1780mm热连轧层流冷却水系统问题的分析与改进

1 前言

1780mm 热连轧生产卷取温度控制采用国内某厂设计的层流冷却系统，生产初期，由于水系统问题及应用经验的不成熟，存在问题较多，给模型调试带来严重影响，自动控制无法实现，靠操作工手动调节很难保证卷取温度的控制精度，而卷取温度精度直接影响热轧带钢的组织性能，卷取温度命中率低在一定程度上制约了产品性能的提高。

2 问题分析

2.1 集管流量非线性现象严重

层流冷却系统上、下集管装置分别由 21 组集管组成，其中粗调集管 18 组（每组 4 根上集管，12 根下集管，分别由 4 个阀控制），精调集管 3 组（每组 8 根上集管，16 根下集管，分别由 8 个阀控制）。每组集管通过一根供水管与供水水箱连接， 每根供水管装有一个手动调节球阀，负责对该组 4 对粗调集管（或 8 对精调集管）供水，改进前单个阀头不能进行开度控制（0～90°），打开时即为最 大，所以只能通过调节每组供水管的手动调节球阀来控制水量的大小，对于单个集管的水量大小就无法控制，导致各根集管的流量随开启根数的不同而差异很大，分别开启 1 根、2 根、3 根、4 根水流量高度如图 1 所示。由图 1 可知：下集管每根集管的喷射高度与组内开启集管根数相关，难以保持动态开启集管时喷射高度的一致性，直接影响冷却水的冷却能力。上集管由于水流方向向下，无法直接观察水流量的大小，但根据安装在第 4 组粗调集管供水管上的流量计，分别得到顺序开启第 1 根、第 2 根、第 3 根和第 4 根集管时的流量，图 2 反映了第 4 组上集管总流量与开启根数之间的关系。

2.2 阀组响应时间长

由于经验不足，集管气动薄膜阀组缺乏维护，导致打开、关阀时响应时间过长，从发出指令到喷水用时超过 2 秒，对于较薄的带钢，穿带速度为10m/s 左右，延时 2 秒约 20m 已经过，这种大延时将对控制效果产生较大影响，使模型控制困难。

2.3 供、回水不平衡

层流冷却供、回水系统如图 3 所示，冷却系统设计供水能力为瞬时最大水量 13175 m3 /h（持续时间 50s），由于回水泵站能力小及地沟与热水井接口处的截面积小导致回水能力差，实际只能达到 8640m3 /h（持续时间 50s）达到平衡，所以在轧制15.5mm 及以上规格带钢时，部分集管经常出现水量小、断流等现象，影响模型的准确计算及自学习。

2.4 侧喷能力不足

侧喷设计压力 1.2MPa，因侧喷供水泵组电机故障，采用辊道冷却水系统供水，实际压力只能达到 0.7MPa，无法将对应集管表面上的水吹掉，不能达到新旧水及时交换的目的，冷却效果差。另外，由于吹扫能力不足，经常出现带水现象，使精调段一 直未投用。投入自动控制和反馈前馈控制后，精调集管必须开启。开启后，一旦层冷出口处带钢表面水不能吹扫干净，将严重干扰高温计工作，造成高温计测量不准，随之引起反馈控制的随机性，造成卷取温度控制精度显著降低。

2.5 上集管不水平

因设备安装质量差及更换阀门时未对法兰进行水平校验，使上集管水平度差，操作侧与传动侧水流明显不一致，操作侧水流量大，传动侧水流量小，在轧制高级别带钢时，板带明显有瓢曲现象。由前述可知：现场冷却设备工况对卷取温度控制精度造成很大影响，尤其在需要快速切换集管开闭状态时，甚至可能起到反效果。

3 改进措施

3.1 集管流量非线性改进措施

将上、下集管阀门的换向阀及阀芯换向，调换后使原来阀门的“开”变为“关”，原来的“关”变为 “开”，改进前阀的“开”状态是档板向里合，改进后阀的“开”状态为档板向外开。将阀组两侧的螺丝杆加长，然后可以通过拧动长螺杆的进出对阀打开时的开口度进行调节，从而控制集管喷水量，改进前后阀“开”状态如图 4 所示。

另外将每组集管供水管的手动调节球阀调到最大，目的是使供水管路里的水相互连通，使整个管路内的水压力保持均衡一致，通过调节每根集管阀端的开口度来控制喷水的一致性，经改进后，集管非线性如下表 1 所示。

从上表可以看出，通过改进阀组后的集管非线性问题依然存在，但相对较小，上集管流量影响为5%左右，下集管为 6%～8%，此情况可以在模型里进行修正。

3.2 阀组响应时间长优化措施

3.2.1 恢复下集管的旁通

下集管旁通作用是为减小阀门两侧的压力差， 促进阀组能快速开启；同时也能使下集管的水始终保持充满的状态，在阀门开启的瞬间水能瞬时流出。生产初期，由于应用经验的不足，忽视了它的作用，以至于常时间使用未进行维护，致使堵塞现象严重，针对此问题在检修时全部进行了恢复。

3.2.2 清洗阀门气源过滤器

由于供阀门的压缩空气质量差（有杂质及水份）及使用时间长，阀门的气管过滤器堵塞现象严重，导致压缩空气压力及流量小，无法带动阀门快速开启，针对此问题利用一次中修时间将所有阀门的过滤器进行了一次清理，从而改善了阀的响应时间。改进后测定粗调段平均响应时间为 1.21 秒，精调段为 1.28 秒，已达到控制要求。

3.3 供、回水不平衡优化措施

提升回水泵站能力，由原 8640 m3 /h 提升到11000 m3 /h 左右。定期清理回水泵站吸水口的过滤网，同时对高速过滤器实行周期性反冲洗。拓宽及清理地沟与热水井接口处的截面积，保持此通道不被堵塞。

3.4 侧吹及吹扫能力不足优化措施

催件修复侧喷供水泵组电机，使期投用使用，调节压力为 1.2 MPa。

3.5 上集管不水平优化措施

将所有上集管阀头处法兰螺栓进行紧固，使单根集管与供水管保持直线。整体调节每组集管的水平度，通过水平仪测量后加垫片方式进行调节。

4 使用效果

通过采取以上措施，1780mm 层流冷却水系统运行稳定，2010 年 12 月模型调试后完全实现了全自动控制，而且控制精度较高，考核验收命中率指标如下表 2，产品性能也有进一步提升，2011 年 1-6 月份物理性能一次检验合格率平均为 99.51%，比改进前 2010 年 7-10 月份的 98.51%提高了 1%，各月 一次检验合格率如图 5 所示。

5 结论

1）水系统问题改进后，保证了各集水管的流量和压力基本恒定，满足了模型控制要求。

2）模型调试后控制精度较高。

3）大大提升了热轧厂产品质量，物理性能一次检验合格率较高。

4）要保证设备能稳定运行，达到最佳状态，必须加日常的点检、维护工作。