萊鋼寬厚板淬火機(jī)系統(tǒng)電耗控制程序研究與應(yīng)用

史強(qiáng)

摘? 要：萊鋼寬厚板熱處理線淬火期間需要開啟2臺(tái)淬火機(jī)高位水塔供水泵給淬火機(jī)供水，導(dǎo)致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機(jī)系統(tǒng)電耗占車間總電耗的40%～50%。該文針對(duì)淬火系統(tǒng)電耗高的問(wèn)題，對(duì)淬火機(jī)控制程序進(jìn)行了優(yōu)化，降低了淬火系統(tǒng)電耗，有效節(jié)約了熱處理線生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：淬火機(jī);電耗;控制程序

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

鋼板淬火是調(diào)整材料組織性能的關(guān)鍵工藝，對(duì)控制寬厚板高強(qiáng)鋼、耐磨鋼、油罐鋼等鋼種的性能和板形至關(guān)重要。輥壓式淬火機(jī)是現(xiàn)代化寬厚板熱處理線的關(guān)鍵設(shè)備，具有冷卻強(qiáng)度大、淬火鋼板表面硬度均勻、無(wú)軟點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在寬厚板生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，是高附加值高強(qiáng)度板材產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵熱處理手段[1-2]。

萊鋼寬厚板事業(yè)部1#熱處理爐是由德國(guó)LOI公司引進(jìn)的氮?dú)獗Ｗo(hù)輻射管加熱輥底式熱處理爐，可用于寬厚板的淬火、正火和回火處理。鋼板爐內(nèi)溫差控制小于±3℃，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。1#熱處理爐后淬火機(jī)也由德國(guó)LOI公司引進(jìn)，采用先進(jìn)的輥壓式淬火控制，可獲得性能均勻且表面質(zhì)量良好的淬火鋼板。主要進(jìn)行高強(qiáng)鋼、耐磨鋼、油罐鋼等高強(qiáng)度、高附加值寬厚板產(chǎn)品的淬火生產(chǎn)。

淬火機(jī)供水系統(tǒng)主要由4臺(tái)淬火機(jī)高位水塔供水泵（其中一臺(tái)帶液力耦合器），6臺(tái)熱水井提升泵組成。其中，淬火機(jī)高位水塔供水泵功率為710 kW，熱水井提升泵功率為230 kW。按外方設(shè)計(jì)工藝，淬火期間需要開啟2臺(tái)淬火機(jī)高位水塔供水泵給淬火機(jī)供水，導(dǎo)致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機(jī)系統(tǒng)電耗占車間總電耗的40%～50%。因此，如何降低熱處理淬火工藝電耗，已經(jīng)成為降低熱處理生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素[3-4]。

該文針對(duì)淬火系統(tǒng)電耗高的問(wèn)題，對(duì)淬火機(jī)控制程序進(jìn)行了優(yōu)化，降低了淬火系統(tǒng)電耗，有效節(jié)約了熱處理線生產(chǎn)成本。

1 淬火機(jī)設(shè)備工藝參數(shù)

1.1 淬火機(jī)簡(jiǎn)介

淬火機(jī)的主要特點(diǎn)之一是它的快速冷卻段（高壓段）。高壓段的第一部分使用一定壓力，一定的水量噴射到鋼板表面，以最大限度地吸收鋼板熱量。為避免翹曲變形，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上保證鋼板上下表面有相同的冷卻速率，此外，高壓區(qū)沿寬度方向被分為3個(gè)部分，可獨(dú)立供水調(diào)節(jié)。

淬火機(jī)鋼結(jié)構(gòu)是由2部分預(yù)制的鋼結(jié)構(gòu)框架組成，安裝在鋼板傳輸線的上方和下方，下框架固定在地面上，上框架保持在垂直導(dǎo)向軌內(nèi)，借助裝在液壓缸上的電—機(jī)心軸驅(qū)動(dòng)可以使上框架升、降、驅(qū)動(dòng)電機(jī)是帶機(jī)械連接的三相齒輪電機(jī)。上下框架沿板子傳輸方向、在不同位置有不同直徑、不同設(shè)計(jì)的輥?zhàn)印?/p>

在淬火機(jī)入口的三對(duì)輥?zhàn)雍竺媸歉邏核?，一個(gè)在板子上方，一個(gè)在板子下方。噴嘴開口度、噴水角度及噴嘴與板子之間的距離均可調(diào)整。上部的水分配管路和噴嘴包括供水到閘閥的配管是不銹鋼1.4301制造的。下面的水分配管路和噴嘴也是不銹鋼制造的，但供水管路是普通碳鋼制造的。

水簾后面是上、下分別裝有三排噴嘴的“噴水箱”，也是用不銹鋼1.4301制造的，且用同樣的高壓泵供水。特別設(shè)計(jì)的噴嘴要與板子傳輸線有一定的安裝角度。高壓段還有2根集水管，每個(gè)集水管給6排高壓噴嘴供水。

低壓區(qū)有12根集水管，每根集水管給3-4排噴嘴供水，這些噴嘴是與板坯傳送線有不同角度的鉆孔（上下各51排）。這些集水管包括供水管路也是不銹鋼制作的。

上框架供水管包括帶柔性鋼制接頭的耐熱柔性軟管。閘閥和流量調(diào)節(jié)閥使用液壓控制蝶閥。電動(dòng)閥只用在流量控制。上下框架有單獨(dú)的水流量控制和閘閥，到水箱的供水系統(tǒng)是類似的。

最后一個(gè)高壓區(qū)不再沿寬度方向分區(qū)，但上、下集管仍有獨(dú)立控制和關(guān)斷功能。低壓段水閥分為3個(gè)區(qū)域（上和下）。

1.2 淬火機(jī)機(jī)械設(shè)備參數(shù)

淬火機(jī)機(jī)械設(shè)備參數(shù)見表1。

2 淬火機(jī)電耗控制方案

2.1 開發(fā)高壓區(qū)噴嘴精準(zhǔn)關(guān)閉功能

一號(hào)爐淬火機(jī)用水分高壓段用水和低壓段用水，其中高壓段用水量約3 000 m3/min～4 200 m3/min，占總用水量60%～70%。高壓段中，淬火機(jī)入口的縫隙式噴嘴用水量約

1 300 m3/min～1 500 m3/min。一號(hào)淬火機(jī)高壓段尺寸為3.3 m，按淬火機(jī)目前順控，鋼板尾部離開淬火機(jī)高壓段后，高壓段閥門關(guān)閉停止用水。對(duì)于厚規(guī)格鋼板，淬火時(shí)的鋼板速度為1.5 m/min～ 3 m/min。

以輥道速度1.5 m/min為例，鋼板尾部離開高壓段縫隙噴嘴后，縫隙式噴嘴仍然開啟1.5 min左右。建議修改閥門的控制程序，根據(jù)鋼板在淬火機(jī)內(nèi)部的跟蹤進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)鋼板尾部通過(guò)縫隙式噴嘴0.6 m時(shí)，縫隙式噴嘴關(guān)閉。當(dāng)鋼板尾部通過(guò)兩水箱式噴嘴0.6 m時(shí)，兩水箱式噴嘴閥門關(guān)閉。

此方案可以減少縫隙式噴嘴開啟時(shí)間約30 s～90 s，對(duì)于厚規(guī)格鋼板，每支鋼板可以節(jié)約用水量約1 000 m3～2 200 m3。兩水箱時(shí)噴嘴可減少開啟時(shí)間20 s～30 s，可節(jié)約用水量約

400 m3～800 m3。以上程序優(yōu)化后，每支厚規(guī)格鋼板高壓段可減少用水約1 400 m3～3 000 m3。

2.2 開發(fā)厚規(guī)格淬火鋼板低壓區(qū)精準(zhǔn)冷卻功能

2.2.1 開發(fā)厚規(guī)格淬火鋼板低壓區(qū)短距離冷卻模式

一號(hào)淬火機(jī)低壓區(qū)長(zhǎng)度為 19.2 m，其中19線和20線兩組水管長(zhǎng)度6.4 m。15-18線長(zhǎng)度為12.8 m。對(duì)于60 mm厚度以上高強(qiáng)鋼，鋼板長(zhǎng)度很多在10 m以內(nèi)。

目前的低壓段冷卻過(guò)程，15-20組水管全部開啟，鋼板在15-20組水管之間來(lái)回?cái)[動(dòng)冷卻，流量2 200 m3/min～3 000 m3/min。

大部分鋼板在低壓段的擺動(dòng)冷卻時(shí)間約4 min～7 min。建議長(zhǎng)度10 m以下的厚規(guī)格淬火鋼板，在低壓段擺動(dòng)時(shí)將19線和20線關(guān)閉（6.4 m），鋼板在15-18組冷卻水管之間進(jìn)行擺動(dòng)（擺動(dòng)距離12.8 m左右）。每分鐘節(jié)約冷卻水約1 000 m3～1 300 m3，整個(gè)淬火過(guò)程節(jié)約用水約3 000 m3～ 5 000 m3。

根據(jù)一號(hào)淬火機(jī)目前的順控，高壓段閥組流量穩(wěn)定后才具備出鋼條件，低壓段閥組在高壓段準(zhǔn)備就位后再開啟進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于60 mm厚度以上淬火鋼板，淬火時(shí)的鋼板速度為1.5 m/min～3 m/min。鋼板從具備出爐條件到鋼板頭部進(jìn)入低壓區(qū)，大概需要120 s～150 s，低壓段閥組從開啟到流量穩(wěn)定需要60 s～70 s。因此，生產(chǎn)厚規(guī)格鋼板時(shí)，可以將低壓段閥組的開啟時(shí)間在現(xiàn)有程序上再延后20 s～30 s。整個(gè)低壓段流量為2 200 m3/min ～3 000 m3/min，通過(guò)延時(shí)低壓段開啟時(shí)間，每支厚規(guī)格鋼板低壓段可減少用水約1 100 m3～1 500 m3。

2.2.2 厚規(guī)格淬火鋼板液力耦合器控制程序優(yōu)化

目前一號(hào)淬火機(jī)40 mm厚度以上鋼板淬火時(shí)，需開啟一臺(tái)節(jié)能泵組和一臺(tái)液力耦合器泵組進(jìn)行供水。當(dāng)淬火開始時(shí)，液力耦合器以最大轉(zhuǎn)速供水（電流47 A），一直到淬火完成高位水塔液位恢復(fù)到4.3 m時(shí)才降低到最小轉(zhuǎn)速運(yùn)行（電流18 A）。當(dāng)鋼板離開高壓段時(shí)，高壓段冷卻閥門已經(jīng)關(guān)閉，淬火用水量減少50%以上。

因此，將程序優(yōu)化為鋼板離開淬火機(jī)高壓短時(shí)，將液力耦合器轉(zhuǎn)速提前降低到最小（電流18 A），僅使用節(jié)能泵組給低壓段供水。

結(jié)合前面2個(gè)程序優(yōu)化，通過(guò)此控制程序，鋼板在低壓段淬火時(shí)，基本可以滿足單臺(tái)節(jié)能泵組給淬火機(jī)供水，可以有效減少液力耦合器高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

以上措施均是在現(xiàn)有設(shè)備及工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，不需要額外投資，程序修改完成后見效快，能快速降低熱處理燃動(dòng)力成本。2019年1～10月份共計(jì)生產(chǎn)40 mm厚度以上淬火鋼板28 834 t，平均每月生產(chǎn)近4 300 t，每個(gè)月生產(chǎn)23個(gè)班次左右。預(yù)計(jì)每個(gè)班次平均降低電耗3 000 kWh～5 000 kWh，平均每月降低電耗成本4.4～6.9萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)

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