CN1911545A - 热轧钢板连轧机工艺润滑系统 - Google Patents

Abstract

一种热轧钢板连轧机工艺润滑系统，属金属轧制领域。包括供油单元、喷射单元和连接上述组件的管路，在供油单元和喷射单元之间，设置供水单元和油水混合单元，在供油单元出口端设置受控换向单元，供油单元输出端经过受控换向单元之一路输出端与油水混合单元一输入端连接，供水单元的输出端与油水混合单元另一输入端连接，油水混合单元的输出端经管路与喷射单元连接，受控换向单元另一路输出与供油单元中的油箱连接，能动态的反应显示、记录整个工艺润滑系统的工作状况其喷射液体之油、水混合比例可根据工艺需要方便地进行调节，能适应上、下切水板不同的磨损情况，整个热轧装置的生产效率得到明显提高，特别适用于对现有热连轧机组进行技术改造。

Description

热轧钢板连轧机工艺润滑系统

技术领域

本发明属于金属的轧制领域，尤其涉及一种用于钢板热轧机械的工艺润滑装置。

背景技术

在轧钢厂，以连铸板坯或初轧板坯作原料，经加热炉加热后，送入连轧机进行连续的多道轧辊之轧后，即可轧成薄板材(亦称直发板)；将直发板经切头、切尾处理后，再切板或重卷，即成为热轧钢板(卷)产品；如对其再进行切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后，再切板或重卷，即可制得热轧钢板、平整热轧钢卷、纵切带等产品；热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷，该产品有局部替代冷轧板的趋向，价格适中，深受广大用户喜爱。

热轧钢板的连轧机组，一般由七组轧辊组成。加热到1000℃左右的钢坯，经过七组轧辊的连续辊制，即可成为成品板材。

在轧钢过程中，为了减小轧辊与轧材之间的磨擦力，降低轧制力和功率消耗，使轧材易于延伸，控制轧制温度，提高轧制产品质量，必须在轧辊和轧材接触面间加入润滑冷却液，以在高温轧件与轧辊辊面间形成润滑油膜，通过润滑油膜降低辊面的磨损并提高轧件的表面质量，这一过程就称为轧钢工艺润滑。

提高热轧带钢机组的产量、降低消耗、提高生产率，这是轧钢工艺中一件极为重要的事；各国实践已经证明，使用热轧油能显著减少轧辊的磨损，降低电耗、改善钢板表面质量，提高生产率。

公告日为2003年9月24日，公告号为CN 2574794Y的中国专利，公开了“一种热轧带钢轧制的润滑装置”，其在轧机入口上切水板下方与入口下切水板上方各安装一排热轧制油喷射集管，在轧机入口侧导板的两侧各安装两个喷嘴，采用工作辊板道部分润滑与带钢边部润滑联合的形式，既能改善工作辊板道部分的表面状态，又能减小工作辊与带钢边部接触区的磨损，同时也提高了热轧制油的利用率。

但由于其只能对工作轧辊板道喷射热轧制润滑油，进而带来生产运行成本较高，存在废油回收处理较困难，排放废液影响环境等诸多不足；同时，其未能解决由于上、下切水板磨损导致喷嘴与上、下轧辊之间距离发生变化而带来的各喷嘴之喷射区域之间发生间断的问题，实际使用过程中，特别是在上、下切水板磨损尺寸较大后，各喷嘴之喷射区之间发生间断现象明显，影响使用效果。

公告日为1998年9月2日，公告号为CN 1039631C的中国专利中公开了一种“热轧轧辊的工艺润滑方法”，其实施例中所公开的控制系统(参见其说明书第2、3、4页和附图)采取如下的工作方式：在轧辊的前、后侧均设置热金属检测器(25)、(26)，在轧辊(35)上设置轧制压力传感器(36)，在喷嘴上设置电磁阀(17)～(24)，只有当轧机入口侧的热金属检测器和压力传感器都发出“到位”信号时(即轧辊工作时)，才开启该电磁阀，将油水混合液直接喷射到轧辊辊面上，否则经管路和针形阀(27)、(29)将油水混合液送回油箱中。

该控制系统存在下述问题：

(1)控制上属于老式的继电器联锁控制，比较落后，而且未能利用轧钢机的相关控制信号，需要单独设置热金属检测器和压力传感器，故障率较高；

(2)系统的可扩展性差，只能适用于全部喷油的工艺润滑系统，不适合现在的油水混合乳化润滑液喷射系统；

(3)没有流量控制、检测和显示，不能动态的调节、显示、记录整个工艺润滑系统的工作状况，不利于操作和调整工艺运行参数；

(4)所有信号只能就地使用，无法远传和集中控制，不适应自动化程度日益提高的轧钢机之控制的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其喷射液体为油水乳化液且油、水混合比例可根据工艺需要方便地进行调节，制造和运行成本低廉，回收处理简便、环保，能动态的反应、显示、记录整个工艺润滑系统的工作状况，能充分利用轧钢机现有的相关控制信号，系统的可扩展性好，集控程度高，能解决由于上、下切水板磨损导致喷射嘴与上、下轧辊之间距离发生变化而带来的各喷射嘴之喷射区域之间发生间断的问题，既可明显降低轧辊和被轧钢板之间的磨擦系数，又能使热轧钢板连轧机组的可轧制宽度增加，精轧工作辊辊耗降低，单根轧辊的轧制公里数延长，能适应上、下切水板不同的磨损情况，整个热轧装置的生产效率得到明显提高，特别适用于对现有热连轧机组进行改造。

本发明的技术方案是：提供一种热轧钢板连轧机工艺润滑系统，包括由油箱和供油加压泵机组构成的供油单元、设置在各轧辊之上切水板/下切水板之下/上方的喷射单元、连接上述组件的管路和控制单元，其所述的喷射单元由数个间隔设置的喷射嘴构成，其特征是：所述的供油加压泵机组由齿轮式计量泵及其相应的连接管路构成；在供油单元和喷射单元之间，设置由水泵及其相应连接管路构成的供水单元和油水混合单元，在供油单元之出口端设置电控换向单元；所述供油单元的输出端经过电控换向单元之一路输出端与油水混合单元的一个输入端连接，供水单元的输出端与油水混合单元的另一个输入端连接，油水混合单元的输出端经管路与喷射单元连接；电控换向单元的另一路输出与供油单元中的油箱连接；其控制单元包括一带有显示模块的中央控制模块、设置在供油单元泵输出端的第一压力检测/远传模块、设置在供水单元泵输出端的第二压力检测/远传模块、电控流量调节模块、流量检测/远传模块和电磁通/断控制模块以及设置在喷射单元第三压力检测/远传模块；上述各模块之信号输出端或控制端分别与中央控制模块的I/O端口对应连接。

上述喷射单元各喷射嘴喷出之液体的扇形喷射面之间存在一重叠区域，其重叠区域在沿被轧钢件前进方向上的长度尺寸，大于上切水板和/或下切水板的可磨损尺寸。

具体的，其油水混合单元为静态混合器，其电控换向单元为电磁式换向阀。

其中央控制模块的I/O端口与连轧机控制系统中的“咬钢”信号输出端、“抛钢”信号输出端和报警信号输入端连接。

其显示模块为触摸屏式显示器，其中央控制模块为PLC工控机。

其电控换向模块为电动式或电磁式换向阀；其电控流量调节模块为电动调节阀；其电磁通/断控制模块为电磁阀。

其第一、第二或第三压力检测/远传模块为电接点压力表、压力变送器或差压变送器，其流量检测/远传模块为转子流量计、差压式流量计、涡轮流量计或电磁流量计。

此外，在所述油箱中设置加热装置，加热装置为电加热器或蒸汽加热盘管。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.在供油单元输出端设置电控换向模块和在供水单元输出端设置流量调节模块，采用油水混合后形成的润滑乳化液作为喷射液体，使得其能根据工艺需要对所喷射之润滑液中的油、水比例进行及时调节，制造和运行成本低廉；

2.各喷射嘴喷出液体的扇形喷射面之间存在一重叠区域，避免了因上、下切水板磨损导致喷射嘴与上、下轧辊之间距离发生变化而带来的各喷射嘴之喷射区域之间发生间断的问题，可以更好地适应实际生产的需要；

3.采用计量泵作为供油泵，能准确控制润滑液中的含油量；

4.通过各压力检测/远传模块和流量检测/远传模块，能动态的反应显示、记录整个工艺润滑系统的工作状况；

5.只引入了轧钢机现有的两个相关控制信号，使得其与轧钢机现有的控制系统之关联程度减少到了最小；

6.采用油水混合乳化液作为喷射液体，既可明显降低轧辊和被轧钢板之间的磨擦系数，又能使热轧钢板连轧机组的可轧制宽度增加，精轧工作辊辊耗降低，单根轧辊的轧制公里数延长，减小了停机换辊的次数，生产效率得到明显提高，况且其喷射液体的回收、处理设备和工艺简洁、环保，特别适用于对现有连轧机组进行技术改造。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2是各喷射嘴的扇形喷射面之间的重叠关系示意图；

图3是本发明实施例的系统结构示意图；

图4是本发明另一实施例的系统结构示意图；

图5是本发明控制单元与工艺设备的连接关系示意图；

图6是本发明的电路结构方框图。

图中A为供油单元，1-1为油箱，1-2为油泵，B为喷射单元，2-1、2-2为上切水板和下切水板，2-3、2-3-1、2-3-2、2-4为喷射嘴，2-5、2-6为各喷射嘴喷出液体的扇形喷射区域，C为供水单元，3-1为水泵，D为油水混合单元，4-1为静态混合器，E为电控换向模块，5-1为电磁换向阀，F、G为上下轧辊，H为被轧钢材，L为上/下切水板的最大可磨损尺寸，L′为重叠区域在沿被轧钢件前进方向上的长度尺寸，6、7为第一、第二压力检测/远传模块，8为电控球阀，9为电远传流量计，10为电磁阀，11-1、11-2均为第三压力检测/远传模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本技术方案包括由油箱1-1和供油加压泵机组1-2构成的供油单元A、设置在各轧辊之上切水板2-1/下切水板2-2之下/上方的喷射单元B和连接上述组件的管路，其喷射单元由数个间隔设置的喷射嘴2-3、2-4构成，在供油单元A和喷射单元B之间，设置由水泵3-1及其相应连接管路构成的供水单元C和油水混合单元D，在供油单元之输出端b设置电控换向模块E，供油单元的输出端经过电控换向模块之一路输出端d与油水混合单元的一个输入端i连接；供水单元的输出端g与油水混合单元的另一个输入端h连接；油水混合单元的输出端j经管路与喷射单元连接；电控换向模块的另一路输出e与供油单元中的油箱连接。

具体的，其供油加压泵机组由齿轮式计量泵及其相应的连接管路构成，在计量泵的输出端设置有单向阀(图中未示出)。

其油水混合单元为静态混合器4-1。

在油箱中设置有加热装置(图中未示出)，加热装置可选电加热器或蒸汽加热盘管。

其电控换向模块为电动式或电磁式换向阀5-1，也可以选用其他种类的一进两出的电磁式切换阀门。

设置电控换向模块后，供油加压泵机组就不必频繁的启动，并可保证油压和油流量的稳定，使整个系统工作正常运行。

对油箱中的油进行加热，可降低油的粘度，加快液体的对流与扩散，加速油水分子间的热运动，减少管道阻力，提高乳化效果。

静态混合器的混合过程是靠固定在管内的混合元件进行的，由于混合元件的作用，使流体时而左旋时而右旋，不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。

其油水混合单元还可以采用诸如紊流乳化装置、超声波乳化装置或振击乳化装置或磁乳化装置，采用射流乳化或紊流乳化复合技术，加强了乳化效果；亦可采用超声乳化技术或振击乳化技术对乳化液进行超细乳化，或采用磁乳化技术提高乳化液的稳定性，由于上述乳化技术和设备均为现有技术，在此不再叙述。

实际设计和安装使用时，为了适应轧钢机连续化不间断生产的需要，其供油单元A中的供油泵1-2和供水单元C中的供水泵3-1均可采用双机并联、一用一备的机组形式，以保证装置的供油/供水压力。由于双机并联、一用一备的机组形式为现有技术，其设备的具体关系和管路设置在此不再叙述。

实际工作过程简述：

水从总管通过水泵进入静态混合器的h端(水输入端)。

从油箱中出来的油，被送入齿轮式计量泵；此泵每转一圈。可以精确的输出规定体积的液体，通过准确的控制计量泵电机的转速，即可精确控制油的流量，进而达到油、水混合比例可根据工艺需要方便地进行调节的目的；同时，利用计量泵又对其输出的油进行加压，以便于乳化。

从计量泵输出的油进入换向阀的c端，如“咬钢”(就是加热后的钢厚钢板开始进入轧辊的信号)信号未到，则油从c端入e端出，再经回油管回到油箱。由于采用了上述管路结构形式，故在供油和回油管路、油箱、供油泵中的油中均不含水份，这样可以保证油质不会发生变化，保证润滑质量。

当装置收到轧钢机的“咬钢”信号时，换向阀动作，其c端与d端接通，加压后的油被送入静态混合器的i端(油输入端)；高压的油与低压的水在混合器里变成混合匀均的乳化液，最后从混合器的出口端j(乳化液输出端)输出；“抛钢”信号(即钢板离开轧辊的信号)一到，则换向阀恢复原状，油仍经e端回到油箱。

上述的“咬钢”和“抛钢”信号由轧钢机的控制系统提供。

当装置收到轧钢机的“咬钢”信号时，混合后的乳化液，在控制阀的作用下，经过管道到达设备现场，经三通分成两路，然后分别经过一段金属软管进入上/下集水管，通过各组喷射嘴(喷射嘴数量视轧钢宽度而定)均匀的喷射在上切水板下面的上轧辊上和下切水板上面的下轧辊上，从而起到润滑作用。当收到“抛钢”信号后，在控制阀的作用下，停止喷射。

图2中，通过控制各喷射嘴之间的间隔距离，使得喷射单元各喷射嘴(图中以2-3-1、2-3-2为例)喷出液体的扇形喷射面2-5、2-6之间存在一重叠区域，其重叠区域在沿被轧钢件前进方向A上的长度尺寸L′，大于上切水板和/或下切水板的可磨损尺寸L。

上切水板和/或下切水板与轧辊(图中以F表示)发生摩擦，当随着使用时间的延长而产生磨损，导致其可磨损部分越来越短时，其尺寸L亦会越来越小，由于扇形喷射面2-5、2-6之重叠区域在沿被轧钢件前进方向A上的长度尺寸L′大于上/下切水板(图中以2-1表示)的可磨损尺寸L，从而避免了了因上、下切水板磨损导致喷射嘴与上、下轧辊之间距离发生变化而带来的各喷射嘴之喷射区域之间发生间断的问题，可以更好地保证润滑效果，真正满足生产现场的实际需要。

图3中，从油箱中输出的油先经油泵1-2-0加压后被送至供油总管1-3，再输送至各分工作站，各分工作站内的设备组成同图1，不再叙述。

从各分工作站切换阀回流的油经过总回油管1-4返回油箱1-1。

其余同图1。

本图与图1相比，其区别在于对各套喷射单元或各组喷射嘴分别对应设置了一套如图1所示的供油、油水混合单元和换向单元，这样可以精确地控制各组喷射单元所用之乳化液中油、水的混合比例和乳化润滑液喷/停止射时间，降低生产运行成本。

实际设计和安装使用时，为了适应轧钢机连续化不间断生产的需要，其供油单元中的供油泵1-2-0和各供水单元Cn中的供水泵均可采用双机并联、一用一备的机组形式，

采用本图之系统，对于1500mm的热轧机，每组轧辊每分钟流量可以控制在100L±15L，其油水混合比例需根据轧机的不同和/或轧制钢板品种的不同而现场调节，一般情况下是控制在1∶50～1∶500之间，其喷射压力可控制在0.15～0.5MPa之间。

通过采取上述技术方案和运行参数，本装置的耗油量可以达到每吨钢小于0.15±0.02kg，因此生产运行成本是相当低廉的，由于乳化液中含油量很低，且其中所含的油份遇到高温轧钢件会迅速挥发，故其废液中几乎不含油，给乳化液的回收、废水处理减轻的压力，所需的回收、处理设备和工艺简洁，有利于环保。

在现场试验过程中，采用本技术方案后，明显降低了轧辊和被轧钢板之间的磨擦系数，轧钢机的电机负荷比原来可降低10±3％，减少了电费支出。同时，使得轧钢机的可轧制宽度增加了约10％(如某轧厂原先只能轧800mm宽的板，使用本装置后现可轧近900mm宽的板)，明显延长了精轧辊的工作寿命，精轧辊的消耗降低了25±10％(与不使用轧制润滑的条件相比较，下同)，轧制公里延长30±10％，延长了轧辊的寿命；同时减少了停机换辊的次数(一般情况下，换一次辊需10～12个小时)，从而使轧机增加了产量，生产效率明显提高，降低了生产成本，提高了企业的综合经济效益，故特别适用于对现有热轧钢机的技术改造。

图4中，作为另一实施例，供油单元A的输出端可经过一个电控换向模块B与至少两个油水混合单元Di的一个输入端分别对应连接，各油水混合单元的另一个输入端再分别与一个供水单元Ci的输出端对应连接，各油水混合单元的输出端又分别与一个喷射单元Bi或一组喷射嘴对应连接。

本图所示装置结构与前图相比，简化了供油单元的构成和管路结构，降低了设备的一次性购置费用，减轻了用户负担，特别适用于对运行参数要求不高、对润滑乳化液之含油量要求不高的场合。

图5中，在供油泵1-2的输出端设置第一压力检测/远传模块6；在供油泵和静态油水混合器4-1之间，设置电磁换向阀5-1；在供水泵3-1的输出端设置第二压力检测/远传模块7、电控球阀8、电远传流量计9和电磁阀10；在喷射单元各组喷嘴2-3、2-4的管路上分别设置第三压力检测/远传模块11-1、11-2。

图6中，本技术方案之控制单元设置了一带有显示模块的中央控制模块，在供油单元泵的输出端设置第一压力检测/远传模块，在供油单元泵和油水混合单元之间，设置电控换向模块，在供水单元泵的输出端设置第二压力检测/远传模块、电控流量调节模块、流量检测/远传模块和电磁通/断控制模块，在喷射单元设置第三压力检测/远传模块，上述各模块之信号输出端或控制端分别与中央控制模块的I/O端口对应连接。

进一步的，其计量泵的控制端与变频调速模块连接，变频模块的控制端与中央控制模块的I/O端口对应连接；其中央控制模块的I/O端口与连轧机控制系统中的“咬钢”信号输出端、“抛钢”信号输出端和报警信号输入端连接。

具体的，其显示模块为触摸屏式显示器；其中央控制模块为PLC工控机、嵌入式PC机、DSP数字信号处理器电路、SCM单芯片微控制器电路、MCU微控制器电路、PLD可编程逻辑器电路或单片机电路；其电控换向模块为电动式或电磁式换向阀；其电控流量调节模块为电动调节阀；其电磁通/断控制模块为电磁阀；其第一、第二或第三压力检测/远传模块为电接点压力表、压力变送器或差压变送器；其流量检测/远传模块为转子流量计、差压式流量计、涡轮流量计或电磁流量计。

上述各电路或装置均为现有技术，其具体工作原理、线路和连接关系在此不再叙述。

在供油泵、供水泵的输出管路以及喷嘴的连接管路上加装压力变送器，在供水泵的输出端设置可电远传数字信号的流量计，将各关键点的运行参数远传到位于操作控制室的中央控制模块中，则在控制室可及时掌握各点的工作情况；同时，这些数据又被中央控制模块之PLC工控机作为整个装置工作是否正常的判断、比较依据，亦可将运行数据存储备查或生成运行曲线。

在供水泵的输出端设置电动调节阀(例如，电动球阀)，用以控制其出水量。

本方案的控制装置不加入原有轧钢机的控制系统，即使本系统出严重故障，也不影响轧钢系统原有控制系统的正常运行。

本系统之控制部分采用用一台PLC控制全部动作，用15″触摸屏形象直观的显示整个系统的工作情况，除水泵和供油泵现场有按钮可现场外，所有操作均可在触摸屏上进行，全系统是全自动控制。

由于PLC控制装置的模块化结构和可扩充性特点，本技术方案可以根据现场设备的需要进行相应模块的扩充，系统的可扩展性好，集控程度高，工作稳定可靠。

通过采用上述技术方案，使得该工艺润滑系统能够根据实际生产工艺的需要对所喷射之润滑液中的油、水比例进行及时调节和控制，能解决由于上、下切水板磨损导致喷射嘴与上、下轧辊之间距离发生变化而带来的各喷射嘴之喷射区域之间发生间断的问题，既可明显降低轧辊和被轧钢板之间的磨擦系数，又能使热轧钢板连轧机组的可轧制宽度增加，精轧工作辊辊耗降低，单根轧辊的轧制公里数延长，能适应上、下切水板不同的磨损情况，整个热轧装置的生产效率得到明显提高，

本发明可广泛用于对现有轧钢机的技术改造领域。

Claims (9)

1.一种热轧钢板连轧机工艺润滑系统，包括由油箱和供油加压泵机组构成的供油单元、设置在各轧辊之上切水板/下切水板之下/上方的喷射单元、连接上述组件的管路和控制单元，其所述的喷射单元由数个间隔设置的喷射嘴构成，其特征是：

所述的供油加压泵机组由齿轮式计量泵及其相应的连接管路构成；

在供油单元和喷射单元之间，设置由水泵及其相应连接管路构成的供水单元和油水混合单元，在供油单元之出口端设置电控换向单元；

所述供油单元的输出端经过电控换向单元之一路输出端与油水混合单元的一个输入端连接，供水单元的输出端与油水混合单元的另一个输入端连接，油水混合单元的输出端经管路与喷射单元连接；

电控换向单元的另一路输出与供油单元中的油箱连接；

其控制单元包括一带有显示模块的中央控制模块、设置在供油单元泵输出端的第一压力检测/远传模块、设置在供水单元泵输出端的第二压力检测/远传模块、电控流量调节模块、流量检测/远传模块和电磁通/断控制模块以及设置在喷射单元第三压力检测/远传模块；

上述各模块之信号输出端或控制端分别与中央控制模块的I/O端口对应连接。

2.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述喷射单元各喷射嘴喷出之液体的扇形喷射面之间存在一重叠区域，其重叠区域在沿被轧钢件前进方向上的长度尺寸，大于上切水板和/或下切水板的可磨损尺寸。

3.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述的油水混合单元为静态混合器。

4.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述的电控换向单元为电控换向阀。

5.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述中央控制模块的I/O端口与连轧机控制系统中的“咬钢”信号输出端、“抛钢”信号输出端和报警信号输入端连接。

6.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述的显示模块为触摸屏式显示器，所述的中央控制模块为PLC工控机。

7.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所述的电控换向模块为电动式或电磁式换向阀；所述的电控流量调节模块为电动调节阀；所述的电磁通/断控制模块为电磁阀。

8.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是所还的第一、第二或第三压力检测/远传模块为电接点压力表、压力变送器或差压变送器，所述的流量检测/远传模块为转子流量计、差压式流量计、涡轮流量计或电磁流量计。

9.按照权利要求1所述的热轧钢板连轧机工艺润滑系统，其特征是在所述油箱中设置加热装置，加热装置为电加热器或蒸汽加热盘管。

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