某鋼廠高線摩根溫度閉環控制系統研究

王紅軍，溫傳，趙勁松

（邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056015）

某鋼廠高線機組生產線設計生產能力高達70 萬噸/年，主要生產優質碳素結構鋼、合金結構鋼、焊條鋼、冷鐓鋼、軸承鋼和彈簧鋼等。該線機組的主要機械設備是由美國西門子摩根公司提供，由于軋速高，軋件溫升快，生產產品對產品性能要求高，精確控制軋件溫度，滿足生產和吐絲相變工藝，軋件溫度閉環控制非常必要。本文研究邯鄲鋼鐵集團公司高線機組摩根溫度閉環控制系統，對提升特鋼產品性能質量具有十分重要的意義。

1 公司概述

某鋼廠具備年產1400 萬噸左右的優質鋼的綜合生產能力，是國內科技創新型、高質量、高效益的優質的產鋼基地。其次，公司以黨的十九大精神為指導，貫徹國家鋼鐵發展政策，全面構建我國鋼鐵工業經濟示范區，從而推進了我國經濟的快速發展。

2 高線機組摩根溫度閉環控制系統構成及其原理

2.1 系統構成

摩根區水冷溫度控制系統為：從西區能中來7MPa 中壓濁環水，主管路與支管上加有溫度和壓力檢測裝置，高速區為一個兩機架PFM 預精軋機組、一個八機架NTM 精軋機組、1 個四機架RSM 減定徑機組和6 個水箱七段水冷卻控制，NTM精軋機機架間在圓軋件通過的進出口，設有機架間水冷系統。在每個機組前后設有軋件溫度監測元件，每個水箱入口管路費舍爾快切閥前加裝流量控制系統，在水箱的回水管路上加位置開關閥，以控制水箱內水冷壓力。根據溫度設定，利用檢測軋件在不同軋機組中的溫度，與計算機設定溫度比對，自動控制現場閥門動作來調節冷卻水壓力和流量，實現軋件溫度的過程控制。摩根溫控冷卻水系統硬件：采用羅斯蒙特（ROSEMOUNT）8711 系列電磁流量計，環境溫度為-34～65℃，公稱內徑為150mm,流量范圍是1.8～12m3/s,精確度等級為0.3 級。供電電壓為交流220V，輸出為4～20mA標準信號；摩根溫控系統在設備保護方面，不僅可以根據用戶實際需求實現對核心設備的檢測，還提升了設備的預知預控能力。

2.2 冷卻水控制

在該廠摩根高線機組中，控制產品性能主要方式有兩種，其中包含了控制水箱冷卻水的溫度和控制水箱冷卻水的流量兩種方式。現場儀表檢測信號和控制命令利用各種信號模板來控制和采集功能，從而實現溫度和流量的PLD 控制要求。其次，冷卻水流量和壓力由HML 設定，利用控制調節閥門來控制水壓和流量，壓力和流量由HML 設定，主要目的是為了在軋鋼過程中，流向水箱的冷卻水和軋鋼間隙時水槽中的回水流量和水壓力相等，減少水系統水錘現象發生。當閥門將冷卻水從一個調節閥轉向另外一個調節閥時，保持各調節閥狀態不變，壓力和流量波動小，從而穩定冷卻水的控制。

2.3 應用效果

摩根溫控水冷系統硬件結構系統配置簡單，系統可靠性高，具有雙向數字通訊能力的智能儀表，它不僅功能穩定運行，且維護工作量小，還具備良好的人性化設計，操作簡單，故障判斷簡單，控制模式多元化。圖1 是系統結構原理圖：

圖1 系統原理結構圖

3 摩根加強型溫度閉環控制系統受壓力控制影響

某鋼廠在摩根溫度控制系統中軋制過程中，利用了六段水箱控制系統，每個區域的水箱由紅外線檢測儀、穩定法、換向閥、泄壓閥以及流量變送器和壓力變送器組成，當水箱前的金屬監控儀檢測到軋件信號時，水箱會自動開啟，并根據軋制規格和軋件溫度，提前精確開啟冷卻水水量對軋件進行冷卻。

3.1 軋件達不到溫降

溫度控制系統在沒有將全部水泵打開的情況下，導致冷卻水壓力不足，從而達不到溫度降溫低的效果。同時，壓力變壓器發生故障問題，壓力變送器會導致泄壓壓力信號出錯，從而無法控制冷卻流量，水量和壓力都達不到要求。再者，換向閥出現故障，當換向閥出現故障時，會引起換向錯誤，甚至導致冷卻水量不夠，影響溫降效果。再者，水箱噴嘴以及管路堵塞，水中含有較多的氧化鐵粉和混合物，導致水箱里的噴嘴被雜質堵塞。根據來水溫度和壓力，結合軋制的鋼種、規格及軋制速度，優化各段水箱流量和壓力，滿足各段軋件溫度控制要求。

3.2 影響因素分析

摩根溫度閉環控制系統在軋機運行的過程當中，系統溫度受到較大影響，由于咬鋼、提速、降速的過程中軋件溫度變化跟不上系統冷卻的波動。其次，冷卻回路上氣動膜閥門控制壓力的變化，壓力的變化直接影響溫度控制，從而引起流量閥門啟動關閉頻繁，造成壓力波動。其次，在高速線材的生產過程中，由于溫度和壓力波動等各種因素，會造成爐鋼溫度的波動，而軋件通過設備過程中，溫度不穩定的影響，從而達不到工藝要求。同時，由于軋件經過軋機的過程中溫度波動較大，無論是過高還是過低，都容易出現設備故障，這樣不僅會影響生產量，增加設備維修成本，甚至還會造成嚴重的安全事故。再者，軋件溫度的波動，從而導致產品性能和質量受到影響。

3.3 存在的問題

設備在實際運行過程中，摩根溫度閉環系統會存在著部分的問題和故障。首先，軋件達不到預期的溫降效果，軋件在通過設備水箱階段過程中，溫降也無法達到軋制鋼工藝要求的標準和數值；其次，水箱無法控制冷卻長度，在軋件經過水箱后，水箱無法自動關閉；最后，軋件冷卻呈現不均勻的現象，通過水箱后的軋件表面呈斑馬紋形狀。為了提升作業效率，作業區會經常縮短出鋼間隔時間的操作方式，出鋼間斷時間一旦縮短，鋼還未通過水箱時，水箱前的探測儀長期檢測到鋼的信號，導致水箱處于開啟狀態，以至于無法及時關閉，小規格時造成頂事故，大規格黑頭造成碳化鎢輥輥裂問題。

4 摩根溫度閉環控制系統有效控制策略

4.1 定期維護系統

怎樣才能提升摩根溫度閉環控制系統的使用性能呢？首先，應該定期維護系統以及檢查系統是否出現故障，如果發現故障及時處理。首先，定期對設備進行維護和檢查，每天清洗設備內的機械零件，保持水箱以及導槽的干凈以及疏通，從而保障設備的溫控效果。此外，定期清洗或更換設備內的過濾網，防止堵塞，造成壓力假象，確保供水正常。其次，不斷地修改和調整各水閥系統的PID 控制參數，其中包含了比例系數、積分系數、微分系數，這樣能夠有效提升閥門動作響應時間和效率。

4.2 修改程序，完善系統

關于系統存在水箱不能正常開關的問題，對于冷卻頭尾無法精確控制長短、可以進行程序操作，進而完善系統。首先，應該根據溫度控制系統的跟蹤程序，更改冷卻運行參數系統，修改軋制不同規格標準時、冷卻頭尾的時間以及冷卻水儲存量。此外，更改溫度控制系統中的換向閥控制程序，在換向閥打開或者關閉的過程中，根據水箱的檢測信號而定，因此，在水箱換向閥的開關程序中，分別增加一個延時程序。在更改程序，完善溫度系統以后不但解決了水箱不能正常開關的情況，還解決了冷卻頭尾不能控制的問題。

4.3 摩根溫度系統研究結論

通過對摩根溫度閉環控制系統的原理以及故障原因進行不斷探究和分析，再通過一系列的程序修改，真正意義上優化了溫度閉環控制系統，提升了摩根溫度閉環控制系統的整體運行性能。同時，軋件冷卻時間，溫度達到規定要求，產品質量也達到了市場需求。

5 結語

隨著某鋼廠高線摩根機組生產開發品種鋼以來，摩根溫度閉環控制系統起到了十分重要的作用。在生產和應用過程中，通過對摩根溫度閉環控制系統故障的分析，優化了溫控閉環控制系統的軟硬件，從而提升了系統的使用性能，也極大地滿足了生產需要，提升了產品質量。摩根溫度閉環控制系統在設備保護方面，也起到了重要的作用。所以，研究和優化摩根溫度閉環控制系統，是提高產品性能、提升市場占有率的必要條件。摩根溫度閉環控制系統的穩定性，大大提升了產品的質量水平，從而促進了企業的可持續發展。