案例展示

项目技术综述

1．现场工艺条件
车间设计年产量：100万吨／年，热轧螺纹钢和热轧圆钢。车间平均成材率：97%，年需原
料量为103.1×104t。轧制温度：950℃～1150℃。甲方产品规格，出口线速等工艺参数如表1
所示。
穿水设备可以满足现行任何工艺条件（规格与轧速）的要求。配置满足年产100万吨的生
产能力。
(1)此线共有1 8架轧机，穿水工艺满足线速度最高为16m／s的技术要求；
(2)各规格的最高终轧速度及选择的成品机架（切分中心距按180mm考虑）。其它工艺参数如
表1所示。
(3)供水系统要求及双方对接条件
水源由甲方负责通过不小于DN400管道送到穿水用加压泵站区域水泵给水口，该位置即为
双方对接点（按设备基础图），甲方自备接点处阀门。水源流量不小于800rn3/h，水源压力不小
于0. 5Mpa，加压后供水压力不超过2.5Mpa。
2．穿水冷却项目达到的工艺目标
工艺目标满足通过弱穿水和强穿水工艺，分别达到的目标为：
(1)弱穿水工艺
采用弱穿水工艺时，现有各牌号钢筋（HRB335、HRB400）强度比热轧状态提高30MPa。
(2)强穿水工艺
采用强穿水工艺时，能够使以Q235A或者20MnSi为原料，通过穿水工艺分贝达到HRB335,
HRB400性能要求
(3)满足国标关于GB 1499.2-2007的第1号修改单
当采用强穿水工艺时候，且穿水强度提高1个强度级别时候，此穿水设备能确保穿水处理
，后的棒材满足GB 1499. 2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分热轧带肋钢筋》国家标准第1号
修改单提出的各项技术要求，即不允许在棒材的基圆上出现马氏体组织的要求。同时可以获得
大于弱穿水工艺条件下的经济效益。
(4)具备生产细晶钢和抗震钢能力
激烈的市场竞争，将由价格和数量竞争转入质量竞争。此套设备将采用最新研究成果，通
过预穿水实旋控轧控冷工艺精确控制精轧开轧温度，使之具备生产细晶钢和抗震钢的生产能力，
同时具备适当减少炼钢合金料降低成本的能力。
3．穿水冷却成套设备功能、技术性能、参数的描述
3.1项目设备的组成
乙方负责实施新棒材穿水线全套设备（含中轧后的预穿水冷却装置及缓冷辊道，k3后与kl
之间的延伸段穿水设备，3#剪前与kl后的主穿水冷却设备及缓冷辊道）和上述设备的自动检测
与自动控制系统。主穿水设备中还包括主穿水设备之间的夹送辊。
穿水设备配套系统还包括供水泵站的水泵，以及水泵的供电与控制设备，乙方炅负责设备
安装，项目中涉及到的所有电缆、设备安装辅材（垫铁、斜铁、二次灌浆）由甲方提供。

3.1.1预穿水设备
预水冷设备包括前后两段，每段含正向冷却器2组，逆向截水器1组，吹风气1组，总长
约lOm，其中前段含正向截水器1组，结构见图1。鉴于细晶钢生产工艺的要求，预穿水设备的
设置是十分重要的，根据工艺要求不同，可以选择投入1段，或者2段。投入两段最大冷却能
力200℃。
此穿水设备设置在中轧后和2#剪切机之问。设备还包括与穿水管平行布置的旁通辊道，共
8组，以适应不穿水工艺的过钢。设备采用手动横移机构，该机构与主穿水横移机构相同，特
点在后边介绍。穿水出口设有固定式测温仪，以闭环控制来控制预穿水后轧件的冷却效果。

图1预水冷设备布置图
预穿水设备的穿水效果控制可以通过阀台上的电动调节阀完成，也可以投入温度闭环控制
实现（详见温度控制系统部分），精确实现温度自动控制。阀台配有快切阀，可以对轧件头部穿
水强度（或不穿水长度）进行精确控制。
预穿旁通辊道采用自由辊，油气润滑；2#剪与预穿水间输送辊道用水冷，有排水设施。
3.1.2轧后主穿水设备
对于小规格（直径在22及其以下规格棒材）皆由kl轧机出成品。轧后棒材穿水在kl后
的主穿水设备上完成。考虑到细晶钢、抗震钢生产工艺的要求，和基圆上不出马氏体组织的要
求，我们选择了最新配置，详见图2。
主穿水由4段构成，其中第1、3段长度为5312mm，每段含正向截水器1组，正向冷却器2
组，夏向截水器1组；第2、4段长度为5012mm，正向冷却器2组，反向截水器l组，吹风器1
组：考虑到末架轧机出口到穿水设备之间过桥长度1. 6m的存在，由kl中心线在穿水设备出口
的总长度为23米。
四段主穿水设备的使用可以根据工艺需要来选择任意组合，以确保特定工艺目标的实现。
这种配置具有穿水强度可控，穿水操作之间可以利用横移机构选择旁通辊道轧件空过，实现棒
材断面温度恢复，防止有穿水强度过大而出现马氐体组织。通过实现穿水与空冷交替进行，达
到不产生马氏体组织（及控制相变产物），和防止晶粒长大的工艺目的。空冷段可用旁通辊道代
替。
>横移机构
四段穿水设备与对应的旁通辊道设置在各自的横移小车上，工艺上要求夹送辊固定在横移
导轨上，能实现微量的横移调整，以适应穿水设备因换轧槽而需要的横移。
横移小车为手动驱动方式，传动链是由蜗轮蜗杆和螺旋机构组成。这种传动链具有可靠的
自锁能力，无须锁紧或定位机构。
>辊道与旁通辊道
预穿水旁通辊道为自由辊，双支撑结构，采用油气润滑。每段长度由于处于不同位置，各
段穿水设备（预穿水设备和主穿水设备）每组辊道长度为1.2～1.35米。2#剪切机前辊道，设驱
动功率2.2千瓦，辊子采用悬臂支撑，辊身采用耐磨合金材质，辊子尺寸188mmX140mm，辊
道电机的润滑采用手动干油润滑；3#剪切机前辊道和主穿水旁通辊道，设驱动功率2.2千瓦，
辊子选用双支撑结构，辊面长度满足切分要求，辊面材料选用耐磨合金材质，采用油气润滑方式，
油气接口敷至乙方指定区域，旁通辊道及夹送辊电机为YGP，防护等级为IP56。2#剪和3#剪
前输送辊道电机为IP54，电气对接以辊道电机接线箱为界。
3.1.3延伸段的穿水设备
延伸段的配置如图3所示。该设备像替换辊道一样，利用轧机锁紧缸和横移缸来移动与固
定之。是一种可以针对具体]_艺要求丽安装在特定轧机底座上，即延伸段穿水设备安装底座与
替换的轧机底座是一致的。
延伸段设备上的供水管道采用高压金属软管（也可以用高压橡胶软管），通过其上配置的
不锈钢快速接头，与基础土DNlOO一的软管接头实现快速链接。延伸段穿水设备为可快速吊装的
结构，总长度一般为，9Q米（相当于2套轧机占地长度）。延伸段的使用，．由于冷却过程，具
有显著地降低水量消耗。延伸段设备采用下排水，分贝就近排入轧机的冲渣沟中。
延伸段的使用可以解决大规格棒材冷却能力不足的问题，进而可以细化晶粒，并有效避免穿
水阻力造成棒材失稳，同时也能防止马氏体和魏氏体组织的产生。

3.1.4对夹式双线夹送辊
第二段和第三段穿水设备之间还设置有4线对夹式夹送辊（2套双线夹送辊）。具体配置如
图4所示，双线夹送辊自身宽度0. 95米，占生产线长度约1.2米。
通过夹送辊对轧件的张拉力，可以克服轧件穿水时的阻力，迅速拖拽出滞留在穿水器中的
轧件：最为重要的是可以防止由于轧机振动而导致的轧件在主穿与成品之间形成的振动波浪。
为了使轧件稳定上冷床，避免发生堵钢事故，乙方提供的夹送辊设备速度与成品轧机同
步．辊子的动作信号与倍尺剪联动，具有夹头、夹尾和全程夹送等多种工作模式。控制上交付
给甲方的主控室实施，控制和传动装置由甲方自各，乙方提供电控参数；乙方提供夹送辊设备，
变频电机，防护等级IP56。夹送辊轴承采用油气润滑，油气润滑与气动配管采用铜管。

3.1.5智能化温度自动控制系统
温度对棒材穿水后的性能的影响最为直接，所以工艺上要求预精轧出口温度和冷床回火温
度必须连续可控，且保证一定精度，以保证性能离散度。智能化温度自动控制系统功能目标就
是通过控制穿水强度将穿水后温度稳定在期望值内。
基本思路：根据温度在特定点实际检测的温度信号与设定温度进行比较，用比较的差值对
疆场我们提供的穿水冷却设备进行在线、适时、精确地对电动调节阀的开口度进行调整。使所
控制的轧件经冷却后的目标温度，得到精确的调整。

(1)系统组成
系统配有一台研华控机作为控冷系统专用OS，以WINCC V6.2组态HMI，实施数据采集、存
储、调用、模型运算等功能。穿水专用OS位于主操台，用于放置工控机的操作台由甲方统一采
购，乙方不再提供。
系统采用l套SIEMENS SIMATIC S7 315-2DP作为核心控制器，以STEP7 V5.5完成用户程
序编制，通过数据采集优化、算法优化、程序结构优化、通讯参数优化，力求程序执行快速高
效。穿水用PLC以工业以太网的行式，从主控系统调用和接收实时参数和控制指令，并执行之。
主控系统为穿水PLC和上位机预留通讯接口。
加压泵选用4台西门子水泵专用变频器MM430躯动，提供调试后参数，SIMATIC S7 315-2DP
通过Profibus-DP读取和发送实时数据和控制指令。
系统设有固定式红外测温仪（以下简称测温仪），为国内知名品牌，数量因现场要求而定。
熏漫仪的参数为：’DC24V电源，OUTPUT 4-20mA。
系统中还设有压力变送器、电磁式流量计、水温温度变送器，上述传感器分别用来检测系
(2)温度控制策略
◆预冷设备的控制
预水冷设备的温控，采用的是温度闭环控制。即利用设在预穿水冷却设备出口的一台固定
式红外测温仪实测轧件出口温度与设定的目标温度进行比较，通过运算，给出预冷供水管道的
流量，再由流量调节阀实施闭环控制，使得温度控制精度得以保证。通过快切阀实施轧件头部
穿水强度控制（即头部可不穿水）。
◆延伸段穿水设备的控制
当延伸段投入使用时候，在延伸段的入口（即预穿的入口）有一台测温仪，用来监测轧件
在进入延伸段穿水装置之前的实际温度，由入口温度和水温代入数学模型，确定冷却水流量，
实施前馈控制。
◆主穿水设备的控制
预穿水段出口测温仪，它既可以作为预穿水温控的反馈信号，也被用来对主穿设备进行前
馈控制，在主穿的出口，每线对应有1台测温仪检测各自的穿水后表面温度。根据不同穿水工
艺要求，出口温度、轧件直径、轧制速度即确定，由入口温度和水温代入数学模型，确定前馈
控制冷却水流量。如果出口温度与设定温度有偏差，假设实际出口温度为入口温度，同样通过
数学模型可以得到反馈控制的冷却水流量，前馈和反馈流量叠加后由线性流量调节阀实旋实施
闭环控制：确保轧件温度控制偏差在±15℃，具有生产细精钢和抗震钢的能力，合格率不低于
99%。温度采集及其处理（含滤波处理）手段，也是控制成功与否的关键环节之一。
冷床入口一个作为检测冷床上轧件最高恢复温度，此温度对于轧件机械性能有决定性影响。
检测得到的冷床区域轧件的最高回复温度与设定温度之差，也被用来对穿水出口设定温度进行
在线修正。自动温度控制系统晦主要控制目标，目标精度控制在±1 5℃范围之内。控制系统框
图如图5。系统所涉及的控制电缆由甲方采购。
(3)系统功能
1、温度自动控制系统根据各个控制点技术要求，具有开环和闭环自动控制功能。自动状态
下由操作工在HMI上简单设置或初始化，程序可自动从数据库中调取相应最优温度控制参数，
系统综合温度、压力、流量、阀位等监测数据，准确实施闭环控制，完成轧件温度自动控制。
2、多线穿水时可以实现单线或多线自动控制、或手动人工调整，各线相互独立，互不影响。
魈动和手动可实现无扰动切换。
3、程序预置各品种规格控冷程序，可根据不同条件和要求自动设定相应的温度、压力、流
量、开度和阀门状态等控制参数。
4、具有查询和检索功能，可将在线最优参数保存（自学习），以便日后总结分析和相同工艺
参数提取，数据保存时间不少于1年。
5、系统具有自诊断功能，对于发生的各种故障，能够通过声、光等各种形式报警，并给出
各种故障代码。
6、针对不同操作提供在线帮助和快捷功能，方便操作员操作和获取相关技术支持。

3. 1. 6供水系统控制
穿水是一个复杂的换热过程，影响其换热系数的因素很多，为了更好的实施闭环控制，必
须将每个因素的影响降到最低，同时也要能根据不同工艺要求改变供水系统参数。所以二级加
压力站具有自动恒压控制和手动控制功能。根据工艺要求可以宾现远程启动停止水泵。
主穿设备支水管采用不锈钢管，壁厚不小于6mm，并作支撑处理。
加压泵配套国内名牌200kW变频电机，F级绝缘。变频器选用，西门子水泵专用变频器．
MM430，变频器与S7-300组成Profibus-DP网络。系统实时监控电机电流、频率和变频器状态，

 

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