基于PLC控制的中板分廠除磷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

沈燦鋼

摘要：現(xiàn)代特鋼制造企業(yè)生產(chǎn)中，中板分廠的除磷電機(jī)一直是耗電大戶，一臺(tái)電機(jī)的耗電量就占了整個(gè)分廠電量的15.3%，而除磷時(shí)間不超過整個(gè)軋制時(shí)間的40%。現(xiàn)代工業(yè)（特別是軋鋼企業(yè)）中傳動(dòng)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，通過對(duì)除磷電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化控制，利用PLC控制技術(shù)和先進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)改變除磷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，降低除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率，減少除磷電機(jī)的高功率運(yùn)行時(shí)間。本文控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場實(shí)際測試，除磷系統(tǒng)的PLC節(jié)能優(yōu)化成效顯著。

Abstract： In the production of modern special steel manufacturing enterprises， the descaling motor of medium plate branch plant has always been a major power consumer. The power consumption of one motor accounts for 15.3% of the total power consumption of the branch plant， and the dephosphorization time does not exceed 40% of the whole rolling time. Drive system and PLC system have been widely used in modern industry （especially in steel rolling enterprises）. Through optimized control of dephosphorization motor， the PLC control technology and advanced driving technology are used to change the speed of dephosphorization motor， reduce the real-time power of dephosphorization motor， and reduce the high-power running time of dephosphorization motor. The control system of this paper has passed the field test， and the PLC energy-saving optimization effect of the phosphorus removal system is remarkable.

關(guān)鍵詞：除磷;PLC;軋制;板坯;HMI

Key words： phosphorus removal;PLC;rolling;slab;HMI

中圖分類號(hào)：TH712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0156-03

0 ?引言

前兩年中板分廠與興澄特鋼其他分廠、其他公司板材廠對(duì)標(biāo)后發(fā)現(xiàn)，中板分廠的電耗一直高出后者10%～20%，這也是造成生產(chǎn)成本居高不下的主要因素之一。而中板分廠的耗電大戶就是大電機(jī)，可謂電機(jī)動(dòng)一動(dòng)，電表轉(zhuǎn)三轉(zhuǎn)。

中板分廠軋線上共有5臺(tái)大電機(jī)，其中2臺(tái)為3050V/8000kW的軋機(jī)上輥主電機(jī)和下輥主電機(jī)，同時(shí)運(yùn)行，另外3臺(tái)為6000V/4300kW的除磷電機(jī)，1用2備。只要軋機(jī)在軋鋼，上下輥主電機(jī)就要按照設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)起來，待鋼的時(shí)候也是怠速旋轉(zhuǎn)，所以這2臺(tái)主電機(jī)節(jié)能的空間很小。而除磷電機(jī)卻大不相同，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，除磷時(shí)間僅僅占了不到40%。但是從2016～2018年中板分廠的用電量分析，除磷泵耗電量卻占了總電量的15.3%，達(dá)到噸鋼電耗13.91kWh。所以除磷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，對(duì)于整個(gè)分廠的降耗降本工作有著顯著的效果。

1 ?除磷控制系統(tǒng)分析

中板分廠除磷系統(tǒng)分為除磷箱、機(jī)上除磷和除磷泵站三部分，圖1為中板分廠除磷系統(tǒng)HIM界面。

除磷箱位于加熱爐出口與軋機(jī)入口之間。板坯在加熱爐預(yù)熱（1300℃以上）之后，通過輥道輸送到軋機(jī)的過程中，會(huì)在表面產(chǎn)生厚厚的一層氧化鐵皮。除磷箱的目的就是在高溫板坯通過時(shí)，利用位于輥道上下表面的兩排高壓噴嘴，將高壓水均勻地打在熱板坯的整個(gè)表面上，使氧化鐵皮松脫。在熱板坯離開除磷箱后，輥道加速，利用慣性使氧化鐵皮脫落，防止氧化鐵皮跟隨板坯進(jìn)入軋機(jī)，在軋制過程中壓入鋼板，產(chǎn)生麻面，造成質(zhì)量異議。

中板分廠采用的是可逆式四輥軋機(jī)，板坯軋制時(shí)間較長。在軋制過程中，板坯表面會(huì)再次產(chǎn)生氧化鐵皮。因此，在軋機(jī)上下工作輥的出入口再分別安裝了一組噴嘴，這四組噴嘴即為機(jī)上除磷。跟除磷箱不同的是，每塊板坯會(huì)多次打開機(jī)上除磷，再次產(chǎn)生氧化鐵皮的時(shí)間短，溫度低，故而較薄，所以機(jī)上除磷可以直接將氧化鐵皮沖刷掉，使其隨著除磷水直接流入沖渣溝。另外，部分板坯由于工藝需求，在軋制數(shù)道次之后，會(huì)等待板坯下降到一定溫度后再繼續(xù)軋制。此待溫時(shí)間短則數(shù)十秒，長則三五分鐘。所以待溫后的第一道次，機(jī)上除磷尤為重要，甚至可以直接決定軋制的成功與否。

位于液壓站內(nèi)的除磷泵站，則是由ACS5000驅(qū)動(dòng)3臺(tái)除磷大電機(jī)進(jìn)而拖動(dòng)除磷泵，將中板分廠0.45MPA～0.75MPA的低壓濁環(huán)水加壓到22MPA以上，然后經(jīng)高壓管路連接到除磷箱和機(jī)上除磷。同時(shí)，為了保護(hù)管路，每對(duì)噴嘴前分別設(shè)有預(yù)沖閥和除磷閥。每次除磷時(shí)，先打開預(yù)沖閥，讓管路里面充滿高壓水，2秒后再打開除磷閥，高壓噴嘴噴射出高壓水，實(shí)現(xiàn)除磷功能。

2 ?基于PLC控制的節(jié)能優(yōu)化

2.1 除磷電機(jī)的節(jié)能優(yōu)化分析

耗電量公式：E=P×T ? P—功率 ?T—時(shí)間

可知，要降低除磷電機(jī)的耗電量，一方面可以從降低除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率出發(fā)，另一方面可以從減少除磷電機(jī)高功率運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。除磷電機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響著實(shí)時(shí)功率，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1494rpm，但是除磷時(shí)并不需要全部時(shí)間都全功率運(yùn)行。

2.2 降低除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率

2.2.1 除磷箱除磷時(shí)節(jié)能優(yōu)化

除磷箱除磷時(shí)，工藝上需要保證噴射前管路壓力達(dá)到22MPa 以上，噴射時(shí)達(dá)到20MPa以上。另外，分廠的濁環(huán)水的水壓也在0.45MPa～0.75MPa波動(dòng)，綜合考慮這些因素，然后經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)，最終把除磷箱除磷時(shí)除磷電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到1390rpm，優(yōu)化程序如圖2所示。

從圖3“Drive Window”監(jiān)控畫面可以看到，除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率從4300kW變?yōu)?000kW，降低了30.2%，節(jié)能效果明顯。

2.2.2 機(jī)上除磷時(shí)節(jié)能優(yōu)化

工藝上同樣要求機(jī)上除磷要保證噴射前管路壓力達(dá)到22MPA 以上，噴射時(shí)達(dá)到20MPA以上。但是與除磷箱除磷不同，機(jī)上除磷的噴嘴沒有除磷箱的多，而且管路也沒有除磷箱的粗，流量會(huì)比除磷箱除磷時(shí)小很多，因此可以把除磷電機(jī)的轉(zhuǎn)速繼續(xù)往下調(diào)整。最終把機(jī)上除磷時(shí)除磷電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整到1370rpm。不要小看這20rpm的下調(diào)，除磷電機(jī)的功率從3000kW下降到了2700kW，再次降低了10%，優(yōu)化后效果如圖4所示。

2.3 減少除磷電機(jī)高功率運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間

除磷電機(jī)和除磷泵的最低轉(zhuǎn)速可以達(dá)到400rpm，但是如果速度降到400rpm時(shí)，在需要除磷時(shí)除磷泵來不及加速到1370rpm，管路壓力不夠，導(dǎo)致除磷不干凈。之后慢慢修改轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)把不除磷時(shí)的轉(zhuǎn)速調(diào)整到600rpm時(shí)，即可以在接下來需要除磷時(shí)保證水壓，又能達(dá)到節(jié)能的目的，程序修改如圖5。

如圖6所示，節(jié)能效果非常明顯，功耗直接下降到200kW。

通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，除磷箱除磷前，中板分廠共有2臺(tái)加熱爐（1臺(tái)預(yù)留），而每臺(tái)加熱爐為雙排布料，這就導(dǎo)致了不同布料的板坯出鋼后，到達(dá)除磷箱的時(shí)間會(huì)不同（共4種）。這樣，可以把除磷箱除磷前設(shè)定為600rpm，然后根據(jù)除磷泵從600rpm升速到1390rpm的時(shí)間，以及不同布料的板坯到達(dá)除磷箱的時(shí)間，設(shè)定不同的延遲升速時(shí)間，其中前2個(gè)比較塊就是確定為2號(hào)加熱爐第1排布料，值為13s。另外2號(hào)爐第2排、1號(hào)爐第1排、1號(hào)爐第2排對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間為15s、18s、21s。

2.4 減少待溫時(shí)間

中板分廠很多鋼板需要待溫，而根據(jù)2016-2018年的2級(jí)系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有鋼板（不需要待溫的鋼板默認(rèn)為待溫時(shí)間0s的平均待溫時(shí)間為30s，占鋼板軋制時(shí)間的10%，所以，除磷泵待溫時(shí)降速為600rpm也可以節(jié)約很多電量。

2.5 末道次軋制時(shí)優(yōu)化除磷泵

板坯軋制的最后一道次是不需要除磷的，而末道次的軋制時(shí)間是最長的（因?yàn)殇摪遄畋。w積和寬度卻不變）。在之前的程序段中，只判斷了板坯是否在軋制，卻沒有區(qū)別對(duì)待末道次。所以，通過PLC程序設(shè)計(jì)，在板坯軋制的最后一道次提前降速除磷泵。

3 ?結(jié)語

本文經(jīng)過分析和實(shí)驗(yàn)，從優(yōu)化節(jié)能出發(fā)，一方面降低除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率，另一方面減少除磷電機(jī)高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，兩個(gè)方面共六點(diǎn)的優(yōu)化。最終，一塊板坯整個(gè)軋制過程中除磷電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定和功率。其中，820s時(shí)加熱爐出鋼，1560s時(shí)鋼板軋制結(jié)束。最終，除磷電機(jī)的噸鋼電耗也從13.91kWh下降到了11.20kWh，降幅達(dá)到19.5%。降低除磷電機(jī)的實(shí)時(shí)功率，減少除磷電機(jī)的高功率運(yùn)行時(shí)間，一次又一次的試驗(yàn)證明，除磷系統(tǒng)的PLC節(jié)能優(yōu)化已經(jīng)初見成效。除磷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，對(duì)于整個(gè)分廠的降耗降本工作有著顯著的效果。

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