棒材厂二轧车间步进式加热炉液压节能装置

高紫文　郭高升　于德荣

摘 要：常规的步进式液压系统只能通过增加冷却器的冷却能力来保持液压系统的温度；液压站体积增大，由于泵的数量较多，导致整个油箱及附件加大；投资成本上升；能量消耗高。为了改善步进式加热炉液压系统以上缺点，设计了一种能量回收型的液压系统。

关键词：步进式；加热炉；液压节能装置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.069

1 主要内容介绍

步进式加热炉主要由步进梁、升降斜轨、固定梁和升降液压缸、平移液压缸等组成。主要结构示意如图1：

钢坯在加热炉内的运行，是通过步进梁的上升、前进、下降、后退的循环来完成的。步进梁的上升是通过升降液压缸来完成，下降靠自重就能完成。前进和后退靠平移液压缸很小的力就能完成。

常规的步进式加热炉液压系统设计，是通过几台恒压变量泵来提供流量。由于负载的不均衡，导致液压系统的最大功率只能按照步进梁提升时的最大功率来配置。因此，常规的步进式液压系统的缺点比较明显：装机功率大；步进梁下降时的重力势能全部转化为热能，导致液压系统发热，只能通过增加冷却器的冷却能力来保持液压系统的温度；液压站体积增大，由于泵的数量较多，导致整个油箱及附件加大；投资成本上升；能量消耗高。为了改善步进式加热炉液压系统以上缺点，设计了一种能量回收型的液压系统。

2 传统的步进式加热炉液压系统简介

2.1 概述

以棒材厂第二轧钢车间步进式加热炉为例，二轧车间步进式加热炉设计采用5台90KW的恒压变量泵，来驱动以下液压缸的动作：

步进机械提升液压缸： 280/200-1170*2，上升流量：333/min*2，下降流量：163 l/min *2；步进机械平移液压缸：1*200/140-640，前进流量：105l/min，后退流量：207l/min。

从以上参数可以看出，整个液压系统的负载状况很不平衡。步进梁上升时最大流量达到了666L/min。而平移的液压缸动作最大流量只有207l/min。为了保证加热炉的步进周期，液压系统只能按照最大流量来设计。

2.2 主要液压参数

系统压力：18Mpa，系统流量：780L/min，油箱容积：8m3，电机功率：90KW*4（其中四台工作、一台备用），循环泵电机功率：7.5kw*2，液压缸上升速度：90mm/s。

2.3 液压原理

如果能采取合适的方法地降低步进梁提升流量，便可以减少比例方向阀的通径。在保证步进周期的同时，降低成本，而且更便于维护。

3 能量回收加热炉改造方案

（1）功能概述。综合考虑加热炉的运动工况，如果给加热炉提升框架提供一个液压平衡装置，始终对加热炉的提升框架提供一个支撑力。这个支撑力可以平衡掉整个提升框架的重量和部分钢坯的重量。这样，液压系统就可以以较小的力来完成提升运动。这个液压平衡装置有以下特点：1）可以提供尽可能适应负载重量的平衡力。无论是加热炉处于负载增加状态还是负载减小状态。平衡力和负载相匹配；2）适应旧加热炉改造，从而不改变设备基础和框架的机械结构；3）较高的平衡效率，平衡效果越高，则节能效果越好；4）在减少液压系统提升力的同时也减小液压系统的流量，这样，整个液压系统电机、泵、油箱、过滤器、冷却器的参数都可以减少。

（2）能量回收型加热炉升降液压缸采用特殊的结构。用来实现步进机械的平衡。同时，能够实现小流量控制大液压缸的加减速控制。主要包括以下内容：1）能量储存单元；2）能量回收单元；3）液压控制阀台；4）电气控制系统；5）中间管线。

（3）改造范围。1）增加能量储存单元。能量储存单元采用皮囊蓄能器组。根据计算。选择40L的皮囊蓄能器20个。①足够大的容积； ②可靠地工作寿命； ③压力波动小；④平衡压力自适应于负载；2）能量回收单元。能量回收单元2个，即具有能量回收功能的液压缸，替代原有的加热炉液压缸，其输出力和控制速度完全符合原有的加热炉液压缸；3）液压控制阀台。改造需要更换部分液压控制阀台，阀台主要由比例阀、单向阀、插装阀、流量阀等组成。液压控制阀台主要完成以下功能：①液压平衡装置的加速减速控制功能；②能量回收和常规控制的切换功能；③平衡压力的控制功能；④平衡装置的位置锁定功能；4）电气控制系统。增加电气控制系统，主要实现以下功能：①液压平衡装置的加速减速控制功能；②能量回收和常规控制的切换功能；③平衡压力的控制功能；④平衡装置的位置锁定功能；⑤控制压力信号的采集和处理功能；⑥故障诊断功能；5）中间管线。增加部分中间管线。

（4）改造后效果。根据计算，改造后采用一台90KW的电机。即可完成加热炉的动作。改造成本通过节省的电能半年内回收。

参考文献：

[1]王飞伟，杨鹏飞，任源，彭常户.步进式加热炉温度均匀性研究[J].科技传播，2013（01）.

[2]孙延刚.黑体技术在步进式加热炉的应用[J].工业炉，2012（02）.

作者简介：高紫文（1981-），男，山东章丘人，本科，工程师，主要从事冶金设备管理工作。