淺談過(guò)程控制自動(dòng)化系統(tǒng)在高速線材生產(chǎn)過(guò)程中的研究與應(yīng)用

摘要： 鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)控制自動(dòng)化系統(tǒng)在制造產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)起到了舉足輕重的作用，而本文重點(diǎn)對(duì)控制軋制和控制冷卻技術(shù)進(jìn)行深入的研究，以及控制軋制和控制冷卻在高速線材生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 過(guò)程控制 高速線材 控制軋制 控制冷卻

前言

如今，我國(guó)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)較之過(guò)去已取得顯著進(jìn)步，縮小了與國(guó)際軋鋼技術(shù)先進(jìn)水平的差距，信息化和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮了重要作用。按照我國(guó)鋼鐵工業(yè)的實(shí)際狀況分析，從采礦、選礦、焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼，到鑄坯（連鑄）、軋鋼、精整，再到熱處理等所有生產(chǎn)工序中，軋鋼工序是應(yīng)用自動(dòng)化和信息化技術(shù)比較先進(jìn)、成熟并且取得明顯效益的工序。

1.過(guò)程控制自動(dòng)化系統(tǒng)的重要性

鋼鐵企業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，如何提高我國(guó)鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，很大程度上取決于我國(guó)鋼鐵企業(yè)的信息化建設(shè)水平。對(duì)我國(guó)鋼鐵企業(yè)而言，其基礎(chǔ)自動(dòng)化部分，如加熱爐控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)等等大都實(shí)現(xiàn)了技術(shù)改造，基本采用了PLC、DCS等實(shí)現(xiàn)控制，這為企業(yè)信息化建設(shè)中的設(shè)備集成提供了硬件基礎(chǔ)。而在信息化建設(shè)過(guò)程中，更好地實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)將對(duì)鋼鐵企業(yè)今后與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的銜接起到重要的作用。

2.控制軋制和控制冷卻的研究

2.1 控制軋制

控制軋制是指在調(diào)整鋼的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數(shù)，控制奧氏體組織變化規(guī)律和相變產(chǎn)物的組織形態(tài)，達(dá)到細(xì)化組織、提高鋼材強(qiáng)度與韌性的目的?？刂栖堉乒に嚳捎糜谏a(chǎn)碳素鋼、微合金化鋼、低合金鋼、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼及一些合金鋼。

控制軋制一般有控溫軋制和熱機(jī)軋制兩種。

在控溫軋制中，為了獲得所要求的目標(biāo)值，必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行總變形。第一個(gè)負(fù)荷道次的開(kāi)軋溫度是事先通過(guò)出爐溫度規(guī)定的。軋制的溫度范圍由規(guī)定的終軋溫度決定。一般情況下，只有軋制過(guò)程在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)中斷，并將軋件送到停歇場(chǎng)上進(jìn)行冷卻，這個(gè)終軋溫度才能得到保證。

熱機(jī)軋制是在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)按照所規(guī)定的壓下量進(jìn)行軋制，又分為兩階段軋制和三階段軋制。在兩階段軋制中，軋制過(guò)程中斷一次，并使軋件冷卻到下一階段所要求的軋制溫度。在三階段軋制中，軋制過(guò)程中斷兩次。軋制階段是由該階段中預(yù)先給定的軋制量和完成該軋制量時(shí)的溫度范圍決定的。由此產(chǎn)生了中間軋制量和各階段之間的軋制時(shí)間。

2.2.控制冷卻

軋鋼生產(chǎn)中的冷卻方法有許多種，但歸納起來(lái)有以下兩大類(lèi)。

2.2.1.常規(guī)冷卻

常規(guī)冷卻的含義是指從軋機(jī)出來(lái)的熱軋產(chǎn)品在氣候的剪切、收集、打捆、包裝等精整工序中不加以任何控制手段，而讓其在周?chē)h(huán)境中自然冷卻的一種方法，又稱(chēng)“自然冷卻”。

2.2.2.控制冷卻

控制冷卻在軋鋼領(lǐng)域內(nèi)屬于控制軋制的范疇，它是指人們對(duì)熱軋產(chǎn)品的冷卻過(guò)程有目的地進(jìn)行人為控制的一種方法。確切地說(shuō)，所謂控制冷卻，就是利用軋件熱軋后的軋制余熱，以一定的控制手段控制其冷卻速度，從而獲得所需要的組織和性能的冷卻方法。幾十年來(lái)，許多工程技術(shù)人員和理論工作者為此做了大量的工作，使得各種熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量大大提高。

3.高速線材控制軋制和控制冷卻自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1高速線材軋機(jī)控溫軋制及控制冷卻的特點(diǎn)：

3.1.1.實(shí)現(xiàn)了全軋制過(guò)程的控制軋制

現(xiàn)代高速線材軋機(jī)的控制軋制工藝由于采用了低溫開(kāi)軋，低碳鋼為920℃，中高碳

鋼為950℃～980℃，低的開(kāi)軋溫度降低了能耗，氧化鐵皮生成量比常規(guī)軋制下降0.1%～0.15%。經(jīng)過(guò)低溫終軋，線材的晶粒細(xì)小、風(fēng)度大，有利于降低水冷段的事故率。

3.1.2. 精度較高的水冷閉環(huán)控制系統(tǒng)

經(jīng)閉環(huán)控制水冷線冷卻的線材，同鋼種同規(guī)格的產(chǎn)品卷與卷、批與批之間，具有均勻的溫度分布。該系統(tǒng)調(diào)整精度為±5℃，即線材表面溫差±5℃時(shí)即開(kāi)始調(diào)整水量，這樣能夠準(zhǔn)確的控制吐絲溫度，使吐絲溫度的偏差保持在±105℃范圍內(nèi)，給線材的冷卻運(yùn)輸收集提供了良好的條件。

3.2.高速線材軋機(jī)的控制軋制系統(tǒng)

控制軋制系統(tǒng)包括軋件從加熱開(kāi)始至集卷站整個(gè)軋制過(guò)程的溫度控制，可分為五個(gè)階段：即鋼坯的加熱溫度控制、精軋前水冷控制、精軋機(jī)組內(nèi)水冷控制、精軋機(jī)組后水冷控制、運(yùn)輸集卷時(shí)的冷卻控制。

3.2.1.鋼坯的加熱溫度控制

為使成品線材奧氏體晶粒細(xì)化，線材軋機(jī)采用低溫精軋工藝。降低精軋溫度從降低鋼坯出爐溫度開(kāi)始控制，要求加熱爐鋼坯按不同鋼種溫度控制均勻加熱。為了補(bǔ)償頭尾端熱量損失，采用頭尾加熱溫度高于鋼坯中間溫度30℃的措施，保證軋制中整個(gè)斷面的變形均勻，因此降低了燃料的消耗，減少鋼坯的表面脫碳現(xiàn)象，氧化燒損也大大降低。

3.2.2.精軋機(jī)組前的水冷控制

為了控制軋件升溫，降低軋件進(jìn)入精軋機(jī)組的溫度，精軋機(jī)組之前增設(shè)水冷箱，以便進(jìn)入精軋機(jī)組之前的軋件溫度降低到控制軋制的溫度范圍，一般要降溫100℃左右。

3.2.3.精軋機(jī)組內(nèi)水冷控制

在精軋機(jī)組如果不加水冷，軋件溫度將升高150℃或更高。在精軋機(jī)架的圓形軋件的出口和橢圓孔的入口處增設(shè)了特殊結(jié)構(gòu)的水冷導(dǎo)衛(wèi)，另外在機(jī)架間增設(shè)了水冷裝置，在軋制過(guò)程中向各軋制道次的軋件上噴水，控制精軋機(jī)組內(nèi)的軋件溫升。

3.2.4.精軋機(jī)組后的水冷控制

精軋后水冷的目的是使軋件從精軋溫度冷卻至所需要的吐絲溫度，以進(jìn)一步控制線材奧氏體的晶粒度和減少氧化鐵皮的生成量。

線材在水冷段快速冷卻到接近的溫度，以得到細(xì)小的奧氏體晶粒。但水冷速度不能太快，否則線材芯部與線材表面溫差太大。影響線材質(zhì)量。為了使線材溫度均勻，冷卻是間斷性的，使熱量從線材中心向表面擴(kuò)散，使軋件進(jìn)入吐絲機(jī)的溫度保持或接近于一個(gè)常數(shù)。

吐絲機(jī)吐絲溫度一般高于相變溫度，對(duì)于中高碳鋼線材要求較高的吐絲溫度，控制吐絲溫度是根據(jù)鋼種不同或用戶最終驗(yàn)收產(chǎn)品的要求不同而進(jìn)行選擇。

3.2.5.散卷運(yùn)輸冷卻方式

散卷運(yùn)輸冷卻的目的是為了進(jìn)行奧氏體相變控制，以確保通過(guò)運(yùn)輸輥道風(fēng)冷相變來(lái)得到精確的顯微組織。

參考文獻(xiàn)：

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[3]宣鋼高速線材車(chē)間軋后冷卻設(shè)計(jì) 首鋼科技 2002

[4]鋼鐵生產(chǎn)工藝裝備新技術(shù) 冶金工業(yè)出版社 2004

作者簡(jiǎn)介：李 鑫（1983-1-23-，男，漢族，河北張家口宣化人，河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司檢修公司，電氣助理工程師，本科學(xué)歷，電氣自動(dòng)化方向。