浅谈自动化控制在穿水工艺中的应用

李洪彬 王盈

【摘 要】随着时代的进步和科技的发展，传统的生产设备逐步被现代化的生产设备所取代。自动化设备将成为生产型企业的主导，自动化的生产工艺也将逐步被推广。

【关键词】穿水；自动化；恒压控制；棒材轧制

引言

随着近几年迅速崛起的房地产行业，螺纹钢在建筑行业的需求量大量增加，各地的小型钢厂犹如雨后春笋。然而传统的热轧工艺为了满足特定的材料力学性能要求，都要加入一些特殊的合金元素，靠化学方法来满足最终力学的性能要求，这不仅仅使钢坯生产过程复杂化，而且还会因为添加合金使得碳当量增加，从而影响到材料的焊接性能。这就使得传统的热轧工艺有了一定的劣势。近些年，通过对穿水工艺的研究和反复实践，轧钢加入穿水工艺不仅仅可以提高钢筋的力学性能，降低成本，而且能够改善产品的表面质量，消除氧化气泡，同时能够减少弯头的数量，提高产品合格率，因此穿水工艺在轧钢行业大步推进。但是传统的穿水设备由于没有智能的检测器件，迅速的压力调节和精准的温度控制，完全靠人工调节控制，导致产品的质量稳定性很差。管理者为了降低更多的成本，获取更大的利润，提高产品质量稳定性，穿水设备的自动化控制已成必然趋势。

1.穿水工艺要求

为了实现穿水设备的自动化，首先要简单了解一下穿水的工艺要求。以φ12螺纹钢的轧制过程为例。

1.1原料成分要求

要求转炉炼钢成分基本均匀、纯净度、偏析度符合国际标准。

原料牌号：HRB335

目标牌号：HRB400

原料各化学成分要求如下：

C（%）0.20～0.25，

SI（%）0.4～0.8，

Mn（%）1.2～1.6，

S、P（%）<0.04，

Ceq（%）>0.42，

1.2各点温度控制要求

加热炉出钢温度：1100℃±30℃

粗轧温度：1100℃±20℃

精轧温度：1050℃±30℃

穿水入口温度：1050℃±30℃

穿水出口温度：420℃±30℃

冷穿回火温度：650℃±30℃

1.3冷却水及反吹气参数的控制要求

冷却水温度要求：<40℃

冷却水总流量要求：900m3/h

冷却水压力要求：（到穿水压力、压力稳定）不小于1.0MPa

供气要求：供气点到穿水旁，每处供气压力大于0.5MPa

压缩空气的总最大耗量：小于7m3/h，压力范围0.4～0.6MPa

1.4钢材速度

穿水入口速度：14m/s

穿水时间：0.9s

1.5轧制过程中工艺要求

依据工艺技术参数的要求，确保泵组、供气的正常使用。

依据工艺技术参数的要求，确保轧线各节点温度在工艺要求范围内调节粗、中、精轧制的推拉关系，确保粗、中微张力状态，精轧无张力状态。

1.6成品力学性能检测实验

取20支样品，其中10支应马上检验，另外10支过三个月时效后进行检验。

依据GB1499.2-2007标准中HRB400的力学性能和工艺性能要求进行检测：轧后屈服强度Rel≥460MPa；抗拉强度Rm≥570 MPa；延伸率A≥17%视为合格。三个月时效后，力学性能应高于国际：屈服强度Rel≥435MPa；抗拉强度Rm≥560 MPa；延伸率A≥17%视为合格。

2.穿水系统的构成

根据穿水工艺的要求，首先总结一下穿水系统设备由哪些组成：

2.1供水系统

穿水的供水系统一般是独立于轧机水处理站以外的冷却水处理系统，有自己的高压水泵，水箱，冷却器，水池，供水泵，自成一套系统。

2.2冷却水箱

冷却水箱装置由内部冷却器、箱体、横移小车及替换辊道组成。小断面的棒材一般采用套管冷却器，根据棒材的规格，一般安装2-4段。水箱一般采用盖板密封。替换辊道是根据生产需要配置的，当不使用穿水时，通过小车横移将冷却器移离轧制线。

2.3控制系统

控制系统分为手动控制系统，半自动控制系统，全自动控制系统。

手动系统中无智能检测器件，完全靠人工凭经验控制阀门的开度，来调节系统的压力。产品的稳定性较差。

半自动系统中有大部分的智能检测器件，根据检测的数据自动调节阀门的开度，水泵的转速，但压力的设定，温度的监控，由人工通过上位机的人机界面进行干预。系统的稳定性较高，产品的稳定性也较高。

全自动控制系统中，全部由智能检测器件检测，根据检测的数据自动调节阀门的开度，水泵的转速，控制穿水的压力，没有人工的干预。由于没有人工干预，系统运行过程中的不确定因素很多，系统的稳定性反而不高，一般不采用。

综上穿水工艺的要求，为了实现穿水设备的自动化，自动化系统应满足以下数据的采集：

2.3.1穿水各节点的钢的温度要实时采集。

2. 3.2穿水水的温度要实时采集。

2. 3.3穿水的水流流量要实时采集。

2. 3.4穿水的总管压力要实时采集。

2. 3.5穿水的分管压力要实时采集。

3.自动控制系统的组成

穿水自动控制系统一般由检测仪表，执行机构及PLC组成，为一闭环控制系统。

3.1检测原件包括：电磁流量计，测量总管的流量；热电阻，测量水的温度；压力传感器，测量总管及分管的压力；红外温度测量仪，测量钢的温度。

3.2执行机构包括：电动调节阀，可以调节阀门的开度；泄压阀，压力过高时自动打开；气动开闭阀，自动控制阀门的开关。