案例展示

項目技術綜述

1．現場工藝條件
車間設計年產量：100萬噸／年，熱軋螺紋鋼和熱軋圓鋼。車間平均成材率：97%，年需原
料量為103.1×104t。軋制溫度：950℃～1150℃。甲方產品規格，出口線速等工藝參數如表1
所示。
穿水設備可以滿足現行任何工藝條件（規格與軋速）的要求。配置滿足年產100萬噸的生
產能力。
(1)此線共有1 8架軋機，穿水工藝滿足線速度最高為16m／s的技術要求；
(2)各規格的最高終軋速度及選擇的成品機架（切分中心距按180mm考慮）。其它工藝參數如
表1所示。
(3)供水系統要求及雙方對接條件
水源由甲方負責通過不小于DN400管道送到穿水用加壓泵站區域水泵給水口，該位置即為
雙方對接點（按設備基礎圖），甲方自備接點處閥門。水源流量不小于800rn3/h，水源壓力不小
于0. 5Mpa，加壓后供水壓力不超過2.5Mpa。
2．穿水冷卻項目達到的工藝目標
工藝目標滿足通過弱穿水和強穿水工藝，分別達到的目標為：
(1)弱穿水工藝
采用弱穿水工藝時，現有各牌號鋼筋（HRB335、HRB400）強度比熱軋狀態提高30MPa。
(2)強穿水工藝
采用強穿水工藝時，能夠使以Q235A或者20MnSi為原料，通過穿水工藝分貝達到HRB335,
HRB400性能要求
(3)滿足國標關于GB 1499.2-2007的第1號修改單
當采用強穿水工藝時候，且穿水強度提高1個強度級別時候，此穿水設備能確保穿水處理
，后的棒材滿足GB 1499. 2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋》國家標準第1號
修改單提出的各項技術要求，即不允許在棒材的基圓上出現馬氏體組織的要求。同時可以獲得
大于弱穿水工藝條件下的經濟效益。
(4)具備生產細晶鋼和抗震鋼能力
激烈的市場競爭，將由價格和數量競爭轉入質量競爭。此套設備將采用最新研究成果，通
過預穿水實旋控軋控冷工藝精確控制精軋開軋溫度，使之具備生產細晶鋼和抗震鋼的生產能力，
同時具備適當減少煉鋼合金料降低成本的能力。
3．穿水冷卻成套設備功能、技術性能、參數的描述
3.1項目設備的組成
乙方負責實施新棒材穿水線全套設備（含中軋后的預穿水冷卻裝置及緩冷輥道，k3后與kl
之間的延伸段穿水設備，3#剪前與kl后的主穿水冷卻設備及緩冷輥道）和上述設備的自動檢測
與自動控制系統。主穿水設備中還包括主穿水設備之間的夾送輥。
穿水設備配套系統還包括供水泵站的水泵，以及水泵的供電與控制設備，乙方炅負責設備
安裝，項目中涉及到的所有電纜、設備安裝輔材（墊鐵、斜鐵、二次灌漿）由甲方提供。

3.1.1預穿水設備
預水冷設備包括前后兩段，每段含正向冷卻器2組，逆向截水器1組，吹風氣1組，總長
約lOm，其中前段含正向截水器1組，結構見圖1。鑒于細晶鋼生產工藝的要求，預穿水設備的
設置是十分重要的，根據工藝要求不同，可以選擇投入1段，或者2段。投入兩段最大冷卻能
力200℃。
此穿水設備設置在中軋后和2#剪切機之問。設備還包括與穿水管平行布置的旁通輥道，共
8組，以適應不穿水工藝的過鋼。設備采用手動橫移機構，該機構與主穿水橫移機構相同，特
點在后邊介紹。穿水出口設有固定式測溫儀，以閉環控制來控制預穿水后軋件的冷卻效果。

圖1預水冷設備布置圖
預穿水設備的穿水效果控制可以通過閥臺上的電動調節閥完成，也可以投入溫度閉環控制
實現（詳見溫度控制系統部分），精確實現溫度自動控制。閥臺配有快切閥，可以對軋件頭部穿
水強度（或不穿水長度）進行精確控制。
預穿旁通輥道采用自由輥，油氣潤滑；2#剪與預穿水間輸送輥道用水冷，有排水設施。
3.1.2軋后主穿水設備
對于小規格（直徑在22及其以下規格棒材）皆由kl軋機出成品。軋后棒材穿水在kl后
的主穿水設備上完成。考慮到細晶鋼、抗震鋼生產工藝的要求，和基圓上不出馬氏體組織的要
求，我們選擇了最新配置，詳見圖2。
主穿水由4段構成，其中第1、3段長度為5312mm，每段含正向截水器1組，正向冷卻器2
組，夏向截水器1組；第2、4段長度為5012mm，正向冷卻器2組，反向截水器l組，吹風器1
組：考慮到末架軋機出口到穿水設備之間過橋長度1. 6m的存在，由kl中心線在穿水設備出口
的總長度為23米。
四段主穿水設備的使用可以根據工藝需要來選擇任意組合，以確保特定工藝目標的實現。
這種配置具有穿水強度可控，穿水操作之間可以利用橫移機構選擇旁通輥道軋件空過，實現棒
材斷面溫度恢復，防止有穿水強度過大而出現馬氐體組織。通過實現穿水與空冷交替進行，達
到不產生馬氏體組織（及控制相變產物），和防止晶粒長大的工藝目的。空冷段可用旁通輥道代
替。
>橫移機構
四段穿水設備與對應的旁通輥道設置在各自的橫移小車上，工藝上要求夾送輥固定在橫移
導軌上，能實現微量的橫移調整，以適應穿水設備因換軋槽而需要的橫移。
橫移小車為手動驅動方式，傳動鏈是由蝸輪蝸桿和螺旋機構組成。這種傳動鏈具有可靠的
自鎖能力，無須鎖緊或定位機構。
>輥道與旁通輥道
預穿水旁通輥道為自由輥，雙支撐結構，采用油氣潤滑。每段長度由于處于不同位置，各
段穿水設備（預穿水設備和主穿水設備）每組輥道長度為1.2～1.35米。2#剪切機前輥道，設驅
動功率2.2千瓦，輥子采用懸臂支撐，輥身采用耐磨合金材質，輥子尺寸188mmX140mm，輥
道電機的潤滑采用手動干油潤滑；3#剪切機前輥道和主穿水旁通輥道，設驅動功率2.2千瓦，
輥子選用雙支撐結構，輥面長度滿足切分要求，輥面材料選用耐磨合金材質，采用油氣潤滑方式，
油氣接口敷至乙方指定區域，旁通輥道及夾送輥電機為YGP，防護等級為IP56。2#剪和3#剪
前輸送輥道電機為IP54，電氣對接以輥道電機接線箱為界。
3.1.3延伸段的穿水設備
延伸段的配置如圖3所示。該設備像替換輥道一樣，利用軋機鎖緊缸和橫移缸來移動與固
定之。是一種可以針對具體]_藝要求麗安裝在特定軋機底座上，即延伸段穿水設備安裝底座與
替換的軋機底座是一致的。
延伸段設備上的供水管道采用高壓金屬軟管（也可以用高壓橡膠軟管），通過其上配置的
不銹鋼快速接頭，與基礎土DNlOO一的軟管接頭實現快速鏈接。延伸段穿水設備為可快速吊裝的
結構，總長度一般為，9Q米（相當于2套軋機占地長度）。延伸段的使用，．由于冷卻過程，具
有顯著地降低水量消耗。延伸段設備采用下排水，分貝就近排入軋機的沖渣溝中。
延伸段的使用可以解決大規格棒材冷卻能力不足的問題，進而可以細化晶粒，并有效避免穿
水阻力造成棒材失穩，同時也能防止馬氏體和魏氏體組織的產生。

3.1.4對夾式雙線夾送輥
第二段和第三段穿水設備之間還設置有4線對夾式夾送輥（2套雙線夾送輥）。具體配置如
圖4所示，雙線夾送輥自身寬度0. 95米，占生產線長度約1.2米。
通過夾送輥對軋件的張拉力，可以克服軋件穿水時的阻力，迅速拖拽出滯留在穿水器中的
軋件：最為重要的是可以防止由于軋機振動而導致的軋件在主穿與成品之間形成的振動波浪。
為了使軋件穩定上冷床，避免發生堵鋼事故，乙方提供的夾送輥設備速度與成品軋機同
步．輥子的動作信號與倍尺剪聯動，具有夾頭、夾尾和全程夾送等多種工作模式。控制上交付
給甲方的主控室實施，控制和傳動裝置由甲方自各，乙方提供電控參數；乙方提供夾送輥設備，
變頻電機，防護等級IP56。夾送輥軸承采用油氣潤滑，油氣潤滑與氣動配管采用銅管。

3.1.5智能化溫度自動控制系統
溫度對棒材穿水后的性能的影響最為直接，所以工藝上要求預精軋出口溫度和冷床回火溫
度必須連續可控，且保證一定精度，以保證性能離散度。智能化溫度自動控制系統功能目標就
是通過控制穿水強度將穿水后溫度穩定在期望值內。
基本思路：根據溫度在特定點實際檢測的溫度信號與設定溫度進行比較，用比較的差值對
疆場我們提供的穿水冷卻設備進行在線、適時、精確地對電動調節閥的開口度進行調整。使所
控制的軋件經冷卻后的目標溫度，得到精確的調整。

(1)系統組成
系統配有一臺研華控機作為控冷系統專用OS，以WINCC V6.2組態HMI，實施數據采集、存
儲、調用、模型運算等功能。穿水專用OS位于主操臺，用于放置工控機的操作臺由甲方統一采
購，乙方不再提供。
系統采用l套SIEMENS SIMATIC S7 315-2DP作為核心控制器，以STEP7 V5.5完成用戶程
序編制，通過數據采集優化、算法優化、程序結構優化、通訊參數優化，力求程序執行快速高
效。穿水用PLC以工業以太網的行式，從主控系統調用和接收實時參數和控制指令，并執行之。
主控系統為穿水PLC和上位機預留通訊接口。
加壓泵選用4臺西門子水泵專用變頻器MM430軀動，提供調試后參數，SIMATIC S7 315-2DP
通過Profibus-DP讀取和發送實時數據和控制指令。
系統設有固定式紅外測溫儀（以下簡稱測溫儀），為國內知名品牌，數量因現場要求而定。
熏漫儀的參數為：’DC24V電源，OUTPUT 4-20mA。
系統中還設有壓力變送器、電磁式流量計、水溫溫度變送器，上述傳感器分別用來檢測系
(2)溫度控制策略
◆預冷設備的控制
預水冷設備的溫控，采用的是溫度閉環控制。即利用設在預穿水冷卻設備出口的一臺固定
式紅外測溫儀實測軋件出口溫度與設定的目標溫度進行比較，通過運算，給出預冷供水管道的
流量，再由流量調節閥實施閉環控制，使得溫度控制精度得以保證。通過快切閥實施軋件頭部
穿水強度控制（即頭部可不穿水）。
◆延伸段穿水設備的控制
當延伸段投入使用時候，在延伸段的入口（即預穿的入口）有一臺測溫儀，用來監測軋件
在進入延伸段穿水裝置之前的實際溫度，由入口溫度和水溫代入數學模型，確定冷卻水流量，
實施前饋控制。
◆主穿水設備的控制
預穿水段出口測溫儀，它既可以作為預穿水溫控的反饋信號，也被用來對主穿設備進行前
饋控制，在主穿的出口，每線對應有1臺測溫儀檢測各自的穿水后表面溫度。根據不同穿水工
藝要求，出口溫度、軋件直徑、軋制速度即確定，由入口溫度和水溫代入數學模型，確定前饋
控制冷卻水流量。如果出口溫度與設定溫度有偏差，假設實際出口溫度為入口溫度，同樣通過
數學模型可以得到反饋控制的冷卻水流量，前饋和反饋流量疊加后由線性流量調節閥實旋實施
閉環控制：確保軋件溫度控制偏差在±15℃，具有生產細精鋼和抗震鋼的能力，合格率不低于
99%。溫度采集及其處理（含濾波處理）手段，也是控制成功與否的關鍵環節之一。
冷床入口一個作為檢測冷床上軋件最高恢復溫度，此溫度對于軋件機械性能有決定性影響。
檢測得到的冷床區域軋件的最高回復溫度與設定溫度之差，也被用來對穿水出口設定溫度進行
在線修正。自動溫度控制系統晦主要控制目標，目標精度控制在±1 5℃范圍之內。控制系統框
圖如圖5。系統所涉及的控制電纜由甲方采購。
(3)系統功能
1、溫度自動控制系統根據各個控制點技術要求，具有開環和閉環自動控制功能。自動狀態
下由操作工在HMI上簡單設置或初始化，程序可自動從數據庫中調取相應最優溫度控制參數，
系統綜合溫度、壓力、流量、閥位等監測數據，準確實施閉環控制，完成軋件溫度自動控制。
2、多線穿水時可以實現單線或多線自動控制、或手動人工調整，各線相互獨立，互不影響。
魈動和手動可實現無擾動切換。
3、程序預置各品種規格控冷程序，可根據不同條件和要求自動設定相應的溫度、壓力、流
量、開度和閥門狀態等控制參數。
4、具有查詢和檢索功能，可將在線最優參數保存（自學習），以便日后總結分析和相同工藝
參數提取，數據保存時間不少于1年。
5、系統具有自診斷功能，對于發生的各種故障，能夠通過聲、光等各種形式報警，并給出
各種故障代碼。
6、針對不同操作提供在線幫助和快捷功能，方便操作員操作和獲取相關技術支持。

3. 1. 6供水系統控制
穿水是一個復雜的換熱過程，影響其換熱系數的因素很多，為了更好的實施閉環控制，必
須將每個因素的影響降到最低，同時也要能根據不同工藝要求改變供水系統參數。所以二級加
壓力站具有自動恒壓控制和手動控制功能。根據工藝要求可以賓現遠程啟動停止水泵。
主穿設備支水管采用不銹鋼管，壁厚不小于6mm，并作支撐處理。
加壓泵配套國內名牌200kW變頻電機，F級絕緣。變頻器選用，西門子水泵專用變頻器．
MM430，變頻器與S7-300組成Profibus-DP網絡。系統實時監控電機電流、頻率和變頻器狀態，

 

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敬業2期