趙富強(qiáng)，喇思蘭，李凌宇

（中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計研究總院有限公司，河北 秦皇島 066000）

今年以來，“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)向世界吹響了中國節(jié)能減排的號角，各企業(yè)都在走節(jié)能降耗、綠色發(fā)展之路。軋鋼廠在軋制過程中要消耗大量水，在設(shè)計或改造中如何節(jié)約用水、減少耗水量成為研究和亟待解決的問題。在熱軋帶鋼生產(chǎn)線上，帶鋼軋后冷卻用水是全線設(shè)備用水系統(tǒng)中最大的一個系統(tǒng)。熱軋帶鋼的卷取溫度是影響成品帶鋼性能的重要工藝參數(shù)之一[1]。熱軋帶鋼的終軋溫度一般為850～950 ℃，為了使帶鋼獲得良好的組織性能，帶鋼的卷取溫度必須控制在550～650 ℃。從精軋機(jī)末機(jī)架至卷取機(jī)必須對帶鋼進(jìn)行冷卻，帶鋼要在5～20 s之內(nèi)通過該區(qū)域，使高溫的帶鋼降溫300 ℃左右。常用的帶鋼軋后冷卻裝置有層流冷卻、水幕冷卻、高壓噴水冷卻等形式，其中層流冷卻采用低壓大水量的高效冷卻工藝，冷卻精度高，工藝成熟，是目前在板材軋機(jī)軋后冷卻工序中應(yīng)用較多的一種冷卻方式[2]。

1 層流冷卻原理

層流供水泵站通過供水泵組將水送至高位水箱，高位水箱中的水通過重力供給層流集管，這樣水就從一定高度降落到帶鋼表面，使帶鋼表面覆蓋一層最佳厚度的水層，然后通過熱交換原理，使帶鋼迅速冷卻到所需的卷取溫度。具體的方法就是，層流冷卻裝置采用低壓大水量將水附于帶鋼表面，形成薄薄的一層水膜，隨著帶鋼的前行，由側(cè)噴水吹動水膜，使其不斷更新，從而帶走大量的熱，以此達(dá)到冷卻效果。

2 層流冷卻水循環(huán)原理

層流冷卻用水特點是水壓低、流量大、水壓穩(wěn)定、水流為層流，因此，供水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)層流冷卻的特點來配置[3]。目前層流供水系統(tǒng)選用配置方式為泵+機(jī)旁高位水箱的供水系統(tǒng)。根據(jù)軋制的鋼種、成品規(guī)格、帶鋼溫度、軋制速度等工藝參數(shù)，合理配置層流冷卻供水系統(tǒng)，通過高位水箱穩(wěn)定水壓和調(diào)節(jié)水量，實現(xiàn)帶鋼冷卻溫度的精準(zhǔn)控制。

層流冷卻水循環(huán)原理：冷卻完帶鋼的水水溫升高，并含有極少量的氧化鐵皮，經(jīng)沖渣溝自流至層流泵站熱水池，其中部分（或全部）熱回水經(jīng)泵加壓后送至過濾器進(jìn)行過濾，除去水中的懸浮物，過濾后的回水利用余壓上冷卻塔冷卻，然后自流至層流泵站冷水池；其余熱水經(jīng)提升泵送入冷水池，混合后的水經(jīng)過層流供水泵送至車間的高位水箱，供層流裝置使用，而高位水箱中多余的水通過其溢流管，流入沖渣溝后進(jìn)入層流泵站熱水池。水質(zhì)是影響帶鋼表面質(zhì)量的重要因素之一，因此在水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置過濾器來凈化水質(zhì)。通過對各大鋼鐵企業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分企業(yè)采用50%的熱回水過濾，還有少部分的企業(yè)采用100%的熱回水過濾。其工藝流程如圖1 所示。

圖1 層流冷卻水循環(huán)工藝流程圖

3 層流冷卻自動控制

在正常的軋鋼生產(chǎn)中，在過程自動化系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的控制下，根據(jù)帶鋼精軋出口速度、溫度、厚度和目標(biāo)卷取溫度等數(shù)據(jù)以及工藝設(shè)備參數(shù)，經(jīng)過層冷模型運(yùn)算（包括計算準(zhǔn)備處理、預(yù)設(shè)定計算、修正設(shè)定計算和自學(xué)習(xí)計算），控制層流冷卻區(qū)冷卻設(shè)備集管的開閉，從而實現(xiàn)對帶鋼的冷卻模式、卷取溫度和冷卻速率的控制，可將熱軋帶鋼按預(yù)定路徑冷卻到工藝要求的卷取溫度。

4 層流冷卻泵組供水存在的問題

在正常的軋鋼生產(chǎn)中，層流供水泵組根據(jù)生產(chǎn)工藝確定的水量向高位水箱不間斷補(bǔ)水，過鋼時，高位水箱向?qū)恿骷芄┧?，?dāng)鋼的尾部離開層流區(qū)，而下一塊帶鋼還沒到達(dá)層流區(qū)時，這段間隙層流供水泵組在不斷地補(bǔ)水，高位水箱的水位不斷上升，當(dāng)超過高位水箱溢流至隔板時，高位水箱的水將通過溢流管排到?jīng)_渣溝。即使供水泵組采用變頻泵，通過變頻來調(diào)節(jié)水量大小，并滿足層流冷卻設(shè)備的用水，但若水箱的補(bǔ)水量趕不上出水量，則水箱水位降低，水的噴射壓力下降，就不能保證層流集管的供水要求。因此，供水泵組的能力必須大于生產(chǎn)設(shè)備消耗水量，這就導(dǎo)致實際生產(chǎn)中高位水箱仍然存在大量的水溢流。

5 改造后的層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

通過上述分析可知，即使現(xiàn)在的自動化程度控制很好，高位水箱仍然存在大量的溢流水，而溢流的這部分水是經(jīng)過二次過濾處理的，這樣就額外加大了高速過濾器的處理能力，還增加了加壓泵組能力。

改進(jìn)后的層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)如圖2 所示，新系統(tǒng)將高位水箱的溢流管直接引至層流冷水池，這樣就避免了處理后的水經(jīng)過二次處理，既減輕了高速過濾器的處理能力，又減少了加壓泵組能力。

圖2 改造后的層流冷卻水循環(huán)工藝流程圖

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

以某鋼廠為例，已知軋制時間為90 s，間隙時間為15 s，年工作時間為6 500 h，層流冷卻循環(huán)總水量為6 017 m3/h，每臺高位水箱有2 根溢流管，管徑DN=400 mm，共2 臺高位水箱，為簡化對比，只考慮加壓泵組的電耗。

采用常規(guī)的層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，選用的設(shè)備如下：加壓泵組流量Q=3 240 m3/h，揚(yáng)程H=37 m，電機(jī)功率N＝450kW，開2 備1；加壓泵組年電耗=450kW×2×6 500 h=5.85×106kW·h。

采用改進(jìn)的層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，假設(shè)一個軋制周期中15 s 間隙時間為溢流管排水時間，DN=400 mm的溢流管，充滿度按50%計算，流量約200 t/h，4 根溢流管合計約800 t/h，那么加壓泵組的供水量為5 217 m3/h，選用的設(shè)備如下：加壓泵組流量Q=2 850 m3/h，揚(yáng)程H=35 m，電機(jī)功率N＝400 kW，開2 備1；加壓泵組年電耗=400 kW×2×6 500 h=5.2×106kW·h。

采用改進(jìn)的層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，可使加壓泵組年電耗節(jié)約6.5×105kW·h。

7 結(jié)論

1）從水質(zhì)方面考慮，高位水箱的溢流水是經(jīng)過處理的達(dá)標(biāo)水質(zhì)，將其直接引至冷水池后提供至高位水箱，對水質(zhì)無影響。

2）從水量方面考慮，高位水箱的溢流水本身是因為供水泵組能力在正常軋鋼間隙時補(bǔ)水量超過水箱出水量而采用的一種保護(hù)措施，但這種保護(hù)措施會導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，而將其進(jìn)行有效利用不會影響層流設(shè)備供水量的平衡關(guān)系。

3）從節(jié)約水資源方面考慮，通過本次改造，這部分溢流水得到了有效利用。

4）從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，采用本方案改造后的層流供水系統(tǒng)，層流泵組供水能力減小，高速過濾器處理能力也減小，設(shè)備一次性投資降低；從長期運(yùn)行來說，將會給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，為推動企業(yè)的節(jié)能降耗提供強(qiáng)有力支持。