真空过滤机在冷轧乳化液系统中的应用和改进

真空过滤机在冷轧乳化液系统中的应用和改进

（上海宝山 201900 ）

摘 要: 本文简阐述了真空过滤机在冷轧生产中的重要作用，对传统真空过滤机基理、优缺点及应用进行了研究，通过传统真空过滤机在现有机组中的应用，并结合几个新建工程、改造工程的实践，从机械结构、控制功能方面对真空过滤机进行了优化和改进，提高了过滤效率和设备稳定性，降低了设备故障率和能耗，保证了冷轧乳化液的清洁度，为轧制产品的表面质量提供了保障。

关键词: 真空过滤机、冷轧机、乳化液、滤纸、负压

The application and improvement of vacuum filter on emulsion system

for cold rolling mill

Liu xingxiang

（Baosteel Engineering & Technology Group Co., Ltd. ）

Abstract: This paper describes the importance of the the vacuum filter in rolling mill emulsion system. Principle、advantages、disadvantages and application of vacuum filter are researched. Through the application of traditional vacuum filter in existing unit, combined with practice in several new-built and modification works, vacuum filter is optimized and improved in mechanical and control function. Filtration efficiency and stability of equipment are enhanced. The failure rate and consumption of equipment are decreased. The cleanliness of emulsion and the surface quality of rolling products are guaranteed.

Key words: vacuum filter 、Cold-rolling mill、Emulsion、Filter paper、Negative pressure

1、 前 言

在冷连轧机系统中，乳化液对轧辊和带钢起到冷却、润滑及清洁防锈的作用，在乳化液供给冷连轧机轧制过程中，乳化液中会不断带入铁粉微粒、杂油、灰份、油泥等杂质, 使得乳化液变脏,破坏了乳化液性能,使乳化液润滑效果下降，造成钢板表面残留物增加，同时可能引起喷嘴堵塞,直接关系到轧机的正常运行和轧制产品的表面质量。为了维持乳化液的品质和性能，需要在乳化液系统中设置必要的过滤净化系统及设备。

真空过滤机广泛应用于冷连轧机乳化液系统中，是净化乳化液的重要设备之一，能有效去除乳化液中的铁粉、杂油、灰份、油泥等，保持乳化液的清洁度，真空过滤机系统是冷连轧机系统中不可缺少且非常关键的环节。

真空过滤机能否正常稳定运行直接影响乳化液的品质，关系到轧机的正常运行和带钢产品的表面质量。

2、传统真空过滤机的原理和特点

真空过滤机属于表层过滤，其过滤机理是机械筛除，过滤媒质按其孔径大小对液体中的颗粒进行截留分离。真空过滤机应用在乳化液系统中时，由于乳化液中铁粉杂质为粉末状的微小颗粒，最小粒径可小于1μm，当在过滤媒质上形成滤饼层后过滤精度可达过滤媒质本身滤孔精度的几十倍。

如图2-1为传统真空过滤机的结构原理图，过滤媒质⑹铺设在平面为蜂窝状孔隙的履带⑺上，

与履带及其支撑层将真空过滤机内分隔成过滤室⑴和真空室⑵，真空室内设有电接点负压计，真空过滤泵⑻吸液口与真空室连接。被污染的乳化液通过真空过滤机的进液管⑽进入过滤室，滤液透过过滤媒质（以下简称滤纸）进入真空室，再通过真空过滤泵抽吸送到机械式浮球阀⑼处，机械式浮球阀设置于过滤室内。由于真空过滤机的进液流量随轧制模式和生产状态而调整，同时真空过滤泵为恒速泵，所以真空过滤机的液位存在一定波动，当过滤室内液位处在较低液位（回流液位）时，浮球受自身重力作用到达下位，阀出口与出水管法兰脱离，滤液回流到过滤室内，乳化液在真空过滤机内进行自循环。当过滤室内液位到达高液位（出水液位）时，浮球被浮力托起移至上位，使得阀出口与出水管道⑾法兰对接，滤液从出水管流出真空过滤机，完成真空过滤处理，进入下道工序。

1、过滤室

2、真空室

3、履带传动装置

4、卷纸器

5、传动压棍

6、过滤媒质

7、履带 8、真空过滤泵 9、机械浮球阀 10、进液管 11、出水管 12、溢流管

（图2-1 机械式浮球阀液位控制原理图）

(Figure2-1 Schematic diagram of level control of mechanical floating valve)

随着过滤的进行，滤纸被污染的程度与真空室内的负压值成正比，负压值越大表明滤纸被污染的越严重。负压计设置两个控制点分别为I值和II值，当负压到达II值时，先停止真空过滤泵，再进行纸带更新走纸，纸带更新时间较短，若在此过程中因真空过滤泵停止导致液位上升的液体直接从溢流口⑿进入下道工序。当负压回到I值后，表明滤纸更新走纸完成，启动真空过滤泵，完成一个过滤周期后，进入下一个周期的过滤。滤纸的更新走纸是通过履带的传送实现的，履带通过传动装置⑶转动，滤纸吸附在履带上方，随履带向前移动。真空过滤机的一侧为干净纸卷，另一侧为废纸卷，卷纸器⑷由气动马达完成，滤纸随履带带出真空过滤机后由气动马达自动将废纸卷卷紧。

传统真空过滤机与平板过滤机、普通纸带过滤机相比，具有鲜明的优点：（1）通过真空过滤泵的抽吸在真空室形成真空负压，提高了过滤速度和效率，真空过滤机的单台处理能力可达到1000m3/h 以上。（2）采用履带的传送带动滤纸更新走纸，纸带不易跑偏。（3）使用机械浮球阀控制真空过滤机内的液位波动，纯机械部件，控制简单方便无须动力，液位稳定在较小的波动范围内。（4）滤纸更新前停止真空过滤泵，使得在走纸时履带和滤纸上的压力降低，减轻了履带的负荷，使得履带运行相对稳定。

宝钢的多条冷轧机组采用了传统真空过滤机作为的乳化液的重要处理设备，在长期的生产、运行和维护过程中，传统真空过滤机也暴露出一些弊端和缺点，主要表现为几个方面：（1）为方便走纸，当乳化液较脏时，真空过滤泵需要频繁启闭，使得真空过滤泵的故障率增高。（2）在履带转动过程中停止运行真空过滤泵，虽然减轻了履带转动过程中表面的压力，但这种真空室内负压引起的作用力并不能完全消除，履带在转动过程中受到水压和吸附压力双重作用，导致履带故障率高，履带表面为蜂窝状孔隙，维修困难且维护成本高，一台900m3/h的传统真空过滤机配套的履带需约50万人民币。（3）采用机械浮球阀进行液位控制，浮球的上位和下位的高差较小，在进水流量和泵组流量不平衡的前提下，机械浮球阀会启闭频繁，易出现机械故障，影响系统运行。（4）真空过滤泵采用的恒速泵，泵的标准工况需要满足系统最大流量的要求，当进液流量较小时，恒速泵输送流量不能调整，恒速泵一直处在高能耗运行区间，构成能源浪费。

3、真空过滤机的改进

根据传统真空过滤机的原理，针对其特点及长期生产运行中暴露出来的问题，并结合新技术的应用，对真空过滤机设备及系统进行了优化和改进。

3.1 液位平衡方法优化

真空过滤机在冷轧乳化液系统的应用中，由于进液流量随着轧制模式和带钢规格的变化而改变，因此对真空过滤机的抗流量冲击负荷的能力提出了较高的要求，液位的稳定是真空过滤机能否稳定运行的关键因素之一。采用传统的机械式浮球阀进行液位控制，具有其优点的同时也存在着因液位高差小导致浮球阀启闭频繁，易出现机械故障等缺点，而且由于过滤泵采用的是恒速泵，其流量能力必须满足系统最大流量的要求，当乳化液系统小流量运行时，过滤泵的出液大部分都回流到真空过滤机内，能效很低，浪费能耗。若泵组采用分组供液也存在控制复杂，泵组启闭频繁等缺点。借鉴在水处理供水工程中变频供水的技术，将真空过滤泵由恒速泵改为采用变频泵，变频马达和真空过滤机过滤室的液位进行线性联锁闭环控制，将过滤室内的液位控制在某个设定值，当进液流量增大时，马达转速增加，进液流量减小时，马达转速降低，始终保持Q进液≈Q出液，液位基本恒定不变。此方法一方面较精确的维持了整空过滤机的液位稳定，另一方面，变频泵大大节约了能耗，根据生产现场的对照比较，采用变频泵后，真空过滤机约节约电耗50%。

3.2 滤纸传动及支撑结构的改进

为了解决传统真空过滤机的履带成本高，故障率高及维护成本高等缺点，对真空过滤机的滤纸传动及支撑结构进行了改进。

（图3-1 滤纸传动示意图）

(Figure3-1 Schematic diagram of filter paper's driving) 如图3-1，滤纸不再依靠履带的传动而移动，滤纸的上方为角钢压块，每根角钢之间的间距约

30mm,利用传动链条将角钢压块串联在一起，滤纸的下方为穿孔不锈钢板，孔径约5mm,穿孔不锈钢

板下方有槽钢支撑。根据这样的结构，滤纸的移动主要是依靠角钢压块向前移动时对滤纸的静摩擦

力带动滤纸前进，由于滤纸的正面为毛面，与角钢压块的摩擦系数大，产生静摩擦，反面为光面，

与下方的穿孔不锈钢板之间的摩擦系数小，产生滑动摩擦，角钢压块能够很轻松的带动滤纸前进。

改进后的纸带传动不在需要履带，新的传动结构简单，一次投资和维护成本较低，只要连接角钢压

块的链条不故障，则整个纸带传动装置不会发生故障，且链条故障率小，易维修，维护成本低。

3.3 增加真空负压消除功能

在传统的真空过滤机中，滤纸更新时，为减少履带的压力，需要关闭真空过滤泵，且无法完全

消除真空室内的负压，履带在带负载的工况下转动，导致履带故障率高，同时真空过滤泵的频繁启

闭也增加了设备故障率。即使改进后采用角钢压块带动滤纸移动的情况下，只有消除真空室内的负

压才能更可靠的带动滤纸前进，否则，滤纸将吸附在穿孔的不锈钢板上无法移动，为此，在真空过

滤机上增加真空负压消除的功能是非常必要的。

（图3-2 改进的真空过滤机原理简图）

(Figure3-2 Schematic diagram of improved vacuum filter) 如图3-2，在真空过滤机顶部设真空破坏罐，通过连通管和自动阀门（真空破坏阀）将真空破

坏罐底部与真空室进行连通。当真空室内负压到达II值时，先对真空室进行真空破坏，自动打开两

个真空破坏阀，真空破坏罐内的液体直接重力流入真空腔内，在几秒钟内，待真空室内负压消除，

回到I值位置后，滤纸开始走纸更新，运行走纸马达，当负压值回到零位之后，停止走纸，自动关

闭真空破坏阀，真空破坏罐内的液位和过滤泵出口的三通控制阀联锁，液位低时三通阀向真空破坏

罐内注水，当液位高时，三通阀直接将过滤好的乳化液输送至下道工序。采用真空负压破坏罐后，

纸带更新过程中不再需要停止过滤泵。真空破坏罐与真空室连接的管阀的口径在设计时应充分考虑

其瞬时流速能够满足真空消除的要求。增设真空破坏装置后，使得过滤泵可连续运转，无需间断频

繁停泵，减少了泵的维护成本，延长了泵的使用寿命。因真空完全消除后，减少了滤纸的阻力，使

得滤纸更新更加顺畅。真空过滤机运行更加稳定可靠。

3.4 过滤媒质的选择

真空过滤机的过滤媒质是其过滤的关键，过滤媒质的好坏直接影响到过滤效果。过滤媒质主要

包括不可再生的滤纸和可再生的无纺布带。在冷轧乳化液中主要杂质是铁粉、灰分、油等，采用滤

纸或无纺布带，只要过滤精度选择得当，都能取得较好的过滤效果。由于乳化液中的氧化铁粉末最

小可达到1μm,细小的铁粉会残留在过滤介质中，作为无纺布带再生后其通量会不断衰减，使用寿

命有限，另外，无妨布再生过程中会产生废水，增加了浓含油废水处理量，综合考虑在乳化液系统

中，采用价格适中性能可靠的滤纸是较好的选择。

改进后采用角钢压块移动滤纸的真空过滤机内，要求纸带正面和反面的粗糙度不同，使得在纸

带运行过程中，正面发生静摩擦，反面发生滑动摩擦，所以要求正面为毛面，反面为光面，具体粗

糙系数的要求应根据角钢的压力和摩擦力的计算公式计算确定。在滤纸首次铺设时，应特别留意滤

纸的正反面，否则滤纸将无法移动。

关于滤纸的过滤的精度，由于滤纸上形成滤饼层后可提高过滤精度几十倍，在冷轧乳化液中通

常使用的滤纸精度为60～80μm,在冷轧乳化液中有较好的过滤效果。

4、工程应用及效果

宝钢在过去由外方引进的冷轧机组中，外方配套的乳化液真空过滤机采用的是传统真空过滤机，

且2006年对某冷轧机组改造项目中也是新增的传统的真空过滤机。而在近年新建的由国内自主集成

的两条冷轧机组均采用改进的真空过滤机。

分别经过生产实践的检验，改进前后的真空过滤机性能及成本的对照表4-1：

表4-1 改进前后真空过滤机功能对照表

Table 1 Comparison table of vacuum filter's function before and after improvement 项 目 方式一（传统真空过滤机） 方式二（改进真空过滤机）备注

过滤分类 表层过滤 表层过滤 筛分

过滤泵的形式 恒速泵 变频泵

液位控制方法 机械浮球阀控制 变频联锁恒液位控制

滤纸走纸方式 履带带动 角钢压块推动

真空破坏方式 采用停泵方式减轻压力 采用真空破坏罐

真空过滤机设备费用 700万元/3台 600万元/3台 处理能力：900m3/h.台维护费用 95万元/年 50万元/年 履带、马达维修等 电 耗 900000kw/年 500000kw/年 定量分析

故障率 较高 较低 定性分析

设备稳定性 一般 较好 定性分析 * 说明：上表中相关数据以年产量80万吨的冷轧机组乳化液系统对应的一套真空过滤机系统设备为例。

从表4-1可以看出，传统真空过滤机改进后，一次投资成本得到降低，设备故障率维护费用降低，电耗降低，设备稳定性好，有利于真空过滤机对乳化液的净化作用，在一定程度上保证了带钢产品的质量。

5、结语

随着近年来，冷连轧机及配套系统从国外成套引进到国内自主集成的转变，轧机乳化液系统的设计也越来越受到国内技术人员的关注，对系统的关键设备的研究也在进一步深入，真空过滤机是冷轧乳化液系统中的重要设备，真空过滤机的稳定运行是乳化液系统的重要环节，对保证乳化液系统稳定运行至关重要。根据真空过滤机自身特点并结合工程实践和生产需求，进行设备及系统的优化，提高设备稳定性，节能降耗，降低维护成本，最大限度发挥真空过滤机的作用是非常重要的。

参考文献：

1、孙建林 著 轧制工艺润滑原理技术与应用 北京 冶金工业出版社 2004，70-76 ；

2、王国栋，刘相华，王军生. 冷连轧轧辊及工艺冷却润滑.轧钢，2003.06-42-5.