型鋼產(chǎn)線精軋機(jī)冷卻水分級精準(zhǔn)化控制

朱天向

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

1 問題的提出

八鋼公司軋鋼廠巨峰機(jī)組型鋼生產(chǎn)線的工藝流程為：加熱爐對鋼坯進(jìn)行加熱→粗軋機(jī)開坯軋制→精軋機(jī)成型軋制→冷床冷卻→矯直機(jī)矯正→分段切割→精整碼垛→成品入庫。精軋軋制工序是控制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 巨峰機(jī)組精軋區(qū)域共計軋機(jī)11臺，兩臺立軋機(jī)，3臺短應(yīng)力平軋機(jī)，6臺萬能軋機(jī)，采用豎排串聯(lián)排列，鋼坯一次經(jīng)過軋機(jī)軋制成成品。由于軋機(jī)形式多樣，生產(chǎn)線的設(shè)計、軋機(jī)的布置、工藝要求、設(shè)備種類、軋輥材質(zhì)各不相同，對現(xiàn)場環(huán)境軋制冷卻水的要求也各不相同。在生產(chǎn)初期生產(chǎn)線冷卻水系統(tǒng)采用集中控制，水量和壓力不能分別控制，無法按需供水，精軋機(jī)冷卻水的作用受限。生產(chǎn)期間軋輥壽命縮短，成品鋼質(zhì)量較差，表面氧化碎皮較多。

為解決產(chǎn)品質(zhì)量問題，根據(jù)產(chǎn)線上不同型軋機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工況，重點(diǎn)對精軋機(jī)水系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。

2 型鋼產(chǎn)線精軋水系統(tǒng)

2.1 精軋水系統(tǒng)概況

巨峰機(jī)組精軋水系統(tǒng)設(shè)計為開式循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行共計5臺提升水泵。生產(chǎn)濁環(huán)水系統(tǒng)壓力水源由其中的的兩臺提供，整個水系統(tǒng)總流量1200m3/h，壓力0.4～0.6MPa。精軋水系統(tǒng)占總水量的70%，約為840m3/h。精軋區(qū)域水路共分3條支路：第一支路供給1臺立軋機(jī)，1臺平軋機(jī)，2臺萬能軋機(jī)共計4臺軋機(jī)用水，設(shè)計水量約為220m3/h；第二路濁環(huán)支管分別為1臺立軋機(jī)，1臺平軋機(jī)，3臺萬能軋機(jī)提供水源，設(shè)計水量約為300m3/h；第三路支管則為1臺平軋機(jī)2臺萬能軋機(jī)提供水源，設(shè)計水量約為200m3/h。

軋制過程中精軋機(jī)冷卻水對保證產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮著重要作用：(1)降溫作用，抑制軋輥表面裂紋的產(chǎn)生；(2)潤滑作用，降低軋制力參數(shù)保證軋制精度；(3)減小軋輥內(nèi)外溫差，降低軋輥熱應(yīng)力，防止軋輥斷裂；(4)清除軋材表面的二次氧化鐵皮，提高產(chǎn)品質(zhì)量；(5)降低軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的溫度，同時在導(dǎo)衛(wèi)與軋材之間起潤滑作用，防止因?qū)l(wèi)溫度升高而降低導(dǎo)衛(wèi)耐磨性；(6)防止粉末狀氧化皮彌散形成，減少環(huán)境粉塵污染，保障職工身體健康。

2.2 精軋冷卻水存在的問題

(1)水源壓力單一，生產(chǎn)用水浪費(fèi)嚴(yán)重。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)每天(24小時)新水補(bǔ)給量2300m3。巨峰機(jī)組精軋水系統(tǒng)供水技術(shù)指標(biāo)為單一標(biāo)準(zhǔn)，支管到用戶點(diǎn)無調(diào)節(jié)閥門，各軋機(jī)用水量不能實(shí)時調(diào)節(jié)。導(dǎo)衛(wèi)用水和軋機(jī)冷卻水技術(shù)要求不一致，現(xiàn)場只有一種壓力水源，不能根據(jù)實(shí)際用水量匹配不同的壓力配置，現(xiàn)場生產(chǎn)用水浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

(2)冷卻率較低，輥耗較高。軋機(jī)冷卻水噴水孔的噴射角度和水孔數(shù)量不能根據(jù)實(shí)際要求合理分配。在生產(chǎn)過程中不能有效地對軋輥進(jìn)行冷卻，造成軋制過程中輥耗較大。由于噴嘴設(shè)計角度和分配存在不足，導(dǎo)致冷卻水不能均衡、精準(zhǔn)噴射到用戶點(diǎn)上面，造成冷卻效率較低。

(3)水管材質(zhì)、管路排布等問題。巨峰機(jī)組現(xiàn)場壓力水源到用戶點(diǎn)均采用橡膠軟管鏈接，在使用過程中經(jīng)過高溫軋材的炙烤，橡膠軟管材質(zhì)易被碳化損壞經(jīng)常發(fā)生水管破裂；軋機(jī)冷卻水管徑相同，軋機(jī)水管震動較大，經(jīng)常發(fā)生水管斷裂；軋機(jī)冷卻水中有細(xì)微氧化鐵顆粒較多，容易堵塞噴嘴。軋機(jī)冷卻水因長期使用導(dǎo)致水溫度較高，夏季平均水溫≥60°C，最高可達(dá)70°C，冬季水溫平均在55°C, 而軋機(jī)對水溫的要求以25～45°C為最佳，整個水系統(tǒng)因缺少對水溫控制的有效手段，因水溫高導(dǎo)致現(xiàn)場事故頻發(fā)。

3 精軋水系統(tǒng)改造

3.1 系統(tǒng)增設(shè)一套高壓水泵，改進(jìn)水管徑

對整體水系統(tǒng)進(jìn)行改造：增設(shè)1臺高壓水泵，設(shè)計水量220m3/h，壓力2～4MPa，管路鋪設(shè)到精軋11臺精軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)入口處，用戶端配置高壓不銹鋼球閥控制，末端安裝傘形噴嘴。對高溫軋材進(jìn)行表面除磷，清除附著在軋件表面氧化皮，提高軋件表面質(zhì)量。

根據(jù)“分段布管，獨(dú)立控制”的原則，“一點(diǎn)一管一閥門”設(shè)計思路，對精軋水系統(tǒng)管路管徑科學(xué)配比。“一點(diǎn)”就是一個用戶點(diǎn)，“一管”單獨(dú)配置一根水管，出水容量為用戶點(diǎn)總量的120%?！耙婚y門”就是對應(yīng)的控制閥門，實(shí)現(xiàn)軋制不同軋件來調(diào)節(jié)不同的水量與之匹配。針對不同軋機(jī)不同用水量配置不同管徑的濁環(huán)管路，根據(jù)軋機(jī)特性實(shí)施差異化管理。1#、2#、6#、7#、10#五臺軋機(jī)為對輥軋機(jī)，用水量較小，采用Φ40mm管徑濁環(huán)水管，水壓力配置為0.4～0.6MPa，即可滿足生產(chǎn)需求。3#、4#、5#、8#、9#、11#為復(fù)合型萬能軋機(jī)，需水量較大，則至少要采用Φ80mm管徑水管。

分級分層精準(zhǔn)管控，根據(jù)實(shí)際情況，要求對不同的冷卻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，提高冷卻水的有效利用率，整體降低冷卻水的消耗量。

3.2 精軋水系統(tǒng)材料、管路的改型

將原軟管材質(zhì)更換成鎧裝厚壁復(fù)合型軟管。因現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)中會經(jīng)常換輥換槽，水管需經(jīng)常拆卸，所以水管接頭采用環(huán)扣型易拆卸接頭。這種型號軟管能提高換輥效率，同時也便于檢修。閥門側(cè)選用耐磨的不銹鋼閥門，能快速調(diào)節(jié)水量而且耐腐蝕性能較好。

由于改進(jìn)后的軟管采用鋼絲與橡膠結(jié)合的復(fù)合型材料，能減小水管震動，而且橡膠材質(zhì)，更耐磨和耐腐蝕。同時這種軟管能很好適應(yīng)環(huán)境，滿足不同水壓水溫的使用要求。

3.3 冷卻方式的優(yōu)化

依據(jù)“專機(jī)專配”的原則，不同軋機(jī)設(shè)計不同的冷卻方案：(1)1#、6#為立軋機(jī)，采用水管方向與軋輥相平行，噴水方向與軋輥轉(zhuǎn)動方向相匹配。(2)2#、7#、10#軋機(jī)為水平二輥式牌坊軋機(jī)，在軋輥托架上加裝掛梁，彎管噴嘴掛在掛梁上，用金屬軟管將彎頭噴嘴與冷卻水支管相連，采用外連接的方式可以調(diào)節(jié)噴嘴與不同輥徑軋輥的距離，保證軋輥冷卻效果。(3)3#、4#、5#、8#、9#、11#為萬能軋機(jī)，每組軋機(jī)水平方向和豎直方向各分部兩個軋輥，該軋機(jī)冷卻水系統(tǒng)較為復(fù)雜。水平方向上下輥采用圓弧式噴水方式，上輥側(cè)采用半圓弧面噴射裝置，由于軋輥轉(zhuǎn)速較高軋輥冷卻水飛濺大，造成冷卻水利用率不高，嚴(yán)重影響現(xiàn)場環(huán)境和操作工的操作。所以，在軋輥冷卻彎管增加可調(diào)整節(jié)距的滑塊，保證彎管與軋輥孔型的最佳噴淋距離，同時制作薄板弧形罩，可以阻擋冷卻水的飛濺，使得軋輥孔型得到更有效的冷卻。萬能軋機(jī)冷卻水裝置如圖1所示。

圖1 萬能軋機(jī)冷卻水裝置示意圖

3.4 導(dǎo)衛(wèi)的冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化

導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)口加裝噴嘴以減少導(dǎo)衛(wèi)的結(jié)渣和磨損，采用濁環(huán)水，濁環(huán)水系統(tǒng)新增壓力2～4MPa，同時對軋材表面有一定的表面清掃作用。

對空過的導(dǎo)槽、喇叭口、過橋均安裝噴淋裝置，以減少備件的磨損，同時根據(jù)工藝要求，可以調(diào)節(jié)軋件在軋制過程中的溫度，并降低軋制粉塵的飛散。導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)口加裝噴嘴如圖2所示。

圖2 導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)口加裝噴嘴示意圖

軋制過程中，作業(yè)環(huán)境彌漫大量的粉塵，直接影響對紅鋼運(yùn)行狀態(tài)的觀察和操作，空氣中的固體顆粒嚴(yán)重影響到職工的身體健康。因此在軋機(jī)之間設(shè)計霧化噴淋裝置來降低粉塵，改善周圍環(huán)境。

由于采用不同的壓力水源對型鋼產(chǎn)品的表面積累的氧化鐵清理的更為徹底，在軋制中大幅提升了型鋼的表面質(zhì)量，鋼材表面粗糙度更低，光潔度更好。

3.5 系統(tǒng)增設(shè)冷卻降溫設(shè)施

在濁環(huán)二次平流池增設(shè)濁環(huán)水降溫設(shè)施，利用水池的空間條件，在周邊架設(shè)噴淋降溫裝置，利用一次水泵壓力，在實(shí)現(xiàn)水循環(huán)的同時，發(fā)揮整體精軋水系統(tǒng)的降溫功能，平均水溫得到有效控制：夏季≤50°C，冬季可以控制在約35°C。合適的水溫延長了軋輥的使用壽命，降低了軋制過程中斷輥事故的發(fā)生。

4 改進(jìn)效果

系統(tǒng)優(yōu)化前后各項(xiàng)指標(biāo)對比：

(1)噸鋼消耗新水指標(biāo)：由原來的1.8m3/t降到1.5m3/t。同比降低16%，改進(jìn)后噸鋼消耗水量對比見表1。

表1 噸鋼消耗水量對比

(2)軋輥輥耗指標(biāo)由原來的2.8kg/t降到2.5kg/t，同比降低12%。

(3)導(dǎo)衛(wèi)使用壽命由原來的9小時/副延長到12小時/副，同比提高33%。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對巨峰機(jī)組精軋水系統(tǒng)升級優(yōu)化，在軋線、軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等工藝備件的冷卻效果得到了較大改善，使得軋輥和導(dǎo)衛(wèi)等工藝備件損耗控制在合理水平，提高了軋機(jī)作業(yè)率，由于冷卻效率的大幅提升，型鋼的表面質(zhì)量提升，生產(chǎn)環(huán)境大為改觀，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。