變頻控制在鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統的應用

駱定光

(洛陽有色金屬加工設計研究院，河南 洛陽471039)

鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統主要是用來對軋輥進行潤滑和冷卻，在生產中可通過調節乳化液的濃度、溫度、壓力、流量以及噴射位置，對出口板型和板面質量進行有效的控制，是熱軋機組重要的組成部分。熱軋機和冷軋機、箔軋機不同，首先是每道次軋制時間很短，其次是熱軋機是可逆軋機，這就要求工藝潤滑噴嘴開關左右頻繁地切換，因此很容易造成系統壓力波動而達不到設備要求，而變頻控制可有效地緩解這種問題。下面以我院為某廠2400mm鋁板帶熱軋機設計的工藝潤滑系統為例，談談變頻控制在鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統中的應用。

系統技術參數：

供油流量：13000l/min

過濾流量：16000l/min

工作壓力：0.3～0.5MPa

工作介質：乳化液

乳液過濾方式：真空過濾機

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

凈油獨立冷卻、加熱循環

根據以上參數，系統配置如下：

供油泵：4500l/min 揚程70m 4臺(三臺工作，一臺備用)

過濾泵：8000l/min 揚程26m 3臺(二臺工作，一臺備用)

冷卻、加熱循環泵：6000l/min 揚程44m 2臺(一臺工作，一臺備用)

真空過濾機：8000l/min 2臺

加熱功率：P=CMΔt/h 取Δt=3℃ 則P=1050KW

加熱器：160KWx7臺=1120KW

冷卻器：板式冷卻器 熱側進、出口溫差Δt=3℃

傳統的設計方案如圖1。

從軋機回流的乳化液進入污油箱后，由兩臺過濾泵輸送至真空過濾機過濾，過濾后的凈乳化液流入凈油箱，然后由三臺供油泵輸送到軋機使用，為保證供油溫度穩定，由一臺冷卻、加熱泵與油箱熱電偶形成閉環控制對乳化液進行循環冷卻或加熱。此方案中，設有循環閥F1和供油閥F2，壓力傳感器和籠式調節閥F3形成閉環控制供油壓力，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，當軋機工作時，若不需要供油，則循環閥F1打開，供油閥F2關閉，若需要供油，則循環閥F1關閉，供油閥F2打開，為保證在切換時不造成管路憋壓，供油時，供油閥F2打開數秒后關閉循環閥F1，不供油時，循環閥F1打開數秒后關閉供油閥F2。

這種設計在實際應用中存在許多問題，尤其對于熱軋機這種大流量系統，氣動蝶閥和籠式調節閥的通徑都比較大，閥的動作時間也就相對較長，而熱軋機在軋制過程中會頻繁的開關乳化液，這就會因為閥的反應遲緩而造成系統管路振動和憋壓，時間一長系統的管路連接件就會松動造成泄漏，閥門也會經常損壞。因為閥的反應遲緩，還會造成系統噴液和關液不及時而影響板帶材質量。在以往的軋機中我們做過試驗，從噴乳液信號發出到噴嘴噴出乳液的時間大約需要4～5秒鐘，要穩定到設定壓力則還需要3～4秒鐘。如果工作時供油閥F2始終打開，用左噴閥F4和右噴閥F5來控制系統噴液和關液，則從噴乳液信號發出到噴嘴噴出乳液的時間大約需要2～3秒鐘，但要穩定到設定壓力則還是需要3～4秒鐘，但這種工作方式系統管路振動和憋壓非常嚴重。

圖1

在這次2400mm熱軋機工藝潤滑系統的設計中，為了解決傳統設計的缺陷，我們將供油泵電機采用變頻控制，與壓力傳感器形成閉環控制系統供油壓力，用三通閥作供油和循環的切換，用籠式調節閥作壓力緩沖調節。設計方案如圖2。

圖2

此方案中，用變頻電機作為主要調壓手段，變頻電機的響應速度較快，一般從壓力設定至穩定到目標值的時間不超過兩秒鐘，尤其是與籠式調節閥的配合使用，可大大減小系統壓力的波動。工作時系統由低壓力升到高壓力，只需變頻電機升速即可，系統由高壓力降到低壓力，單憑變頻電機的降速是遠遠不夠的，泵出口的高壓油必須有地方排泄，這時籠式調節閥就起到了關鍵的作用，通過PLC控制，籠式調節閥快速開啟一定的開口，對系統可以起到旁通泄油的作用，而且還對泵起到保護的作用，可有效降低變頻電機的變頻幅度。此方案在實際應用中，發現三通閥是影響系統響應速度的重要元件，因為該系統流量大，三通閥的體積也非常龐大，三通閥的動作也就非常緩慢，而與它同管徑的蝶閥的動作就快得多，所以，經過反復調試，我們采用如下控制方式：操作臺設“系統供油/系統循環”開關一個，用于控制三通閥F1的動作，設“軋機供油開/軋機供油關”開關一個，用于控制閥F4和閥F5。當軋機正常軋制時，開關“系統供油/系統循環”切換到“系統供油”狀態，此時三通閥F1與主油路接通，若軋機需要噴乳液，則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油開”，此時閥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，也有的軋機要求兩側同時噴)，若軋機要停止噴乳液，則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油關”，此時閥F4和閥F5關閉；當軋機長時間不工作時，開關“系統供油/系統循環” 切換到“系統循環”狀態，此時三通閥F1與循環油路接通。另外，在工作狀態中，籠式調節閥F3在PLC的控制下，始終都有一個固定小開口，在狀態切換或系統由高壓力降到低壓力時，為防止系統憋壓，PLC控制籠式調節閥F3先快速開啟一個較大的開口，然后漸變為一個固定小開口。在實際應用中我們發現，用這種變頻電機的控制方式，從噴乳液信號發出到噴嘴噴出壓力穩定的乳液的時間只需2秒鐘，而且在開關切換的過程中壓力沖擊很小，系統壓力過渡平穩，有效的延長了泵和閥的使用壽命，管路的泄漏也不再出現。另外，電機的能耗也大大降低了。

實際上，在此方案中，設置三通閥F1并沒有實際意義。若將三通閥F1去掉，則控制更簡單，我們只需在操作臺設置“系統供油/系統循環” 一個開關即可。當軋機正常軋制時，開關“系統供油/系統循環” 切換到“系統供油”狀態，此時閥F4或閥F5打開，若軋機要停止噴乳液，則開關“軋機供油開/軋機供油關” 切換到“軋機供油關”，此時閥F4和閥F5關閉。這樣，更降低了制造和維護成本。

總之，變頻控制在鋁板帶熱軋機工藝潤滑系統中的成功應用，不但解決了工藝潤滑系統中壓力波動問題，而且降低了成本和能耗，這種技術具有較好的推廣價值，也為我們日后的設計提供了參考。

[1] 上海大屯2400mm四輥熱軋機組合同技術附件