步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用.pdf

第 3 8 卷 第 3 期 2 0 1 6 年6 月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 l _ 3 8 No ． 3 J u n e 2 01 6 止 L L L L L L j经验 交 流 } 1 nm竹nn州 ’ 步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用 奚 道 鑫 山钢股份济南分公司， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 摘要 为降低能源、 备件消耗， 对步进式加热炉液压系统进行余压回收技术改造， 增加皮囊蓄能器， 改造了液压控制阀台， 完善了控制系统， 实现了重力势能回收利用， 节能6 6 ％。 关键词 步进式加热炉； 液压系统； 余压回收； 余能利用 中图分类号 T G1 5 5 ． 1 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 6 2 0 2 0 1 6 0 3 0 0 7 1 一 O l 1 前言 某钢铁企业热轧产线现有 的步进式加热炉液 压系统设计 ， 是通过4台恒压变量泵来提供流量 开 3 备 1 。因为负载不均衡 ， 使得必须按照步进梁提 升液压系统的最大功率配置设备 ， 因此 ， 常规 的步 进式液压系统在节能方面缺点较多。具体体现在 装机功率大 ， 电量消耗高 ； 步进梁下降时的重力势 能全部转化为热能 ， 造成系统温度升高 ； 油 品老化 过快 ， 平均每2 a 要更换 1 次新油 ， 一次约 8 m。 ； 液压 元件使用寿命低 ， 备件消耗高n 。为降低能源 、 备件 消耗 ， 对步进式加热炉液压系统进行余压 回收技术 改造 ， 对重力势能回收利用。通过势能回收转化为 压力蓄能存储到蓄能器中。当步进梁上升时 ， 通过 液压阀台和电控系统对所 回收的能量进行释放并 加 以控制利用 ， 最终实现步进梁所要求 的上升 、 前 进、 下降、 后退的动作循环。 2 改进思路 冶金企业钢轧产线上步进式加热炉是重要 的 组成部分， 主要由步进梁、 升降斜轨、 固定梁和升降 液压缸 、 平移液压缸等组成。加热炉内待轧坯的运 动是通过步进梁的上移、 前行、 下降、 后退的循环来 完成 的 ； 步进梁 的上移是通过升降液压缸来完成 ， 下降靠 自重完成 ； 前进和后退靠平移液压缸很小的 力就能完成 ] 。 综合考虑加热炉的运行工况 ， 如果能把步进梁 下降时的重力势能回收利用， 就可以大大降低泵的 输 出能量来完成提升动作 ， 可以降低泵的工作数量 和电能消耗 ； 解决液压油温升快 、 油品劣化快的问 题， 降低液压元件的故障率。 为了回收利用步进梁下降时的重力势能， 解决 收 稿 日期 2 0 1 6 - 0 3 1 4 作者简介 奚道鑫， 男， 1 9 8 6 年生， 2 0 1 3 年毕业于济南大学自动化与 电气工程专业， 硕士。现为山钢股份济南分公司发展规划部工程 师， 从事项 目管理工作。 常规的步进式液压系统的电量消耗大等缺点 ， 回收 液压站余压， 需将加热炉液压缸进行改造， 并在每 座加热炉液压站增设 蓄能单元 1 组 ， 将原液压缸 1 进 1 出的结构改造为 1 进2出， 其 中增加液压油出口 至蓄能器 ， 用 于储存系统 回油能量 ， 使液压 系统具 备 回收能量的功能 当步进梁下降时 ， 液压油进入 蓄能器， 使重力势能在蓄能器内储存； 当步进梁上 升时 ， 蓄能器打开将能量释放 ， 在液压泵 的辅助下 完成上升动作。 3 余压 回收技术的应用 为实现改造 目 标， 步进式加热炉液压系统余压 回收技术 的实施 需要在加热炉停产状态下进行 。 每一套液压系统需进行设备优化配置。 该技术 的核心是将液压油能量 回收再供 出的 过程 ， 为此增加 由2 O 个4 0 L 的皮囊蓄能器组成的能 量储存单元； 并将具有能量回收作用的工作油缸组 成能量 回收单元 ， 从而替代原有的加热炉液压缸 、 油箱 ； 根据原有加热炉的设计 ， 使改造后的液压站 输 出力和控 制速度 完全 符合原 有 的加 热炉 液压 缸。该技术不需更改机械结构和土建结构 。通过 能量回收单元对步进梁下降时的重力势能 回收 ， 并 转 化为压力蓄能存储到蓄能器中。当步进梁上升 时 ， 通过液压 阀台和电控系统对所 回收的能量进行 释放并加 以控制利用 ， 最终实现步进梁所要求的上 升、 前进、 下降、 后退的动作循环。 该技术 的实现需对液压控制阀台进行部分改 造。改造后的阀台主要 由比例阀、 单 向阀、 插装阀、 流量阀等组成 ， 使液压控制 阀台可以具备液压平衡 装置的加速减速控制 ， 达到加热 炉运 动平稳 的 目 的 ， 实现能量 回收和常规控制的切换功能 ， 从而使 改造后的液压站可充分利用原有设备 ， 提高设备可 靠性 。并可以根据不 同生产状况下具备平衡压力 及平衡装置位置锁定的控制功能， 实现高频响应、 多变量调节并实现闭环控制。 下转第7 3 页 7】 费建培等 电解槽磁流体状态分析及优化措施 2 0 1 6 年第3 期 将部分 电流分流至两端头来补偿其原始磁场 。但 是 ， 由于改造是在生产系列大修 电解槽上进行 ， 同 时大修电解槽 的部分阴极母线又用作短路母线 ， 因 此， 对电解槽母线的拆除和重新焊接比较困难 ， 可 操作性较差 。预计新增母线必须采用压接 的方式 接入到原母线系统 中， 而原基本母线结构不变动 。 基于这样的情况和施工方式， 母线的优化过程充分考 虑原母线的结构 、 空间、 施工要求 ， 更重要的是保证 母线基本的电平衡。 经过现场调研 和分析 ， 结合 电磁场计算结果 ， 最后确定 了母线优化方案。通过外加部分母线对 原母 线部分 电流进行分 流 ， 以达 到优化 磁场的 目 的。新增母线与原 阴极母线之间以压接形式连接 ， 且尽量采用上下压接 ， 以螺栓紧固。从出电侧向进 电侧 、 出铝端和烟道端对称进行安装。所有压接面 按要求进行处理 ， 以确保压接效果。 3 ． 2 内衬优化 由于槽 内电流同样影响着电解槽 内总磁场 ， 特 别是铝液和阴极组 内的水平 电流。因此 ， 本次磁场 改造也将 内部电流场的优化考虑在内。考虑实际 情况 ， 本次只是对阴极棒与阴极的连接结构做适当 改变 ， 因为在不改变材料 的情况下 ， 阴极结构 的改 变会影响阴极压降和阴极热场。另外 ， 对 阴极 内衬 的保温 、 散热结构相应进行了调整 。经综合计算 ， 最终确定了优化的阴极结构 。通过规范底部保温 、 斜坡部位保温 、 槽大面保温 、 槽壳角部保温 、 侧块保 温 ， 增加钢棒绝缘涂层 ， 规范涂刷处理方式 ， 进行了 阴极结构优化。 优化后槽内铝液中磁场结果有明显改善 ， 铝液 流速极值降低， 电解槽内垂直磁场的“ 大斜坡” 状态 有明显改观， 电解槽稳定性提高。 4 应用效果 本母线优化方案先后在公司试验槽上实施 ， 首 台试验槽 2 3 7 电解槽于 2 0 1 5 年 4月 2 6日开始焙烧 启动。焙烧采用焦粒焙烧方法 ， 湿法启动 ， 整个过 程平稳顺利 ， 无异常现象 。启动后 ， 电解槽按常规 管理方法， 电压逐渐降低并进入正常状态。 为客观反映试验槽运行指标状况 ， 与 目前整体 电解槽 的平均值进行对 比。通过对磁流体试验槽 母线压接面的分析， 压接值均1 0 m V， 完全能够满 足生产需要 。完成母线安装后 ， 槽控机显示停槽压 降下降值逐渐增大 ， 呈 向好趋势 。由于增加了导电 母线的横截 面积 ， 电阻减小 ， 使得炉底压降下降， 试 验槽平均电压较普通电解槽降低7 0 m V 。由于电解 槽磁 场得 到优 化 ， 启动后 电压控制 比普通 电解槽 低， 为降低电耗提供了较大的空间。进入正常管理 期后 ， 电耗降低约 2 7 0 k W h ／ t ， 效益显著。 参考文献 [ 1 ] 刘杰， 李贺松 ， 解利方． 铝电解槽磁场优化方案研究[ J ] ． 轻金 属 ． 2 0 1 3 1 o 3 2 3 7 ． [ 2 3 岳玉龙． 3 5 0 k A电解槽优化技术改造实践[ J ] ． 轻金属， 2 0 1 4 4 3 6 3 9 ． [ 3 ] 缪韩 ， 李贺， 王刚． 高导电阴极钢棒铝电解槽焙烧启动实践 [ J ] ． 轻金属， 2 o 1 5 2 2 5 2 8 ． I 4 ] 冯文革 ． 大型铝电解槽节能技术分析[ J ] ． 轻金属 ， 2 0 1 3 3 31 3 3 ． [ 5 1 毛文军 ． 新式阴极钢棒结构电解槽的应用实践[ J ] ． 轻金属 ， 2 0 1 5 4 3 4 3 6 ． [ 6 ] 王有来 ， 邓文， 杨求思 ． 大型铝电解槽不停电改造母线技术与 实践 f J ] ． 轻 金属 ， 2 0 1 2 1 o 3 1 3 3 ． 上接 第 7 1 页 液压缸及阀块改造后原有控制系统 已不能满 足新功能的需求 ， 体现在液压平衡装置的加速减速 控制、 能量 回收和常规控制的切换 、 平衡压力控制 、 平衡装置 的位置锁定等方 面。改造后经过对 D C S 的修改， 完善了控制系统逻辑关系， 增加了在液压 缸、 蓄能器、 液压泵处的压力信号。 改造后的液压站减少了液压泵的开机数量 ， 降 低 了维护工作量 ， 同时新控制系统具备的故障诊断 功能 ， 根据对系统的各种参量进行采集 、 分析， 诊断 故障原因， 进行实时地显示、 报警和网络传输。 4 效益分析 系统改造设计后 ， 在热轧产线中修过程中完成 了步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用， 改 造后运行顺利完全替代 了原有液压 系统功能。大 幅降低 了加热炉工序的生产成本。加热炉液压系 统正常工作时只用 1 台工作油泵 功率l 1 0 k w ， 相 对于原系统减少了2 台油泵 ， 每年合计节约电费 1 1 8 ． 4 8 万元 。液压站的油品更换周期 由2 a 延长到 4 a 以上。液压系统故障率降低4 0 ％， 液压元件使用 寿命提高 3 0 ％。经过实际应用 ， 该技术节能效果高 达 6 6 ％， 经济效益显著。 参考文献 [ 1 ] 李泽焦 ， 宋树刚． 探究步进式加热炉液压系统的设计及其原 理[ J ] ． 中国机械， 2 0 1 4 1 2 1 7 8 1 7 9 ． [ 2 ] 邹扬举 ． 步进式加热炉电液控制系统分析与建模 [ D ] ． 合肥 合肥工、 l 大学 ， 2 0 1 3 ． 73