高線散冷工藝改造與盤螺性能優化研究

張聯兵，張存旺，徐兵偉

（首鋼長治鋼鐵有限公司生產技術處，山西 長治 046031）

軋鋼廠高線生產線采用雙線布置，于2013 年投產，設計年產量為110 萬t，2014 年達產。鋼材品種主要為熱軋光圓鋼筋盤條和低碳鋼熱軋圓盤條、焊線鋼等。高線產線主要生產HRB400E 盤螺產品，采用斯泰爾摩標準型冷卻工藝，利用線材軋機連續大變形的特點，通過軋后的快速冷卻過程抑制線材的再結晶，最后通過相變過程的控制實現線材的細晶化。但產線目前存在的問題是終軋溫度較高，Φ8 mm 盤螺終軋溫度在1 100 ℃左右，由于產線裝備能力不足和盤螺穿水阻力過大，軋后吐絲溫度在990～1 030 ℃，吐絲溫度相對較高，為保證產品晶粒尺寸和力學性能，需要散冷風機具備較強的冷卻降溫能力。而散冷區離心式冷卻風機存在能耗高、冷卻效率低以及變頻器負荷過大和故障率高等問題，不能滿足盤螺吐絲后快速、均勻冷卻至相變溫度的工藝需求，因此，需要對散冷風機進行升級改造。

1 散冷風機升級改造

改造前，散冷輥道使用12 臺大功率離心風機。1號、2 號風機功率為220 kW（不變頻），風量為154 700 m3/h；3 號—8 號風機功率為250 kW（變頻調速），風量為180 000 m3/h；9 號—12 號風機功率為220 kW（不變頻），風量為154 700 m3/h。在生產過程中，風機在100%開啟情況下，故障率高，且產品性能預警頻繁，嚴重影響產品質量的穩定性。為了保證產品性能，需要滿負荷開啟7～10 臺風機，電耗較高且盤螺力學性能不易保證。

離心式鼓風機在工作中，氣流由風機軸向進入葉片空間，然后在葉輪的驅動下產生高壓風，通過風道進入風冷線，因受結構限制，進氣口和排氣口較小，容易造成進氣和排氣不暢，在大風量情況下，吹出的風呈間歇性，強弱不均，易使產品性能出現波動[1]。

改造方案是將1 號—6 號離心式散冷風機改造為軸流式節能冷卻風機。電機功率185 kW，風量為240 000 m3/h，利用現有變頻器，可以緩減變頻器負荷，降低故障率。同時，該風機采用輕質合金鑄造航空異型葉輪，具有科學合理的進出風導流系統，高效節能。風機運行所需功率低，風量大，冷卻能力強，有利于搭接點的冷卻[2]，改善了線材同圈性能穩定性，為產品性能的優化提供了更大空間。

更換高線現有的1 號—6 號離心式冷卻風機，用大功率軸流式節能冷卻風機代替。設備基礎采用現有基礎，不涉及土建施工，軸流風機罩與現有風機罩采用軟連接進行對接安裝，確保密封效果。改造前后風機性能參數對照如表1 所示。

表1 改造前后1 號—6 號風機工藝參數對照

2 盤螺工藝優化

2.1 溫度變化對照

下頁表2 為1 號—6 號風機改造前后輥道溫降檢測統計表。由表2 可以看出，改變大功率風機后，各段溫降速度均有所提升，尤其是1 號—3 號，各段平均溫降較改造前降低30 ℃左右，改造效果良好。

表2 改造前后1—6 號風機對應輥道溫降檢測統計℃

風機改造后，生產現有HRB400E 盤螺通常只需開啟4～6 臺風機即可滿足要求，節電效果明顯。Ac1點由3 號風機末段提前至2 號風機末端，相變時間提前5.67 s，有效防止奧氏體晶粒長大。

2.2 電耗情況對比

本次改造將1 號—6 號風機由離心式改為軸流風機，將1 號、2 號風機工頻改為變頻，將7 號、8 號風機變頻改為工頻，其余3 號—6 號風機維持變頻，變頻可以顯示即時電流。在電壓380 V 的情況下，通過觀察變頻風機改造前后電流值，3 號—6 號風機電流明顯降低，3 號風機電流由310 A 左右降到230 A左右，4 號風機電流由380 A 左右降到240 A 左右，5號風機電流由410 A 左右降到240 A 左右，6 號風機電流由390 A 左右降到240 A 左右，電耗穩定下降。經多次多個風機能耗統計，風機小時總電耗由2 000 kWh 降為1 400 kWh，噸鋼電耗由20 kWh 降為14 kWh，節能30%。

2.3 產品力學性能對比

統計經本項目風機改造實施前后Φ8 mm 和Φ10 mm 規格HRB400E 盤螺的抗拉強度、屈服強度及同圈力學性能，并進行評估。其力學性能和同圈波動分別如圖1、圖2 所示。

圖1 風機改造前后力學性能變化

圖2 風機改造前后Φ8 mm HRB400E 盤螺同圈性能波動

由圖1 可看出，改造后Φ8 mm 規格盤螺抗拉強度增加17 MPa，屈服強度增加11 MPa；Φ10 mm 規格盤螺抗拉強度增加13 MPa，屈服強度增加20 MPa。

由圖2 可看出，風機改造后，頭部抗拉強度同圈波動為13 MPa，同圈差減少9 MPa；尾部抗拉強度同圈波動為16 MPa，同圈差減少14 MPa。頭部屈服強度同圈波動為13 MPa，同圈差減少14 MPa；尾部屈服強度同圈波動為21 MPa，同圈差減少5 MPa。風機改造后對同圈性能差有明顯改善。

3 結論

1）長鋼高線斯太爾摩風冷線采用新型軸流式風機代替老式離心式風機，噸鋼電耗由20 kWh 降為14 kWh，節能30%，節能效果顯著；

2）采用新型軸流式風機代替老式離心式風機，HRB400E 盤螺抗拉強度、屈服強度均有不同程度的提高；屈服強度、抗拉強度同圈差均有明顯降低。