降低層流冷卻系統(tǒng)故障的控制方法及應(yīng)用

張偉海，劉順東

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部，河北唐山 063210）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司2250 熱軋產(chǎn)線層流冷卻系統(tǒng)的電氣部分采用日本TMEIC 控制系統(tǒng)。層流冷卻系統(tǒng)安裝在精軋機(jī)輸出輥道區(qū)域，通過層冷噴淋的方式將帶鋼從終軋溫度冷卻到卷取溫度。由于工藝上的需求，層冷設(shè)備與輸出輥道上的高溫帶鋼近距離接觸，造成設(shè)備處于高溫烘烤、高溫水汽侵蝕以及機(jī)械振動(dòng)沖擊等惡劣環(huán)境當(dāng)中；且由于工藝設(shè)定不同鋼種所需水量不同，造成部分層冷設(shè)備長時(shí)間不進(jìn)行噴水動(dòng)作，導(dǎo)致水梁內(nèi)水溫過高，對冷卻效率產(chǎn)生較大的影響，并且加劇了氣動(dòng)閥的故障及噴水嘴的銹蝕。

1 工藝流程

2250 生產(chǎn)線層流冷卻系統(tǒng)由15 組粗調(diào)區(qū)和2 組微調(diào)區(qū)兩部分組成，現(xiàn)場設(shè)備包括上集水裝置、下集水裝置、側(cè)噴裝置、輸出輥道裝置。其中每個(gè)粗調(diào)區(qū)單元由4 個(gè)上集水和4 個(gè)下集水組成，每個(gè)集水管由1 個(gè)電磁閥控制1 個(gè)氣動(dòng)開閉閥實(shí)現(xiàn)冷卻水的開關(guān)。每個(gè)微調(diào)區(qū)單元由8 個(gè)上集水和8 個(gè)下集水組成，同樣每個(gè)電磁閥控制1 個(gè)開閉閥。2250 層冷區(qū)域輸出輥道共有9組386 根輥，每根輥長度約2.3 m。

層流冷卻水由輔助部門對水質(zhì)進(jìn)行處理后，通過加壓泵站輸送到層冷高位水箱中。當(dāng)帶鋼通過層流冷卻系統(tǒng)時(shí)，電氣控制按照二級(jí)設(shè)定指令開閉部分氣動(dòng)碟閥，將冷卻水噴淋到帶鋼表面，對帶鋼進(jìn)行降溫。冷卻帶鋼的水進(jìn)入地溝，返回到水處理部門，完成一次循環(huán)。但是當(dāng)帶鋼跟蹤移開輸出輥道后，二級(jí)設(shè)定消失，層流冷卻閥發(fā)出關(guān)閉指令（圖1），層冷設(shè)備在軋鋼間隙無法得到有效的降溫處理。

圖1 原層冷水控制時(shí)序

2 問題描述與分析

通過長期對生產(chǎn)線中層流冷卻系統(tǒng)的觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)層冷設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)以下3 種問題：

2.1 層冷輸出輥道

層冷輥道長期直接與700 ℃左右?guī)т摻佑|（正常的生產(chǎn)狀態(tài)過鋼時(shí)間約為110 s，過鋼間隙約為15 s）。在過鋼間隙期間，輸出輥道得不到有效的冷卻，致使輸出輥道輥面平均溫度高達(dá)140 ℃。輥面耐磨性、抗腐蝕性受高溫影響很大，造成輥面老化和磨損情況加劇。同時(shí)在輸送帶鋼過程中容易造成帶鋼表面劃傷，使帶鋼合格品率降低。

2.2 層冷開閉閥

由于軋鋼工藝上要求不同種的鋼所需冷卻水量不同，導(dǎo)致部分層冷開閉閥長時(shí)間不進(jìn)行開閉及噴水動(dòng)作，長期經(jīng)受帶鋼的高溫烘烤使層冷開閉閥本體溫度高達(dá)95 ℃，而且外部環(huán)境有大量高溫水蒸氣對設(shè)備進(jìn)行侵蝕，導(dǎo)致開閉閥閥體、閥塊、電磁線圈等設(shè)備故障率升高。若開閉閥出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致開閉閥出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，在輸送帶鋼時(shí)由于開閉閥關(guān)不嚴(yán)滴到帶鋼表面容易造成帶鋼質(zhì)量問題。

2.3 集水管噴嘴

層冷上集水管長期處于高溫帶鋼的烘烤、高溫水汽侵蝕以及機(jī)械震動(dòng)沖擊的惡劣環(huán)境當(dāng)中；且由于二級(jí)設(shè)定部分層冷設(shè)備長時(shí)間不進(jìn)行噴水動(dòng)作，導(dǎo)致水梁內(nèi)水溫過高，對冷卻效率產(chǎn)生很大的影響，并且加快了噴水嘴的銹蝕情況。

3 改進(jìn)措施

3.1 方案分析

以上各種失效形式都是由于設(shè)備長期處于高溫狀態(tài)下造成的，因此采用層流水對輸出輥道及閥體等設(shè)備進(jìn)行冷卻，以達(dá)到對層冷設(shè)備降溫的目的。在2 塊帶鋼間隙打開所有的層冷水閥，使層冷輥道設(shè)備得到充分冷卻，防止設(shè)備長期處于高溫狀態(tài)而加速損壞，并能保證層冷輥道溫度，降低輥道變形、輥面磨損老化及閥體、集水管的損壞率。

在程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)帶鋼進(jìn)入層冷區(qū)域時(shí)，要嚴(yán)格按照二級(jí)設(shè)定進(jìn)行開關(guān)水閥，不能影響正常的噴水時(shí)序控制，以免造成帶鋼性能不合格甚至軋廢。只有在卷取機(jī)卸載、精軋無咬鋼信號(hào)且層冷軌道上無帶鋼跟蹤信號(hào)時(shí)，將層流冷卻水閥全部打開，當(dāng)下一塊板坯進(jìn)入精軋機(jī)且產(chǎn)生咬鋼信號(hào)時(shí)，水閥全部關(guān)閉，然后按照正常的二級(jí)設(shè)定對水閥進(jìn)行控制。

綜合以上問題，在原有閥體控制的基礎(chǔ)上，對原程序進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 具體實(shí)施方案

根據(jù)軋鋼工藝要求制定輥道冷卻措施：當(dāng)在急停、快停等情況下層冷集水梁進(jìn)行抬起時(shí)，層冷水閥嚴(yán)禁執(zhí)行打開命令；在軋鋼間隙進(jìn)行噴水時(shí)，相應(yīng)的側(cè)噴水及下集水不執(zhí)行打開動(dòng)作，因?yàn)閭?cè)噴水的開啟，容易使電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境變的非常惡劣，對降低設(shè)備故障率十分不利。

按照要求對功能的投入連鎖條件進(jìn)行設(shè)定。此條件中包含精軋機(jī)組無咬鋼信號(hào)，層冷1～9 組輥道無帶鋼跟蹤信號(hào)，層流冷卻水處于自動(dòng)控制模式下，且考慮到輥道停車狀態(tài)下不需要噴水的情況，將輥道速度不等于零加入到此連鎖條件當(dāng)中。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，考慮到存在2 塊帶鋼進(jìn)入輸出輥道時(shí)間間隔較長的情況，在程序中加一個(gè)開水10 s 的時(shí)間限制，在能夠徹底降溫的前提下盡可能節(jié)省用水成本。

考慮到用水成本及達(dá)到降溫效果，多次試驗(yàn)得出間隙3 塊帶鋼進(jìn)行1 次噴水即可達(dá)到有效的降溫作用，因此在運(yùn)行條件中增加了3 塊軋鋼間隙觸發(fā)1 次開水命令。為了方便投入此功能，且在特殊條件要求下及時(shí)屏蔽此功能，特意在操作畫面上增加了功能選擇按鈕及軋鋼間隙數(shù)量，用于操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要對軋鋼間隙噴水功能進(jìn)行調(diào)整。具體軋鋼間隙噴水控制時(shí)序如圖2 所示。

圖2 軋鋼間隙噴水控制時(shí)序

3.3 改進(jìn)效果

自軋鋼間隙層冷自動(dòng)噴水降溫功能開發(fā)投入以來，層冷輸出輥道溫度普遍降為80 ℃左右，層冷區(qū)域未再出現(xiàn)因輥道高溫造成的輥?zhàn)訌澢拜S承卡阻等問題，同時(shí)因輥道問題造成的帶鋼表面劃傷隱患的停機(jī)事故也有效降低。不經(jīng)常開啟的層冷集水管內(nèi)部的水也能在軋鋼間隙進(jìn)行排除，達(dá)到對集水管進(jìn)行降溫以及提高換熱效率的作用。同時(shí)軋鋼間隙自動(dòng)噴水降溫功能投入以來，帶鋼的表面劃傷率大大降低，連續(xù)幾個(gè)月未出現(xiàn)劃傷缺陷的鋼卷，使帶鋼的成材率有所提升。

4 結(jié)論

通過對熱軋層冷區(qū)域易出現(xiàn)的故障原因進(jìn)行分析，并通過優(yōu)化層冷控制時(shí)序，利用軋鋼間隙進(jìn)行噴水達(dá)到對層冷設(shè)備進(jìn)行降溫的作用。實(shí)際應(yīng)用效果顯著，對程序進(jìn)行改進(jìn)后，避免了因?qū)永湓O(shè)備溫度高造成的非計(jì)劃停機(jī)，保障了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生產(chǎn)效率。