降低層流冷卻系統(tǒng)故障的控制方法及應用

張偉海，劉順東

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司熱軋部，河北唐山 063210）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司2250 熱軋產(chǎn)線層流冷卻系統(tǒng)的電氣部分采用日本TMEIC 控制系統(tǒng)。層流冷卻系統(tǒng)安裝在精軋機輸出輥道區(qū)域，通過層冷噴淋的方式將帶鋼從終軋溫度冷卻到卷取溫度。由于工藝上的需求，層冷設備與輸出輥道上的高溫帶鋼近距離接觸，造成設備處于高溫烘烤、高溫水汽侵蝕以及機械振動沖擊等惡劣環(huán)境當中；且由于工藝設定不同鋼種所需水量不同，造成部分層冷設備長時間不進行噴水動作，導致水梁內(nèi)水溫過高，對冷卻效率產(chǎn)生較大的影響，并且加劇了氣動閥的故障及噴水嘴的銹蝕。

1 工藝流程

2250 生產(chǎn)線層流冷卻系統(tǒng)由15 組粗調(diào)區(qū)和2 組微調(diào)區(qū)兩部分組成，現(xiàn)場設備包括上集水裝置、下集水裝置、側(cè)噴裝置、輸出輥道裝置。其中每個粗調(diào)區(qū)單元由4 個上集水和4 個下集水組成，每個集水管由1 個電磁閥控制1 個氣動開閉閥實現(xiàn)冷卻水的開關。每個微調(diào)區(qū)單元由8 個上集水和8 個下集水組成，同樣每個電磁閥控制1 個開閉閥。2250 層冷區(qū)域輸出輥道共有9組386 根輥，每根輥長度約2.3 m。

層流冷卻水由輔助部門對水質(zhì)進行處理后，通過加壓泵站輸送到層冷高位水箱中。當帶鋼通過層流冷卻系統(tǒng)時，電氣控制按照二級設定指令開閉部分氣動碟閥，將冷卻水噴淋到帶鋼表面，對帶鋼進行降溫。冷卻帶鋼的水進入地溝，返回到水處理部門，完成一次循環(huán)。但是當帶鋼跟蹤移開輸出輥道后，二級設定消失，層流冷卻閥發(fā)出關閉指令（圖1），層冷設備在軋鋼間隙無法得到有效的降溫處理。

圖1 原層冷水控制時序

2 問題描述與分析

通過長期對生產(chǎn)線中層流冷卻系統(tǒng)的觀察統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)層冷設備在運行過程中出現(xiàn)以下3 種問題：

2.1 層冷輸出輥道

層冷輥道長期直接與700 ℃左右?guī)т摻佑|（正常的生產(chǎn)狀態(tài)過鋼時間約為110 s，過鋼間隙約為15 s）。在過鋼間隙期間，輸出輥道得不到有效的冷卻，致使輸出輥道輥面平均溫度高達140 ℃。輥面耐磨性、抗腐蝕性受高溫影響很大，造成輥面老化和磨損情況加劇。同時在輸送帶鋼過程中容易造成帶鋼表面劃傷，使帶鋼合格品率降低。

2.2 層冷開閉閥

由于軋鋼工藝上要求不同種的鋼所需冷卻水量不同，導致部分層冷開閉閥長時間不進行開閉及噴水動作，長期經(jīng)受帶鋼的高溫烘烤使層冷開閉閥本體溫度高達95 ℃，而且外部環(huán)境有大量高溫水蒸氣對設備進行侵蝕，導致開閉閥閥體、閥塊、電磁線圈等設備故障率升高。若開閉閥出現(xiàn)故障時，導致開閉閥出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，在輸送帶鋼時由于開閉閥關不嚴滴到帶鋼表面容易造成帶鋼質(zhì)量問題。

2.3 集水管噴嘴

層冷上集水管長期處于高溫帶鋼的烘烤、高溫水汽侵蝕以及機械震動沖擊的惡劣環(huán)境當中；且由于二級設定部分層冷設備長時間不進行噴水動作，導致水梁內(nèi)水溫過高，對冷卻效率產(chǎn)生很大的影響，并且加快了噴水嘴的銹蝕情況。

3 改進措施

3.1 方案分析

以上各種失效形式都是由于設備長期處于高溫狀態(tài)下造成的，因此采用層流水對輸出輥道及閥體等設備進行冷卻，以達到對層冷設備降溫的目的。在2 塊帶鋼間隙打開所有的層冷水閥，使層冷輥道設備得到充分冷卻，防止設備長期處于高溫狀態(tài)而加速損壞，并能保證層冷輥道溫度，降低輥道變形、輥面磨損老化及閥體、集水管的損壞率。

在程序設計中，當帶鋼進入層冷區(qū)域時，要嚴格按照二級設定進行開關水閥，不能影響正常的噴水時序控制，以免造成帶鋼性能不合格甚至軋廢。只有在卷取機卸載、精軋無咬鋼信號且層冷軌道上無帶鋼跟蹤信號時，將層流冷卻水閥全部打開，當下一塊板坯進入精軋機且產(chǎn)生咬鋼信號時，水閥全部關閉，然后按照正常的二級設定對水閥進行控制。

綜合以上問題，在原有閥體控制的基礎上，對原程序進行優(yōu)化。

3.2 具體實施方案

根據(jù)軋鋼工藝要求制定輥道冷卻措施：當在急停、快停等情況下層冷集水梁進行抬起時，層冷水閥嚴禁執(zhí)行打開命令；在軋鋼間隙進行噴水時，相應的側(cè)噴水及下集水不執(zhí)行打開動作，因為側(cè)噴水的開啟，容易使電機的運行環(huán)境變的非常惡劣，對降低設備故障率十分不利。

按照要求對功能的投入連鎖條件進行設定。此條件中包含精軋機組無咬鋼信號，層冷1～9 組輥道無帶鋼跟蹤信號，層流冷卻水處于自動控制模式下，且考慮到輥道停車狀態(tài)下不需要噴水的情況，將輥道速度不等于零加入到此連鎖條件當中。結合生產(chǎn)實際，考慮到存在2 塊帶鋼進入輸出輥道時間間隔較長的情況，在程序中加一個開水10 s 的時間限制，在能夠徹底降溫的前提下盡可能節(jié)省用水成本。

考慮到用水成本及達到降溫效果，多次試驗得出間隙3 塊帶鋼進行1 次噴水即可達到有效的降溫作用，因此在運行條件中增加了3 塊軋鋼間隙觸發(fā)1 次開水命令。為了方便投入此功能，且在特殊條件要求下及時屏蔽此功能，特意在操作畫面上增加了功能選擇按鈕及軋鋼間隙數(shù)量，用于操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要對軋鋼間隙噴水功能進行調(diào)整。具體軋鋼間隙噴水控制時序如圖2 所示。

圖2 軋鋼間隙噴水控制時序

3.3 改進效果

自軋鋼間隙層冷自動噴水降溫功能開發(fā)投入以來，層冷輸出輥道溫度普遍降為80 ℃左右，層冷區(qū)域未再出現(xiàn)因輥道高溫造成的輥子彎曲及軸承卡阻等問題，同時因輥道問題造成的帶鋼表面劃傷隱患的停機事故也有效降低。不經(jīng)常開啟的層冷集水管內(nèi)部的水也能在軋鋼間隙進行排除，達到對集水管進行降溫以及提高換熱效率的作用。同時軋鋼間隙自動噴水降溫功能投入以來，帶鋼的表面劃傷率大大降低，連續(xù)幾個月未出現(xiàn)劃傷缺陷的鋼卷，使帶鋼的成材率有所提升。

4 結論

通過對熱軋層冷區(qū)域易出現(xiàn)的故障原因進行分析，并通過優(yōu)化層冷控制時序，利用軋鋼間隙進行噴水達到對層冷設備進行降溫的作用。實際應用效果顯著，對程序進行改進后，避免了因?qū)永湓O備溫度高造成的非計劃停機，保障了設備穩(wěn)定運行，提高了生產(chǎn)效率。