轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法

摘要

本发明涉及一种轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，该方法通过变频器为喷水泵供电，同时增加PLC控制装置来调节所述变频器的输出频率；在使用时PLC控制装置读取从原有的轧钢除鳞系统的控制中心获取的相关数据和信号，提前得到喷鳞阀开启进行喷水除鳞的运行时序；根据喷水除鳞的运行时序，所述PLC控制装置调节变频器的运行频率，使喷鳞阀开启时PLC控制装置调节变频器的输出频率为除鳞频率，而喷鳞阀关闭时的除鳞间隙则PLC控制装置调节变频器的输出频率小于除鳞频率。该方法不但减小了轧钢除鳞系统的耗电量，而且还节约了大量水资源。

权利要求

1.一种轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，包括以下步骤：

1）在轧钢除鳞系统为喷水泵供电的输出线路上设置变频器和用于调节变频器输出频率的PLC控制装置；

2）所述PLC控制装置从轧钢除鳞系统的控制中心获取原始信息，所述原始信息包括钢料出炉时间、辊道的长度、钢料在辊道上的传输速度、钢料在轧机下的移动速度、钢料经过轧机前的长度、钢料经过轧机前的厚度和钢料经过轧机后的厚度，所述PLC控制装置根据所述原始信息计算出喷鳞阀开启前在辊道上传输的传输时间段和钢料在轧机下的压轧时间段，所述传输时间段和压轧时间段以钢料出炉时间为起点，按时间顺序交替排列；

所述传输时间段= 钢料在辊道上传输的距离/钢料在辊道上的传输速度；

所述压轧时间段= 钢料经过轧机后的长度/钢料在轧机下的移动速度,其中，钢料经过轧机后的长度=(钢料经过轧机前的长度×钢料经过轧机前的厚度)/(钢料经过轧机前的厚度-钢料经过轧机后的厚度)；

3）根据步骤2）计算出的所述传输时间段和压轧时间段提前确定喷鳞阀开启和关闭的时间序列，

所述PLC控制装置根据该时间序列控制所述喷鳞阀分别在所述传输时间段开启和在所述压轧时间段关闭；

所述PLC控制装置控制变频器在喷鳞阀开启时给所述喷水泵的供电的输出频率为除鳞频率，而在喷鳞阀关闭的除鳞间隙时给所述喷水泵的供电的输出频率小于除鳞频率；所述除鳞频率是使喷水泵的出水压力达到除磷所需的水压时变频器的输出频率；

循环执行步骤2）和步骤3），即完成对喷水泵的节能控制。

2.根据权利要求1所述的轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，其特征在于：步骤3）中喷水阀关闭时的除鳞间隙，所述PLC控制装置控制变频器的输出频率先从所述除鳞频率线性下降，再线性上升至所述除鳞频率。

3.根据权利要求1或2所述的轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，其特征在于：所述轧钢除鳞系统包括两台喷水泵和三组喷磷阀，此时喷水泵供电的输出线路上设置两台变频器，其中每台变频器分别驱动一台喷水泵；当两组或三组喷鳞阀同时开启除鳞时，则所述PLC控制装置控制两台变频器的输出频率均为除鳞频率；当只有一组喷鳞阀开启除鳞时，则所述PLC控制装置控制一台变频器的输出频率为除鳞频率，而另一台变频器的输出频率小于除鳞频率；当三组喷鳞阀均关闭不喷水时，则所述PLC控制装置控制两台变频器的输出频率均小于除鳞频率。

说明书

轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

[0002] 钢坯从加热炉中出炉后,其表面覆盖的氧化铁皮急速冷却,炉内生成的氧化铁皮呈现网状裂纹。高压水除鳞是现代热轧钢工艺中的一项关键技术，一般采用高压射流切割原理，通过喷嘴喷射出高压水，利用高压水喷出时的强大冲刷力和冷却力打击钢坯表面，在高压水的喷射之下,氧化铁皮表面局部急冷,产生很大收缩,从而使氧化铁皮裂纹扩大,并有部分翘曲。经高压水流的冲击,在裂纹中高压水的动压力变成流体的静压力而打入氧化铁皮底部,使氧化铁皮破碎成小碎片并与基体表面迅速脱离，同时高压水按设定方向冲刷掉氧化铁皮，从而去除钢坯在加热过程中产生的炉生氧化铁皮和轧制过程中产生的再生氧化铁皮，以确保钢材的表面质量。

[0003] 现有的轧钢除鳞系统通常采用定速除鳞喷水泵，因为除鳞需要的高压水的压力很大，所以常规的定速除鳞喷水泵能耗大。但一般喷磷阀关闭时间高达总的设备运行时间的80%以上，这样会有大量电能被浪费掉。因此为了避免电能的浪费，达到节电的目的，需对该除磷喷水泵系统进行改造。

[0004] 一般的改造都是使用变频器对除鳞喷水泵进行调速，但喷水泵除鳞的工作时序变化较快且复杂多变，而大功率变频器的反应速度较慢，例如从0Hz变频到50Hz大约需要90秒的时间。因此要想取得最大的节能效果，单纯地使用变频器对除鳞喷水泵进行调速不可能实现的，按照常规的PLC实时的反馈信号的通过变频器对除鳞喷水泵进行调速的控制方式也不可能实现。

发明内容

[0005] 本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种可以降低轧钢除鳞系统耗电量和耗水量的控制除鳞喷水泵的方法。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种轧钢除鳞系统的喷水泵节能控制方法，包括以下步骤：

[0007] 1）在轧钢除鳞系统为喷水泵供电的输出线路上设置变频器和用于调节变频器输出频率的PLC控制装置；

[0008] 2）所述PLC控制装置从轧钢除鳞系统的控制中心获取原始信息，所述原始信息包括钢料出炉时间、辊道的长度、钢料在辊道上的传输速度、钢料在轧机下的移动速度、钢料经过轧机前的长度、钢料经过轧机前的厚度和钢料经过轧机后的厚度，所述PLC控制装置根据所述原始信息计算出喷鳞阀开启前在辊道上传输的传输时间段和钢料在轧机下的压轧时间段，所述传输时间段和压轧时间段以钢料出炉时间为起点，按时间顺序交替排列；

[0009] 所述传输时间段= 钢料在辊道上传输的距离/钢料在辊道上的传输速度；

[0010] 所述压轧时间段= 钢料经过轧机后的长度/钢料在轧机下的移动速度,其中，钢料经过轧机后的长度=(钢料经过轧机前的长度×钢料经过轧机前的厚度)/(钢料经过轧机前的厚度-钢料经过轧机后的厚度)；

[0011] 3）根据步骤2）计算出的所述传输时间段和压轧时间段提前确定喷鳞阀开启和关闭的时间序列，

[0012] 所述PLC控制装置根据该时间序列控制所述喷鳞阀分别在所述传输时间段开启和在所述压轧时间段关闭；

[0013] 所述PLC控制装置控制变频器在喷鳞阀开启时给所述喷水泵的供电的输出频率为除鳞频率，而在喷鳞阀关闭的除鳞间隙时给所述喷水泵的供电的输出频率小于除鳞频率；所述除鳞频率是使喷水泵的出水压力达到除磷所需的水压时变频器的输出频率；

[0014] 循环执行步骤2）和步骤3），即完成对喷水泵的节能控制。

[0015] 本发明对于原轧钢除鳞系统的硬件线路和软件系统，没有做任何改动，因此本发明的除鳞时序与原有的轧钢除鳞系统的除鳞时序也是完全一致的。本发明创造性地通过增设变频器为喷水泵供电，并通过PLC控制装置根据除鳞时序控制变频器的输出频率来调整喷水泵的出水压力。PLC控制装置在钢料出炉时，便可预知钢料在轧钢除鳞系统中的喷水阀开启时的除鳞时间以及喷鳞阀关闭时的除鳞间隙，这样，PLC控制装置就可以预先调节变频器，能够适应大功率变频器变频速度慢的特点，从而实现可以提前变频，使喷鳞阀开启时变频器的输出频率为除鳞频率，而喷鳞阀关闭时变频器的输出频率小于除鳞频率，因此本发明可以节约大量的电量，相应地可以大幅度的降低除鳞的成本，根据理论计算、以前的经验数据和申请人实施的现场情况，节电率大约在25%左右。同时，由于喷水泵在喷鳞阀关闭时低于除鳞频率，运行，因此也减少了水资源的消耗，进一步降低了生产成本。

[0016] 作为优选方案，步骤3）中喷水阀关闭时的除鳞间隙，所述PLC控制装置控制变频器的输出频率先从所述除鳞频率线性下降，再线性上升至所述除鳞频率。

[0017] 作为优选方案，所述轧钢除鳞系统包括两台喷水泵和三组喷磷阀，此时喷水泵供电的输出线路上设置两台变频器，其中每台变频器分别驱动一台喷水泵；当两组或三组喷鳞阀同时开启除鳞时，则所述PLC控制装置控制两台变频器的输出频率均为除鳞频率；当只有一组喷鳞阀开启除鳞时，则所述PLC控制装置控制一台变频器的输出频率为除鳞频率，而另一台变频器的输出频率小于除鳞频率；当三组喷鳞阀均关闭不喷水时，则所述PLC控制装置控制两台变频器的输出频率均小于除鳞频率。

附图说明

[0018] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0019] 图1是本发明实施例一中的除鳞时序及变频器的频率变化时序示意图。

[0020] 图2是本发明实施例二中的除鳞时序及变频器的频率变化时序示意图。

具体实施方式

[0021] 实施例一

[0022] 本实施例的轧钢除鳞系统包括一台380V,160KW的喷水泵和一个喷鳞阀。本实施例的轧钢除鳞系统的喷水泵的节能控制方法包括以下步骤：

[0023] 1）在原有的轧钢除鳞系统上为喷水泵供电的输出线路上设置一个变频器，该变频器是额定电压为380V、额定功率为200KW的nowforeuer变频器，同时增加PLC控制装置，所述PLC控制装置用于调节所述变频器的输出频率。

[0024] 2）所述PLC控制装置从轧钢除鳞系统的控制中心获取原始信息，所述原始信息包括钢料出炉时间、辊道的长度、钢料在辊道上的传输速度、钢料在轧机下的移动速度、钢料经过轧机前的长度、钢料经过轧机前的厚度和钢料经过轧机后的厚度，所述PLC控制装置根据所述原始信息计算出喷鳞阀开启前在辊道上传输的传输时间段和钢料在轧机下的压轧时间段，所述传输时间段和压轧时间段以钢料出炉时间为起点，按时间顺序交替排列；

[0025] 所述传输时间段= 钢料在辊道上传输的距离/钢料在辊道上的传输速度；

[0026] 所述压轧时间段= 钢料经过轧机后的长度/钢料在轧机下的移动速度,其中，钢料经过轧机后的长度=(钢料经过轧机前的长度×钢料经过轧机前的厚度)/(钢料经过轧机前的厚度-钢料经过轧机后的厚度)。

[0027] 本实施例中选择和启停喷水泵以及设置除磷频率均是手动操作的，其中除磷水压设为180公斤60bar，除磷频率为50Hz。

[0028] 本实施例中的钢料呈板状，辊道长度为49.5米，钢板的初始长度为12米，厚度为0.2米。本实施例的轧钢除鳞系统钢板需要压轧一次，压轧后钢板的厚度为0.1米，钢板在辊道上的移动速度都是1.5米/秒，在轧机下的移动速度都是2米/秒。

[0029] 通过计算，如图1所示，本实施例中传输时间段=49.5/1.5=33秒，压轧后的钢板长度为=12×0.2/（0.2-0.1）=24米，喷鳞时间段=24/2=12秒，即本实施例中喷鳞阀在运行时，以钢料出炉时间为起点，喷水12秒和不喷水33秒间隔运行。

[0030] 3）根据步骤2）计算出的所述传输时间段和压轧时间段提前确定喷鳞阀开启和关闭的时间序列，所述PLC控制装置根据该时间序列控制所述喷鳞阀分别在所述传输时间段开启和在所述压轧时间段关闭；

[0031] 所述PLC控制装置控制变频器在喷鳞阀开启时给所述喷水泵的供电的输出频率为除鳞频率，而在喷鳞阀关闭的除鳞间隙时给所述喷水泵的供电的输出频率小于除鳞频率；所述除鳞频率是使喷水泵的出水压力达到除磷所需的水压时变频器的输出频率；

[0032] 本实施例中PLC控制装置根据除磷时序和最大化节能要求来及时地调节变频器的输出频率：当喷磷阀要喷水时，及时地调节变频器的输出频率达到除磷频率，当喷磷阀不喷水时（即除鳞间隙），根据不喷水时间的长短来决定调低变频器的输出频率到何程度。

[0033] 如上所述，本实施例中喷磷阀间隔喷水12秒和不喷水33秒，如果无PLC控制装置进行调节，则变频器的运行频率始终保持50Hz不变。而在PLC控制装置的调节下，变频器在除磷间隙可以在低于50Hz状态下运行，从而节省了电能。在运行中的非除磷时段内，即喷水阀关闭时的除鳞间隙，所述PLC控制装置调节变频器的输出频率先从所述除鳞频率线性下降，再线性上升至所述除鳞频率，即先从50Hz线性下降至30Hz，再从30Hz线性上升至50Hz。

[0034] 循环执行步骤2）和步骤3），即完成对喷水泵的节能控制。

[0035] 由于本PLC控制装置变动地调低了变频器的频率而产生的节能，节电率大约在25%左右。本实施例中喷水泵的功率是160KW，每年工作300天，每天工作20小时，工业电价按0.60元/度计算，则运行一年节约的电费为：160×300×20×25%×0.60=14.4万元。

[0036] 实施例二

[0037] 本实施例的执行步骤与实施例一基本相同，所不同的是：

[0038] 本实施例中的轧钢除鳞系统包括两台10KV,3200KW的喷水泵和三组喷鳞阀（三个喷鳞点），增加两台额定电压为10KV、额定功率为3500KW的HARVEST变频器为喷水泵供电，本实施例中变频器频率变化速度为1Hz/秒，每台变频器分别驱动一台喷水泵；当需要两组或三组喷鳞阀同时开启除鳞时，则所述PLC控制装置调节两台变频器的输出频率为除鳞频率；当只有一组喷鳞阀开启除鳞时，则所述PLC控制装置调节一台变频器的输出频率为除鳞频率，而另一台变频器的输出频率小于除鳞频率。本实施例中除鳞频率为50Hz。

[0039] 本实施例中的钢料呈板状，钢板的初始长度为9米，厚度为0.2米。本实施例的轧钢除鳞系统钢板需要压轧五次，分别为炉后轧、三次粗轧和精轧，三次粗轧均使用同一粗轧机，第二次和第三次粗轧为钢板回退后再进行压轧。五次压轧后钢板的厚度为0.009米，粗轧出口厚度是0.038米；在炉后轧和三次粗轧中，每道次轧薄的厚度都是0.0405米；精轧道次压薄的厚度是0.029米；

[0040] 钢板在辊道上的移动速度都是1.5米/秒，在轧机下的移动速度都是2米/秒，#1加热炉出料口热检测器到炉后轧机的喷鳞点的辊道长度是13米，炉后轧机喷鳞点和粗轧机喷鳞点的辊道长度为65米，粗轧机喷鳞点和精轧机喷鳞点的辊道长度为63.5米。

[0041] 如图2所示，图中的数字1-3代表喷鳞点的序号，1为炉后轧机喷鳞点，2为粗轧机喷鳞点，3为精轧机喷鳞点。

[0042] 本实施例中喷鳞时序的计算过程如下：

[0043] 第一块钢板的后端从加热炉热检测器移动到炉后轧机喷鳞点的时间（即传输时间段）为：13-9/1.5 ≈ 8.67（秒）；

[0044] 在炉后轧机下，经过压轧后，钢板的长度变成了9×0.2/（0.2-0.0405）≈11.285（米），所需的时间（即压轧时间段）为11.285/2=5.643（秒）；

[0045] 钢板的后端从炉后轧机喷鳞点移动到粗轧机喷鳞点所需的时间（即传输时间段）为：（65-11.285）/1.5 ≈35.81（秒）；

[0046] 在粗轧机下，经过第一次压轧，钢板的长度变成了9×0.2/（0.2-0.0405×2）≈15.126（米），所需的时间（即压轧时间段）为15.126/2=7.563（秒）；第一次回退所需的时间（即传输时间段）为7.563秒；

[0047] 第二次压轧后，钢板的长度变成了9×0.2/（0.2-0.0405×3）≈22.93（米），所需的时间（即压轧时间段）为22.93/2=11.465（秒）；第二次回退所需的时间（即传输时间段）为11.465秒；

[0048] 第三次压轧后，钢板的长度变成了9×0.2/（0.2-0.0405×4）≈47.368（米），所需的时间（即压轧时间段）为47.368/2=23.684（秒）；

[0049] 钢板的前端从粗轧机喷鳞点移动到精轧机喷鳞点所需的时间为23.684+（63.5-47.368）/1.5 ≈34.438（秒）；在精轧机下，经过压轧后，钢板的长度变成了9×0.2/（0.2-0.0405×4-0.029）≈200（米），所需的时间（即压轧时间段）为200/2=100（秒)。

[0050] 根据以上传输时间段和压轧时间段的时序就可以得出本实施例所需的喷鳞时序，在传输时间段的前一半时间内变频器的输出频率从50Hz以1Hz/秒的速度调低频率到某一频率，在后一半时间内，再从这个频率以1Hz/秒的速度调回到50Hz；在压轧时间段变频器的输出频率稳定在50Hz。

[0051] 当第一块钢板在粗轧机完成第三次除鳞时，第二块钢板开始出炉（如出炉过早，两块钢板在粗轧机附近移动会出问题，轧钢除鳞系统原有的控制中心会正确算出精确的合理的钢板出炉时间），以后的喷鳞时序同第一块钢板的喷鳞时序，后面的钢板的喷鳞时序也是一样，只是起始时间向后推移而已。

[0052] 本实施例的三组喷鳞阀中，如只有一组喷鳞阀喷水，一台喷水泵工作在50Hz是可以满足除鳞水压要求的，但如有两组或三组喷鳞阀同时喷水，则必须同时有两台泵工作在50Hz，才能满足除鳞水压的要求。

[0053] 当只有一组喷鳞阀喷水时，根据喷鳞时序和最大化节能的要求调节#1变频器的输出频率为除鳞频率（即50Hz）使除鳞水压满足要求，同时调低另一台变频器的输出频率到一合适的数值。当有两组或三组喷鳞阀同时喷水时，根据喷鳞时序和最大化节能的要求来同时调节两台变频器（即#1变频器和#2变频器）的输出频率为除鳞频率（即50Hz）以满足除鳞水压的要求。当没有喷鳞阀喷水时，根据喷鳞时序和最大化节能的要求来同时调低两台变频器的输出频率到一合适的数值。

[0054] 本实施例调低任意一台变频器的输出频率到一合适的数值的方法是：所述PLC控制装置调节变频器的输出频率先从所述除鳞频率（即50Hz）线性下降，再线性上升至所述除鳞频率（即50Hz）。即将要调整的时段平分为二，在前一半时间内从50Hz以1Hz/秒的速度调低频率到某一频率，在后一半时间内，再从这个频率以1Hz/秒的速度调回到50Hz。

[0055] 本实施例中每台喷水泵的功率是3200KW，两台水泵的总功率是6400KW，每年工作320天，每天工作24小时，平均节电率按25%计算，电价按0.60元/度计算，则运行一年节约的电费为：6400×320×24×25%×0.60=737.28(万元）。

[0056] 本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。