高壓水除鱗自動(dòng)化控制

1、高壓水除鱗系統(tǒng)的自動(dòng)化控制張小松 河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼股份 自動(dòng)化公司（河北省唐山市 063000 手機(jī)號【摘要】在熱軋鋼材生產(chǎn)中，鋼坯表面的氧化鐵皮是影響鋼材表面質(zhì)量的主要原因之一，京唐鋼鐵股份有限公司熱軋帶鋼廠，投入了一套高壓水除鱗裝置。本文敘述了高壓水除鱗的機(jī)理，重點(diǎn)介紹高壓水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及基本的計(jì)算方法簡要說明?！娟P(guān)鍵詞】熱軋生產(chǎn)高壓水除鱗自動(dòng)控制Autocontrol High Pressure Water DescalingZhang XiaoSong【Abstract】For manufacturing of hot-rolled steel

2、 products ,one of the key elements affecting the product quality is the furnace heating-caused scale on surface of the stock .A hi-pressure water descaler is jointly developed by Jingtang Hot-rolled Strip Steel Plant. The design of high pressure water flow system and the basic calculation method wer

3、e introduced, and the automatic controlling for the whole system.【Key Words】Hot Rolling Production , High Pressure Water Descaling, Automatic Control0 前言在熱軋鋼材生產(chǎn)過程中，鋼坯表面的爐生氧化鐵皮是影響鋼材表面質(zhì)量的主要原因之一，由于它的存在，使鋼材表面產(chǎn)生凹坑、麻點(diǎn)、氧化鐵壓入等多種產(chǎn)品缺陷。為了解決這一問題，國內(nèi)外已經(jīng)采用多種除鱗方法，相比之下，高壓水除鱗技術(shù)具有適應(yīng)鋼種范圍廣，除凈率高，綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。在熱態(tài)除鱗和冷態(tài)除鱗中得到了廣泛

4、應(yīng)用，成為當(dāng)今除鱗方法的主流。2008年9月京唐鋼鐵股份有限公司熱軋帶鋼廠（簡稱京唐鋼鐵）投入了1套高壓水除鱗裝置，并于當(dāng)年的12月投入使用，到目前為止，該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，除鱗工作可靠，除鱗效果良好。1 高壓水除鱗的機(jī)理鋼坯從加熱爐中出爐后, 其表面覆蓋的氧化鐵皮急速冷卻, 爐內(nèi)生成的氧化鐵皮呈現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。在高壓水的噴射之下, 氧化鐵皮表面局部急冷, 產(chǎn)生很大收縮, 從而使氧化鐵皮裂紋擴(kuò)大,并有部分翹曲。經(jīng)高壓水流的沖擊, 在裂紋中高壓水的動(dòng)壓力變成流體的靜壓力而打入氧化鐵皮底部, 使氧化鐵皮從鋼坯表面剝落, 達(dá)到了清除氧化鐵皮之目的。圖1 高壓水除鱗機(jī)理示意圖根據(jù)上述機(jī)理,在設(shè)計(jì)除鱗設(shè)備時(shí),應(yīng)

5、特別考慮軋制速度、軋制溫度、噴嘴的水流量、噴嘴處的水流壓力等因素的影響。目前高壓水除鱗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用, 還存在一些問題。為了總結(jié)提高高壓水除鱗效果, 本文對系統(tǒng)一些主要問題進(jìn)行一定探討, 以供有關(guān)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理人員參考。2 除鱗系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)確定2.1 高壓水額定工作壓力的確定系統(tǒng)工作壓力是影響除鱗質(zhì)量的主要因素，其值取決于所軋鋼種氧化鐵皮的狀況。對于形成一次氧化鐵皮為“干結(jié)構(gòu)”， 采用較低水壓（1215MPa）和水量（23gcm）即可除去。 對于許多合金鋼來說， 其氧化鐵皮與鋼坯表面粘著較緊" 要用較高水壓（1820MPa）的水才能有效地除去. 根據(jù)京唐鋼待除鱗鋼坯一般為普碳鋼和部

6、分合金鋼的具體情況， 一般系統(tǒng)工作壓力為（1719MPa）考慮到管路的壓力損失，確定高壓泵的額定工作壓力為22MPa。2.2高壓泵額定流量的確定確定高壓泵額定流量的依據(jù)是鋼坯斷面尺寸，除鱗速度；京唐鋼鐵熱軋帶鋼坯料的斷面規(guī)格（mm）最大的為230mm×2150mm，除鱗速度為0.81.2ms， 一次性除鱗后鋼坯表面無氧化鐵皮。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和國際上有關(guān)高壓水熱態(tài)除鱗的通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則， 對于普碳鋼和低合金鋼采用（23gcm）的高壓水可以有效地清除爐生氧化鐵皮，為此，取除鱗速度為0.8ms， 鋼坯斷面尺寸為230mm×2150mm，高壓水總流量為（0.8×0.23

7、5;2+0.8×2.15×2）×0.02×3600=274(mh)根據(jù)上述計(jì)算,結(jié)果綜合考慮其他因素,取高壓泵總流量為:280 mh3 除鱗系統(tǒng)的自動(dòng)控制3.1根據(jù)軋制除鱗工藝設(shè)計(jì)二套除鱗系統(tǒng)相對一個(gè)系統(tǒng)而言降低了重疊除鱗流量，減少除鱗點(diǎn)壓力波動(dòng)和重疊除鱗次數(shù)，保證除鱗質(zhì)量和均勻的冷卻；3.2采用偶合器調(diào)速，實(shí)現(xiàn)離心泵“按需供給”l 降低運(yùn)行成本l 避免離心泵出現(xiàn)閉點(diǎn)壓力和過熱燒泵現(xiàn)象，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；l 降低蓄能器持續(xù)峰值壓力，降低系統(tǒng)高壓風(fēng)險(xiǎn)投資；l 減少離心泵高速高壓運(yùn)行時(shí)間，提高高壓系統(tǒng)耐壓元件使用壽命；l 避免蓄能器冒頂，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠

8、性；提高生產(chǎn)效率3.3粗軋泵站采用蓄能器與泵站二處布置l 供水壓力源靠近除鱗點(diǎn)，壓力降少，有利除鱗質(zhì)量；l 蓄能器靠近除鱗點(diǎn)減少離心泵負(fù)荷和管路沖擊；l 二個(gè)壓力源為三個(gè)除鱗點(diǎn)供水，系統(tǒng)壓力均衡。3.4 FSB系統(tǒng)采用離心泵直接供水l 除鱗點(diǎn)壓力恒定，沒有波動(dòng)；除鱗質(zhì)量好；l 系統(tǒng)管網(wǎng)無沖擊震動(dòng)，運(yùn)行可靠性高；l 采用中間坯全除鱗和中間坯讓頭二種除鱗工藝，滿足不同鋼種除鱗需要。3.5 粗、精軋泵站控制系統(tǒng)與軋制線除鱗和換輥等非生產(chǎn)停機(jī)作業(yè)間隔，實(shí)現(xiàn)離心泵根據(jù)軋制除鱗需要供水，除鱗點(diǎn)壓力22MPa可調(diào)，實(shí)現(xiàn)非生產(chǎn)停機(jī)作業(yè)期間，泵站至除鱗點(diǎn)壓力約1.5MPa，有利軋機(jī)區(qū)域作業(yè)人員安全。水 源高壓水

9、泵循環(huán)閥止回閥蓄能器噴射控制器除鱗集管圖2 高壓水除鱗系統(tǒng)簡圖4 電控儀表4.1基礎(chǔ)自動(dòng)化部分兩個(gè)泵站設(shè)置兩套PLC控制系統(tǒng)，采用西門子PLC S7-317、配多個(gè)ET-200M工作站，對高壓水除鱗泵、高壓電機(jī)、液力偶合器、液壓站、聯(lián)合油站、除鱗機(jī)、除鱗閥、蓄勢器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及信號采集，根據(jù)除鱗系統(tǒng)的工藝要求及除鱗設(shè)備的特殊性，編制安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)程序保證除鱗系統(tǒng)安全、可靠、自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。4.2工控機(jī)人機(jī)界面部分每個(gè)泵站設(shè)置兩套工控機(jī)及一個(gè)觸摸屏分別設(shè)在控制室、現(xiàn)場操作臺(tái)，地下除鱗泵站。工控機(jī)采用西門子6AG4011工控機(jī)及WCC監(jiān)控軟件,通過數(shù)據(jù)采集，對高壓水除鱗系統(tǒng)各部分運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)

10、控，人機(jī)界面內(nèi)容有：泵站主畫面、泵組分畫面 、系統(tǒng)操作畫面、系統(tǒng)故障報(bào)警畫面、故障和事故記錄、趨勢畫面。圖3 高壓水除鱗系統(tǒng)人機(jī)界面4.3儀表部分：一次儀表采用德國進(jìn)口HYDAC 壓力變送器及溫度傳感器對除鱗泵、高壓電機(jī)、液力偶合器、液壓站、聯(lián)合油站等設(shè)備的測壓點(diǎn)及測溫點(diǎn)進(jìn)行信號反饋，對高壓水除鱗系統(tǒng)的主要參數(shù)除在人機(jī)介面實(shí)時(shí)監(jiān)控。4.4除鱗泵站與軋線計(jì)算機(jī)通訊（1） 除鱗泵站供給軋線計(jì)算機(jī)通訊內(nèi)容l 除鱗泵站啟動(dòng)條件具備信息l 除鱗泵站運(yùn)轉(zhuǎn)正常信息l 除鱗泵站提供壓力信息 l 除鱗泵站處于換輥等短時(shí)間不用高壓水信息l 除鱗泵站警報(bào)和事故停機(jī)信息l 除鱗泵站正常停機(jī)信息（2）軋線計(jì)算機(jī)提供給除

11、鱗泵站信息l 噴射閥開閉狀態(tài)信息l 除鱗系統(tǒng)壓力設(shè)定值信息l 換輥等短時(shí)間不用高壓水信息l HSB除鱗信息（3）通訊網(wǎng)絡(luò)：以太網(wǎng)或PROFIBUS-DP（4）除鱗泵站與軋制線設(shè)備連鎖控制內(nèi)容l 離心泵啟動(dòng)條件所有噴射閥處于關(guān)閉狀態(tài)；l 蓄能器水位達(dá)到下事故水位，所有噴射閥自動(dòng)關(guān)閉； 5 粗軋除鱗泵站控制5.1工作原理在離心泵和電機(jī)之間安裝液力偶合器。電機(jī)恒速運(yùn)行，通過改變偶合器勺管位置傳遞力矩，實(shí)現(xiàn)離心泵轉(zhuǎn)速排出壓力調(diào)整。當(dāng)蓄能器壓力或水位達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，液壓執(zhí)行器控制勺管下行，排出偶合器轉(zhuǎn)子內(nèi)工作油，偶合器泵輪和渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，離心泵低速低壓空載節(jié)能運(yùn)行；當(dāng)蓄能器壓力或水位達(dá)到設(shè)定下限時(shí)，液

12、壓執(zhí)行器控制勺管上行，偶合器轉(zhuǎn)子內(nèi)工作油充滿，偶合器泵輪和渦輪在液動(dòng)力作用下同步轉(zhuǎn)動(dòng)，離心泵高速高壓負(fù)載運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)離心泵根據(jù)軋制-除鱗用水量供水，如同柱塞泵-蓄能器除鱗系統(tǒng)工作制度，以蓄能器提供除鱗水量為主，離心泵供水為輔，因此，蓄能器容量選擇直接關(guān)系到能否滿足軋制-除鱗工藝要求和離心泵升降速次數(shù)。5.2離心泵控制（1）自動(dòng)啟動(dòng)條件：除鱗泵吸水閥門處于開啟狀態(tài)、出水閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；循環(huán)閥處于關(guān)閉狀態(tài)；噴射閥處于關(guān)閉狀態(tài)； 液力偶合器處于低速狀態(tài)；進(jìn)水壓力0.25MPa液壓站系統(tǒng)壓力 6MPa潤滑油壓 0.12MPa偶合器工作油壓0.12MPa（2）報(bào)警條件：進(jìn)水壓力0.15MPa，出口閥

13、、最低液面閥、噴射閥自動(dòng)關(guān)閉；潤滑油壓0.07MPa；偶合器工作油壓0.08MPa；泵、偶合器、電機(jī)各軸承溫度70°C電機(jī)定子溫度95°C泵體溫度60°C潤滑油站、工作潤滑油站油箱油位達(dá)到下報(bào)警油位（3）跳閘條件：進(jìn)水壓力0.08MPa潤滑油壓0.05MPa偶合器工作油壓0.06MPa泵、偶合器、電機(jī)各軸承溫度80°C電機(jī)定子溫度105°C泵體溫度70°C潤滑油站、工作潤滑油站油箱油位達(dá)到下事故油位5.3系統(tǒng)安全運(yùn)行控制（1）低壓供水事故斷水，防止“燒泵” “跑氣”控制 低壓供水壓力低于0.12MPa，離心泵自動(dòng)降速運(yùn)行，泵出口閥自動(dòng)

14、關(guān)閉，同時(shí)最低液面閥噴射自動(dòng)關(guān)閉；壓力低于0.08MPa，離心泵跳閘停止運(yùn)行；（2）防止蓄能器“跑氣”和 “氣罐進(jìn)水”控制l 防止蓄能器“跑氣”措施：采用下控式最低液面閥保證快速關(guān)閉，而且氣閉性好；如果關(guān)不嚴(yán)蓄能器水位下降到第二事故水位，軋制線噴射閥自動(dòng)關(guān)閉，雙保險(xiǎn)。l 防止蓄能“氣罐進(jìn)水”措施：當(dāng)蓄能器氣體容量少時(shí)，水位升高，造成冒頂，損壞液位計(jì)浮子，高壓水進(jìn)入氣罐，影響蓄能器有效容積。采用上事故水位控制，當(dāng)蓄能器水位達(dá)到上事故水位，壓力還沒有達(dá)到要求，說明蓄能器內(nèi)氣體少了，報(bào)警同時(shí)，離心泵自動(dòng)降速運(yùn)行，停止供水，保證系統(tǒng)安全。5.4主副泵控制 二臺(tái)工作離心泵設(shè)置主副泵工作制，目的，滿足軋制

15、除鱗工藝流量條件下，減少離心泵升降速次數(shù)，降低運(yùn)行成本，提高離心泵使用壽命。l 主泵根據(jù)蓄能器液位或壓力信號，升速或降速。l 副泵根據(jù)軋制線除鱗信號升速，根據(jù)蓄能器液位或壓力信號降速。6 精軋除鱗泵站控制6.1不讓頭除鱗工藝噴射閥始終開啟，依靠離心泵升降速除鱗。當(dāng)HMD檢測到中間坯頭部時(shí)，液力偶合器液壓執(zhí)行器控制勺管上行，偶合器轉(zhuǎn)子內(nèi)工作油充滿，偶合器泵輪和渦輪在液動(dòng)力作用下同步轉(zhuǎn)動(dòng)，離心泵高速高壓負(fù)載運(yùn)行，向除鱗點(diǎn)供高壓水，進(jìn)行中間坯表面除鱗；當(dāng)HMD檢測到中間坯尾部時(shí)，液力偶合器液壓執(zhí)行器控制勺管下行，排出偶合器轉(zhuǎn)子內(nèi)工作油，偶合器泵輪和渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，離心泵低速低壓空載運(yùn)行，向除鱗點(diǎn)供低

16、壓水（1.3MPa），進(jìn)行高壓管路充填低壓水，防止除鱗時(shí)管路震動(dòng)。6.2讓頭除鱗工藝噴射閥與離心泵升降速連鎖控制除鱗當(dāng)HMD檢測到中間坯頭部時(shí)，離心泵自動(dòng)升速運(yùn)行，噴射閥處于關(guān)閉狀態(tài)，泵排出高壓水通過預(yù)充水閥進(jìn)行高壓管路充填，防止管路沖擊，噴射閥根據(jù)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)開啟，讓出中間坯頭部，對中間坯進(jìn)行除鱗；當(dāng)HMD檢測到中間坯尾部時(shí)，離心泵自動(dòng)降速運(yùn)行，2秒鐘后，噴射閥自動(dòng)關(guān)閉，結(jié)束除鱗，由于離心泵降速2秒鐘后，系統(tǒng)壓力3MPa，而且預(yù)充水閥始終開啟，因此，避免了因噴射閥關(guān)閉產(chǎn)生的水力沖擊。圖4 精軋高壓水除鱗泵組出口水壓6.3運(yùn)行情況新上高壓水除鱗系統(tǒng)自2008年12月投用以來，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，完成了設(shè)計(jì)功能，滿足了生產(chǎn)要求?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場情況，及時(shí)檢測出高壓電機(jī)軸瓦溫度變化，并報(bào)警跳閘，避免重大設(shè)備事故，應(yīng)用效果良好。7 結(jié)束語(1)由于蓄能裝置的使用，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)吸收能量的功能，消除了