近年來,中冶京誠酸軋聯合機組技術取得了令人矚目的進步,伴隨著新中國鋼鐵工業一同成長,在新世紀緊抓酸軋聯合機組發展機遇,發揮多專業技術協同優勢,歷經眾多工程洗禮,與用戶一起成長,率先完成全流程酸軋聯合生產工藝裝備自主集成。日趨成熟的綠色鋼鐵解決方案云集多項自主知識產權,環境友好型和運維數智化的冷軋裝備和技術,引領綠色智能發展。以流體系統裝備為重要支撐,深度融合專屬中冶京誠的低碳綠色和數智化DNA,通過數智化和裝備創新,在碳減排、污染控制、能效提升、循環利用等諸多維度推動酸軋聯合機組工藝技術變革再造。
01 洞悉生命線動力源,以流體創新酸軋線
酸軋聯合機組的流體系統主要包含工藝冷卻潤滑系統、酸循環系統、液壓潤滑系統、水氣系統、污水排放系統和機組管線系統等,是機組運行的生命線和動力源(圖1、圖2)。
工藝冷卻潤滑系統對軋制載荷的優化、帶鋼表面質量、新鋼種的開發等起到關鍵作用;酸循環系統是軋制前去除帶鋼表面氧化鐵皮的重要工藝設備;液壓、氣動和電力系統三大動力能源,是實現清潔生產的重要推手;潤滑系統保障傳動和摩擦部位壽命、性能;排污系統保障全廠生產環境整潔;機組管線是工藝設備運行的主動脈和生命線。
流體系統中的介質能耗(主要包括酸、液壓潤滑油、軋制油、水氣等)是噸鋼成本的重要組成部分。
中冶京誠洞悉酸軋聯合機組流體系統,以其作為重要支撐,推動酸軋聯合機組工藝技術創新進步。
圖1 酸軋聯合機組軋機區域流體系統鳥瞰模型圖
圖2 酸循環流體系統模型圖
02 開發綠色流體系統,傾心打造清潔酸軋
新時代,“綠水青山就是金山銀山”的環保理念深入人心,中冶京誠攜手鋼鐵行業生態圈內合作伙伴倡導并傾心打造酸軋聯合機組的清潔生產。
1) 國內首創節能液壓系統
在國內率先建立軋制與非軋制狀態下能量消耗預測模型,精準定位生產周期內能源消耗波峰和波谷時序圖,運用“波谷時蓄能波峰時釋放”的設計理念,創新性地將液壓泵站設計為“主泵+輔助泵”(圖3),有效降低了液壓系統水電油等能源消耗。
國內首創“單伺服+快速回路” 軋機液壓AGC系統(圖4),在實現節能的同時降低了固定投資和備件成本。
研發團隊在此基礎上進行二次開發,率先在國內研發與推廣大型酸軋液壓泵站伺服節能技術,實現了液壓泵泵站與用戶點之間能源供需的高效精準投放。
圖3 軋機AGC液壓泵站:主泵+輔助泵源
圖4 “單伺服+快速回路”數字化模型
2) 開發低壓損高效率清潔型工藝冷卻潤滑系統
酸軋聯合機組中生產環境惡劣的設備區域主要集中在軋機機架內部和工藝冷卻潤滑系統,工藝冷卻潤滑系統是酸軋聯合機組清潔生產、產品質量及成本控制的重要環節(圖5、圖6)。
圖5 軋機機架生產現狀
圖6 軋機清洗后的狀態
通過收集和分析近十年數十條業績機組相關設備運行數據,中冶京誠設計開發了低壓損高效率清潔型的工藝冷卻潤滑系統設備和控制模型(圖7),可以根據原料狀態、軋制規格、軋制鋼種、軋制速度、軋制負荷進行有針對性的系統技術參數自動調整,在保證產品質量的前提下,大幅降低軋制油和公輔介質耗量等生產成本。
同時,針對冷軋企業的共同痛點,即系統中油泥鐵粉濾紙等廢棄物的處理,中冶京誠攻堅克難,開發出電磁過濾器和濾紙可循環利用的平床過濾器(圖8、圖9)。
圖7 工藝潤滑系統噴射控制模型
圖8 循環利用式平床過濾器
圖9 智能型電磁過濾器及內部永磁磁場方案
3)降低機組工藝設備公輔介質耗量
通過分段控制,優化軋機區域的帶鋼吹掃設計,降低壓縮空氣耗量,同時采用消音處理措施,降低壓縮空氣排放的噪音,營造良好的工作環境。隨著近年來,京津冀地區“煤改氣”清潔能源政策的實施,中冶京誠和用戶多措并舉,采用清潔能源耗量更少的加熱方式,提高熱介質與流體介質的傳導交換效率,并且設計配置了熱量回收及冷凝水可循環裝置。
4)打造節能減排低碳環保的酸循環系統
通過酸霧分級處理措施,將酸霧分級為高濃度酸霧與低濃度水霧。采用酸霧冷凝器(圖10)將酸洗系統揮發的高濃度酸霧冷凝回收,避免酸分子進入大氣,減少酸耗。
將原來在水處理進行的酸堿中和工藝提前到酸洗生產環節,采用洗滌塔堿洗系統(圖11),利用生產產生的廢酸水進行霧氣洗滌,達到減少新水消耗、提高洗滌效果的目的。
圖10 酸霧冷凝器
圖11 洗滌塔堿洗系統
03 數智化賦能酸軋線,助變革再造夢工廠
我國正處在數字化轉型浪潮中,作為數字中國、數字鋼鐵的參與者、建設者,中冶京誠通過打造數智化流體系統,賦能酸軋聯合機組,踐行綠色低碳,實現降本增效,保障生產安全順行。
1)數字化設計交付
中冶京誠冷軋機組流體系統采用全套三維數字化設計交付形式,為智能控制奠定數字化基礎,打造數字孿生工廠,有效避免了設計失誤累加至后續的制造和安裝調試環節,縮短了用戶的建設周期,降低了建設成本。尤其是針對復雜而原始設計資料缺失的改造工程,數字化設計為用戶仿真改造后的孿生工廠(圖12)。
圖12 國內某國有大型企業酸軋聯合機組改造工程數字化設計
2)油水狀態智能化監測預警系統
液壓潤滑系統油水混合后,輕則造成諸如軋制力波動和軸承壽命減短,重則引起火災等重大安全事故。中冶京誠率先在支撐輥軸承潤滑系統和軋機液壓AGC系統等關鍵部位設計智能化油水監測預警系統(圖13、圖14),可以避免出現重大設備和安全事故。該系統具有三大顯著功能: 設備的潤滑磨損安全監測與智能預警、設備在用油污染狀態監測與調控、油水混合后智能診斷與智能預測。
圖13 在線潤滑監測與故障智能預警系統
圖14 在線液壓潤滑系統監測及預警故障點分布圖
3)介質系統液位監控及預警系統
預防酸軋聯合機組的液壓潤滑、酸液、軋制油及水氣介質的跑冒滴漏是降耗和清潔生產的基本前提,中冶京誠通過對所有罐箱體在線液位全程監控及現場視頻熱成像監控,實現了介質箱罐體溢流或泄漏后的同步發現和及時干預,同時通過設置同類介質罐箱體管路的互聯互通以及變頻輸送調節裝置,保證液位處于安全狀態。
4)液壓潤滑油及軋制油系統的自動補給系統
中冶京誠通過開發該系統,實現了工作介質的精準投送,并且可生成周月年介質消耗報表。
04 支持關鍵元件國產,推動民族工業進步
習近平總書記曾經指出,關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。受國內起步晚等因素影響,伺服閥、柱塞泵、位移和壓力傳感器等關鍵核心元件成為我國液壓潤滑行業卡脖子的重要產品。中冶京誠充分認識到,核心技術和核心元件只能靠自主研發和制造,經過與相關制造企業歷經數年的試驗和優化完善,篳路藍縷,大力推進液壓潤滑核心產品國產化,逐步打破了國外技術產品封鎖。同時,也推進國產核心流體產品和標準輸出,與“一帶一路”沿線國家共享中國式現代化發展成果,為相關領域中國標準和技術產品的國際化奠定了堅實基礎。中冶京誠冷軋團隊已經發表論文數十篇,獲取專利近十項,高效將技術成果工程化,服務廣大行業用戶,為我國實現 “3060雙碳”目標,立身 “數智化”發展潮頭貢獻力量。