唐鋼高速線材廠控制冷卻工藝及機構(gòu)的介紹

1、唐鋼高速線材廠控制冷卻工藝及機構(gòu)的介紹秦國慶 韓靜濤 潘克云 頊會麗 陳永紅摘 要 介紹了唐鋼高速線材廠控制冷卻工藝的結(jié)構(gòu)布置、工藝及裝置的技術(shù)特性。關(guān)鍵詞 高速線材 控制冷卻 工藝 裝置INTRODUCTION TO CONTROL COOLING TECHNOLOGY ANDARRANGEMENT OF EQUIPMENTS AND FACILITIESAT HIGH SPEED WIRE ROD MILL OFTANGSHAN IRON & STEEL CORP.Qin Guoqing Han Jingtao Pan KeyunUniversity of Science &

2、; Technology,BeijingXu HuiliTang Shan Iron & Steel Corp.Chen YonghongShi JiaZhuang Iron and Steel Co.Ltd.Synopsis The control cooling process, arrangement of the equipments and installations and feature of the technology and equipments are introduced. Keywords high speed wire rod control cooling

3、 technologyinstallation1 前 言唐鋼高速線材廠軋后生產(chǎn)線主要由以下部分組成:水冷區(qū)、成圈區(qū)、風(fēng)冷區(qū)、散卷收集區(qū)、盤卷運輸和精整區(qū)等,為了使大家有個初步了解,現(xiàn)逐一介紹如下。 2 唐鋼高線廠工藝流程及結(jié)構(gòu)布置唐鋼高速線材廠工藝流程及結(jié)構(gòu)布置示意圖見圖1。圖1 控制冷卻工藝生產(chǎn)流程示意圖3 水冷區(qū)3.1 水冷結(jié)構(gòu)技術(shù)特性水冷區(qū)包括精軋機組前、后的水冷裝置。精軋機組前的水冷設(shè)備稱為預(yù)水冷箱,精軋機組后的水冷設(shè)備稱為水冷段。預(yù)水冷箱長3m,內(nèi)設(shè)3個正向水噴嘴,一個反向水噴嘴,用于吹干除水,以防軋件將水帶出。預(yù)水冷箱主要用來預(yù)先調(diào)節(jié)線材精軋形變引起的溫升。它使精軋機組前后進出口的

4、軋件溫度基本保持一致,以防軋件在精軋機內(nèi)溫度過高。精軋后線材溫升3060,它可使軋件最大溫降40。線材在精軋機組后水冷段中的冷卻常稱為一次冷卻,主要作用是冷卻從精軋機軋出來的線材,以控制所要求的吐絲溫度,控制線材組織轉(zhuǎn)變的起始溫度。它對減少二次氧化、抑制晶粒長大和改善熱處理工藝條件,均起著重要作用。圖2為水冷段示意圖。圖2 水冷段示意圖1.終軋機 2.廢品箱 3.水冷箱 4.2號水冷箱 5.3號水冷箱 6.夾送輥 7.吐絲機注:(1)1號水冷箱長8.47m,水冷噴嘴9個,反向水噴嘴1個 (2)2號水冷箱水冷噴嘴6個,反向噴嘴1個 (3)3號冷水箱水冷噴嘴6個,反向噴嘴1個,反向風(fēng)嘴1個。水冷段

5、全長為36.3m,由3個水箱組成。每個水箱之間用一段無水冷的導(dǎo)槽隔開,稱其為恢復(fù)段。這樣布置的目的一方面是為了經(jīng)過一段水冷之后,使線材表面和心部的溫度在恢復(fù)段趨于一致;另一方面也是為了有效地防止線材因水冷過激而形成馬氏體。線材的水冷是在水冷噴嘴和導(dǎo)管里進行的。每個水箱里有若干個水冷噴嘴和水冷導(dǎo)管,當(dāng)線材從管里通過時,冷卻水從噴嘴里沿軋制方向以一定的入射角(順軋向45°角)環(huán)狀地噴在線材四周表面上,水流順著軋件一起向前,從導(dǎo)管內(nèi)流出,這就減少了軋件在水冷過程中的運行阻力。在每個水箱的出口端各裝有一個逆軋向噴水的清掃噴嘴,在最后一個水箱末端還有一個反向風(fēng)嘴,目的是為了破壞線材表面蒸汽膜和

6、清除氧化鐵皮,以加強水冷效果,同時有效地防止水流出水箱,并且也使得線材出水箱時表面不帶水,利于減少對夾送輥前的熱金屬探測器的干擾。圖3為冷卻噴嘴和清掃噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 水冷噴嘴和清掃噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖實際生產(chǎn)中,水冷箱內(nèi)的冷卻水不是常開的。因為從精軋機出來的線材速度快、溫度高、尺寸小,因而很軟。如果讓其頭部從水中通過則很容易被堵住,所以要讓線材頭部到達夾送輥后才能通水冷卻,即頭部不水冷?？紤]到走鋼時前后兩根鋼之間的間隔時間很短(一般為510s),故在尾部未通過水冷箱之前就要對該水箱斷水(即尾部不水冷),以保證下一根鋼到來之前水管內(nèi)的水能隨線材尾部的通過而流完。頭尾不冷段的長度靠計算機控制,由控

7、冷操作臺輸入不冷段長度的設(shè)定值。當(dāng)檢測元件位于精軋機前的探測器檢測到線材頭部(或尾部)到達的信號時,立即將信號送給計算機。計算機根據(jù)軋制速度和已設(shè)定的不冷段長度很快算出通水(或斷水)的滯后時間,并送給執(zhí)行元件帶時間繼電器的電磁閥。電磁閥按計算機計算的滯后時間對快速截流三通閥進行通/斷水切換控制。這種水閥通水時,將水流導(dǎo)向水冷箱各冷卻單元,斷水時再將水流導(dǎo)向排水道。實際上水在閥體內(nèi)是常流不斷的。采用這種閥是為了避免高速水流的通/斷而引起的水擊現(xiàn)象,同時可防止這時出現(xiàn)的水壓波動對線材產(chǎn)生不利影響。改進后恢復(fù)段是由若干個1m左右的導(dǎo)槽相接而成。相接處留有間隙10mm左右。導(dǎo)槽為上、下兩塊合并而成,其

8、截面形狀如圖4所示。其中圖4(b)所示是在上、下面各自開有一條不同半徑的半園槽,分別用于軋制大小規(guī)格的線材(在改軋大規(guī)格時將上、下槽塊的另一組半圓槽組合起來即可),所以適用性較廣。圖4 恢復(fù)段導(dǎo)槽截面形狀水箱內(nèi)導(dǎo)向管的固定形式采用重塊卡緊裝置,利用重塊把導(dǎo)管壓在V形槽中,此結(jié)構(gòu)利于更換導(dǎo)管,換管時只需把重塊抬起。箱體里的內(nèi)水管是對導(dǎo)管及噴嘴元件冷卻的裝置,它固定在箱體上,內(nèi)水管上安裝有若干個水嘴。工作時,內(nèi)水管上水噴嘴及冷卻鋼的水噴嘴連續(xù)噴水可降低導(dǎo)管、噴嘴及軋件的溫度。箱體的上蓋帶有U形槽結(jié)構(gòu)形式,可防止箱體內(nèi)的冷卻水的外濺,箱體靠螺栓與鋼結(jié)構(gòu)架聯(lián)接。在整個水冷段中,冷卻水壓力為0.6MPa

9、,總用水量235t/h,反向水壓力1.0MPa,總用水量65t/h,壓縮空氣壓力0.50.7MPa,總用量65m3/h,冷卻水溫度35,溫升810。在水冷過程中,線材表面溫度最低應(yīng)降至約650,以不形成馬氏體或貝氏體為宜。在規(guī)定鋼種的情況下,精軋機組進口溫度與規(guī)格有關(guān),而出口溫度隨軋制速度和材質(zhì)而變化。當(dāng)軋件溫度低時精軋前水冷箱可關(guān)閉不使用,水冷段中冷卻元件的數(shù)量、流量、壓力隨線材品種和規(guī)格而異,均需設(shè)定調(diào)整使用。在現(xiàn)代高速線材軋機上,線材從最終軋機出口穿過水冷段至吐絲機的最快時間不足0.5s。為控制線材溫度使用1臺高溫計(設(shè)于吐絲機附近),將其鏡頭焦點對著軋件連續(xù)監(jiān)測,并與比例調(diào)節(jié)控制閥連接

10、,自動控制出水溫度。3.2 水冷工藝的要求各廠家設(shè)計的水冷設(shè)施在結(jié)構(gòu)上雖不盡一致,但須與散卷控冷輸送機相匹配,設(shè)計時使其適應(yīng)不同品種規(guī)格線材的冷卻,使之達到降溫幅度大而精度高,調(diào)整操作方便。3.2.1 準(zhǔn)備工作開機前必須檢查冷卻程序的設(shè)定,各種冷卻元件的位置、液、氣動元件的控制靈敏度、冷卻介質(zhì)的成分和溫度、水壓、流量的調(diào)節(jié)、軋件溫度的檢測、光電探測器等是否正常。3.2.2 冷卻元件的選擇和對中針對不同材質(zhì)和規(guī)格的線材選用不同數(shù)量的水冷噴嘴,而清掃噴嘴和干燥噴嘴則隨水冷噴嘴的數(shù)量而定。各類噴嘴均為縫隙式,其縫隙通過噴嘴偶件裝置上添加規(guī)定墊片而改變,以滿足不同線材的要求。各類噴嘴孔、導(dǎo)管內(nèi)孔和均溫

11、導(dǎo)槽孔宜相應(yīng)配定,對于5.516mm的線材,相應(yīng)選擇孔徑為12.724mm的導(dǎo)管。 冷卻元件安裝后必須檢查各噴嘴孔、導(dǎo)管(槽)孔與軋線的對中。其方法是使1根誤差不超過±0.5mm的標(biāo)準(zhǔn)試棒從各元件連線上順利通過。水冷噴嘴和水冷導(dǎo)管以及恢復(fù)段導(dǎo)槽要求安裝緊固,不得松動,并保持準(zhǔn)確對中,對中偏差不大于±0.5mm。3.2.3 噴嘴啟閉與軋件頭尾不冷卻除了軋制線溫較低的鋼種精軋前的水冷箱不使用外,通常處于連續(xù)使用狀態(tài)。此外,若在5min內(nèi)該水冷箱無軋件通過,則自動關(guān)閉供水系統(tǒng)。而精軋后水冷段的水冷元件處于斷續(xù)使用狀態(tài)。對于小規(guī)格線材,一般要待頭部全部通過水冷段3個水冷箱到達成圈器

12、前夾送輥時才通水冷卻;其尾部尚未出精軋機組時就要從前至后地使水冷箱逐步斷水冷卻。對于大規(guī)格線材,一般當(dāng)軋件頭部到達下一個水冷箱時,前一個水冷箱才開始通水,其尾部也仍然要保持一段長度不冷卻。目的是便于線材順利穿行,并考慮在軋制間隙時間內(nèi)使用壓氣吹除冷卻導(dǎo)管內(nèi)殘水的要求。軋件頭尾的穿行動作反應(yīng),由設(shè)置在精軋機組前和成圈器附近的光電探測器執(zhí)行。由此,每盤軋件頭尾端不冷卻長度的控制要求,將涉及到經(jīng)散卷冷卻過程后,送至修整取樣站時應(yīng)剪除的散卷頭、尾端部的額定圈數(shù)。以5.5mm線材為例,散卷頭部剪險圈數(shù)為810圈,尾部為56圈,以保證取樣檢驗正確以及通條盤卷性能的均勻性。3.2.4 水冷介質(zhì)水箱冷卻介質(zhì)為

13、中性(PH值為78.5)凈化工業(yè)用濁循環(huán)水。油含量最大-610×10,懸浮物40mg/l,顆粒尺寸30n,水壓要求穩(wěn)定,波動值±0.014MPa。3.2.5 檢測內(nèi)容通過生產(chǎn)線上設(shè)置的有關(guān)控冷檢測系統(tǒng),可將影響成品質(zhì)量的主要工藝參數(shù)如噴嘴設(shè)置量、水流量、水壓、線材終軋溫度、隨后的吐絲溫度和冷卻水進出口溫度等參數(shù)精確地顯示或記錄,同時設(shè)有有關(guān)操作情況的故障報警信號裝置。3.3 水冷工藝溫度及特性曲線水冷溫度的設(shè)定范圍,對于碳素鋼和低合金鋼,精軋后溫度為10001050,成圈溫度為800950。選擇線材成圈溫度要依據(jù)鋼種的淬透性以及成品的用途,也與其碳含量、線材直徑有關(guān)?？刂评?/p>

14、卻的溫度特性曲線如圖5所示。圖5 控制冷卻溫度特性曲線示意圖a 水冷箱 b 精軋機組 c 水冷段 d 散卷控冷輸送機e 集卷筒 1、2、3.水冷箱 (1)、(2)、(3).回復(fù)均溫箱4 成圈區(qū)該區(qū)的主要設(shè)備為夾送輥與吐絲機。夾送輥為氣動升、降上輥,輥子成水平懸臂安裝,由一臺電機同時驅(qū)動二輥,本廠夾送輥為平輥。夾送輥對線材的夾持部位有3種方式:夾頭、夾尾、全夾。夾送長度由人工設(shè)定、計算機控制。各生產(chǎn)廠根據(jù)自己生產(chǎn)的鋼種、規(guī)格、軋制速度等因素,可對夾送方式、夾送長度進行合理的選擇,目前本廠為夾尾方式。夾送輥速度一般超前精軋機出口速度的3%5%,在軋速很高的情況下可以增大些,但一般不應(yīng)超過10%。其

15、速度設(shè)定是由人工向計算機輸入夾送輥輥徑,再由計算機根據(jù)軋制速度和夾送輥超前系數(shù)算出夾送輥的速度計算值,該值即為夾送輥速度基準(zhǔn)值。夾送輥的張開/閉合動作信號靠置于夾送輥前的探測器發(fā)出。當(dāng)探測器檢測到線材頭部時,發(fā)出信號給計算機,使夾送輥閉合;線材尾部通過夾送輥時,該探測器發(fā)出信號使夾送輥延時張開。吐絲機采用臥式,傾角為水平軸線下10°。由直流電動機使吐絲管布線圈直徑為1050mm,并配有一臺振動測量儀?，F(xiàn)場操作臺設(shè)有吐絲機和夾送輥增減速度的按鈕及故障報警信號等,它可以有效地防止事故的發(fā)生。5 風(fēng)冷區(qū)5.1 技術(shù)特性風(fēng)冷段為輥式延遲型斯太爾摩控冷線,其作用是將吐絲機處形成的線圈運到集卷筒

16、入口的傳動裝置上,并且使線材從散卷狀態(tài)連續(xù)通風(fēng)進行控制冷卻。此區(qū)全長80m,其中運輸機長71.2m,可適應(yīng)生產(chǎn)低、中、高碳素鋼和低合金的結(jié)構(gòu)鋼、焊條鋼、彈簧鋼以及軸承鋼等不同材質(zhì),滿足多品種優(yōu)質(zhì)線材生產(chǎn)的要求。5.2 工藝結(jié)構(gòu)如圖6為散卷輸送機局部示意圖。圖6 散卷控制冷卻輸送機局部示意圖風(fēng)冷線主要由運輸輥道、冷卻風(fēng)機、保溫蓋罩及相應(yīng)的自動控制柜和現(xiàn)場操作臺組成。5.2.1 輸送輥道整個風(fēng)冷線的輸送輥子共有357個,分成17組,每組21只輥子。各組由一臺直流電機及鏈子驅(qū)動,運輸機速度為0.051.3m/s。本系統(tǒng)用8臺風(fēng)機控制著8段空冷,在1號空冷段前還有一組輥道,也是21個輥子,一臺直流電機

17、驅(qū)動,不同之處是這組輥道可上下擺動一定的角度,其主要作用是為了正確接收從吐絲機吐出的線圈,搖動動力來源于輥道支承梁下面的螺旋升降器。在輥道側(cè)面有可活動的擋板,能導(dǎo)引線圈在輥道中央運行。該輥道由一系列耐高溫空心鋼輥子排列而成,安裝在軸承座上,用耐高溫油脂潤滑。其頭部嵌有隔熱材料,對軸承有保護作用。當(dāng)下邊工序的設(shè)備出故障時,風(fēng)冷運輸機可短時降速(0.05m/s),如低速動行超過30s,1417組的運轉(zhuǎn)停止,113組以往復(fù)運動方式運轉(zhuǎn)。這樣可防止輥子單側(cè)受熱,轉(zhuǎn)動時間大約10s改變一次。正常后,整個運輸機各段均回到其正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。運輸機速度設(shè)定有:(1)所有電機以同一速度運轉(zhuǎn),最高1.3m/s;(2

18、)下游每臺電機轉(zhuǎn)速逐漸加快。其中,第二種情況所有電機以遞增的速度運轉(zhuǎn)。且速度增量相同約40r/min,但15、16、17組除外,這段區(qū)域內(nèi),一組線材各圈間就分開了距離,使“搭接點”拉開。當(dāng)運輸機速度(第一段)低于0.4m/s時,從吐絲機開始,每根坯料所軋成的散狀線圈間必定自動產(chǎn)生間距。間距的產(chǎn)生是通過同時將17段的輥速由預(yù)定的速度按比例加速到設(shè)定的速度。間距的產(chǎn)生利于改善線圈的散熱條件,使冷卻更均勻。運輸機冷卻速度110/s。5.2.2 冷卻風(fēng)機整個風(fēng)冷段8臺風(fēng)機是由8臺90kW交流電機帶動。電機型式為TETC型,其參數(shù)為1000r/min、380V、3相、50Hz、鼠籠式。單臺風(fēng)機的風(fēng)量為9

19、9260m3/h,風(fēng)壓為248kg/m2,風(fēng)量可調(diào)范圍為0100%。5.2.3 保溫罩鋪設(shè)有隔熱保溫材料的蓋罩,適用于低碳鋼和某些低合金鋼進行緩慢冷卻處理,安裝于吐絲機后面的前6臺風(fēng)機上面,保溫罩共24個,每4個一組,共6組保溫罩,每個約2m長。通過電磁指令液壓裝置可單獨設(shè)定啟閉裝置。5.2.4 現(xiàn)場操作箱其調(diào)節(jié)和設(shè)定的內(nèi)容包括運輸輥道的啟動與停止,各段輥道速度調(diào)節(jié)、尾端輸送鏈速度的調(diào)節(jié)、風(fēng)機的開/關(guān)、保溫罩的啟閉等。6 散卷收集區(qū)6.1 集卷筒集卷筒位于散卷運輸機的尾部,其基本功能是把經(jīng)過風(fēng)冷的平鋪在運輸機上的散卷收集成整卷,然后送至運卷小車。6.2 運卷小車運卷小車作用是從線卷托板上接收線卷,而后將其翻轉(zhuǎn)90°橫移后將線卷放置到鉤式運輸機的C型鉤上。7 盤卷運輸和精整區(qū)線材經(jīng)過斯太爾摩冷卻線后落入集卷筒,由收集裝置收集成卷,盤卷運輸小車接受盤卷并將其傾翻成臥卷,然后小車移出,將盤卷送到處于等待狀態(tài)的積放式懸掛輸