步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用

奚道鑫

（山钢股份济南分公司，山东济南250101）

步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用

奚道鑫

（山钢股份济南分公司，山东济南250101）

为降低能源、备件消耗，对步进式加热炉液压系统进行余压回收技术改造，增加皮囊蓄能器，改造了液压控制阀台，完善了控制系统，实现了重力势能回收利用，节能66%。

步进式加热炉；液压系统；余压回收；余能利用

1　前言

某钢铁企业热轧产线现有的步进式加热炉液压系统设计，是通过4台恒压变量泵来提供流量（开3备1）。因为负载不均衡，使得必须按照步进梁提升液压系统的最大功率配置设备，因此，常规的步进式液压系统在节能方面缺点较多。具体体现在装机功率大，电量消耗高；步进梁下降时的重力势能全部转化为热能，造成系统温度升高；油品老化过快，平均每2 a要更换1次新油，一次约8 m3；液压元件使用寿命低，备件消耗高［1］。为降低能源、备件消耗，对步进式加热炉液压系统进行余压回收技术改造，对重力势能回收利用。通过势能回收转化为压力蓄能存储到蓄能器中。当步进梁上升时，通过液压阀台和电控系统对所回收的能量进行释放并加以控制利用，最终实现步进梁所要求的上升、前进、下降、后退的动作循环。

2　改进思路

冶金企业钢轧产线上步进式加热炉是重要的组成部分，主要由步进梁、升降斜轨、固定梁和升降液压缸、平移液压缸等组成。加热炉内待轧坯的运动是通过步进梁的上移、前行、下降、后退的循环来完成的；步进梁的上移是通过升降液压缸来完成，下降靠自重完成；前进和后退靠平移液压缸很小的力就能完成［2］。

综合考虑加热炉的运行工况，如果能把步进梁下降时的重力势能回收利用，就可以大大降低泵的输出能量来完成提升动作，可以降低泵的工作数量和电能消耗；解决液压油温升快、油品劣化快的问题，降低液压元件的故障率。

为了回收利用步进梁下降时的重力势能，解决常规的步进式液压系统的电量消耗大等缺点，回收液压站余压，需将加热炉液压缸进行改造，并在每座加热炉液压站增设蓄能单元1组，将原液压缸1 进1出的结构改造为1进2出，其中增加液压油出口至蓄能器，用于储存系统回油能量，使液压系统具备回收能量的功能：当步进梁下降时，液压油进入蓄能器，使重力势能在蓄能器内储存；当步进梁上升时，蓄能器打开将能量释放，在液压泵的辅助下完成上升动作。

3　余压回收技术的应用

为实现改造目标，步进式加热炉液压系统余压回收技术的实施需要在加热炉停产状态下进行。每一套液压系统需进行设备优化配置。

该技术的核心是将液压油能量回收再供出的过程，为此增加由20个40 L的皮囊蓄能器组成的能量储存单元；并将具有能量回收作用的工作油缸组成能量回收单元，从而替代原有的加热炉液压缸、油箱；根据原有加热炉的设计，使改造后的液压站输出力和控制速度完全符合原有的加热炉液压缸。该技术不需更改机械结构和土建结构。通过能量回收单元对步进梁下降时的重力势能回收，并转化为压力蓄能存储到蓄能器中。当步进梁上升时，通过液压阀台和电控系统对所回收的能量进行释放并加以控制利用，最终实现步进梁所要求的上升、前进、下降、后退的动作循环。

该技术的实现需对液压控制阀台进行部分改造。改造后的阀台主要由比例阀、单向阀、插装阀、流量阀等组成，使液压控制阀台可以具备液压平衡装置的加速减速控制，达到加热炉运动平稳的目的，实现能量回收和常规控制的切换功能，从而使改造后的液压站可充分利用原有设备，提高设备可靠性。并可以根据不同生产状况下具备平衡压力及平衡装置位置锁定的控制功能，实现高频响应、多变量调节并实现闭环控制。

液压缸及阀块改造后原有控制系统已不能满足新功能的需求，体现在液压平衡装置的加速减速控制、能量回收和常规控制的切换、平衡压力控制、平衡装置的位置锁定等方面。改造后经过对DCS的修改，完善了控制系统逻辑关系，增加了在液压缸、蓄能器、液压泵处的压力信号。

改造后的液压站减少了液压泵的开机数量，降低了维护工作量，同时新控制系统具备的故障诊断功能，根据对系统的各种参量进行采集、分析，诊断故障原因，进行实时地显示、报警和网络传输。

4　效益分析

系统改造设计后，在热轧产线中修过程中完成了步进式加热炉液压系统余压回收技术的应用，改造后运行顺利完全替代了原有液压系统功能。大幅降低了加热炉工序的生产成本。加热炉液压系统正常工作时只用1台工作油泵（功率110 kW），相对于原系统减少了2台油泵，每年合计节约电费118.48万元。液压站的油品更换周期由2 a延长到4 a以上。液压系统故障率降低40%，液压元件使用寿命提高30%。经过实际应用，该技术节能效果高达66%，经济效益显著。

［1］李泽焦，宋树刚.探究步进式加热炉液压系统的设计及其原理［J］.中国机械，2014（12）：178-179.

［2］邹扬举.步进式加热炉电液控制系统分析与建模［D］.合肥：合肥工业大学，2013.

经验交流

TG155.1

B

1004-4620（2016）03-0071-01

2016-03-14

奚道鑫，男，1986年生，2013年毕业于济南大学自动化与电气工程专业，硕士。现为山钢股份济南分公司发展规划部工程师，从事项目管理工作。