奚道鑫

（山鋼股份濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）

步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)余壓回收技術(shù)的應(yīng)用

奚道鑫

（山鋼股份濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）

為降低能源、備件消耗，對(duì)步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)進(jìn)行余壓回收技術(shù)改造，增加皮囊蓄能器，改造了液壓控制閥臺(tái)，完善了控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了重力勢(shì)能回收利用，節(jié)能66%。

步進(jìn)式加熱爐；液壓系統(tǒng)；余壓回收；余能利用

1　前言

某鋼鐵企業(yè)熱軋產(chǎn)線現(xiàn)有的步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是通過4臺(tái)恒壓變量泵來提供流量（開3備1）。因?yàn)樨?fù)載不均衡，使得必須按照步進(jìn)梁提升液壓系統(tǒng)的最大功率配置設(shè)備，因此，常規(guī)的步進(jìn)式液壓系統(tǒng)在節(jié)能方面缺點(diǎn)較多。具體體現(xiàn)在裝機(jī)功率大，電量消耗高；步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為熱能，造成系統(tǒng)溫度升高；油品老化過快，平均每2 a要更換1次新油，一次約8 m3；液壓元件使用壽命低，備件消耗高［1］。為降低能源、備件消耗，對(duì)步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)進(jìn)行余壓回收技術(shù)改造，對(duì)重力勢(shì)能回收利用。通過勢(shì)能回收轉(zhuǎn)化為壓力蓄能存儲(chǔ)到蓄能器中。當(dāng)步進(jìn)梁上升時(shí)，通過液壓閥臺(tái)和電控系統(tǒng)對(duì)所回收的能量進(jìn)行釋放并加以控制利用，最終實(shí)現(xiàn)步進(jìn)梁所要求的上升、前進(jìn)、下降、后退的動(dòng)作循環(huán)。

2　改進(jìn)思路

冶金企業(yè)鋼軋產(chǎn)線上步進(jìn)式加熱爐是重要的組成部分，主要由步進(jìn)梁、升降斜軌、固定梁和升降液壓缸、平移液壓缸等組成。加熱爐內(nèi)待軋坯的運(yùn)動(dòng)是通過步進(jìn)梁的上移、前行、下降、后退的循環(huán)來完成的；步進(jìn)梁的上移是通過升降液壓缸來完成，下降靠自重完成；前進(jìn)和后退靠平移液壓缸很小的力就能完成［2］。

綜合考慮加熱爐的運(yùn)行工況，如果能把步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢(shì)能回收利用，就可以大大降低泵的輸出能量來完成提升動(dòng)作，可以降低泵的工作數(shù)量和電能消耗；解決液壓油溫升快、油品劣化快的問題，降低液壓元件的故障率。

為了回收利用步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢(shì)能，解決常規(guī)的步進(jìn)式液壓系統(tǒng)的電量消耗大等缺點(diǎn)，回收液壓站余壓，需將加熱爐液壓缸進(jìn)行改造，并在每座加熱爐液壓站增設(shè)蓄能單元1組，將原液壓缸1 進(jìn)1出的結(jié)構(gòu)改造為1進(jìn)2出，其中增加液壓油出口至蓄能器，用于儲(chǔ)存系統(tǒng)回油能量，使液壓系統(tǒng)具備回收能量的功能：當(dāng)步進(jìn)梁下降時(shí)，液壓油進(jìn)入蓄能器，使重力勢(shì)能在蓄能器內(nèi)儲(chǔ)存；當(dāng)步進(jìn)梁上升時(shí)，蓄能器打開將能量釋放，在液壓泵的輔助下完成上升動(dòng)作。

3　余壓回收技術(shù)的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)改造目標(biāo)，步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)余壓回收技術(shù)的實(shí)施需要在加熱爐停產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行。每一套液壓系統(tǒng)需進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化配置。

該技術(shù)的核心是將液壓油能量回收再供出的過程，為此增加由20個(gè)40 L的皮囊蓄能器組成的能量?jī)?chǔ)存單元；并將具有能量回收作用的工作油缸組成能量回收單元，從而替代原有的加熱爐液壓缸、油箱；根據(jù)原有加熱爐的設(shè)計(jì)，使改造后的液壓站輸出力和控制速度完全符合原有的加熱爐液壓缸。該技術(shù)不需更改機(jī)械結(jié)構(gòu)和土建結(jié)構(gòu)。通過能量回收單元對(duì)步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢(shì)能回收，并轉(zhuǎn)化為壓力蓄能存儲(chǔ)到蓄能器中。當(dāng)步進(jìn)梁上升時(shí)，通過液壓閥臺(tái)和電控系統(tǒng)對(duì)所回收的能量進(jìn)行釋放并加以控制利用，最終實(shí)現(xiàn)步進(jìn)梁所要求的上升、前進(jìn)、下降、后退的動(dòng)作循環(huán)。

該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需對(duì)液壓控制閥臺(tái)進(jìn)行部分改造。改造后的閥臺(tái)主要由比例閥、單向閥、插裝閥、流量閥等組成，使液壓控制閥臺(tái)可以具備液壓平衡裝置的加速減速控制，達(dá)到加熱爐運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的目的，實(shí)現(xiàn)能量回收和常規(guī)控制的切換功能，從而使改造后的液壓站可充分利用原有設(shè)備，提高設(shè)備可靠性。并可以根據(jù)不同生產(chǎn)狀況下具備平衡壓力及平衡裝置位置鎖定的控制功能，實(shí)現(xiàn)高頻響應(yīng)、多變量調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

液壓缸及閥塊改造后原有控制系統(tǒng)已不能滿足新功能的需求，體現(xiàn)在液壓平衡裝置的加速減速控制、能量回收和常規(guī)控制的切換、平衡壓力控制、平衡裝置的位置鎖定等方面。改造后經(jīng)過對(duì)DCS的修改，完善了控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系，增加了在液壓缸、蓄能器、液壓泵處的壓力信號(hào)。

改造后的液壓站減少了液壓泵的開機(jī)數(shù)量，降低了維護(hù)工作量，同時(shí)新控制系統(tǒng)具備的故障診斷功能，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的各種參量進(jìn)行采集、分析，診斷故障原因，進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示、報(bào)警和網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4　效益分析

系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)后，在熱軋產(chǎn)線中修過程中完成了步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)余壓回收技術(shù)的應(yīng)用，改造后運(yùn)行順利完全替代了原有液壓系統(tǒng)功能。大幅降低了加熱爐工序的生產(chǎn)成本。加熱爐液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)只用1臺(tái)工作油泵（功率110 kW），相對(duì)于原系統(tǒng)減少了2臺(tái)油泵，每年合計(jì)節(jié)約電費(fèi)118.48萬元。液壓站的油品更換周期由2 a延長(zhǎng)到4 a以上。液壓系統(tǒng)故障率降低40%，液壓元件使用壽命提高30%。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，該技術(shù)節(jié)能效果高達(dá)66%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］李澤焦，宋樹剛.探究步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其原理［J］.中國(guó)機(jī)械，2014（12）：178-179.

［2］鄒揚(yáng)舉.步進(jìn)式加熱爐電液控制系統(tǒng)分析與建模［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

經(jīng)驗(yàn)交流

TG155.1

B

1004-4620（2016）03-0071-01

2016-03-14

奚道鑫，男，1986年生，2013年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程專業(yè)，碩士?，F(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司發(fā)展規(guī)劃部工程師，從事項(xiàng)目管理工作。