)的節(jié)能模式并聯(lián),故障出現(xiàn)時能關(guān)閉勢能回收的節(jié)能模式,切至原系統(tǒng)的常規(guī)工作模式,實現(xiàn)步進梁工作雙保險。2.2測量系統(tǒng)的充放電性能綜合考慮加熱爐步進梁提升時的運動工況,整個提升過程分為兩部分,一是步進梁空載提升,另一是步進梁托起鋼坯提升。假如給步進梁提升框架供給一個液壓平衡裝置,且這個平衡裝置可始終對提升框架供給一個支撐力,這樣這個支撐力就可以與提升框架和部分鋼坯的重量進行平衡,此時液壓系統(tǒng)僅輸出很小的力就可以將步進梁進行提升。運用此液壓平衡裝置,能夠最大程度地將步進梁下降的勢能轉(zhuǎn)換成壓力能儲存起來提供給提升框架作為支撐力,液壓泵僅需要提供很小的流量補充。為節(jié)約能源,需要將普通提升液壓缸改造為具備能量回收型平衡液壓缸。2.3步調(diào)機液壓控制功能(1)設(shè)計更換能量回收單元。重新設(shè)計更換2個能量回收單元,將原有的2個加熱爐提升液壓缸改造為具有能量回收功能的平衡液壓缸,其輸出力和運動速度與原有的液壓缸完全一致。能量回收型平衡液壓缸采用兩級液壓缸結(jié)構(gòu)如圖2所示。第一級液壓缸的外形尺寸和加熱爐原設(shè)計的液壓缸完全相同,第二級液壓缸的活塞桿固定在第一級液壓缸的底部,第一級液壓缸活塞桿同時兼做第二級液壓缸的缸筒。第一級液壓缸的無桿腔(C腔)外接蓄能器,其余液壓缸的兩個腔分別接液壓閥臺。提升步進梁時,步進梁未托到鋼坯前由低壓蓄能器組給C腔供油,步進梁托到鋼坯時由高壓蓄能器組給C腔供油且同時由1臺主油泵給A腔供油,B腔回油完成步進梁提升。步進梁下降時,通過步進梁自重和鋼坯重量驅(qū)動活塞桿縮回,當(dāng)步進梁托著鋼坯下降時,C腔給高壓蓄能器供油儲存能量;當(dāng)僅步進梁自身下降時(未托鋼坯),C腔給低壓蓄能器供油儲存能量。此時第一級液壓缸的無桿腔(C腔)液壓油被壓縮回蓄能器組內(nèi)存儲起來等待下一次提升使用。(2)增加能量儲存單元。能量儲存單元采用具有壓力波動小和平衡壓力自適應(yīng)于負載的皮囊式蓄能器組。根據(jù)計算,選擇40L的皮囊蓄能器共24個,其中8個低壓蓄能器,14個高壓蓄能器。并對新增蓄能器容積進行校核。蓄能器的有效工作容積V式(1)中:氮氣按常溫考慮,p代入數(shù)據(jù)得出V已知2個能量回收型平衡液壓缸缸徑為280mm,行程為720mm。則兩個液壓缸的最大容積為:因此,按上述條件選擇的蓄能器總?cè)莘e能滿足平衡液壓缸對步進梁上升的要求。(3)改造液壓控制閥臺。改造新增的液壓控制閥臺需實現(xiàn)以下功能:(1)能量回收與常規(guī)控制模式間的切換功能,增加與原閥臺的中間管路;(2)平衡液壓缸的速度控制功能;(3)平衡壓力(高、低壓)的控制功能;(4)實現(xiàn)平衡液壓缸的位置鎖定功能。(4)優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)。優(yōu)化后的電氣控制系統(tǒng),需具備以下功能:(1)能量回收與常規(guī)控制模式間的切換功能;(2)平衡液壓缸的速度控制功能;(3)平衡壓力(高、低壓)的控制功能;(4)實現(xiàn)平衡液壓缸的位置鎖定功能;(5)采集和處理壓力控制信號的功能;(6)系統(tǒng)故障診斷功能。3空梁的補壓及節(jié)能改造通過節(jié)能改造后的步進梁升降液壓控制原理如圖3所示,由蓄能器組、補壓裝置、壓力切換閥組、比例閥組,缸旁閥組和能量回收型平衡液壓缸組成。蓄能器組分高壓組和低壓組,高壓組負責(zé)供油托起步進梁加鋼坯(下降時負責(zé)回收梁加坯的高壓油),低壓組只托起空梁(下降時負責(zé)回收空梁的低壓油)。補壓裝置中補壓泵為蓄能器組補壓間歇性工作,當(dāng)高、低壓蓄能器組壓力分別低于設(shè)定值時,壓力繼電器(元件9.3)發(fā)訊啟動補壓泵,當(dāng)壓力達到蓄能器正常工作壓力時停止補壓。壓力切換閥組為節(jié)能模式與常規(guī)模式切換的閥門,原液壓站設(shè)備與能量回收單元并聯(lián),出現(xiàn)故障時能關(guān)閉能量回收單元,切至原系統(tǒng)工作狀態(tài),以確保生產(chǎn)穩(wěn)定。節(jié)能改造前步進梁升降,原來只有高位、低位兩個檢測位置,節(jié)能改造后多了1個托鋼位。從而步進梁提升位置檢測元件(如編碼器等),需重新更換或調(diào)整,除了核對低位(或稱為0位),還需重新校核托鋼位。因考慮到油缸銷軸、步進框架、動靜梁平面等磨損情況,托鋼位可能會低于實際設(shè)置的值,需在程序中做個優(yōu)化。即低壓蓄能組托起空梁上升完成超過1秒,仍未到設(shè)定的托鋼位時,高壓蓄能器組需提早幫助將空梁繼續(xù)托起,直到將鋼坯完全提升到高位。4液壓系統(tǒng)改造方案我廠步進式加熱爐液壓系統(tǒng)已于2018年11月完成節(jié)能改造,改造前油泵電機(電機功率75kW/臺)四用一備,改造后只需開啟一臺油泵電機,經(jīng)過實測,改造前后加熱爐液壓系統(tǒng)噸鋼電耗平均下降61%,見表1。以年產(chǎn)鋼材120萬噸、電費0.57元/千瓦時計算,則年節(jié)能降本效益=0.57元/千瓦時×120萬噸×(0.587-0.227)千瓦時/噸=24.6萬元。5量回收單元式改造后的實踐效果表明,