宣鋼高速線材水冷系統優化實踐

米彬峰

（河鋼集團宣鋼公司設備能源部，河北 宣化 075100）

河鋼集團宣鋼公司（全稱簡稱宣鋼）高速線材自投產后的相當一段時間，產品主要為盤螺，由于盤螺產品質量控制及要求相對較低，該產線工藝、設備存在的問題沒有充分暴露。隨著公司轉型升級和高質量發展的不斷推進，宣鋼自動煉鋼技術[1]不斷發展，該產線將產品逐步拓展為焊絲焊線、硬線等品種鋼，為滿足品種生產需求，決定對產線部分工藝設備進行優化改造，滿足高質量生產的需求。

1 水冷系統現狀分析

1.1 水箱存在問題

水冷系統由6 個水箱組成，水箱箱體內部安裝有集水管、噴嘴、手輪夾子等。各段水箱和導槽集水管、水箱、聯接件均為碳鋼結構。由于銹蝕造成水箱嚴重漏水，噴嘴無法準確可靠地安裝和固定。

高速線材軋機[2]軋制速度高，從精軋機至吐絲機區域，由于過鋼件直徑小、過鋼速度高，容易造成堆鋼故障，是軋線堆鋼故障發生率最高的區域。另外軋線不對中也是造成成品表面擦傷的重要原因之一。

造成高線高速區設備對中不良的原因：

1）高線軋機投產后，軋線地基不可避免地出現不均勻下沉；

2）高速區水箱、恢復段聯管箱等部件在使用中出現局部變形；

3）高速區水箱、恢復段聯管箱等部件更換過備件，檢修后受條件限制僅進行局部對中；

4）高速區相關過鋼件的不均勻磨損；

5）安裝調試期間，軋件對中精度超標等。

1.2 閥站存在問題

給水箱供水的閥站配置[3]水平嚴重偏低，完全不能滿足穩定性、定量化、數字化、自動化控制要求；其原因在于早期設備對供水閥站在控軋控冷中的作用認識不足，重視不夠，造成供水閥站的可調性、調整的重復性等功能很差，不能實現水冷的準確控制，造成產品性能不穩定。主要存在以下問題：

1）沒有配置流量和水壓檢測裝置，不能夠準確知道供水狀態，因此無法實現準確調整。

2）沒有配置流量調節閥（配置手動閥調節），因此不能夠實現流量和流量調節閥的閉環控制，不能保證流量的穩定和隨軋件溫度變化流量隨動調整之功能。

3）配置的快速開關閥動態響應速度和質量差，不能夠實現在0.1 s 內快速開關之目的，響應時間在1～3 s，不能實現頭尾不水冷或效果很差，嚴重影響成品質量和成材率；其原因在于選用快速開關閥不是三通閥、而是二通閥，其結構不利于大流量和高水壓下的快速開關；并且這種快速開關對系統壓力穩定性有影響。

4）原有供水閥站系統穩定性的措施考慮不周到，受水泵壓力、其他用水點的壓力影響很大。而現在高水平閥站在這方面做了周密考慮，在閥站的入口配置有減壓閥組，割斷了其他用水系統用水量變化對閥站水壓的影響，在三通快速開關閥的出口配置背壓閥保證即使頭尾不水冷也能夠保證系統水壓和流量和工作時基本一致。

1.3 控制系統存在問題

控冷系統溫度閉環自動控制系統缺失。精軋機組溫度控制[3]系統配置不足主要表現在如下方面：

1）控制系統的硬件配置缺失。沒有配置流量計、壓力計；因此不能準確知道生產用冷卻水的準確數值，不能對準確控制提供技術保證；國產快速開關閥反應速度慢，壽命短，不能實現工藝要求的讓頭和讓尾之目的；國產電調閥精度和可靠性不能滿足要求。

2）控制系統的顯示和存儲能力不足。精軋機組的軋件溫度、水溫、各水箱閥站的流量、水壓的、電調閥的開口度、快速開關閥狀態、二次快速開關閥狀態等重要控制技術參數無顯示和存儲，不能與工藝設定值進行實時比較，增加了操作人員判斷工藝狀態是否合理的難度和及時性。

3）控制系統的自動控制能力不足。控制系統不能夠根據條件變化自動調整水壓和水量保證軋件的溫度在設定許可范圍內，例如設定溫度的±10 ℃等；控制系統不能夠自適應記錄和更改對特定鋼種的冷卻工藝等，以便再次生產時自動迅速達到最佳工藝狀態。

2 水冷控制系統優化實施方案

1）精軋前水箱改造。在預精軋機后，裝有2 個水冷箱，預精軋機軋出的軋件經過水冷段以達到降低軋件溫度的目的。水冷段由2 個水冷箱組成，水冷箱后裝有過渡導槽，水冷箱為矩形的焊接結構，水冷箱頂部安裝有整體鉸接蓋，通過電液拉桿進行控制水箱蓋整體的開啟，有效地降低工人的工作強度。打開蓋就很容易地換噴嘴和處理事故。水冷箱安裝在支座上，支座在基礎的排水溝上方，水箱上的排水管與現場的排水管對焊。

2）精軋后水箱改造。在精軋機后，裝有4 個水冷箱，精軋機軋出的軋件經過水冷段以達到降低軋件溫度的目的。水冷段由4 個水冷箱組成，水冷箱后裝有過渡導槽（其中1 號、2 號水箱之間無過渡導槽）。水冷箱為矩形的焊接結構，水冷箱頂部安裝有整體鉸接蓋，通過電液拉桿進行控制水箱蓋整體的開啟，有效地降低工人的工作強度。打開蓋就很容易地換噴嘴和處理事故。

3）高效噴嘴改造。改造后的水冷噴嘴為摩根高效噴嘴。整個水冷線6 個水箱的高效噴嘴，每個水箱13 個噴嘴，6 個水箱共80 個噴嘴，兩套共計160 個噴嘴。水冷箱內入口裝設兩個正向清掃噴嘴，八個正向水噴嘴，對軋件進行冷卻；出口設三個清掃壓縮空氣噴嘴，將軋件表面冷卻水清理干凈。噴嘴為環行噴嘴，噴嘴為半開式。

4）水冷控制系統改造。現場水冷段控制系統包括精軋前預水冷段和精軋后水冷段共計6 臺水冷箱的控制。系統設置水冷箱共有六個，預水冷一段和二段水冷箱位置在預精軋軋機與精軋軋機之間，主要作用是控制精軋溫度，水冷一段、二段、三段、四段水冷箱位置在精軋軋機與吐絲機之間，主要作用是控制進入吐絲機的成品溫度。

水冷段控制系統具體功能有兩方面：實現頭部不穿水和控制軋制溫度。頭部不穿水功能由位置傳感器（檢測軋機電流替代）和氣動角座閥組成，角座閥有兩種狀態供水（冷卻水進入水箱）和回水（冷卻水進入回水管道）。當檢測到有鋼信號時開始供水延時計時，各水箱閥臺根據設定的打開延時由回水狀態切換到供水狀態，此時對應水箱投入使用。同理，當位置傳感器檢測到無鋼信號時開始回水延時計時，各水箱閥臺根據設定的關閉延時時間由供水狀態切換到回水狀態。6 個水箱的設定時間可以人工設定修改，也可以通過設定軋制速度和不穿水長度自動計算，以最后一種狀態為準。預水冷一段和二段水冷箱對應的位置傳感器為檢測預精軋電機（18 號軋機電機）咬鋼信號（電流超200 A），水冷一段、二段、三段、四段水冷箱對應的位置傳感器為檢測精軋電機咬鋼信號（電流超400 A）。

控制軋制冷卻溫度的控制管路部分組成包括：檢測冷卻水流量的電磁流量計、檢測水壓的壓力變送器、調節水流量的氣動V 型調節球閥。

圖1 高效噴嘴圖

3 實施效果

系統優化改造完成后，熱負荷試車一次性通過，達到水冷段安裝精度達到目標要求。經過調試，水冷段實現了流量自動調節及溫度自動調節功能，精軋溫度及吐絲溫度控制在±15 ℃范圍內，氣動調節閥響應時間預精軋后水冷箱：≤1.0 s，精軋后水冷箱：≤0.3 s，盤卷頭部失水段長度由原來的30 圈減少至10 圈。

4 結語

該系統水冷系統改造完成之后，徹底解決了制約品種開發的水冷控制人工調整時間長、控制精度低、失水段長度長等問題，滿足了品種開發生產水冷要求，在穩定產品性能，提高品種鋼成材率指標的同時，大大降低了職工勞動強度，在提升產品競爭力的同時，也為構建和諧社會奠定了良好基礎。