變頻控制在鋁板帶熱軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)的應(yīng)用

駱定光

(洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽471039)

鋁板帶熱軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)主要是用來對(duì)軋輥進(jìn)行潤滑和冷卻，在生產(chǎn)中可通過調(diào)節(jié)乳化液的濃度、溫度、壓力、流量以及噴射位置，對(duì)出口板型和板面質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，是熱軋機(jī)組重要的組成部分。熱軋機(jī)和冷軋機(jī)、箔軋機(jī)不同，首先是每道次軋制時(shí)間很短，其次是熱軋機(jī)是可逆軋機(jī)，這就要求工藝潤滑噴嘴開關(guān)左右頻繁地切換，因此很容易造成系統(tǒng)壓力波動(dòng)而達(dá)不到設(shè)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(jī)設(shè)計(jì)的工藝潤滑系統(tǒng)為例，談?wù)勛冾l控制在鋁板帶熱軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)中的應(yīng)用。

系統(tǒng)技術(shù)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(zhì)：乳化液

乳液過濾方式：真空過濾機(jī)

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(jī)

凈油獨(dú)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(yáng)程70m 4臺(tái)(三臺(tái)工作，一臺(tái)備用)

過濾泵：8000l/min 揚(yáng)程26m 3臺(tái)(二臺(tái)工作，一臺(tái)備用)

冷卻、加熱循環(huán)泵：6000l/min 揚(yáng)程44m 2臺(tái)(一臺(tái)工作，一臺(tái)備用)

真空過濾機(jī)：8000l/min 2臺(tái)

加熱功率：P=CMΔt/h 取Δt=3℃ 則P=1050KW

加熱器：160KWx7臺(tái)=1120KW

冷卻器：板式冷卻器 熱側(cè)進(jìn)、出口溫差Δt=3℃

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖1。

從軋機(jī)回流的乳化液進(jìn)入污油箱后，由兩臺(tái)過濾泵輸送至真空過濾機(jī)過濾，過濾后的凈乳化液流入凈油箱，然后由三臺(tái)供油泵輸送到軋機(jī)使用，為保證供油溫度穩(wěn)定，由一臺(tái)冷卻、加熱泵與油箱熱電偶形成閉環(huán)控制對(duì)乳化液進(jìn)行循環(huán)冷卻或加熱。此方案中，設(shè)有循環(huán)閥F1和供油閥F2，壓力傳感器和籠式調(diào)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(dāng)軋機(jī)工作時(shí)，若不需要供油，則循環(huán)閥F1打開，供油閥F2關(guān)閉，若需要供油，則循環(huán)閥F1關(guān)閉，供油閥F2打開，為保證在切換時(shí)不造成管路憋壓，供油時(shí)，供油閥F2打開數(shù)秒后關(guān)閉循環(huán)閥F1，不供油時(shí)，循環(huán)閥F1打開數(shù)秒后關(guān)閉供油閥F2。

這種設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中存在許多問題，尤其對(duì)于熱軋機(jī)這種大流量系統(tǒng)，氣動(dòng)蝶閥和籠式調(diào)節(jié)閥的通徑都比較大，閥的動(dòng)作時(shí)間也就相對(duì)較長，而熱軋機(jī)在軋制過程中會(huì)頻繁的開關(guān)乳化液，這就會(huì)因?yàn)殚y的反應(yīng)遲緩而造成系統(tǒng)管路振動(dòng)和憋壓，時(shí)間一長系統(tǒng)的管路連接件就會(huì)松動(dòng)造成泄漏，閥門也會(huì)經(jīng)常損壞。因?yàn)殚y的反應(yīng)遲緩，還會(huì)造成系統(tǒng)噴液和關(guān)液不及時(shí)而影響板帶材質(zhì)量。在以往的軋機(jī)中我們做過試驗(yàn)，從噴乳液信號(hào)發(fā)出到噴嘴噴出乳液的時(shí)間大約需要4～5秒鐘，要穩(wěn)定到設(shè)定壓力則還需要3～4秒鐘。如果工作時(shí)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(guān)液，則從噴乳液信號(hào)發(fā)出到噴嘴噴出乳液的時(shí)間大約需要2～3秒鐘，但要穩(wěn)定到設(shè)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(dòng)和憋壓非常嚴(yán)重。

圖1

在這次2400mm熱軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，我們將供油泵電機(jī)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(diào)節(jié)閥作壓力緩沖調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)方案如圖2。

圖2

此方案中，用變頻電機(jī)作為主要調(diào)壓手段，變頻電機(jī)的響應(yīng)速度較快，一般從壓力設(shè)定至穩(wěn)定到目標(biāo)值的時(shí)間不超過兩秒鐘，尤其是與籠式調(diào)節(jié)閥的配合使用，可大大減小系統(tǒng)壓力的波動(dòng)。工作時(shí)系統(tǒng)由低壓力升到高壓力，只需變頻電機(jī)升速即可，系統(tǒng)由高壓力降到低壓力，單憑變頻電機(jī)的降速是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，泵出口的高壓油必須有地方排泄，這時(shí)籠式調(diào)節(jié)閥就起到了關(guān)鍵的作用，通過PLC控制，籠式調(diào)節(jié)閥快速開啟一定的開口，對(duì)系統(tǒng)可以起到旁通泄油的作用，而且還對(duì)泵起到保護(hù)的作用，可有效降低變頻電機(jī)的變頻幅度。此方案在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)三通閥是影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的重要元件，因?yàn)樵撓到y(tǒng)流量大，三通閥的體積也非常龐大，三通閥的動(dòng)作也就非常緩慢，而與它同管徑的蝶閥的動(dòng)作就快得多，所以，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，我們采用如下控制方式：操作臺(tái)設(shè)“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)”開關(guān)一個(gè)，用于控制三通閥F1的動(dòng)作，設(shè)“軋機(jī)供油開/軋機(jī)供油關(guān)”開關(guān)一個(gè)，用于控制閥F4和閥F5。當(dāng)軋機(jī)正常軋制時(shí)，開關(guān)“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)”切換到“系統(tǒng)供油”狀態(tài)，此時(shí)三通閥F1與主油路接通，若軋機(jī)需要噴乳液，則開關(guān)“軋機(jī)供油開/軋機(jī)供油關(guān)” 切換到“軋機(jī)供油開”，此時(shí)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(cè)，也有的軋機(jī)要求兩側(cè)同時(shí)噴)，若軋機(jī)要停止噴乳液，則開關(guān)“軋機(jī)供油開/軋機(jī)供油關(guān)” 切換到“軋機(jī)供油關(guān)”，此時(shí)閥F4和閥F5關(guān)閉；當(dāng)軋機(jī)長時(shí)間不工作時(shí)，開關(guān)“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(shí)三通閥F1與循環(huán)油路接通。另外，在工作狀態(tài)中，籠式調(diào)節(jié)閥F3在PLC的控制下，始終都有一個(gè)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(shí)，為防止系統(tǒng)憋壓，PLC控制籠式調(diào)節(jié)閥F3先快速開啟一個(gè)較大的開口，然后漸變?yōu)橐粋€(gè)固定小開口。在實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，用這種變頻電機(jī)的控制方式，從噴乳液信號(hào)發(fā)出到噴嘴噴出壓力穩(wěn)定的乳液的時(shí)間只需2秒鐘，而且在開關(guān)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(jī)的能耗也大大降低了。

實(shí)際上，在此方案中，設(shè)置三通閥F1并沒有實(shí)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(tái)設(shè)置“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)” 一個(gè)開關(guān)即可。當(dāng)軋機(jī)正常軋制時(shí)，開關(guān)“系統(tǒng)供油/系統(tǒng)循環(huán)” 切換到“系統(tǒng)供油”狀態(tài)，此時(shí)閥F4或閥F5打開，若軋機(jī)要停止噴乳液，則開關(guān)“軋機(jī)供油開/軋機(jī)供油關(guān)” 切換到“軋機(jī)供油關(guān)”，此時(shí)閥F4和閥F5關(guān)閉。這樣，更降低了制造和維護(hù)成本。

總之，變頻控制在鋁板帶熱軋機(jī)工藝潤滑系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，不但解決了工藝潤滑系統(tǒng)中壓力波動(dòng)問題，而且降低了成本和能耗，這種技術(shù)具有較好的推廣價(jià)值，也為我們?nèi)蘸蟮脑O(shè)計(jì)提供了參考。

[1] 上海大屯2400mm四輥熱軋機(jī)組合同技術(shù)附件