浅谈过程控制自动化系统在高速线材生产过程中的研究与应用

摘要： 钢铁企业生产控制自动化系统在制造产品的各个环节起到了举足轻重的作用，而本文重点对控制轧制和控制冷却技术进行深入的研究，以及控制轧制和控制冷却在高速线材生产过程中各个环节的应用特点及发展趋势。

关键词： 过程控制 高速线材 控制轧制 控制冷却

前言

如今，我国轧钢生产技术较之过去已取得显著进步，缩小了与国际轧钢技术先进水平的差距，信息化和自动化技术发挥了重要作用。按照我国钢铁工业的实际状况分析，从采矿、选矿、焦化、烧结、炼铁、炼钢，到铸坯（连铸）、轧钢、精整，再到热处理等所有生产工序中，轧钢工序是应用自动化和信息化技术比较先进、成熟并且取得明显效益的工序。

1.过程控制自动化系统的重要性

钢铁企业是我国国民经济的重要支柱产业之一，如何提高我国钢铁企业的竞争力，很大程度上取决于我国钢铁企业的信息化建设水平。对我国钢铁企业而言，其基础自动化部分，如加热炉控制系统、燃烧控制系统等等大都实现了技术改造，基本采用了PLC、DCS等实现控制，这为企业信息化建设中的设备集成提供了硬件基础。而在信息化建设过程中，更好地实现基础自动化控制系统将对钢铁企业今后与生产管理系统的衔接起到重要的作用。

2.控制轧制和控制冷却的研究

2.1 控制轧制

控制轧制是指在调整钢的化学成分的基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体组织变化规律和相变产物的组织形态，达到细化组织、提高钢材强度与韧性的目的。控制轧制工艺可用于生产碳素钢、微合金化钢、低合金钢、高强度和超高强度钢及一些合金钢。

控制轧制一般有控温轧制和热机轧制两种。

在控温轧制中，为了获得所要求的目标值，必须在规定的温度范围内进行总变形。第一个负荷道次的开轧温度是事先通过出炉温度规定的。轧制的温度范围由规定的终轧温度决定。一般情况下，只有轧制过程在规定的时间内中断，并将轧件送到停歇场上进行冷却，这个终轧温度才能得到保证。

热机轧制是在规定的温度范围内按照所规定的压下量进行轧制，又分为两阶段轧制和三阶段轧制。在两阶段轧制中，轧制过程中断一次，并使轧件冷却到下一阶段所要求的轧制温度。在三阶段轧制中，轧制过程中断两次。轧制阶段是由该阶段中预先给定的轧制量和完成该轧制量时的温度范围决定的。由此产生了中间轧制量和各阶段之间的轧制时间。

2.2.控制冷却

轧钢生产中的冷却方法有许多种，但归纳起来有以下两大类。

2.2.1.常规冷却

常规冷却的含义是指从轧机出来的热轧产品在气候的剪切、收集、打捆、包装等精整工序中不加以任何控制手段，而让其在周围环境中自然冷却的一种方法，又称“自然冷却”。

2.2.2.控制冷却

控制冷却在轧钢领域内属于控制轧制的范畴，它是指人们对热轧产品的冷却过程有目的地进行人为控制的一种方法。确切地说，所谓控制冷却，就是利用轧件热轧后的轧制余热，以一定的控制手段控制其冷却速度，从而获得所需要的组织和性能的冷却方法。几十年来，许多工程技术人员和理论工作者为此做了大量的工作，使得各种热轧产品的质量大大提高。

3.高速线材控制轧制和控制冷却自动化技术的应用

3.1高速线材轧机控温轧制及控制冷却的特点：

3.1.1.实现了全轧制过程的控制轧制

现代高速线材轧机的控制轧制工艺由于采用了低温开轧，低碳钢为920℃，中高碳

钢为950℃～980℃，低的开轧温度降低了能耗，氧化铁皮生成量比常规轧制下降0.1%～0.15%。经过低温终轧，线材的晶粒细小、风度大，有利于降低水冷段的事故率。

3.1.2. 精度较高的水冷闭环控制系统

经闭环控制水冷线冷却的线材，同钢种同规格的产品卷与卷、批与批之间，具有均匀的温度分布。该系统调整精度为±5℃，即线材表面温差±5℃时即开始调整水量，这样能够准确的控制吐丝温度，使吐丝温度的偏差保持在±105℃范围内，给线材的冷却运输收集提供了良好的条件。

3.2.高速线材轧机的控制轧制系统

控制轧制系统包括轧件从加热开始至集卷站整个轧制过程的温度控制，可分为五个阶段：即钢坯的加热温度控制、精轧前水冷控制、精轧机组内水冷控制、精轧机组后水冷控制、运输集卷时的冷却控制。

3.2.1.钢坯的加热温度控制

为使成品线材奥氏体晶粒细化，线材轧机采用低温精轧工艺。降低精轧温度从降低钢坯出炉温度开始控制，要求加热炉钢坯按不同钢种温度控制均匀加热。为了补偿头尾端热量损失，采用头尾加热温度高于钢坯中间温度30℃的措施，保证轧制中整个断面的变形均匀，因此降低了燃料的消耗，减少钢坯的表面脱碳现象，氧化烧损也大大降低。

3.2.2.精轧机组前的水冷控制

为了控制轧件升温，降低轧件进入精轧机组的温度，精轧机组之前增设水冷箱，以便进入精轧机组之前的轧件温度降低到控制轧制的温度范围，一般要降温100℃左右。

3.2.3.精轧机组内水冷控制

在精轧机组如果不加水冷，轧件温度将升高150℃或更高。在精轧机架的圆形轧件的出口和椭圆孔的入口处增设了特殊结构的水冷导卫，另外在机架间增设了水冷装置，在轧制过程中向各轧制道次的轧件上喷水，控制精轧机组内的轧件温升。

3.2.4.精轧机组后的水冷控制

精轧后水冷的目的是使轧件从精轧温度冷却至所需要的吐丝温度，以进一步控制线材奥氏体的晶粒度和减少氧化铁皮的生成量。

线材在水冷段快速冷却到接近的温度，以得到细小的奥氏体晶粒。但水冷速度不能太快，否则线材芯部与线材表面温差太大。影响线材质量。为了使线材温度均匀，冷却是间断性的，使热量从线材中心向表面扩散，使轧件进入吐丝机的温度保持或接近于一个常数。

吐丝机吐丝温度一般高于相变温度，对于中高碳钢线材要求较高的吐丝温度，控制吐丝温度是根据钢种不同或用户最终验收产品的要求不同而进行选择。

3.2.5.散卷运输冷却方式

散卷运输冷却的目的是为了进行奥氏体相变控制，以确保通过运输辊道风冷相变来得到精确的显微组织。

参考文献：

[1]高速轧机线材生产《编写组》.高速轧机线材生产[M].冶金工业出版社 2006

[2]高速线材轧机装备技术 冶金工业工业出版社 1997

[3]宣钢高速线材车间轧后冷却设计 首钢科技 2002

[4]钢铁生产工艺装备新技术 冶金工业出版社 2004

作者简介：李 鑫（1983-1-23-，男，汉族，河北张家口宣化人，河北钢铁集团宣钢公司检修公司，电气助理工程师，本科学历，电气自动化方向。