關于提高CSP帶鋼卷取溫度命中率的探究

胡 鋼，王 程，裴令明，雷 杰，殷文忠，王鴻翔

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243002)

層流冷卻設備的冷卻水牢牢的貼在帶鋼表面，以獲得最好的冷卻效果，使得帶鋼能夠冷卻到卷取的溫度[1]。不同材料的冷卻策略用冷卻模型進行計算，在軋制不同品種的帶鋼，噴淋組有不同的冷卻模型，均勻精確地把熱軋帶鋼溫度降低到規定對卷取溫度范圍之內，已獲得所需對帶鋼組織和力學性能[2]。

但是，由于控制冷卻水開關的氣動蝶閥所用的氣源是普通壓縮空氣，氣管里面的水分較多。當氣動蝶閥的電磁閥得電時，二位五通先導閥開啟與執行器氣缸活塞側連通，水分隨壓縮空氣進入先導閥和氣缸，不久，先導換向閥和氣缸摩擦副表面的油膜被破壞，導致密封損壞和摩擦副表面擦傷，最終氣動蝶閥發生卡阻，不能開啟或關閉。據統計，2019年1月至5月卷取溫度命中率平均值僅為85%，而工藝允許的下限值為95%。使帶鋼冷卻到最后的組織溫度和卷取溫度得不到保證，嚴重影響了產品的質量。所以，本文提出了一種自動排水的儲氣罐，以消除普通壓縮空氣中的水分，非常有必要。

1 層流冷卻設備概述

1.1 設備簡介

層流冷卻設備包括6組微調區域噴淋組和1個精調區域噴淋組，它們呈上下對稱布置，使鋼板上下表面得到均勻冷卻。上噴淋組的氣動蝶閥距離層流輥道1860 mm。位于在每個噴淋組之前都有一個側吹，每組側吹有上下2只噴嘴，將帶鋼表面多余的冷卻水吹走，嚴格按照冷卻模式進行冷卻，以獲得好的冷卻效果。

1.2 問題

每當氣動蝶閥卡阻時，拆開氣動蝶閥的進氣管，發現有許多水分從管口噴出來，如圖2。

生產時，較多的水分隨壓縮空氣進入氣動蝶閥的二位五通先導換向閥和氣缸里，引起幾只氣動蝶閥同時發生卡阻，如圖1所示，導致幾組冷卻水不能開啟，使帶鋼不能達到其應該的組織溫度和卷取所需溫度，嚴重影響帶鋼產品的品質。

圖1 層流冷卻設備

圖2 氣動蝶閥

卷取溫度的精準控制是決定帶鋼品質的關鍵因素，每年因為卷取溫度不命中引起的質量缺陷，給公司帶來上百萬元的經濟損失。

1.3 問題分析

1.3.1 從普通壓縮空氣氣源上分析

由于從供氣廠提供的普通壓縮空氣里含有的水分較多，在進入用戶點之前，首先進入一個10 m3的儲氣罐，儲氣罐沒有自動排水的功能，也沒有攔截水分的結構。雖然有運行人員定時打開排水閥排水，但是還是有部分水分隨著壓縮空氣進入用戶點。

1.3.2 從設備上分析

(1)雖然氣動蝶閥電磁閥得到電信號，但是電磁閥內的進氣小孔被水銹堵死，換向閥沒有壓縮空氣驅動，自然還是在關閉的位置，氣動蝶閥任然處于關閉狀態；

(2)氣動蝶閥的電磁閥得到電信號，但是線圈燒壞，氣動蝶閥任然處于關閉狀態；

(3)氣動蝶閥的二位五通先導換向閥得到電信號，線圈內的銜鐵動作，先導氣流雖然進入換向閥的B側，但是閥芯與閥體之間被水銹卡阻，無法移動，壓縮空氣無法進入執行器;

(4)即使電磁閥和先導換向閥沒有卡阻，水隨壓縮空氣進入執行器，活塞與氣缸摩擦副的油膜被水破壞，摩擦副之間形成沒有油膜的干摩擦，不久，摩擦副的表面粗糙度值會增加，表面被拉毛，進一步相互咬死，氣動蝶閥不是打不開就是關不住。

收集到4條導致氣動蝶閥不動作的原因，其中有3條是因為壓縮空氣中有大量水分造成。

2 解決方案

通過以上對CSP層流冷卻氣動蝶閥經?？ㄗ璧脑蚍治?，主要是從供氣廠供給的普通壓縮空氣內含有較多水分，進入廠房之前先經過10 m3的含有手動排水閥的儲氣罐，儲氣罐也不具備攔截壓縮空氣中的水分功能，所以一些水分隨著壓縮空氣進入層流冷卻設備的氣動蝶閥。

要想進入層流氣動蝶閥的壓縮空氣不含水分，讓供氣廠去除普通壓縮空氣的水分來提高供氣質量。如，安裝冷凍式壓縮空氣干燥機除水干燥來消除壓縮空氣中的水分[3]，但是，這樣會大幅增加生產的成本。所以，只能考慮在CSP廠房內部解決。壓縮空氣從10m3儲氣罐輸出后進入CSP廠房的負8米介質設備區域，一個分支至軋機區域，一個分支至卷取區域，一個分支垂直向上至層流冷卻的氣動蝶閥。

性價比較高的方案是，在層流冷卻設備的負8米支管處安裝一個自動排水的儲氣罐。它含有兩個功能：能有效攔截普通壓縮空氣里的水分；一旦儲氣罐內有水分存在，能自動排水。

層流每次全部開啟大約需要50 L的壓縮空氣，氣罐容積設計為150L,罐體采用高強度、高韌性的Q345R，法蘭16Mn鍛，緊固件采用35CrMoA。如圖3所示，位于儲氣罐下方的依次為DN25的排水管、手動截止閥、疏水閥。右側下方的是進氣管，右側偏上方的是出氣管，上部為壓力表。疏水閥內部為杠桿式結構，在感應到排水管內有水分時自動排水，排完水分自動關閉。

圖3 氣罐總裝圖

該方案與2019年5月下旬實施。

儲氣罐的水分攔截結構

1、如圖4所示，進氣管低于出氣管位于罐體下三分之一處，DN50的進氣管伸入罐體內一段距離，距離進氣管管口20 mm有一5 mm厚的孔板(1)，用戶點氣動蝶閥每次開啟或關閉的用氣量大約為50 L,壓縮空氣通過這個孔板時會攔截一部分水分，它們匯聚成水滴往下流。

2、順著壓縮空氣的流動的方向，距離孔板(1)后面25 mm有一孔板(2)，孔板(2)上面與水平方向呈45°角，長度為130 mm，寬度為6 mm，高度為10 mm的5個矩形條，用氬弧焊焊接在孔板(2)上。通過孔板(1)的壓縮空氣流向孔板(2)， 壓縮空氣中的水分黏附在孔板(2)和矩形條的表面，并順著矩形條45°傾角往下流。

圖4 氣罐剖面圖

3、如圖5圖6所示，一個與水平方向呈45°角的薄壁方錐臺，將進氣管，孔板(1)罩住，錐臺的大端焊接在孔板(2)上，在錐臺下方水平方向開了一個梯形孔，使孔板(1)和孔板(2)流下的水排到氣罐底部。為了避免孔板上銹，孔板與方錐臺使用不銹鋼制作并于罐體、進氣管焊接固定。

圖5 局部剖面圖

3 結語

在CSP層流負8米至層流冷卻設備的普通壓縮空氣管道處，安裝一臺自動排水的儲氣罐，不僅能夠攔截普通壓縮空氣內含有的大量水分，通過安裝在排水管上的疏水閥實現自動排水。解決了CSP生產線層流冷卻設備氣動蝶閥進水頻繁卡阻。

圖6 局部剖面

據2019年6月至10月統計，卷取溫度命中率的平均值提高到95%，達到了工藝允許的下限值。

95%只是卷取溫度命中率的下限值，在生產寬斷面帶鋼時，層流冷卻的側吹不能準確地將覆蓋在帶鋼上的上幕冷卻水吹走，影響帶鋼冷卻模型的精確實施，進一步處理好這個問題還可以將卷曲溫度命中率再提高一些。