宣钢高速线材水冷系统优化实践

米彬峰

（河钢集团宣钢公司设备能源部，河北 宣化 075100）

河钢集团宣钢公司（全称简称宣钢）高速线材自投产后的相当一段时间，产品主要为盘螺，由于盘螺产品质量控制及要求相对较低，该产线工艺、设备存在的问题没有充分暴露。随着公司转型升级和高质量发展的不断推进，宣钢自动炼钢技术[1]不断发展，该产线将产品逐步拓展为焊丝焊线、硬线等品种钢，为满足品种生产需求，决定对产线部分工艺设备进行优化改造，满足高质量生产的需求。

1 水冷系统现状分析

1.1 水箱存在问题

水冷系统由6 个水箱组成，水箱箱体内部安装有集水管、喷嘴、手轮夹子等。各段水箱和导槽集水管、水箱、联接件均为碳钢结构。由于锈蚀造成水箱严重漏水，喷嘴无法准确可靠地安装和固定。

高速线材轧机[2]轧制速度高，从精轧机至吐丝机区域，由于过钢件直径小、过钢速度高，容易造成堆钢故障，是轧线堆钢故障发生率最高的区域。另外轧线不对中也是造成成品表面擦伤的重要原因之一。

造成高线高速区设备对中不良的原因：

1）高线轧机投产后，轧线地基不可避免地出现不均匀下沉；

2）高速区水箱、恢复段联管箱等部件在使用中出现局部变形；

3）高速区水箱、恢复段联管箱等部件更换过备件，检修后受条件限制仅进行局部对中；

4）高速区相关过钢件的不均匀磨损；

5）安装调试期间，轧件对中精度超标等。

1.2 阀站存在问题

给水箱供水的阀站配置[3]水平严重偏低，完全不能满足稳定性、定量化、数字化、自动化控制要求；其原因在于早期设备对供水阀站在控轧控冷中的作用认识不足，重视不够，造成供水阀站的可调性、调整的重复性等功能很差，不能实现水冷的准确控制，造成产品性能不稳定。主要存在以下问题：

1）没有配置流量和水压检测装置，不能够准确知道供水状态，因此无法实现准确调整。

2）没有配置流量调节阀（配置手动阀调节），因此不能够实现流量和流量调节阀的闭环控制，不能保证流量的稳定和随轧件温度变化流量随动调整之功能。

3）配置的快速开关阀动态响应速度和质量差，不能够实现在0.1 s 内快速开关之目的，响应时间在1～3 s，不能实现头尾不水冷或效果很差，严重影响成品质量和成材率；其原因在于选用快速开关阀不是三通阀、而是二通阀，其结构不利于大流量和高水压下的快速开关；并且这种快速开关对系统压力稳定性有影响。

4）原有供水阀站系统稳定性的措施考虑不周到，受水泵压力、其他用水点的压力影响很大。而现在高水平阀站在这方面做了周密考虑，在阀站的入口配置有减压阀组，割断了其他用水系统用水量变化对阀站水压的影响，在三通快速开关阀的出口配置背压阀保证即使头尾不水冷也能够保证系统水压和流量和工作时基本一致。

1.3 控制系统存在问题

控冷系统温度闭环自动控制系统缺失。精轧机组温度控制[3]系统配置不足主要表现在如下方面：

1）控制系统的硬件配置缺失。没有配置流量计、压力计；因此不能准确知道生产用冷却水的准确数值，不能对准确控制提供技术保证；国产快速开关阀反应速度慢，寿命短，不能实现工艺要求的让头和让尾之目的；国产电调阀精度和可靠性不能满足要求。

2）控制系统的显示和存储能力不足。精轧机组的轧件温度、水温、各水箱阀站的流量、水压的、电调阀的开口度、快速开关阀状态、二次快速开关阀状态等重要控制技术参数无显示和存储，不能与工艺设定值进行实时比较，增加了操作人员判断工艺状态是否合理的难度和及时性。

3）控制系统的自动控制能力不足。控制系统不能够根据条件变化自动调整水压和水量保证轧件的温度在设定许可范围内，例如设定温度的±10 ℃等；控制系统不能够自适应记录和更改对特定钢种的冷却工艺等，以便再次生产时自动迅速达到最佳工艺状态。

2 水冷控制系统优化实施方案

1）精轧前水箱改造。在预精轧机后，装有2 个水冷箱，预精轧机轧出的轧件经过水冷段以达到降低轧件温度的目的。水冷段由2 个水冷箱组成，水冷箱后装有过渡导槽，水冷箱为矩形的焊接结构，水冷箱顶部安装有整体铰接盖，通过电液拉杆进行控制水箱盖整体的开启，有效地降低工人的工作强度。打开盖就很容易地换喷嘴和处理事故。水冷箱安装在支座上，支座在基础的排水沟上方，水箱上的排水管与现场的排水管对焊。

2）精轧后水箱改造。在精轧机后，装有4 个水冷箱，精轧机轧出的轧件经过水冷段以达到降低轧件温度的目的。水冷段由4 个水冷箱组成，水冷箱后装有过渡导槽（其中1 号、2 号水箱之间无过渡导槽）。水冷箱为矩形的焊接结构，水冷箱顶部安装有整体铰接盖，通过电液拉杆进行控制水箱盖整体的开启，有效地降低工人的工作强度。打开盖就很容易地换喷嘴和处理事故。

3）高效喷嘴改造。改造后的水冷喷嘴为摩根高效喷嘴。整个水冷线6 个水箱的高效喷嘴，每个水箱13 个喷嘴，6 个水箱共80 个喷嘴，两套共计160 个喷嘴。水冷箱内入口装设两个正向清扫喷嘴，八个正向水喷嘴，对轧件进行冷却；出口设三个清扫压缩空气喷嘴，将轧件表面冷却水清理干净。喷嘴为环行喷嘴，喷嘴为半开式。

4）水冷控制系统改造。现场水冷段控制系统包括精轧前预水冷段和精轧后水冷段共计6 台水冷箱的控制。系统设置水冷箱共有六个，预水冷一段和二段水冷箱位置在预精轧轧机与精轧轧机之间，主要作用是控制精轧温度，水冷一段、二段、三段、四段水冷箱位置在精轧轧机与吐丝机之间，主要作用是控制进入吐丝机的成品温度。

水冷段控制系统具体功能有两方面：实现头部不穿水和控制轧制温度。头部不穿水功能由位置传感器（检测轧机电流替代）和气动角座阀组成，角座阀有两种状态供水（冷却水进入水箱）和回水（冷却水进入回水管道）。当检测到有钢信号时开始供水延时计时，各水箱阀台根据设定的打开延时由回水状态切换到供水状态，此时对应水箱投入使用。同理，当位置传感器检测到无钢信号时开始回水延时计时，各水箱阀台根据设定的关闭延时时间由供水状态切换到回水状态。6 个水箱的设定时间可以人工设定修改，也可以通过设定轧制速度和不穿水长度自动计算，以最后一种状态为准。预水冷一段和二段水冷箱对应的位置传感器为检测预精轧电机（18 号轧机电机）咬钢信号（电流超200 A），水冷一段、二段、三段、四段水冷箱对应的位置传感器为检测精轧电机咬钢信号（电流超400 A）。

控制轧制冷却温度的控制管路部分组成包括：检测冷却水流量的电磁流量计、检测水压的压力变送器、调节水流量的气动V 型调节球阀。

图1 高效喷嘴图

3 实施效果

系统优化改造完成后，热负荷试车一次性通过，达到水冷段安装精度达到目标要求。经过调试，水冷段实现了流量自动调节及温度自动调节功能，精轧温度及吐丝温度控制在±15 ℃范围内，气动调节阀响应时间预精轧后水冷箱：≤1.0 s，精轧后水冷箱：≤0.3 s，盘卷头部失水段长度由原来的30 圈减少至10 圈。

4 结语

该系统水冷系统改造完成之后，彻底解决了制约品种开发的水冷控制人工调整时间长、控制精度低、失水段长度长等问题，满足了品种开发生产水冷要求，在稳定产品性能，提高品种钢成材率指标的同时，大大降低了职工劳动强度，在提升产品竞争力的同时，也为构建和谐社会奠定了良好基础。