冷精轧机组工艺润滑节能改造

颜 君

（上海华峰铝业股份有限公司，上海 201500）

0 引言

随着近年来国家对绿色节能可持续发展的重视，更提出了双碳政策，有色金属加工行业原本就属于高能耗产业，原有设备大都不能满足时下的国情及相关法规和政策。因此，在原有设备不影响其生产能力的情况下，提出有针对性的节能改造项目，达到举一反三目的，使关键性设备的能耗更低，进而降低生产成本，使产品在市场上更具竞争力。

1 设备概况

此次改造针对某1550 冷精轧机组，该设备由中色科技股份有限公司设计制造，于2012 年投产。轧机主要参数如下：轧机类型，四辊不可逆液压压下轧机；轧机规格，Φ310 mm/Φ800 mm×1550 mm；最高轧制速度，1100 m/min；轧制能力，将厚度1.5 mm（软料）及1 mm（硬料），宽900～1400 mm 的纯铝及铝合金料卷轧至厚度0.04 mm；工艺润滑介质，煤油基润滑介质，供油量3000 L/min。

2 工艺润滑系统原理及组成

工艺润滑系统用来供给轧辊的润滑和冷却，是冷轧机组的重要组成部分。该系统除了用于轧辊和带材轧制的润滑、冷却外，还用来控制轧辊辊形，与弯辊系统配合达到改善带材表面质量和板型的目的。系统组成包括：工艺润滑冷却泵站，喷嘴梁系统，精密板式过滤机，冷却器。

2.1 工艺润滑冷却泵站

工艺润滑冷却泵站主要配置在工艺油间，其内配有污油箱、净油箱、回油箱、过滤泵、供油泵、回油泵、冷却器、加热器及温度、压力、液位等检测仪表。

（1）工艺流程：从轧机集油槽收集的污油经回油管回流至回油箱内，回油箱液位到达液位计设定位置时启动回油泵将污油打到污油箱，再由污油箱过滤泵供给板式过滤机进行过滤，经过滤的净油流向净油箱，再由供油泵通过给油管路送给轧机，供油管路上设有冷却器，用以控制油液温度，后经喷嘴梁上的喷嘴喷射至轧辊表面达到润滑和冷却的作用。

（2）油箱的液位控制：各油箱均装有浮球液位计，检测需控制的液位以达到控制回油泵、供油泵、过滤泵启动停止的目的。所有控制液位点都有信号供轧机操作人员观测。

（3）系统压力控制：系统中设有笼式压力调节阀及管路压力检测元件。根据这些检测元件来控制所需管路压力的大小。

（4）系统连锁保护：整个系统在PLC 控制下工作，所有泵、加热器、电磁阀都有联锁保护。

（5）主要技术参数：净油供油压力，0.2～0.4 MPa；喷嘴处压力，喷嘴处压力可调0.4 MPa；供油温度，35～50 ℃（±5 ℃）。

（6）油箱技术参数：净油箱容积，25 m3；污油箱容积，25 m3；回油箱容积，20 m3。

（7）过滤器技术参数：板式过滤机的精度≤5 μm。

（8）回油泵（离心泵）技术参数：电机功率，55 kW；流量，4000 L/min；扬程，40 m；一供一备；电机转速，2900 r/min。

（9）净油泵（离心泵）技术参数：电机功率，75 kW；流量，3000 L/min；扬程，80 m；一供一备；电机转速，2900 r/min。

（10）过滤泵（离心泵）技术参数：电机功率，75 kW；流量，3600 L/min；扬程，55 m；一供一备；电机转速，2900 r/min。

2.2 喷嘴梁系统

喷嘴梁系统为轧辊提供工艺润滑、冷却，同时可以控制轧辊辊形，为分段冷却：支承辊分为3 段，工作辊喷嘴可单独控制，组合成若干种典型的喷射模式，其控制模式可以储存在控制系统中以备工作时选用，并可根据具体情况进行快速反馈和修正，用触摸屏进行直观显示和便捷操作。与弯辊系统配合达到改善带材表面质量和控制板形的目的。

2.3 精密板式过滤机

精密板式过滤机，用于轧机轧制过程中工艺润滑冷却液的过滤。它是保证工艺润滑冷却液达到足够的过滤精度，从而使轧制出来的产品表面质量满足技术要求的关键设备。精密板式过滤机由自动程序控制：预沉积—正常过滤（二次沉积）—自动报警（当需要换纸时）。用于正常过滤，直到换纸。

换纸过程由PLC 程序进行控制，当过滤箱脏污时，连接在过滤箱进油口的电节点压力表（设置0.4 MPa）发出信号，这时候轧机主操作台和过滤机的控制柜上显示过滤箱脏污信号，说明需要换纸，当操作手确认轧机停车后，按下“换纸按钮”。换纸流程为：吹扫上腔—吹扫下腔—再次吹扫，形成滤饼—提升过滤箱—启动运纸电机—走纸—走纸电机停止—压紧。

2.4 冷却器

冷却器使用进口板式冷却器，具备高性能、省空间、省能源、维护简单等许多优点。只需用简单的工具就可以轻易地装拆冷却器，所有的螺栓是滚制的并涂有防腐材料及润滑油。重型六角螺母使装拆更容易，而所有夹紧螺栓都在冷却器的侧面安装。

3 方案准备

回油泵由液位控制间断性启停，过滤泵和净油泵为常开状态，轧机有轧制时间和非轧制时间区分，主要是上卸卷等辅助时间。过滤必须具有连续性，所以过滤泵定频常开不做更改，只针对净油泵在处于非轧制时间进行节能改造。为了获得较真实的能耗数据，采用钳形电流表测量净油泵在不同轧制状态下的电流数据。

（1）轧制时间：①喷射梁压力6 bar（0.6 MPa），喷射梁阀门开启100%，电机运行电流90 A；②喷射梁压力6 bar（0.6 MPa），喷射梁阀门开启50%，电机运行电流85 A。

（2）非轧制时间：①穿戴准备时间，喷射梁压力6 bar（0.6 MPa），喷射梁阀门关闭，电机运行电流95 A；②其他等待时间，喷射梁压力0 bar（0 MPa），喷射梁阀门关闭，工艺润滑油通过旁通阀回净油箱，电机运行电流100 A。

从以上数据可以看出，轧制时间以外确实还有大量非轧制时间在损耗电能，而且离心泵本身具有的特性是负载越低电能损耗越大，因此非轧制时间的电能理论上能够节省下来。

4 改造方案

此台冷轧机组工艺润滑为2 台定量泵配定频电机，工作时通过笼式调节阀与压力传感器进行闭环控制，此类控制方式为旁路节流式调节，浪费了大量的电能与热能（图1）。因为电机一直处于满频工作状态，从油箱打出的油压一直处于系统额定压力状态，当操作人员设定喷射梁压力后，依靠笼式调节阀根据设定压力改变溢流量从而满足生产人员的需求。

图1 改造前的系统原理

具体改造方案是：保留原工艺润滑泵组（泵头及电机），只增加2 台市面主流的变频器来驱动泵组，更改原有的工艺润滑净油泵控制程序。工作时根据轧制状态与非轧制状态来区分泵组的工作状态，在轧制时工艺润滑油投入后根据操作人员设定的喷射梁所需的压力，驱动泵组的变频器与供油管路压力传感器进行PID 闭环控制（图2）。此类控制方式为容积式调节，用以替换原先使用的笼式调节阀的阀旁路节流式调节。根据所需的压力自动调整泵组的工况，有效节省电能、减少热能，也减轻了板式换热器工作压力，节省了冷却水的需求量。

图2 改造后的系统原理

为了直观展示改造效果，在改造后的工艺润滑柜门上加装智能电能表，并将此电能表的数据将通过Profinet 的通信方式送至原系统PLC 主站，并在HMI 人机界面中单独创建一个能耗监控子画面，方便长期的电能数据统计和分析。

容积式调节的优点是：①离心泵输出功率与通过油泵液体的流量有关，当采用变频控制调节转速时，不需要通过笼式调节阀旁路调节油压，流量得以减小，功率相应减小；②当喷射梁关闭后，采用低频控制电机，使电机输出功率进一步减小；③当喷射梁开启后，迅速提高电机转速，保证喷射梁压力在规定范围内。

5 效益评估

改造后根据实际监测，净油泵电机在非轧制状态时电机电流可以由100 A 降低至15 A，初步根据该冷精轧机每年运行时间300 d（按每天24 h 运行，65 d 电机未运行是根据以往经验折算的换纸时间、维修时间和无计划停机时间），每天非轧制时间按12 h 计算（根据现有数据统计分析轧制时间和运行准备时间各占50%），根据，可节省电能W≈2.0×105kW·h，即20 万度电能。

根据投入的改造成本和效益评估，该冷精轧机组正常运行1 年时间即可回收改造成本，后续将持续产生收益。并且改造后还有其他附带优点：①工艺润滑响应更加快速，带材板型更方便控制；②压力调整波动更平稳，调整量更小；③供油管路冲击更小，设备使用寿命更长。

6 结束语

实体经济企业成本中电力成本通常占比较高，降低该成本在当前具有重要意义，特别是高能耗的有色金属加工行业，节能降耗可从不同方面着手，如改造升级老旧设备、优化生产工艺流程、引入第三方企业出具整体的节能方案等。本文旨在起到抛砖引玉的目的地，同行业有类似工况的设备可以参考推广。