淺談自動(dòng)化控制在穿水工藝中的應(yīng)用

李洪彬 王盈

【摘 要】隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備逐步被現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備所取代。自動(dòng)化設(shè)備將成為生產(chǎn)型企業(yè)的主導(dǎo)，自動(dòng)化的生產(chǎn)工藝也將逐步被推廣。

【關(guān)鍵詞】穿水；自動(dòng)化；恒壓控制；棒材軋制

引言

隨著近幾年迅速崛起的房地產(chǎn)行業(yè)，螺紋鋼在建筑行業(yè)的需求量大量增加，各地的小型鋼廠猶如雨后春筍。然而傳統(tǒng)的熱軋工藝為了滿足特定的材料力學(xué)性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化學(xué)方法來滿足最終力學(xué)的性能要求，這不僅僅使鋼坯生產(chǎn)過程復(fù)雜化，而且還會(huì)因?yàn)樘砑雍辖鹗沟锰籍?dāng)量增加，從而影響到材料的焊接性能。這就使得傳統(tǒng)的熱軋工藝有了一定的劣勢(shì)。近些年，通過對(duì)穿水工藝的研究和反復(fù)實(shí)踐，軋鋼加入穿水工藝不僅僅可以提高鋼筋的力學(xué)性能，降低成本，而且能夠改善產(chǎn)品的表面質(zhì)量，消除氧化氣泡，同時(shí)能夠減少彎頭的數(shù)量，提高產(chǎn)品合格率，因此穿水工藝在軋鋼行業(yè)大步推進(jìn)。但是傳統(tǒng)的穿水設(shè)備由于沒有智能的檢測器件，迅速的壓力調(diào)節(jié)和精準(zhǔn)的溫度控制，完全靠人工調(diào)節(jié)控制，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性很差。管理者為了降低更多的成本，獲取更大的利潤，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，穿水設(shè)備的自動(dòng)化控制已成必然趨勢(shì)。

1.穿水工藝要求

為了實(shí)現(xiàn)穿水設(shè)備的自動(dòng)化，首先要簡單了解一下穿水的工藝要求。以φ12螺紋鋼的軋制過程為例。

1.1原料成分要求

要求轉(zhuǎn)爐煉鋼成分基本均勻、純凈度、偏析度符合國際標(biāo)準(zhǔn)。

原料牌號(hào)：HRB335

目標(biāo)牌號(hào)：HRB400

原料各化學(xué)成分要求如下：

C（%）0.20～0.25，

SI（%）0.4～0.8，

Mn（%）1.2～1.6，

S、P（%）<0.04，

Ceq（%）>0.42，

1.2各點(diǎn)溫度控制要求

加熱爐出鋼溫度：1100℃±30℃

粗軋溫度：1100℃±20℃

精軋溫度：1050℃±30℃

穿水入口溫度：1050℃±30℃

穿水出口溫度：420℃±30℃

冷穿回火溫度：650℃±30℃

1.3冷卻水及反吹氣參數(shù)的控制要求

冷卻水溫度要求：<40℃

冷卻水總流量要求：900m3/h

冷卻水壓力要求：（到穿水壓力、壓力穩(wěn)定）不小于1.0MPa

供氣要求：供氣點(diǎn)到穿水旁，每處供氣壓力大于0.5MPa

壓縮空氣的總最大耗量：小于7m3/h，壓力范圍0.4～0.6MPa

1.4鋼材速度

穿水入口速度：14m/s

穿水時(shí)間：0.9s

1.5軋制過程中工藝要求

依據(jù)工藝技術(shù)參數(shù)的要求，確保泵組、供氣的正常使用。

依據(jù)工藝技術(shù)參數(shù)的要求，確保軋線各節(jié)點(diǎn)溫度在工藝要求范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粗、中、精軋制的推拉關(guān)系，確保粗、中微張力狀態(tài)，精軋無張力狀態(tài)。

1.6成品力學(xué)性能檢測實(shí)驗(yàn)

取20支樣品，其中10支應(yīng)馬上檢驗(yàn)，另外10支過三個(gè)月時(shí)效后進(jìn)行檢驗(yàn)。

依據(jù)GB1499.2-2007標(biāo)準(zhǔn)中HRB400的力學(xué)性能和工藝性能要求進(jìn)行檢測：軋后屈服強(qiáng)度Rel≥460MPa；抗拉強(qiáng)度Rm≥570 MPa；延伸率A≥17%視為合格。三個(gè)月時(shí)效后，力學(xué)性能應(yīng)高于國際：屈服強(qiáng)度Rel≥435MPa；抗拉強(qiáng)度Rm≥560 MPa；延伸率A≥17%視為合格。

2.穿水系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)穿水工藝的要求，首先總結(jié)一下穿水系統(tǒng)設(shè)備由哪些組成：

2.1供水系統(tǒng)

穿水的供水系統(tǒng)一般是獨(dú)立于軋機(jī)水處理站以外的冷卻水處理系統(tǒng)，有自己的高壓水泵，水箱，冷卻器，水池，供水泵，自成一套系統(tǒng)。

2.2冷卻水箱

冷卻水箱裝置由內(nèi)部冷卻器、箱體、橫移小車及替換輥道組成。小斷面的棒材一般采用套管冷卻器，根據(jù)棒材的規(guī)格，一般安裝2-4段。水箱一般采用蓋板密封。替換輥道是根據(jù)生產(chǎn)需要配置的，當(dāng)不使用穿水時(shí)，通過小車橫移將冷卻器移離軋制線。

2.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分為手動(dòng)控制系統(tǒng)，半自動(dòng)控制系統(tǒng)，全自動(dòng)控制系統(tǒng)。

手動(dòng)系統(tǒng)中無智能檢測器件，完全靠人工憑經(jīng)驗(yàn)控制閥門的開度，來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差。

半自動(dòng)系統(tǒng)中有大部分的智能檢測器件，根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，水泵的轉(zhuǎn)速，但壓力的設(shè)定，溫度的監(jiān)控，由人工通過上位機(jī)的人機(jī)界面進(jìn)行干預(yù)。系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，產(chǎn)品的穩(wěn)定性也較高。

全自動(dòng)控制系統(tǒng)中，全部由智能檢測器件檢測，根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，水泵的轉(zhuǎn)速，控制穿水的壓力，沒有人工的干預(yù)。由于沒有人工干預(yù)，系統(tǒng)運(yùn)行過程中的不確定因素很多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性反而不高，一般不采用。

綜上穿水工藝的要求，為了實(shí)現(xiàn)穿水設(shè)備的自動(dòng)化，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)滿足以下數(shù)據(jù)的采集：

2.3.1穿水各節(jié)點(diǎn)的鋼的溫度要實(shí)時(shí)采集。

2. 3.2穿水水的溫度要實(shí)時(shí)采集。

2. 3.3穿水的水流流量要實(shí)時(shí)采集。

2. 3.4穿水的總管壓力要實(shí)時(shí)采集。

2. 3.5穿水的分管壓力要實(shí)時(shí)采集。

3.自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

穿水自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由檢測儀表，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及PLC組成，為一閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.1檢測原件包括：電磁流量計(jì)，測量總管的流量；熱電阻，測量水的溫度；壓力傳感器，測量總管及分管的壓力；紅外溫度測量儀，測量鋼的溫度。

3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)閥門的開度；泄壓閥，壓力過高時(shí)自動(dòng)打開；氣動(dòng)開閉閥，自動(dòng)控制閥門的開關(guān)。