CN103551403B

CN103551403B - 棒材控轧控冷系统

Info

Publication number: CN103551403B
Application number: CN201310520476.3A
Authority: CN
Inventors: 陈昕; 岳清瑞; 李国富; 陈洁; 董淑霞; 李晓滨
Original assignee: BEIJING CHUANGZI ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: BEIJING CHUANGZI ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103551403A

Abstract

棒材控轧控冷系统，包括：中轧机组出口处的第一冷却段，精轧机组的机间冷却段，精轧机组与三号飞剪之间的第二冷却段，三号飞剪与冷床之间的第三冷却段，传感器组件以及中央控制单元。第一至第三冷却段分别包括布置在横移台车上的一条或多条冷却线和一条旁通辊道，通过横向移动横移台车能选择性地将一条冷却线或旁通辊道接入生产线，每条冷却线包括一个或多个串接的冷却器。每个冷却器经供水分管连接到供水总管，在供水分管管路中设有控制阀，通过控制阀的开/关来选择使用接入生产线中的冷却器。根据本发明，多个冷却段可供灵活选择，同时每个冷却段中的冷却器也可选择性地使用，这不仅使得本发明的系统适用性好，而且提升了棒材成品的性能。

Description

棒材控轧控冷系统

技术领域

本发明涉及一种棒材控轧控冷系统，尤其是一种能根据需要灵活配置且能提升成品性能的棒材控轧控冷系统。

背景技术

目前现有的棒材控轧控冷系统的冷却器或者说穿水器结构和布置很落后，主要存在两方面的问题：一方面，其虽能对棒材进行冷却，但冷却效果不理想，直接影响棒材的组织性能，例如棒材的金相组织不理想，晶粒粗大、不均匀，导致棒材成品的性能难以提升，尤其高品质要求的棒材成品的合格率较低，往往需要加入大量的合金来弥补，从而也导致了生产三级以上钢筋成本过高，而且轧机产量提高后冷床冷却能力不足；另一方面，应用适应性差，往往受限于一定的钢种和/或一定的棒材规格，当所生产的钢种和/或棒材规格变化时，棒材控轧控冷系统常常无法适用于新的生产工况，而需要重新铺设冷却器及相应管路，耗时费力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷。

为了实现这一目的，本发明提供一种棒材控轧控冷系统，尤其用于包括顺次设置的粗轧、一号飞剪、中轧、二号飞剪、精轧、三号飞剪和冷床的钢材棒材轧制生产线，其特征在于，包括：

设置于中轧机组出口与精轧机组之间的第一冷却段，该第一冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条的单线冷却线和一条旁通辊道线，通过与生产线方向相垂直地横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器；

设置于精轧机组中间的机间冷却段，机间冷却段的单线冷却器分别设置于精轧机组的精轧机之间；

设置于精轧机组与三号飞剪之间的第二冷却段，该第二冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器，或者包括一个或多个串接的切分冷却器；

设置于三号飞剪与冷床之间的第三冷却段，该第一冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条单线冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器；

传感器组件，设置成感测棒材开轧温度、中轧出口温度、精轧入口温度、三号飞剪前温度和上冷床温度中的一些或全部，还感测各段冷却水的温度、压力、流量；以及

中央控制单元；

其中，每个所述单线冷却器和每个所述切分冷却器分别经由各自的供水分管连接到供水总管，并分别经由各自的排水分管排水，在所述各自的供水分管的管路中分别设有控制阀，优选为气动调节阀，通过控制阀的开/关来选择性地使用接入生产线中的冷却器；

所述中央控制单元基于所述传感器组件感测到的棒材各个位置温度信号、冷却水温度、压力、流量信号，并结合棒材各个位置温度信号的设定值分别控制处于使用状态的冷却器的控制阀的开度，以调整冷却水量，实现对各个温度的自动闭环控制。

在根据本发明的一个优选实施例中，根据钢材的种类和棒材的规格，选择性地将第一冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，选择性地将第二冷却段中的一条冷却线或旁通辊道接入生产线，并选择性地将第三冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线。

在根据本发明的一个优选实施例中，根据钢材的种类和棒材的规格，控制接入生产线中的冷却器的控制阀的开/关来具体选择所要使用的冷却器。

在根据本发明的一个优选实施例中，棒材控轧控冷系统还包括输入装置，用于输入轧制和控制参数。轧制和控制参数可包括钢材的种类、棒材的规格。

在根据本发明的一个优选实施例中，中央控制单元根据输入的钢材的种类、棒材的规格来自动地控制执行以下操作：

选择性地将第一冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，选择性地将第二冷却段中的一条冷却线或旁通辊道接入生产线，并选择性地将第三冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线；和/或

打开/关闭接入生产线中的冷却器的控制阀，以具体选择所要使用的冷却器。

在根据本发明的一个优选实施例中，棒材控轧控冷系统还包括显示装置，用于显示第一冷却段、机间冷却段、第二冷却段、第三冷却段与生产线的连接信息，和/或用于显示接入生产线中的冷却器的控制阀的开/关信息。另外，显示装置还可显示处于使用状态的冷却器的控制阀的阀门开度信息。

在根据本发明的一个优选实施例中，第一冷却段中的多条单线冷却线的规格不同，第二冷却段中的多条单线冷却线的规格不同，第三冷却段中的多条单线冷却线的规格不同。

另外，本发明还提供一种用于如上所述的棒材控轧控冷系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）将棒材控轧控冷系统的第一冷却段、机间冷却段、第二冷却段、第三冷却段分别接入到生产线中；以及

b）通过控制连接在冷却器供水分管管路上的控制阀的开/关来选择性地使用接入生产线中的冷却器。

在根据本发明的一个优选实施例中，在所述步骤b）中，每个冷却段中接入到生产线中的冷却器都被部分地使用。

在根据本发明的一个优选实施例中，所述步骤a）根据所加工的钢材的种类、棒材的规格来执行。

在根据本发明的一个优选实施例中，所述步骤b）根据所加工的钢材的种类、棒材的规格来执行。

根据本发明，不仅总体上采用多段冷却，使棒材经过冷却、回火、再冷却、再回火等过程，而且在全部或部分冷却段中，由于部分冷却器的关闭而使得棒材在经过冷却段时还夹带着回火的过程。这使得冷却、回火得以进一步细化，从而每次冷却的降温幅度得以降低，这不仅能有效地防止棒材径向上外圈部分“过冷”，还能防止棒材轴向上温差过大，从而能够在降低合金使用量的同时使得棒材的组织分布均匀化，能显著提高成品性能。另外，根据本发明的系统应用适应性强，能够根据实际生产情况例如钢种、棒材规格等因素非常方便地进行灵活配置，省时省力，能大大提高效率，而且可以根据需要提高冷却能力，以解决轧机产量提高后冷床冷却能力不足的问题。此外，根据本发明的系统还可以灵活用于各种新产品的开发。

附图说明

图1是根据本发明一个优选实施例的棒材控轧控冷系统的示意图；

图2是根据本发明一个优选实施例的可用于图1所示的棒材控轧控冷系统中的横移台车及布置在横移台车上的冷却线和旁通辊道线的示意图；以及

图3示意性示出了根据本发明一个优选实施例的棒材控轧控冷系统的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述根据本发明的棒材控轧控冷系统。本领域技术人员应当理解，下面描述的具体实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对本发明进行任何限制。

首先参看图1，钢材棒材轧制生产线通常包括加热炉、粗轧、一号飞剪、中轧、二号飞剪、精轧、三号飞剪和冷床。根据本发明一优选实施例，棒材控轧控冷系统包括：第一冷却段1，其设置于中轧机组出口与精轧机组之间；机间冷却段4，设置于精轧机组的精轧机之间，这里需指出的是，所有设置于精轧机之间的冷却部件统称为机间冷却段，图1中虽然仅示出了在其中两个精轧机之间设置有冷却部件，但应该理解的是，各个精轧机之间均可设置冷却部件；第二冷却段3，其设置于精轧机组与三号飞剪之间；第三冷却段4，其设置于三号飞剪与冷床之间。

第一冷却段1、第二冷却段3和第三冷却段4分别包括冷却器、旁路辊道也就是替换辊道以及横移台车。

冷却器也可称为穿水器，其包括进口段、水冷导管、出口段，进口段优选分布在冷却器的两端，水从两端进入水冷导管，轧件在水冷导管中与水直接接触，并进行热量交换，导管内径形成分段的渐缩管形状，从而实现快速、均匀冷却。出水段的作用是将水冷导管的出水汇集、减压、排放。

旁路辊道是根据生产需要配置的，当不使用穿水冷却时，通过横向移动横移台车将可以将冷却器移离轧制生产线，使用辊道将轧件输送至下游轧机或冷床。

横移台车用于切换冷却器的在线和离线状态，同时也可以快速更换不同规格的冷却器或者说穿水器，不同规格的棒材一般采用不同规格的冷却器，以提高冷却效果并且节约水资源。例如对于螺纹钢棒材生产，冷却器布置成五线以适用切分工艺要求。

如图2所示，在横移台车5上相互平行地布置有两条单线冷却线6和7以及一条旁通辊道线8。辊道线8由多个并排设置的辊组成，用于沿着生产线传送棒材轧件。示出的每条单线冷却线6、7分别包括两个串接在一起的单线冷却器9。这里，优选地，单线冷却线6中的单线冷却器与单线冷却线7中的单线冷却器规格不同，例如冷却器水冷导管内径不同。通过与生产线方向相垂直地横向移动横移台车5，能够选择性地将单线冷却线6或单线冷却线7或旁通辊道线8接入生产线。

每个单线冷却器9分别经由各自的供水分管10连接到供水总管11，并分别经由各自的排水分管（未示出）排水，在各自的供水分管10的管路中分别设有控制阀12，通过控制阀12的开度来选择性地使用接入生产线中的冷却器，也就是说接入到生产线中的冷却线中的多个冷却器中的一部分冷却器可以不起用，也就是其控制阀关闭，棒材从其内部穿过但不会受到冷却。

这里需要指出的是，图2中的具体布置只是示例性的而非限制性的，横移台车上可以根据棒材的切分要求布置更多的冷却线，每条冷却线中具有的冷却器的数目也可根据需要设置。

具体来说，第一冷却段1可包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条不同规格的单线冷却线和一条旁通辊道线，通过与生产线方向相垂直地横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器。

第二冷却段2也可包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条不同规格的冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器，或者包括一个或多个串接的切分冷却器。切分冷却器指的是冷却器在执行冷却的同时还能对棒材进行切分，这主要是考虑到精轧之后棒材的传送速度可能提高很多，这时切分后更便于处理。

类似地，第三冷却段3也可包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条不同规格的单线冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器。

机间冷却段4由于精轧机之间的空间较小而可采用整体吊装的安装方式，冷却器与精轧机之间的活套装置互换。

参看图3，棒材控轧控冷系统还包括传感器组件13和中央控制单元14。传感器组件13设置成至少感测棒材开轧温度、精轧入口温度和上冷床温度。另外，可以理解的是，可以沿着生产线感测更多位置的温度。中央控制单元14可以基于所述传感器组件感测到的各个温度信号并结合各个温度信号的设定值分别控制处于使用状态的冷却器的控制阀的开度，以调整冷却水量，实现对各个温度的自动闭环控制。

棒材控轧控冷系统还可包括输入装置15和显示装置16。输入装置15用于输入轧制和控制参数，例如钢材的种类、棒材的规格。另外，操作人员还可通过输入装置15输入设定的温度值。当然，可以理解的是，设定的温度值也可事先写入并内嵌到中央控制单元14中。显示装置16可以显示第一冷却段、机间冷却段、第二冷却段、第三冷却段与生产线的连接信息，和/或显示接入生产线中的冷却器的控制阀的开/关信息。显示装置16还可显示处于使用状态的冷却器的控制阀的阀门开度信息。另外，显示装置16还可以显示其它各种监控、报警信息。

此外，中央控制单元14可以根据输入的钢材的种类、棒材的规格来自动地控制执行以下操作：选择性地将第一冷却段1中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，选择性地将第二冷却段2中的一条冷却线或旁通辊道接入生产线，并选择性地将第三冷却段3中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线；和/或打开/关闭接入生产线中的冷却器的控制阀，以具体选择所要使用的冷却器。当然，第一至第三冷却段也可通过手动接入到生产线中。

为了更加清楚地说明本发明，下面给出本发明的一个示例性应用。

第一冷却段位于中轧机组出口位置，对轧件实施控制轧制，使轧件从中轧机组出来立即进入该冷却段进行冷却，根据产品性能要求冷却到800-900℃。第一冷却段长度设为12米，设计两条单线冷却线和一条旁通辊道线，三条线平行布置在一个长12米、宽2.4米可横向移动的横移台车上。每条冷却线由3个冷却器组成，每个冷却器长度为4米，可根据不同规格冷却工艺要求选择使用其中的1-3个冷却器。

机间冷却段尤其适用于Φ22以上规格的轧后冷却，由4个冷却器组成，每个冷却器长度为4米，分别布置在精轧轧机之间。安装方式为整体吊装式，与精轧轧机之间的活套装置互换。根据轧制规格和冷却工艺要求分别选用其中的1-4个冷却器。

第二冷却段位于精轧机组与三号飞剪或者说三号倍尺剪之间，长度为24米，包括四台长6米、宽3米的横移台车，切分冷却器、大规格单线冷却器及旁通辊道平行地布置在可横向移动的台车上。例如每条冷却线可总共包括8个冷却器，每个冷却器长3米。根据不同规格的产品性能要求对轧件进行精轧后在此段中进行间隔式分级冷却，也可进行连续冷却。最低可将轧件冷却到400℃。

第三冷却段位于三号飞剪之后，长度为12米，设计两条单线冷却线和一条旁通辊道线，三条线平行布置在两个长6米、宽2米可横向移动的台车上。每条冷却线由2个冷却器组成，尤其用于Φ22以上规格的轧后冷却。

以生产HRB400钢筋为例，对于Ф12、Ф20、Ф25三种不同的棒材规格，具体的相关控制参数可以如下表所示：

冷却器开启制度表

冷却水参数控制表

轧制温度控制表

规格/mm	开轧温度/℃	精轧入口温度/℃	上冷床温度/℃
				Ф12	960-1000	830-870	660-690
Ф20	960-990	880-940	670-720
				Ф25	950-980	850-900	740-770

本领域技术人员应该理解，上述冷却段及其冷却器的具体布置及相应控制参数都是示例性的，可以根据具体应用进行各种拆分、组合、变型和替换。

此外，根据本发明的系统中的中央控制单元、输入装置、显示装置等实现的自动控制功能可以采用西门子S7-300可编程序控制器、分布式I/O ET200M、工控机、西门子监控软件WINCC7.0等产品，使用PROFIBUS-DP现场总线技术。

组态PROFIBUS-DP现场总线，在西门子SIMATIC STEP7软件下新建一个工程(Project)，插入一个SIMATIC300站，打开该站的Hardware硬件组态编辑器，组态315-2DP的PROFIBUS网络，并且选择通讯模块(IM153)的型号添加到PROFIBUS-DP现场总线网络中去，然后再在通讯模块下组态IO模块。

编程实现PLC控制站功能，穿水冷却自动控制系统的编程软件采用西门子STEP7V5.4。PLC完成的主要控制功能有:温度自动调节、冷却泵的恒压控制、自动开关控制等。整个控制过程实现全自动控制，其采用红外测温仪，逐根监测钢材在线温度，在PLC中采用串级闭环调节，自动调节穿水流量、调节棒材温度。编程实现变频调速控制系统功能，根据恒压供水的工艺要求，保证供水系统的压力稳定，采用变频调速装置，实现压力闭环控制，能够满足其2.0MPa恒压要求，当压力降低不能满足要求时，压力反馈信号减少，控制系统自动控制，使电机增速，使供水管道水流产生加速度，提高水压，以维持输水管道要求的供水压力。

编制上位监控功能，上位机监控系统采用工业控制机、西门子WINCC7.0监控软件。把PLC采集到的各种信号在监控画面上显示，并有人工参数设定，报警显示等功能。具体功能如下:

●实时位置监控：监控各个信号点的状态

●信号采集：棒材的红外测温、冷却水温度、压力、流量等，通讯采集过来的泵站系统的冷却水泵转速、电流等，轧机系统的电流、光检，二级控制系统的棒材型号、规格等。

●棒材温度及调节阀开度的显示

●历史曲线记录及报警记录

●人工参数的设定

上位机监控功能有利于进一步分析所取得的数据，达到更好的穿水冷却效果。

使用根据本发明的系统及其控制方法，成功地提高了产量和质量，降低了成本，获得很好的经济效益，经过穿水冷却的钢材上冷床的温度平均降低了200-300℃，棒材铁素体晶粒度达到10级，晶粒度提高2级。改善了产品各项力学性能，抗拉强度平均提高了35～60MPa，基本没有表面气泡现象，钢材性能合格率由96.5%提高到了99.8%。在螺纹钢生产中，轧后冷却应用于提高产品机械性能，降低合金元素含量，节约生产成本；在普碳钢和低合金钢棒材生产中，通过控轧和控冷获得超细晶粒产品，产品机械性能可大幅度提高；在特殊钢生产中，通过控轧和控冷可以获得预期的组织，抑制不利的影响因素出现，取代线外热处理工序，降低生产成本。在控轧控冷系统的自动控制系统方面，提高了系统的控制能力，实现了系统的全自动控制，减少了人工操作，充分发挥了控冷设备的功能。

尽管参照前述示例性实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域普通技术人员来说，依然可以对前述实施例的方案进行修改，或对其部分特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种棒材控轧控冷系统，用于包括顺次设置的粗轧机组、一号飞剪、中轧机组、二号飞剪、精轧机组、三号飞剪和冷床的棒材轧制生产线，其特征在于，包括：

设置于中轧机组出口与精轧机组之间的第一冷却段，该第一冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条单线冷却线和一条旁通辊道线，通过与生产线方向相垂直地横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器；

设置于精轧机组与三号飞剪之间的第二冷却段，该第二冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条单线冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器，或者包括一个或多个串接的切分冷却器；

设置于三号飞剪与冷床之间的第三冷却段，该第三冷却段包括沿生产线方向相互平行地布置在横移台车上的一条或多条单线冷却线和一条旁通辊道线，通过横向移动横移台车能选择性地将一条单线冷却线或旁通辊道线接入生产线，其中每条单线冷却线包括一个或多个串接的单线冷却器；

传感器组件，设置成感测棒材开轧温度、中轧出口温度、精轧入口温度、三号飞剪前温度和上冷床温度中的一些或全部，还感测各段冷却水的温度、压力、流量；以及中央控制单元；

其中，每个所述单线冷却器和每个所述切分冷却器分别经由各自的供水分管连接到供水总管，并分别经由各自的排水分管排水，在所述各自的供水分管的管路中分别设有控制阀，通过控制阀的开/关来选择性地使用接入生产线中的冷却器；

所述中央控制单元基于所述传感器组件感测到的棒材各个位置温度信号、冷却水温度、压力、流量信号，并结合棒材各个位置温度信号的设定值分别控制处于使用状态的冷却器的控制阀的开度，以调整冷却水量，实现对各个温度的自动闭环控制;

其中，根据钢材的种类和棒材的规格，选择性地将所述第一冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，选择性地将所述第二冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，并选择性地将所述第三冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线；

根据钢材的种类和棒材的规格，控制接入生产线中的冷却器的控制阀的开/关来具体选择所要使用的冷却器。

2.根据权利要求1所述的棒材控轧控冷系统，还包括输入装置，用于输入轧制和控制参数。

3. 根据权利要求2所述的棒材控轧控冷系统，所述轧制和控制参数包括钢材的种类、棒材的规格。

4. 根据权利要求3所述的棒材控轧控冷系统，其中，所述中央控制单元根据输入的钢材的种类、棒材的规格来自动地控制执行以下操作：

选择性地将所述第一冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，选择性地将所述第二冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线，并选择性地将所述第三冷却段中的一条单线冷却线或旁通辊道接入生产线；和/或

5. 根据权利要求1所述的棒材控轧控冷系统，还包括显示装置，用于显示所述第一冷却段、所述机间冷却段、所述第二冷却段、所述第三冷却段与生产线的连接信息，和/或用于显示接入生产线中的冷却器的控制阀的开/关信息。

6. 根据权利要求5所述的棒材控轧控冷系统，其中，所述显示装置还显示处于使用状态的冷却器的控制阀的阀门开度信息。

7. 根据权利要求1所述的棒材控轧控冷系统，其中，所述第一冷却段中的多条单线冷却线的规格不同，所述第二冷却段中的多条单线冷却线的规格不同，所述第三冷却段中的多条单线冷却线的规格不同。

8. 根据权利要求1所述的棒材控轧控冷系统，其中，所述控制阀是气动调节阀。