降低层流冷却系统故障的控制方法及应用

张伟海，刘顺东

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司热轧部，河北唐山 063210）

0 引言

首钢京唐钢铁联合有限责任公司2250 热轧产线层流冷却系统的电气部分采用日本TMEIC 控制系统。层流冷却系统安装在精轧机输出辊道区域，通过层冷喷淋的方式将带钢从终轧温度冷却到卷取温度。由于工艺上的需求，层冷设备与输出辊道上的高温带钢近距离接触，造成设备处于高温烘烤、高温水汽侵蚀以及机械振动冲击等恶劣环境当中；且由于工艺设定不同钢种所需水量不同，造成部分层冷设备长时间不进行喷水动作，导致水梁内水温过高，对冷却效率产生较大的影响，并且加剧了气动阀的故障及喷水嘴的锈蚀。

1 工艺流程

2250 生产线层流冷却系统由15 组粗调区和2 组微调区两部分组成，现场设备包括上集水装置、下集水装置、侧喷装置、输出辊道装置。其中每个粗调区单元由4 个上集水和4 个下集水组成，每个集水管由1 个电磁阀控制1 个气动开闭阀实现冷却水的开关。每个微调区单元由8 个上集水和8 个下集水组成，同样每个电磁阀控制1 个开闭阀。2250 层冷区域输出辊道共有9组386 根辊，每根辊长度约2.3 m。

层流冷却水由辅助部门对水质进行处理后，通过加压泵站输送到层冷高位水箱中。当带钢通过层流冷却系统时，电气控制按照二级设定指令开闭部分气动碟阀，将冷却水喷淋到带钢表面，对带钢进行降温。冷却带钢的水进入地沟，返回到水处理部门，完成一次循环。但是当带钢跟踪移开输出辊道后，二级设定消失，层流冷却阀发出关闭指令（图1），层冷设备在轧钢间隙无法得到有效的降温处理。

图1 原层冷水控制时序

2 问题描述与分析

通过长期对生产线中层流冷却系统的观察统计，发现层冷设备在运行过程中出现以下3 种问题：

2.1 层冷输出辊道

层冷辊道长期直接与700 ℃左右带钢接触（正常的生产状态过钢时间约为110 s，过钢间隙约为15 s）。在过钢间隙期间，输出辊道得不到有效的冷却，致使输出辊道辊面平均温度高达140 ℃。辊面耐磨性、抗腐蚀性受高温影响很大，造成辊面老化和磨损情况加剧。同时在输送带钢过程中容易造成带钢表面划伤，使带钢合格品率降低。

2.2 层冷开闭阀

由于轧钢工艺上要求不同种的钢所需冷却水量不同，导致部分层冷开闭阀长时间不进行开闭及喷水动作，长期经受带钢的高温烘烤使层冷开闭阀本体温度高达95 ℃，而且外部环境有大量高温水蒸气对设备进行侵蚀，导致开闭阀阀体、阀块、电磁线圈等设备故障率升高。若开闭阀出现故障时，导致开闭阀出现漏水现象，在输送带钢时由于开闭阀关不严滴到带钢表面容易造成带钢质量问题。

2.3 集水管喷嘴

层冷上集水管长期处于高温带钢的烘烤、高温水汽侵蚀以及机械震动冲击的恶劣环境当中；且由于二级设定部分层冷设备长时间不进行喷水动作，导致水梁内水温过高，对冷却效率产生很大的影响，并且加快了喷水嘴的锈蚀情况。

3 改进措施

3.1 方案分析

以上各种失效形式都是由于设备长期处于高温状态下造成的，因此采用层流水对输出辊道及阀体等设备进行冷却，以达到对层冷设备降温的目的。在2 块带钢间隙打开所有的层冷水阀，使层冷辊道设备得到充分冷却，防止设备长期处于高温状态而加速损坏，并能保证层冷辊道温度，降低辊道变形、辊面磨损老化及阀体、集水管的损坏率。

在程序设计中，当带钢进入层冷区域时，要严格按照二级设定进行开关水阀，不能影响正常的喷水时序控制，以免造成带钢性能不合格甚至轧废。只有在卷取机卸载、精轧无咬钢信号且层冷轨道上无带钢跟踪信号时，将层流冷却水阀全部打开，当下一块板坯进入精轧机且产生咬钢信号时，水阀全部关闭，然后按照正常的二级设定对水阀进行控制。

综合以上问题，在原有阀体控制的基础上，对原程序进行优化。

3.2 具体实施方案

根据轧钢工艺要求制定辊道冷却措施：当在急停、快停等情况下层冷集水梁进行抬起时，层冷水阀严禁执行打开命令；在轧钢间隙进行喷水时，相应的侧喷水及下集水不执行打开动作，因为侧喷水的开启，容易使电机的运行环境变的非常恶劣，对降低设备故障率十分不利。

按照要求对功能的投入连锁条件进行设定。此条件中包含精轧机组无咬钢信号，层冷1～9 组辊道无带钢跟踪信号，层流冷却水处于自动控制模式下，且考虑到辊道停车状态下不需要喷水的情况，将辊道速度不等于零加入到此连锁条件当中。结合生产实际，考虑到存在2 块带钢进入输出辊道时间间隔较长的情况，在程序中加一个开水10 s 的时间限制，在能够彻底降温的前提下尽可能节省用水成本。

考虑到用水成本及达到降温效果，多次试验得出间隙3 块带钢进行1 次喷水即可达到有效的降温作用，因此在运行条件中增加了3 块轧钢间隙触发1 次开水命令。为了方便投入此功能，且在特殊条件要求下及时屏蔽此功能，特意在操作画面上增加了功能选择按钮及轧钢间隙数量，用于操作人员根据生产需要对轧钢间隙喷水功能进行调整。具体轧钢间隙喷水控制时序如图2 所示。

图2 轧钢间隙喷水控制时序

3.3 改进效果

自轧钢间隙层冷自动喷水降温功能开发投入以来，层冷输出辊道温度普遍降为80 ℃左右，层冷区域未再出现因辊道高温造成的辊子弯曲及轴承卡阻等问题，同时因辊道问题造成的带钢表面划伤隐患的停机事故也有效降低。不经常开启的层冷集水管内部的水也能在轧钢间隙进行排除，达到对集水管进行降温以及提高换热效率的作用。同时轧钢间隙自动喷水降温功能投入以来，带钢的表面划伤率大大降低，连续几个月未出现划伤缺陷的钢卷，使带钢的成材率有所提升。

4 结论

通过对热轧层冷区域易出现的故障原因进行分析，并通过优化层冷控制时序，利用轧钢间隙进行喷水达到对层冷设备进行降温的作用。实际应用效果显著，对程序进行改进后，避免了因层冷设备温度高造成的非计划停机，保障了设备稳定运行，提高了生产效率。