翟世寬 宋寅虎 邱志宏 荀利濤 馮韋

摘要：某公司3 500 mm中厚板生產(chǎn)線全年軋制的鋼板37%以上為控溫鋼板，傳統(tǒng)控溫方式為軋制到控溫道次進(jìn)入控溫區(qū)域空冷等待，中間坯平均控溫時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了產(chǎn)量提升。故基于主軋機(jī)前后兩臺(tái)中間水冷設(shè)備，研究分析中間水冷自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制過程，通過控溫程序完善、二級(jí)模型和軋制工藝優(yōu)化，縮短了軋制控溫鋼板的控溫時(shí)間，有效提高了軋制效率。

關(guān)鍵詞：中厚板；控溫時(shí)間；中間坯；中間水冷；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TG334.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）12-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.022

0? ? 引言

中厚板生產(chǎn)過程中控制軋制和控制冷卻工藝被廣泛應(yīng)用[1-2]，傳統(tǒng)的控制軋制工藝?yán)弥虚g坯空冷控溫，控溫鋼板在控溫區(qū)長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)，輥道及蓋板長(zhǎng)時(shí)間受到了高溫烘烤，可能會(huì)造成輥道軸承抱死，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，還嚴(yán)重影響了軋制效率提升。因此，提高中間坯冷卻效率，縮短控溫時(shí)間對(duì)軋制小時(shí)塊數(shù)的提高以及產(chǎn)線產(chǎn)能的提升都具有極大的意義[3-4]。

某鋼廠3 500 mm中厚板產(chǎn)線主軋機(jī)為四輥可逆式，單軋單控時(shí)根據(jù)工藝要求選擇機(jī)前或者機(jī)后控溫，交叉軋制時(shí)第一塊鋼板在機(jī)后進(jìn)行控溫，待第二塊鋼板軋制控溫階段進(jìn)入機(jī)前控溫時(shí)，繼續(xù)軋制第一塊鋼板。為縮短中間坯的控溫時(shí)間，實(shí)現(xiàn)中間坯的快速降溫，國(guó)內(nèi)很多中厚板廠都在軋制區(qū)域布置了中間水冷裝置[5-7]。某3 500 mm中厚板產(chǎn)線中間坯水冷裝置于2022年7月上線，然而設(shè)計(jì)之初，在主軋機(jī)后設(shè)置了一臺(tái)中間水冷裝置，只允許鋼板向機(jī)后控溫區(qū)運(yùn)行時(shí)投入使用，未與軋機(jī)主控制系統(tǒng)整合優(yōu)化，在軋制不同種類、規(guī)格的鋼板時(shí)，各項(xiàng)冷卻參數(shù)達(dá)不到要求，出現(xiàn)了局部過冷、未水冷以及中間坯不勻速通過中間水冷裝置等問題。此外，中間水冷還需人工判斷開軋溫度以手動(dòng)開關(guān)中間水冷集管實(shí)現(xiàn)冷卻過程，存在能源浪費(fèi)。因此，歷史中間冷卻鋼種數(shù)據(jù)以及規(guī)程還需要進(jìn)一步完善。

本文通過對(duì)影響軋制控溫鋼板控溫時(shí)間的各因素進(jìn)行分析，通過控溫程序、二級(jí)模型、中間水冷裝置以及軋制工藝優(yōu)化，提升溫降速率，縮短軋制控溫鋼板的控溫時(shí)間，加快軋制節(jié)奏。

1? ? 中間水冷裝置參數(shù)

中間水冷裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，中間水冷裝置共四組集管，每組集管均包括上下兩組噴嘴，其主要設(shè)備組成為：固定衍架、連接管路、冷卻集管、水量調(diào)控裝置、現(xiàn)場(chǎng)壓力流量?jī)x表、過濾器等。

基于中厚板廠中間水冷布局位置，2023年2月又在主軋機(jī)前安裝了一臺(tái)中間水冷裝置，水系統(tǒng)管路由機(jī)后中間水冷裝置管路引到機(jī)前位置，主軋機(jī)前后各布置一臺(tái)中間水冷裝置，實(shí)現(xiàn)不同模式軋制控溫鋼板的快速冷卻。中間水冷流程如圖1所示。

2? ? 中間水冷裝置自動(dòng)化控制過程

2.1? ? 自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中間水冷裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化與二級(jí)過程自動(dòng)化系統(tǒng)共同組成，一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由PLC、工程師站及控制器等組成，負(fù)責(zé)閥門/冷卻水流量控制、冷卻水流量顯示、中間水冷輥道速度/位置/溫度以及數(shù)據(jù)采集等功能；二級(jí)過程自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)終端和服務(wù)器等，負(fù)責(zé)控溫命令的下發(fā)和自學(xué)習(xí)等功能。中間水冷控制系統(tǒng)主要與軋線L2系統(tǒng)及生產(chǎn)計(jì)劃PES系統(tǒng)進(jìn)行通信，獲得鋼板PDI（Primary Data Input）數(shù)據(jù)及軋機(jī)二級(jí)傳過來的軋制過程信息。基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化整合，控制核心采用西門子TDC（Technology and Driver Controller）系統(tǒng)，通過PROFIBUS-DP與壓下稀油ET200M從站（控制機(jī)前中間水冷設(shè)備）及ACC層流ET200M從站（控制機(jī)后中間水冷設(shè)備）通信，保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按設(shè)定指令正常執(zhí)行。

2.2? ? 自動(dòng)化控制過程

圖3所示為中間水冷過程控制系統(tǒng)圖，中間水冷裝置的開啟與關(guān)閉分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，自動(dòng)模式下開關(guān)水邏輯判斷策略由二級(jí)系統(tǒng)直接下發(fā)，一級(jí)系統(tǒng)直接執(zhí)行，考慮軋制品種鋼或者水冷裝置異常，保留了中間水冷裝置手動(dòng)控制功能。

在軋制規(guī)程預(yù)計(jì)算時(shí)，模型接收到板坯的數(shù)據(jù)后啟動(dòng)預(yù)計(jì)算，計(jì)算道次數(shù)、是否控溫、中間坯厚度等，在成型與粗軋階段完成后，軋制中間坯厚度、溫度和規(guī)格等PDI數(shù)據(jù)發(fā)送給中間水冷模型。鋼板進(jìn)入控溫輥道冷卻區(qū)前，根據(jù)發(fā)送的中間坯厚度及實(shí)測(cè)溫度等信息進(jìn)行中間水冷模型計(jì)算。中間坯進(jìn)入冷卻區(qū)后，根據(jù)模型計(jì)算的冷卻規(guī)程中的中間坯厚度、溫度、水溫和水壓等對(duì)冷卻區(qū)上下集管水量及比例、冷卻輥道速度進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)中間水冷系統(tǒng)發(fā)送的溫降數(shù)據(jù)對(duì)鋼板溫度修正進(jìn)行自學(xué)習(xí)，確保中間坯上、下表面均勻冷卻。

TDC與上位機(jī)WinCC服務(wù)器通信，中間水冷裝置通過操作員在軋機(jī)WinCC畫面進(jìn)行冷卻水流量、中間水冷輥道速度等調(diào)節(jié)。手動(dòng)控制開啟方式分為兩種模式，一級(jí)界面操作和手動(dòng)按鈕操作均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制對(duì)鋼板進(jìn)行水冷降溫，根據(jù)中間坯的鋼種、厚度、鋼板控溫后的開軋溫度以及由此鋼種決定的工藝要求作出決策和控制中間水冷裝置開啟時(shí)機(jī)、關(guān)閉時(shí)機(jī)，避免局部過冷、未水冷等情況。

3? ? 中間水冷優(yōu)化及應(yīng)用效果

3.1? ? 中間水冷裝置水量閥門開度優(yōu)化

中間水冷裝置水量閥門在設(shè)計(jì)之初噴水量為定值，冷卻部分規(guī)格的鋼種不滿足工藝要求。如表2所示，設(shè)置調(diào)節(jié)水閥來調(diào)節(jié)水流量，可以控制水流量的大小，中間水冷閥門開口度為0%～100%，且上下集管保持同等開口度，保留手動(dòng)調(diào)節(jié)各集管閥門流量功能。依托經(jīng)驗(yàn)規(guī)程和工藝要求完善二級(jí)模型，根據(jù)不同規(guī)格的中間坯厚度、溫度對(duì)冷卻區(qū)上下集管水量及比例進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于軋制厚度規(guī)格為14 mm的船板降溫效果顯著，前后對(duì)比冷卻降溫達(dá)6～7 ℃。

3.2? ? 中間水冷速度優(yōu)化

憑借軋機(jī)機(jī)前待溫步序，增加邏輯控制功能。中間水冷增加了輥道速度調(diào)整功能，可根據(jù)中間水冷過程調(diào)整水冷輥道速度。手動(dòng)模式下，當(dāng)開啟中間水冷時(shí)，輥道速度降低至設(shè)定數(shù)值，當(dāng)功能關(guān)閉后，輥道速度恢復(fù)自動(dòng)模式。二級(jí)模型根據(jù)不同的鋼種規(guī)格進(jìn)行輥道速度調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)輥道速度范圍為1～4 m/s，控溫板通過時(shí)實(shí)現(xiàn)速度匹配，冷卻范圍達(dá)到5～10 ℃，控溫時(shí)間減少16～32 s，結(jié)果如表3所示。

3.3? ? 中間水冷裝置開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)

手動(dòng)控制模式下增加對(duì)應(yīng)的按鈕控制功能，“中間水冷”按鈕為主管道供水按鈕，點(diǎn)擊按鈕后，軋機(jī)前后中間水冷管路充滿水，同時(shí)操作界面開水顯示指示燈閃爍。

控溫階段鋼板需要冷卻時(shí)，如圖4所示，操作員將中間水冷轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“機(jī)前”位置，此時(shí)軋機(jī)前開關(guān)閥打開，中間水冷上下集管出水；同樣軋機(jī)后鋼板需要冷卻時(shí)，操作員將中間水冷轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“機(jī)后”位置，此時(shí)軋機(jī)后開關(guān)閥打開，中間水冷上下集管出水；將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“中間”位置則關(guān)閉水冷。通過設(shè)計(jì)按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)形式，完善了手動(dòng)控制模式下中間坯水冷控制過程。

3.4? ? 中間水冷投入量?jī)?yōu)化

部分單軋單控的鋼板嚴(yán)重影響了軋機(jī)作業(yè)效率，其主要耗時(shí)點(diǎn)是控溫時(shí)間過長(zhǎng)，且控溫厚度越大，耗時(shí)越長(zhǎng)，嚴(yán)重影響軋制節(jié)奏。優(yōu)化二級(jí)模型，擴(kuò)大部分鋼種規(guī)格投入中間水冷的使用量，對(duì)軋制規(guī)格厚度14.7/15.2/15.4 mm的船板、16.2 mm的低合金結(jié)構(gòu)板使用中間水冷卻，有效提高了作業(yè)效率。此外，對(duì)部分單軋單控鋼板使用兩次中間冷卻提高作業(yè)效率，進(jìn)入控溫階段及控溫結(jié)束將鋼板送入對(duì)中過程時(shí)各投入一次，每塊待溫時(shí)間減少15 s左右。

4? ? 結(jié)論

1）本文分析了中間水冷自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制過程，中間水冷自動(dòng)模式下開關(guān)水邏輯判斷策略由二級(jí)系統(tǒng)直接下發(fā)，并且保留了手動(dòng)控制功能。

2）通過中間水冷優(yōu)化，減少了中間坯控溫時(shí)間，生產(chǎn)效率較完全空冷有所提高。

3）總的來說，中厚板生產(chǎn)過程中采用中間水冷可以增加控溫過程的冷卻速率，提高軋制效率，提升控溫板機(jī)時(shí)產(chǎn)量。

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收稿日期：2024-04-07

作者簡(jiǎn)介：翟世寬（1979—），男，河北秦皇島人，工程碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。