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唐钢高速线材厂控制冷却工艺及机构介绍秦国庆韩静涛潘克云顼会丽陈永红摘要介绍了唐钢高速线材厂控制冷却工艺结构部署、工艺及装置技术特征。关键词高速线材控制冷却工艺装置INTRODUCTION TO CONTROL COOLING TECHNOLOGY ANDARRANGEMENT OF EQUIPMENTS AND FACILITIESAT HIGH SPEED WIRE ROD MILL OFTANGSHAN IRON & STEEL CORP.Qin GuoqingHan JingtaoPan KeyunUniversity of Science & Technology,BeijingXu HuiliTang Shan Iron & Steel Corp.Chen YonghongShi JiaZhuang Iron and Steel Co.Ltd.SynopsisThe control cooling process, arrangement of the equipments and installations and feature of the technology and equipments are introduced.Keywordshigh speed wire rodcontrol coolingtechnologyinstallation1前言唐钢高速线材厂轧后生产线关键由以下部分组成:水冷区、成圈区、风冷区、散卷搜集区、盘卷运输和精整区等,为了使大家有个初步了解,现逐一介绍以下。2唐钢高线厂工艺步骤及结构部署唐钢高速线材厂工艺步骤及结构部署示意图见图1。图1控制冷却工艺生产步骤示意图1.精轧机组2.水冷段3.夹送辊4.吐丝5.风冷段6.集卷圈7.运卷小车8.打包机9.电子秤10.卸卷站3水冷区3.1水冷结构技术特征水冷区包含精轧机组前、后水冷装置。精轧机组前水冷设备称为预水冷箱,精轧机组后水冷设备称为水冷段。预水冷箱长3m,内设3个正向水喷嘴,一个反向水喷嘴,用于吹干除水,以防轧件将水带出。预水冷箱关键用来预先调整线材精轧形变引发温升。它使精轧机组前后进出口轧件温度基础保持一致,以防轧件在精轧机内温度过高。精轧后线材温升3060,它可使轧件最大温降40。线材在精轧机组后水冷段中冷却常称为一次冷却,关键作用是冷却从精轧机轧出来线材,以控制所要求吐丝温度,控制线材组织转变起始温度。它对降低二次氧化、抑制晶粒长大和改善热处理工艺条件,均起着关键作用。图2为水冷段示意图。图2水冷段示意图1.终轧机2.废品箱3.水冷箱4.2号水冷箱5.3号水冷箱6.夹送辊7.吐丝机注:(1)1号水冷箱长8.47m,水冷喷嘴9个,反向水喷嘴1个(2)2号水冷箱水冷喷嘴6个,反向喷嘴1个(3)3号冷水箱水冷喷嘴6个,反向喷嘴1个,反向风嘴1个。水冷段全长为36.3m,由3个水箱组成。每个水箱之间用一段无水冷导槽隔开,称其为恢复段。这么部署目标首先是为了经过一段水冷以后,使线材表面和心部温度在恢复段趋于一致;其次也是为了有效地预防线材因水冷过激而形成马氏体。线材水冷是在水冷喷嘴和导管里进行。每个水箱里有若干个水冷喷嘴和水冷导管,当线材从管里经过时,冷却水从喷嘴里沿轧制方向以一定入射角(顺轧向45角)环状地喷在线材四面表面上,水流顺着轧件一起向前,从导管内流出,这就降低了轧件在水冷过程中运行阻力。在每个水箱出口端各装有一个逆轧向喷水清扫喷嘴,在最终一个水箱末端还有一个反向风嘴,目标是为了破坏线材表面蒸汽膜和清除氧化铁皮,以加强水冷效果,同时有效地预防水流出水箱,而且也使得线材出水箱时表面不带水,利于降低对夹送辊前热金属探测器干扰。图3为冷却喷嘴和清扫喷嘴结构示意图。图3水冷喷嘴和清扫喷嘴结构示意图实际生产中,水冷箱内冷却水不是常开。因为从精轧机出来线材速度快、温度高、尺寸小,所以很软。假如让其头部从水中经过则很轻易被堵住,所以要让线材头部抵达夹送辊后才能通水冷却,即头部不水冷。考虑到走钢时前后两根钢之间间隔时间很短(通常为510s),故在尾部未经过水冷箱之前就要对该水箱断水(即尾部不水冷),以确保下一根钢到来之前水管内水能随线材尾部经过而流完。头尾不冷段长度靠计算机控制,由控冷操作台输入不冷段长度设定值。当检测元件在精轧机前探测器检测到线材头部(或尾部)抵达信号时,立即将信号送给计算机。计算机依据轧制速度和已设定不冷段长度很快算出通水(或断水)滞后时间,并送给实施元件带时间继电器电磁阀。电磁阀按计算机计算滞后时间对快速截流三通阀进行通/断水切换控制。这种水阀通水时,将水流导向水冷箱各冷却单元,断水时再将水流导向排水道。实际上水在阀体内是常流不停。采取这种阀是为了避免高速水流通/断而引发水击现象,同时可预防这时出现水压波动对线材产生不利影响。改善后恢复段是由若干个1m左右导槽相接而成。相接处留有间隙10mm左右。导槽为上、下两块合并而成,其截面形状图4所表示。其中图4(b)所表示是在上、下面各自开有一条不一样半径半园槽,分别用于轧制大小规格线材(在改轧大规格时将上、下槽块另一组半圆槽组合起来即可),所以适用性较广。图4恢复段导槽截面形状水箱内导向管固定形式采取重块卡紧装置,利用重块把导管压在V形槽中,此结构利于更换导管,换管时只需把重块抬起。箱体里内水管是对导管及喷嘴元件冷却装置,它固定在箱体上,内水管上安装有若干个水嘴。工作时,内水管上水喷嘴及冷却钢水喷嘴连续喷水可降低导管、喷嘴及轧件温度。箱体上盖带有U形槽结构形式,可预防箱体内冷却水外溅,箱体靠螺栓和钢结构架联接。在整个水冷段中,冷却水压力为0.6MPa,总用水量235t/h,反向水压力1.0MPa,总用水量65t/h,压缩空气压力0.50.7MPa,总用量65m3/h,冷却水温度35,温升810。在水冷过程中,线材表面温度最低应降至约650,以不形成马氏体或贝氏体为宜。在要求钢种情况下,精轧机组进口温度和规格相关,而出口温度随轧制速度和材质而改变。当轧件温度低时精轧前水冷箱可关闭不使用,水冷段中冷却元件数量、流量、压力随线材品种和规格而异,均需设定调整使用。在现代高速线材轧机上,线材从最终轧机出口穿过水冷段至吐丝机最快时间不足0.5s。为控制线材温度使用1台高温计(设于吐丝机周围),将其镜头焦点对着轧件连续监测,并和百分比调整控制阀连接,自动控制出水温度。3.2水冷工艺要求各厂家设计水冷设施在结构上虽不尽一致,但须和散卷控冷输送机相匹配,设计时使其适应不一样品种规格线材冷却,使之达成降温幅度大而精度高,调整操作方便。3.2.1准备工作开机前必需检验冷却程序设定,多种冷却元件位置、液、气动元件控制灵敏度、冷却介质成份和温度、水压、流量调整、轧件温度检测、光电探测器等是否正常。3.2.2冷却元件选择和对中针对不一样材质和规格线材选择不一样数量水冷喷嘴,而清扫喷嘴和干燥喷嘴则随水冷喷嘴数量而定。各类喷嘴均为缝隙式,其缝隙经过喷嘴偶件装置上添加要求垫片而改变,以满足不一样线材要求。各类喷嘴孔、导管内孔和均温导槽孔宜对应配定,对于5.516mm线材,对应选择孔径为12.724mm导管。冷却元件安装后必需检验各喷嘴孔、导管(槽)孔和轧线对中。其方法是使1根误差不超出0.5mm标准试棒从各元件连线上顺利经过。水冷喷嘴和水冷导管和恢复段导槽要求安装紧固,不得松动,并保持正确对中,对中偏差小于0.5mm。3.2.3喷嘴启闭和轧件头尾不冷却除了轧制线温较低钢种精轧前水冷箱不使用外,通常处于连续使用状态。另外,若在5min内该水冷箱无轧件经过,则自动关闭供水系统。而精轧后水冷段水冷元件处于断续使用状态。对于小规格线材,通常要待头部全部经过水冷段3个水冷箱抵达成圈器前夹送辊时才通水冷却;其尾部还未出精轧机组时就要以前至后地使水冷箱逐步断水冷却。对于大规格线材,通常当轧件头部抵达下一个水冷箱时,前一个水冷箱才开始通水,其尾部也仍然要保持一段长度不冷却。目标是便于线材顺利穿行,并考虑在轧制间隙时间内使用压气吹除冷却导管内残水要求。轧件头尾穿行动作反应,由设置在精轧机组前和成圈器周围光电探测器实施。由此,每盘轧件头尾端不冷却长度控制要求,将包含到经散卷冷却过程后,送至修整取样站时应剪除散卷头、尾端部额定圈数。以5.5mm线材为例,散卷头部剪险圈数为810圈,尾部为56圈,以确保取样检验正确和通条盘卷性能均匀性。3.2.4水冷介质水箱冷却介质为中性(PH值为78.5)净化工业用浊循环水。油含量最大1010-6,悬浮物40mg/l,颗粒尺寸30n,水压要求稳定,波动值0.014MPa。3.2.5检测内容经过生产线上设置相关控冷检测系统,可将影响成品质量关键工艺参数如喷嘴设置量、水流量、水压、线材终轧温度、随即吐丝温度和冷却水进出口温度等参数正确地显示或统计,同时设有相关操作情况故障报警信号装置。3.3水冷工艺温度及特征曲线水冷温度设定范围,对于碳素钢和低合金钢,精轧后温度为10001050,成圈温度为800950。选择线材成圈温度要依据钢种淬透性和成品用途,也和其碳含量、线材直径相关。控制冷却温度特征曲线图5所表示。图5控制冷却温度特征曲线示意图a 水冷箱b 精轧机组c 水冷段d 散卷控冷输送机e 集卷筒1、2、3.水冷箱(1)、(2)、(3).回复均温箱4成圈区该区关键设备为夹送辊和吐丝机。夹送辊为气动升、降上辊,辊子成水平悬臂安装,由一台电机同时驱动二辊,本厂夹送辊为平辊。夹送辊对线材夹持部位有3种方法:夹头、夹尾、全夹。夹送长度由人工设定、计算机控制。各生产厂依据自己生产钢种、规格、轧制速度等原因,可对夹送方法、夹送长度进行合理选择,现在本厂为夹尾方法。夹送辊速度通常超前精轧机出口速度3%5%,在轧速很高情况下能够增大些,但通常不应超出10%。其速度设定是由人工向计算机输入夹送辊辊径,再由计算机依据轧制速度和夹送辊超前系数算出夹送辊速度计算值,该值即为夹送辊速度基准值。夹送辊张开/闭合动作信号靠置于夹送辊前探测器发出。当探测器检测到线材头部时,发出信号给计算机,使夹送辊闭合;线材尾部经过夹送辊时,该探测器发出信号使夹送辊延时张开。吐丝机采取卧式,倾角为水平轴线下10。由直流电动机使吐丝管布线圈直径为1050mm,并配有一台振动测量仪。现场操作台设有吐丝机和夹送辊增减速度按钮及故障报警信号等,它能够有效地预防事故发生。5风冷区5.1技术特征风冷段为辊式延迟型斯太尔摩控冷线,其作用是将吐丝机处形成线圈运到集卷筒入口传动装置上,而且使线材从散卷状态连续通风进行控制冷却。此区全长80m,其中运输机长71.2m,可适应生产低、中、高碳素钢和低合金结构钢、焊条钢、弹簧钢和轴承钢等不一样材质,满足多品种优质线材生产要求。5.2工艺结构图6为散卷输送机局部示意图。图6散卷控制冷却输送机局部示意图1.运输辊道2.输送机侧壁3.隔热保温盖罩4.风机罩斗5.布风导向板6.操作踏板7.保温材料风冷线关键由运输辊道、冷却风机、保温盖罩及对应自动控制柜和现场操作台组成。5.2.1输送辊道整个风冷线输送辊子共有357个,分成17组,每组21只辊子。各组由一台直流电机及链子驱动,运输机速度为0.051.3m/s。本系统用8台风机控制着8段空冷,在1号空冷段前还有一组辊道,也是21个辊子,一台直流电机驱动,不一样之处是这组辊道可上下摆动一定角度,其关键作用是为了正确接收从吐丝机吐出线圈,摇动动力起源于辊道支承梁下面螺旋升降器。在辊道侧面有可活动挡板,能导引线圈在辊道中央运行。该辊道由一系列耐高温空心钢辊子排列而成,安装在轴承座上,用耐高温油脂润滑。其头部嵌有隔热材料,对轴承有保护作用。当下边工序设备出故障时,风冷运输机可短时降速(0.05m/s),如低速动行超出30s,1417组运转停止,113组以往复运动方法运转。这么可预防辊子单侧受热,转动时间大约10s改变一次。正常后,整个运输机各段均回到其正常运转状态。运输机速度设定有:(1)全部电机以同一速度运转,最高1.3m/s;(2)下游每台电机转速逐步加紧。其中,第二种情况全部电机以递增速度运转。且速度增量相同约40r/min,但15、16、17组除外,这段区域内,一组线材各圈间就分开了距离,使“搭接点”拉开。当运输机速度(第一段)低于0.4m/s时,从吐丝机开始,每根坯料所轧成散状线圈间肯定自动产生间距。间距产生是经过同时将17段辊速由预定速度按百分比加速到设定速度。间距产生利于改善线圈散热条件,使冷却更均匀。运输机冷却速度110/s。5.2.2冷却风机整个风冷段8台风机是由8台90kW交流电机带动。电机型式为TETC型,其参数为1000r/min、380V、3相、50Hz、鼠笼式。单台风机风量为99260m3/h,风压为248kg/m2,风量可调范围为0100%。5.2.3保温罩铺设有隔热保温材料盖罩,适适用于低碳钢和一些低合金钢进行缓慢冷却处理,安装于吐丝机后面前6台风机上面,保温罩共24个,每4个一组,共6组保温罩,每个约2m长。经过电磁指令液压装置可单独设定启闭装置。5.2.4现场操作箱其调整和设定内容包含运输辊道开启和停止,各段辊道速度调整、尾端输送链速度调整、风机开/关、保温罩启闭等。6散卷搜集区6.1集卷筒集卷筒在散卷运输机尾部,其基础功效是把经过风冷平铺在运输机上散卷搜集成整卷,然后送至运卷小车。6.2运卷小车运卷小车作用是从线卷托板上接收线卷,以后将其翻转90横移后将线卷放置到钩式运输机C型钩上。7盘卷运输和精整区线材经过斯太尔摩冷却线后落入集卷筒,由搜集装置搜集成卷,盘卷运输小车接收盘卷并将其倾翻成卧卷,然后小车移出,将盘卷送四处于等候状态积放式悬挂输送机C形钩上,盘卷挂好后,运输小车返回。挂好卷C形钩被停止器释放并向前运动。下一个空钩移动到装载位置。载有盘卷钩子则由输送机带动沿输道运行进行空气自然冷却,然后进入检验取样区,进行宏观检验和表面检验,并取样作拉伸、冷弯等试验,同时人工切去盘卷头部不合格两圈线材。检验过线卷进行标识,然后挂在钩子上继续前进抵达压紧打捆区,停止器将其自动停止,并由夹紧器将C形钩夹住,以防晃动。然后,压紧打包机将盘卷在C形钩上压紧并捆扎。每卷捆扎4道,捆扎完成后,夹紧器松开,小车自动放行。在称量处由电子称称出重量并挂标志牌。最终,输送机将盘卷送到卸卷站上,再用电磙吊车,一次吊运两个盘卷至成品库堆放存、发货。8结语唐钢高速线材厂是引进含有80年代国际装备水平线材生产线。本文对该厂水冷区组成、结构技术特征、水冷工艺要求和控制、夹送辊和吐丝机工作特点及风冷运输线结构技术特征、水冷工艺要求和控制、夹送辊和吐丝机工作特点及风冷运输线结构技术特征进行了分析介绍。该厂职员经过艰苦努力,刻苦攻关,处理了生产中出现一个又一个问题,熟练掌握了该生产线工艺、设备,实现了稳产和高产,同时也积累了丰富技术、管理经验。相信它定会促进中国其它同类厂生产和发展,促进中国钢铁行业发展。联络人:秦国庆,博士生,副教授,北京市(100083)北京科技大学材料科学和工程学院办公室(压博95)作者单位：秦国庆韩静涛潘克云北京科技大学顼会丽石家庄钢铁有限责任企业陈永红唐山钢铁集团企业