淺談過程控制自動化系統在高速線材生產過程中的研究與應用

摘要： 鋼鐵企業生產控制自動化系統在制造產品的各個環節起到了舉足輕重的作用，而本文重點對控制軋制和控制冷卻技術進行深入的研究，以及控制軋制和控制冷卻在高速線材生產過程中各個環節的應用特點及發展趨勢。

關鍵詞： 過程控制 高速線材 控制軋制 控制冷卻

前言

如今，我國軋鋼生產技術較之過去已取得顯著進步，縮小了與國際軋鋼技術先進水平的差距，信息化和自動化技術發揮了重要作用。按照我國鋼鐵工業的實際狀況分析，從采礦、選礦、焦化、燒結、煉鐵、煉鋼，到鑄坯（連鑄）、軋鋼、精整，再到熱處理等所有生產工序中，軋鋼工序是應用自動化和信息化技術比較先進、成熟并且取得明顯效益的工序。

1.過程控制自動化系統的重要性

鋼鐵企業是我國國民經濟的重要支柱產業之一，如何提高我國鋼鐵企業的競爭力，很大程度上取決于我國鋼鐵企業的信息化建設水平。對我國鋼鐵企業而言，其基礎自動化部分，如加熱爐控制系統、燃燒控制系統等等大都實現了技術改造，基本采用了PLC、DCS等實現控制，這為企業信息化建設中的設備集成提供了硬件基礎。而在信息化建設過程中，更好地實現基礎自動化控制系統將對鋼鐵企業今后與生產管理系統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

控制軋制是指在調整鋼的化學成分的基礎上，通過控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數，控制奧氏體組織變化規律和相變產物的組織形態，達到細化組織、提高鋼材強度與韌性的目的。控制軋制工藝可用于生產碳素鋼、微合金化鋼、低合金鋼、高強度和超高強度鋼及一些合金鋼。

控制軋制一般有控溫軋制和熱機軋制兩種。

在控溫軋制中，為了獲得所要求的目標值，必須在規定的溫度范圍內進行總變形。第一個負荷道次的開軋溫度是事先通過出爐溫度規定的。軋制的溫度范圍由規定的終軋溫度決定。一般情況下，只有軋制過程在規定的時間內中斷，并將軋件送到停歇場上進行冷卻，這個終軋溫度才能得到保證。

熱機軋制是在規定的溫度范圍內按照所規定的壓下量進行軋制，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，軋制過程中斷兩次。軋制階段是由該階段中預先給定的軋制量和完成該軋制量時的溫度范圍決定的。由此產生了中間軋制量和各階段之間的軋制時間。

2.2.控制冷卻

軋鋼生產中的冷卻方法有許多種，但歸納起來有以下兩大類。

2.2.1.常規冷卻

常規冷卻的含義是指從軋機出來的熱軋產品在氣候的剪切、收集、打捆、包裝等精整工序中不加以任何控制手段，而讓其在周圍環境中自然冷卻的一種方法，又稱“自然冷卻”。

2.2.2.控制冷卻

控制冷卻在軋鋼領域內屬于控制軋制的范疇，它是指人們對熱軋產品的冷卻過程有目的地進行人為控制的一種方法。確切地說，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，許多工程技術人員和理論工作者為此做了大量的工作，使得各種熱軋產品的質量大大提高。

3.高速線材控制軋制和控制冷卻自動化技術的應用

3.1高速線材軋機控溫軋制及控制冷卻的特點：

3.1.1.實現了全軋制過程的控制軋制

現代高速線材軋機的控制軋制工藝由于采用了低溫開軋，低碳鋼為920℃，中高碳

鋼為950℃～980℃，低的開軋溫度降低了能耗，氧化鐵皮生成量比常規軋制下降0.1%～0.15%。經過低溫終軋，線材的晶粒細小、風度大，有利于降低水冷段的事故率。

3.1.2. 精度較高的水冷閉環控制系統

經閉環控制水冷線冷卻的線材，同鋼種同規格的產品卷與卷、批與批之間，具有均勻的溫度分布。該系統調整精度為±5℃，即線材表面溫差±5℃時即開始調整水量，這樣能夠準確的控制吐絲溫度，使吐絲溫度的偏差保持在±105℃范圍內，給線材的冷卻運輸收集提供了良好的條件。

3.2.高速線材軋機的控制軋制系統

控制軋制系統包括軋件從加熱開始至集卷站整個軋制過程的溫度控制，可分為五個階段：即鋼坯的加熱溫度控制、精軋前水冷控制、精軋機組內水冷控制、精軋機組后水冷控制、運輸集卷時的冷卻控制。

3.2.1.鋼坯的加熱溫度控制

為使成品線材奧氏體晶粒細化，線材軋機采用低溫精軋工藝。降低精軋溫度從降低鋼坯出爐溫度開始控制，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象，氧化燒損也大大降低。

3.2.2.精軋機組前的水冷控制

為了控制軋件升溫，降低軋件進入精軋機組的溫度，精軋機組之前增設水冷箱，以便進入精軋機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.精軋機組內水冷控制

在精軋機組如果不加水冷，軋件溫度將升高150℃或更高。在精軋機架的圓形軋件的出口和橢圓孔的入口處增設了特殊結構的水冷導衛，另外在機架間增設了水冷裝置，在軋制過程中向各軋制道次的軋件上噴水，控制精軋機組內的軋件溫升。

3.2.4.精軋機組后的水冷控制

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散，使軋件進入吐絲機的溫度保持或接近于一個常數。

吐絲機吐絲溫度一般高于相變溫度，對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鋼種不同或用戶最終驗收產品的要求不同而進行選擇。

3.2.5.散卷運輸冷卻方式

散卷運輸冷卻的目的是為了進行奧氏體相變控制，以確保通過運輸輥道風冷相變來得到精確的顯微組織。

參考文獻：

[1]高速軋機線材生產《編寫組》.高速軋機線材生產[M].冶金工業出版社 2006

[2]高速線材軋機裝備技術 冶金工業工業出版社 1997

[3]宣鋼高速線材車間軋后冷卻設計 首鋼科技 2002

[4]鋼鐵生產工藝裝備新技術 冶金工業出版社 2004

作者簡介：李 鑫（1983-1-23-，男，漢族，河北張家口宣化人，河北鋼鐵集團宣鋼公司檢修公司，電氣助理工程師，本科學歷，電氣自動化方向。