冷精軋機組工藝潤滑節能改造

顏 君

（上海華峰鋁業股份有限公司，上海 201500）

0 引言

隨著近年來國家對綠色節能可持續發展的重視，更提出了雙碳政策，有色金屬加工行業原本就屬于高能耗產業，原有設備大都不能滿足時下的國情及相關法規和政策。因此，在原有設備不影響其生產能力的情況下，提出有針對性的節能改造項目，達到舉一反三目的，使關鍵性設備的能耗更低，進而降低生產成本，使產品在市場上更具競爭力。

1 設備概況

此次改造針對某1550 冷精軋機組，該設備由中色科技股份有限公司設計制造，于2012 年投產。軋機主要參數如下：軋機類型，四輥不可逆液壓壓下軋機；軋機規格，Φ310 mm/Φ800 mm×1550 mm；最高軋制速度，1100 m/min；軋制能力，將厚度1.5 mm（軟料）及1 mm（硬料），寬900～1400 mm 的純鋁及鋁合金料卷軋至厚度0.04 mm；工藝潤滑介質，煤油基潤滑介質，供油量3000 L/min。

2 工藝潤滑系統原理及組成

工藝潤滑系統用來供給軋輥的潤滑和冷卻，是冷軋機組的重要組成部分。該系統除了用于軋輥和帶材軋制的潤滑、冷卻外，還用來控制軋輥輥形，與彎輥系統配合達到改善帶材表面質量和板型的目的。系統組成包括：工藝潤滑冷卻泵站，噴嘴梁系統，精密板式過濾機，冷卻器。

2.1 工藝潤滑冷卻泵站

工藝潤滑冷卻泵站主要配置在工藝油間，其內配有污油箱、凈油箱、回油箱、過濾泵、供油泵、回油泵、冷卻器、加熱器及溫度、壓力、液位等檢測儀表。

（1）工藝流程：從軋機集油槽收集的污油經回油管回流至回油箱內，回油箱液位到達液位計設定位置時啟動回油泵將污油打到污油箱，再由污油箱過濾泵供給板式過濾機進行過濾，經過濾的凈油流向凈油箱，再由供油泵通過給油管路送給軋機，供油管路上設有冷卻器，用以控制油液溫度，后經噴嘴梁上的噴嘴噴射至軋輥表面達到潤滑和冷卻的作用。

（2）油箱的液位控制：各油箱均裝有浮球液位計，檢測需控制的液位以達到控制回油泵、供油泵、過濾泵啟動停止的目的。所有控制液位點都有信號供軋機操作人員觀測。

（3）系統壓力控制：系統中設有籠式壓力調節閥及管路壓力檢測元件。根據這些檢測元件來控制所需管路壓力的大小。

（4）系統連鎖保護：整個系統在PLC 控制下工作，所有泵、加熱器、電磁閥都有聯鎖保護。

（5）主要技術參數：凈油供油壓力，0.2～0.4 MPa；噴嘴處壓力，噴嘴處壓力可調0.4 MPa；供油溫度，35～50 ℃（±5 ℃）。

（6）油箱技術參數：凈油箱容積，25 m3；污油箱容積，25 m3；回油箱容積，20 m3。

（7）過濾器技術參數：板式過濾機的精度≤5 μm。

（8）回油泵（離心泵）技術參數：電機功率，55 kW；流量，4000 L/min；揚程，40 m；一供一備；電機轉速，2900 r/min。

（9）凈油泵（離心泵）技術參數：電機功率，75 kW；流量，3000 L/min；揚程，80 m；一供一備；電機轉速，2900 r/min。

（10）過濾泵（離心泵）技術參數：電機功率，75 kW；流量，3600 L/min；揚程，55 m；一供一備；電機轉速，2900 r/min。

2.2 噴嘴梁系統

噴嘴梁系統為軋輥提供工藝潤滑、冷卻，同時可以控制軋輥輥形，為分段冷卻：支承輥分為3 段，工作輥噴嘴可單獨控制，組合成若干種典型的噴射模式，其控制模式可以儲存在控制系統中以備工作時選用，并可根據具體情況進行快速反饋和修正，用觸摸屏進行直觀顯示和便捷操作。與彎輥系統配合達到改善帶材表面質量和控制板形的目的。

2.3 精密板式過濾機

精密板式過濾機，用于軋機軋制過程中工藝潤滑冷卻液的過濾。它是保證工藝潤滑冷卻液達到足夠的過濾精度，從而使軋制出來的產品表面質量滿足技術要求的關鍵設備。精密板式過濾機由自動程序控制：預沉積—正常過濾（二次沉積）—自動報警（當需要換紙時）。用于正常過濾，直到換紙。

換紙過程由PLC 程序進行控制，當過濾箱臟污時，連接在過濾箱進油口的電節點壓力表（設置0.4 MPa）發出信號，這時候軋機主操作臺和過濾機的控制柜上顯示過濾箱臟污信號，說明需要換紙，當操作手確認軋機停車后，按下“換紙按鈕”。換紙流程為：吹掃上腔—吹掃下腔—再次吹掃，形成濾餅—提升過濾箱—啟動運紙電機—走紙—走紙電機停止—壓緊。

2.4 冷卻器

冷卻器使用進口板式冷卻器，具備高性能、省空間、省能源、維護簡單等許多優點。只需用簡單的工具就可以輕易地裝拆冷卻器，所有的螺栓是滾制的并涂有防腐材料及潤滑油。重型六角螺母使裝拆更容易，而所有夾緊螺栓都在冷卻器的側面安裝。

3 方案準備

回油泵由液位控制間斷性啟停，過濾泵和凈油泵為常開狀態，軋機有軋制時間和非軋制時間區分，主要是上卸卷等輔助時間。過濾必須具有連續性，所以過濾泵定頻常開不做更改，只針對凈油泵在處于非軋制時間進行節能改造。為了獲得較真實的能耗數據，采用鉗形電流表測量凈油泵在不同軋制狀態下的電流數據。

（1）軋制時間：①噴射梁壓力6 bar（0.6 MPa），噴射梁閥門開啟100%，電機運行電流90 A；②噴射梁壓力6 bar（0.6 MPa），噴射梁閥門開啟50%，電機運行電流85 A。

（2）非軋制時間：①穿戴準備時間，噴射梁壓力6 bar（0.6 MPa），噴射梁閥門關閉，電機運行電流95 A；②其他等待時間，噴射梁壓力0 bar（0 MPa），噴射梁閥門關閉，工藝潤滑油通過旁通閥回凈油箱，電機運行電流100 A。

從以上數據可以看出，軋制時間以外確實還有大量非軋制時間在損耗電能，而且離心泵本身具有的特性是負載越低電能損耗越大，因此非軋制時間的電能理論上能夠節省下來。

4 改造方案

此臺冷軋機組工藝潤滑為2 臺定量泵配定頻電機，工作時通過籠式調節閥與壓力傳感器進行閉環控制，此類控制方式為旁路節流式調節，浪費了大量的電能與熱能（圖1）。因為電機一直處于滿頻工作狀態，從油箱打出的油壓一直處于系統額定壓力狀態，當操作人員設定噴射梁壓力后，依靠籠式調節閥根據設定壓力改變溢流量從而滿足生產人員的需求。

圖1 改造前的系統原理

具體改造方案是：保留原工藝潤滑泵組（泵頭及電機），只增加2 臺市面主流的變頻器來驅動泵組，更改原有的工藝潤滑凈油泵控制程序。工作時根據軋制狀態與非軋制狀態來區分泵組的工作狀態，在軋制時工藝潤滑油投入后根據操作人員設定的噴射梁所需的壓力，驅動泵組的變頻器與供油管路壓力傳感器進行PID 閉環控制（圖2）。此類控制方式為容積式調節，用以替換原先使用的籠式調節閥的閥旁路節流式調節。根據所需的壓力自動調整泵組的工況，有效節省電能、減少熱能，也減輕了板式換熱器工作壓力，節省了冷卻水的需求量。

圖2 改造后的系統原理

為了直觀展示改造效果，在改造后的工藝潤滑柜門上加裝智能電能表，并將此電能表的數據將通過Profinet 的通信方式送至原系統PLC 主站，并在HMI 人機界面中單獨創建一個能耗監控子畫面，方便長期的電能數據統計和分析。

容積式調節的優點是：①離心泵輸出功率與通過油泵液體的流量有關，當采用變頻控制調節轉速時，不需要通過籠式調節閥旁路調節油壓，流量得以減小，功率相應減小；②當噴射梁關閉后，采用低頻控制電機，使電機輸出功率進一步減小；③當噴射梁開啟后，迅速提高電機轉速，保證噴射梁壓力在規定范圍內。

5 效益評估

改造后根據實際監測，凈油泵電機在非軋制狀態時電機電流可以由100 A 降低至15 A，初步根據該冷精軋機每年運行時間300 d（按每天24 h 運行，65 d 電機未運行是根據以往經驗折算的換紙時間、維修時間和無計劃停機時間），每天非軋制時間按12 h 計算（根據現有數據統計分析軋制時間和運行準備時間各占50%），根據，可節省電能W≈2.0×105kW·h，即20 萬度電能。

根據投入的改造成本和效益評估，該冷精軋機組正常運行1 年時間即可回收改造成本，后續將持續產生收益。并且改造后還有其他附帶優點：①工藝潤滑響應更加快速，帶材板型更方便控制；②壓力調整波動更平穩，調整量更小；③供油管路沖擊更小，設備使用壽命更長。

6 結束語

實體經濟企業成本中電力成本通常占比較高，降低該成本在當前具有重要意義，特別是高能耗的有色金屬加工行業，節能降耗可從不同方面著手，如改造升級老舊設備、優化生產工藝流程、引入第三方企業出具整體的節能方案等。本文旨在起到拋磚引玉的目的地，同行業有類似工況的設備可以參考推廣。