自動保溫坑液壓系統設計及利舊分析

李剛 劉永旺 竇永平 劉衛東 楊穎

（武昆股份軋鋼廠）

0 引言

武昆股份煉鋼廠3#連鑄機與軋鋼廠高一線配套，大約33 %的鋼坯通過連接3#連鑄機出坯輥道和線材加熱爐上料輥道的熱送輥道線直接輸送入爐；其余約67 %的鋼坯在連鑄出批跨下線堆垛，通過過跨車進入線材原料跨，其中33 %的鋼坯入爐溫度約250 ℃，剩余部分為常溫入爐。這種出坯方式在轉運過程中存在著鋼坯熱量大量散失，熱坯冷卻后再常溫入爐二次加熱消耗大量煤氣增加了碳排放和成本，不符合當前“碳中和”的大勢。

為減少能源浪費，2022 年公司立項在高一線新建一座自動保溫坑，通過提升“熱裝率”，來減少煤氣消耗，從而降低生產成本。圖1 是自動保溫坑的項目布置圖。

圖1 保溫坑平面布置圖

為了有效盤活資產，減少項目投資，提出了利用高一線已有爐前液壓站作為壓力源，并利用本部現有舊閥臺作為閥臺的技術方案。本文主要對此利舊方案進行分析，并提出實施方法。

1 自動保溫坑工藝設備介紹

1.1 工藝介紹

從連鑄出來的鋼坯通過兩種路徑進入線材加熱爐：

路徑一：從3#連鑄出來的成組（根數不限）鋼坯經分鋼機分鋼后單根由原熱送線輸送并停留在提升機前輥道上，根據軋鋼節奏部分鋼坯直接提升入爐，當熱送線送來的鋼坯超出軋鋼的需求時自動剔除到往返臺架，由自動裝載機裝入保溫坑中保溫存放；

路徑二：從3#連鑄出來的成組（必須7 根）送至延長后的輥道上正對保溫坑位置；成組由自動裝載機直接從輥道上提取到新建往返臺架上，由往返臺架單根送上機前輥道后入爐，來不及入爐的鋼坯將成組從新建輥道組上提升進入保溫坑；

保溫坑內的鋼坯反裝入爐：連鑄機停澆后根據系統指令自動裝載機從指定坑內提取鋼坯放置到往返臺架，由往返臺架自動往前逐根放置到提升機下面的機前輥道上，再由提升機提升至上料輥道入爐。

圖2、圖3 為自動原有鋼坯入爐流程及自動保溫坑鋼坯入爐流程對比。

圖2 原有鋼坯入爐流程圖

圖3 增設保溫坑后鋼坯入爐流程圖

1.2 設備組成

要達到上述工藝流程，保溫坑項目由熱送直輥道、保溫坑本體、揭蓋機、裝載機、往返臺架、撥鋼機等主要設備組成：

（1）熱送直輥道

用于將鋼坯從鑄機輸送到保溫坑旁邊，7 根一組對齊，以備吊入保溫坑；熱送直輥道設2 支液壓推桿，用于將鋼坯側向推動整齊，方便裝載機（夾鉗）夾持，液壓推桿由輥道自帶。

（2）保溫坑本體

用于存放熱坯，防止鋼坯冷卻，帶可以吊運的保溫蓋。

（3）揭蓋機

用于將保溫坑上蓋子揭開或合上（不吊運坯時，保溫坑蓋起來防止坯冷卻）。

（4）裝載機

裝載機類似于升降夾鉗，用于吊運鋼坯（7根一組）

（5）往返臺架

往返臺架由固定收集臺架和往返機構組成，用于保溫坑與撥鋼機之間鋼坯運送；收集臺架為固定式，往返機構設有4 個托桿，托桿前進后退采用電動驅動齒輪齒條傳動通過一個同步軸由一臺電機驅動，每一個托桿下方設有一個支撐輪，支撐輪的升降由1 支液壓缸完成，液壓缸由往返臺架自帶。往返臺架結構原理如圖4 所示。

圖4 往返臺架結構原理圖

（6）撥鋼機

撥鋼機結構原理如圖5 所示。用于將鋼在往返臺架和原有鋼坯提升機之間撥料，每次一根，由1 支液壓液壓缸驅動，由撥鋼機自帶。

圖5 撥鋼機結構原理圖

由上述知，本系統有4 支液壓缸需要驅動，因此需要設計一套單獨的液壓系統，這正是本文的主要設計內容。

3 自動保溫坑液壓系統主要參數及回路選擇

3.1 液壓工況分析

（1）撥鋼機液壓缸參數

撥鋼機液壓缸型號為力士樂：CDH1MT4160/100/550A1XM1CSEMWA，XV=550，數量為兩支。查閱相關手冊知：其為差動缸活塞直徑Φ160 mm，活塞桿直徑Φ100 mm，行程550 mm。

（2）往返臺架液壓缸參數

往返臺架液壓缸型號為：CD250E180/125-300.01ADWA，活塞直徑180 mm，活塞桿直徑125 mm，最大行程（包括緩沖行程）300 mm，工作壓力16 MPa，油口尺寸ISO6162 SAE6000PSI DN32。

（3）熱送直輥道液壓缸參數

熱送直輥道液壓缸型號為：UG 21MPa Z 90/70-4SOQR，可知其最大工作壓力為21 MPa，活塞直徑90 mm，行程70 mm。

3.2 流量分析計算

查閱保溫坑設計參數，撥鋼機、往返臺架工進周期為6 S（無桿腔），熱送直輥道側向液壓缸工進周期為3 S，根據此計算：撥鋼機工進速度為：550/6=91.6 mm/s。往返臺架工進速度為：300/6=50 mm/s。熱送直輥道油缸工進速度為：70/3=23.33 mm/s。

（1）系統流量計算

由于自動保溫坑各部位液壓缸不在同一時間動作，且動作頻繁不高（與連鑄機配套），因此系統理論流量根據全部液壓油缸中最大油缸的流量。

液壓缸流量：Q=A×V

式中：A—液壓缸進油腔有效面積；V—液壓缸工作速度。

單支熱送直輥道液壓推桿流量：

單支往復臺架液壓缸流量：

單支撥鋼機液壓缸流量：

總的理論流量：

（2）泵參數選擇

泵的最大工作壓力計算公式為：pp≥p1max+ΣΔp，此處pp取液壓油缸工作壓力16 MPa，ΣΔp 取0.5 MPa，因此泵的最大工作壓力應大于16.5 MPa，根據《液壓工程師技術手冊》要求，為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25 %－60 %，因此最終取泵的最大壓力為20－25.6 MPa。

單臺液壓泵流量計算公式為：qvmax≥KΣ qvmax，在這里K 取1.1-1.3，取中間值1.2 得，qvmax≥1.2×110.45=132.54 L/min，由于采用“一用一備”的方式，故要求單臺液壓泵流量大于132.54 L/min。

3.3 液壓回路設計

（1）換向回路

由保溫坑工藝知，本液壓系統油缸有前進、后退兩個動作，同時要防止動作時受鋼材重壓而速度過快，應此選三位四通電磁換向，不需要鎖緊回路，如圖6 所示。

圖6 換向回路原理圖

（2）調壓回路

保溫坑液壓缸油均在恒壓下工作，但為保持系統壓力可調，采用溢流閥作為壓力調節閥。

（3）供油回路（液壓源回路）

液壓源回路如圖7 所示。保溫坑7 個油缸速度均不快，理論上可采用單個定量泵供油，但考慮到撥鋼機、往返臺架、直輥道油缸并不完全同時動作，同時，考慮到系統可靠性，故采用單臺定量泵，一用一備供油，一方面噪聲小，另一方面一臺油泵出現問題時可迅速切換到另一臺油泵。

圖7 液壓源回路圖

根據上述分析，保溫坑液壓系統原理圖設計如圖8 所示。

圖8 保溫坑液壓設計原理圖

4 液壓系統利舊可行性分析及實施

4.1 利舊的主要設想

根據軋鋼廠現有條件，利舊的主要設想是：由于保溫坑與現有爐前液壓站位置接近，故利舊現有爐前液壓站多余的流量作為壓力源；同時利用本部停產后舊閥臺作為控制閥臺。

4.2 液壓站利舊校核

（1）現有爐前液壓站主要技術參數如表1所示。

表1 現有液壓泵站主要參數表

由上述可知，已有爐前液壓泵站采用了2 用1 備的恒壓變量泵的方式，工作壓力為18 MPa，滿足自動保溫坑要求。

（2）流量校核：

爐前液壓站承擔著連鑄后推鋼機、提升機撥料裝置、爐前上料臺架推鋼機、剔除裝置的壓力油供油任務，相關流量如表2 所示。

表2 利舊前爐前液壓站供油流向表

由上述表可知，利舊前雖然表面上爐前液壓站已承擔供油流向累加最大值為423.3 L/min 大于設計2×180 L/min，但實際情況下如本文引言部分所述，冷坯與熱坯不同時送坯，亦即在供熱坯狀態總供油峰值為上表1、2、3、6 累計值201.9 L/min。

若加上保溫坑設備理論流后，爐前液壓站供油負載如表3 所示。

表3 利舊后爐前液壓站供油流向表

由上述表可知，利舊后雖然表面上爐前液壓站將承擔供油流向累加最大值為533.75 L/min 大于設計2×180 L/min，但實際情況下如本文引言部分所述，冷坯與熱坯不同時送坯，亦即在供熱坯狀態總供油峰值為上表1、2、3、6、7 累計值312.35 L/min。根據公式qvmax≥KΣqvmax，代入計算得2×180 ≥1.15×312.35，K 值為1.15，符合《液壓工程師技術手冊》K 值取1.1-1.3 的要求。

4.3 閥臺利舊分析

根據舊閥臺庫存條件，在同等工作壓力情況下，用于保溫坑的利舊閥臺原理如圖9 所示。

圖9 利舊閥臺原理圖

由圖9 與圖8 對比知：

（1）利舊閥臺2 與圖8 閥臺1 原理圖一致，利舊可行。

（2）圖9 利舊閥臺1 與圖8 并臺2 對比，利舊閥臺1 多了2 位四通換向回路，其余相同。如若利舊，可以在閥臺上將2 位4 通換向回路的液壓鎖出口端用堵頭堵住即可。

4.4 利舊分析結論

根據上述對比分析知：

（1）利用爐前液壓站作為壓力源泵站，壓力等級校核、可行。

（2）由于冷坯與熱坯不同時供應，且保溫坑液壓液壓缸不同時動作，利用爐前液壓站作為作為壓力源泵站，流量系數K 為1.15，滿足1.1-1.3的要求，可行。

（3）根據利舊閥臺換向回路原理圖分析，一個閥臺完全一致，另一個閥臺加裝堵頭后可用，利舊可行。

5 結語

（1）通過對現有液壓站流量、壓力進行核算，并對舊液壓設備原理進行分析，提出利用舊液壓系統與新建自動保溫坑結合的實施方式，可以滿足自動保溫坑使用要求。

（2）自動保溫坑運行過程中，利舊液壓系統沒有出現明顯的壓力波動，運行可靠，高一線熱裝率由32 %提升到75 %以上，大幅提高43 %，提升效果顯著。

（3）參照自動保溫坑投資概算，采用利舊液壓系統可節約投資約20 萬元。