流體新技術在銅帶軋機上的應用

魏維剛，劉援朝，魏志毅，蘇 明

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

近年來，隨著電子信息產品制造業、日用家電業、汽車制造業等的高速發展，對高檔、高精度銅板帶材需求劇增，因此新建銅板帶軋機對板面質量的要求也越來越高。而流體系統作為軋機設備的重要組成部分之一，其技術也在不斷更新，以滿足銅板帶的質量要求。本文闡述了反沖洗過濾系統、正負彎輥平滑過渡系統等流體新技術在江西銅業中精銅帶軋機上的應用。

2 反沖洗過濾系統

采用軋制油作為潤滑冷卻介質的傳統過濾方式大多采用板式過濾機進行過濾，此過濾方式最大的缺陷是過濾精度低，名義過濾精度為5 μm，實際過濾精度要達到8～10 μm，使高精度銅板帶材的表面光亮程度和清洗作用受到制約。而采用反沖洗過濾系統，過濾流量大，過濾精度高，過濾精度可以達到0.5～5 μm，過濾后固體渣含量≤10 mg/L。該系統具有節能功能，不需要任何過濾輔助劑，減少了軋制油被污染的程度，日常維護簡單，濾芯壽命長，且可以再生，運行費用低等優點，可使銅板帶材的表面光亮度達到非常高的程度。反沖洗過濾系統工作原理如圖1所示(圖1給出了1個主過濾罐)。

軋制后的臟油回到污油箱，通過污油泵1從污油箱打到一級主過濾罐4，在一級主過濾罐經過濾芯過濾后，通過過濾泵5將干凈油抽回凈油箱，實現主過濾罐的正常過濾功能。本系統一級主過濾罐由三個獨立的過濾單元組成，過濾單元由罐體和多層分布的濾芯等組成，過濾原理為油液由濾芯外向濾芯內的微壓差過濾方式。正常工作時三個一級主過濾罐同時工作，進行反沖洗時，二個一級主過濾罐工作，另外一個一級主過濾罐處于反沖洗狀態。

圖1 反沖洗液系統原理圖Fig.1 Schematic diagram of backwashing filtering system

通過一級主過濾罐濾芯的過濾時間或濾芯的壓差來控制，實現一級主過濾罐濾芯的自動反沖洗功能。進行反沖洗時，該濾罐停止工作，進入反沖洗狀態，此時對應的主過濾罐的排放閥打開，過濾罐排空，輸送泵2啟動，將罐內的油液迅速打回污液箱中，而后打開反沖洗氣動控制閥，用潔凈的壓縮空氣從上而下逐層多次對濾芯進行反復間斷吹掃。通過氣動閥門的控制，可以實現全自動過程控制，每次吹掃時間為5～6 s。吹掃完畢后，主過濾罐的凈液控制閥門打開，通過凈液對過濾板進行沖洗。沖洗過程中，只要罐內底部液位高于沖洗設定的液位，則排污閥打開，由一級過濾罐排污泵將污油打入沉淀罐內的污油罐，整個反沖洗的時間約為30 min。反沖洗清洗工作完畢后，該罐進入自循環過程，此時對應的污油泵投入工作，相應的閥門打開，該罐進入自循環5～6 min后進入正常過濾工作狀態。

一級過濾罐反沖洗下來的污油通過過濾泵3打到殘渣油箱6進行分級沉淀，殘渣油箱中的油通過二次過濾泵8打到二次過濾罐7中，經過二次過濾的油通過回油管道與系統溢流管道匯合，返回到污油箱。二次過濾罐也有反沖洗功能，其基本過程和一級過濾罐相似。二次過濾罐反沖洗下來的油回到1號殘渣油箱，繼續進行分級沉淀和過濾。

殘渣油箱組分成3個油箱，底部都配備手動閥，可以實現放油功能，此類油可以通過手動泵排到殘渣污泥車中。

主要技術參數:

凈油系統總流量 Q=2 600 L/min

循環加熱泵 2臺(Q=1 000 L/min，P=0.2 MPa，N=1.1 kW)

污油系統總流量 Q=3 000 L/min

一級過濾罐 3臺(三臺工作按序反沖洗)

過濾罐公稱流量 2 700 L/min

每個罐濾芯數量 1 500個

過濾罐排空

泵Q=1 000 L/min，P=0.2 MPa，N=5.5 kW沉淀罐 1臺

泵Q=200 L/min，P=0.5 MPa，N=5.5 kW

沉淀罐總容積15 m3，其中污油罐6 m3，

沉淀罐6 m3，排油罐3 m3

二級過濾罐 1臺

過濾精度 0.005 mm

過濾罐公稱流量 200 L/min

濾芯數量 158個

壽命 半年

沉淀罐排渣

泵Q=40 L/min，P=0.1 MPa，N=3 kW

排渣罐容積 3 m3

3 正負彎輥平滑過渡系統

在傳統的液壓正負彎輥液壓控制系統中，為達到對稱控制板形的目的，通常正負彎輥由一個射流管電液伺服閥和一個三位四通電磁換向閥以及2個壓力傳感器組成進行壓力控制，正負彎輥的切換通過三位四通電磁換向閥換向來完成，切換時會存在一定的時間差，不能連續平滑過渡，而且有死區，不能根據帶材板形狀況達到所需的彎輥力，導致此段帶材板形不好，對成材率不利。

圖2為正負彎輥平滑過渡系統原理圖，正彎輥控制是由射流管電液伺服閥5和控制正彎輥狀態的電磁換向閥6以及壓力傳感器8組成進行壓力控制，疊加式溢流閥7用于最大正彎力的保護。負彎輥控制是由射流管電液伺服閥1和控制負彎輥狀態和電磁換向閥2以及壓力傳感器4組成進行壓力控制，疊加式溢流閥3用于最大負彎力的保護。在中精機牌坊操作箱上設有彎輥力大小調整電氣操作桿及彎輥力大小顯示屏，電氣操作桿的作用是實現彎輥力大小的給定，其中間位置為0，一直向上操作可到實際正彎力的最大，一直向下可到實際負彎力的最大。作如下定義:F正表示正彎力，F負表示負彎力，F平表示平衡力，F顯表示顯示的彎輥力即實際的彎輥力(范圍－200 kN～+200 kN)。當F顯=F正－F負＞0時顯示屏顯示正值，表示實際的正彎力，當F顯=F正－F負＜0時顯示屏顯示負值，表示實際的負彎力。

圖2 正負彎輥平滑過渡系統原理圖Fig.2 Schematic diagram of plus-minus bowed roller smooth transition system

當處于彎輥狀態時，電磁換向閥2，6，11的電磁鐵均將處于失電狀態，根據板形情況，手動操作電氣操作桿，完成彎輥力的給定，因為給定為0的狀態沒有實際的意義，并且系統在這一狀態也不易識別和控制，故約定:當F顯=F正－F負處于(+10～+200 kN)時，始終令F負=C1(C1值為一小的恒定值，其大小只要滿足負彎缸活塞能伸出即可)，該C1值射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4組成進行壓力閉環控制。在電氣控制時，系統采用PID調解器來對整個閉環控制進行調解。當手動操作電氣操作桿時，手動給定值與壓力傳感器實測值會形成一個差分值，系統將這個差分值進行PID運算，會得到一個射流管電液伺服閥的驅動電流值，此電流會驅動伺服閥的正負開口來使液壓系統達到新的平衡點，完成整個的壓力閉環控制(以下提到的壓力閉環控制均采用此方法);手動操作電氣操作桿，可在+10～+200 kN范圍內對正彎力進行連續調節，此時射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8對這一范圍內需要的正彎力進行壓力閉環控制，這實際上是兩個壓力閉環控制，一個是維持C1值恒定射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4組成的壓力閉環控制，另一個是在+10～+200 kN范圍內，射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8對所需要的負彎輥力進行壓力閉環控制。當F顯=F正－F負處于(－10～－200 kN)時，始終令F正=C2(C2值為一小的恒定值，其大小只要滿足正彎缸活塞能伸出即可)，該C2值射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8組成進行壓力閉環控制;手動操作電氣操作桿可在－10～－200 kN范圍內對負彎力進行連續調節，此時射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4對這一范圍內需要的負彎力進行壓力閉環控制，這實際上也是兩個壓力閉環控制，一個是維持C2值恒定射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8組成的壓力閉環控制，另一個是在－10～－200 kN范圍內，射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4對所需要的正彎輥力進行壓力閉環控制。

平衡狀態是正彎輥的一種特殊狀態，只在開機前穿帶時、斷帶保護時、帶尾甩頭軋制時及換輥時使用。和正彎的控制原理一樣，此時，F顯=F正－F負=F平。

換輥狀態時，液壓油經過節流閥9進行速度調節和減壓閥10進行壓力調節進入電磁換向閥11，當電磁鐵3YA得電，同時電磁換向閥2的電磁鐵1YA及電磁換向閥6的電磁鐵2YA均得電，使彎輥缸活塞縮回。

由上面的論述可知，在彎輥狀態，正、負彎輥的活塞均處于伸出位置，且處于工作狀態，根據帶材的板形狀況，只需操作電氣操作桿便可在－200 kN～+200 kN之間對彎輥力進行快速、連續的線性調節，不存在正負彎切換的時間差及過渡死區，并且操作更為簡便。但是，在設計時要考慮C1值和C2值均為額外的負載。

4 結語

反沖洗過濾系統及正負彎輥平滑過渡系統等流體新技術在江西銅業中精銅帶軋機上的成功應用，不僅提高了帶材的表面質量，同時具有高控制精度、高可靠性、高成材率、操作使用方便、軋制出的帶材板形好、易于維護等優點，故具有很大的推廣應用價值。

［1］ 胡邦喜．設備潤滑基礎［J］．北京:冶金工業出版社，2002．