莱钢宽厚板淬火机系统电耗控制程序研究与应用

    史强

    

    

    摘? 要：莱钢宽厚板热处理线淬火期间需要开启2台淬火机高位水塔供水泵给淬火机供水，导致热处理淬火工艺电耗较高。2019年电耗成本约占总成本60%，其中淬火机系统电耗占车间总电耗的40%～50%。该文针对淬火系统电耗高的问题，对淬火机控制程序进行了优化，降低了淬火系统电耗，有效节约了热处理线生产成本。

    关键词：淬火机;电耗;控制程序

    中图分类号：TP273? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

    0 前言

    钢板淬火是调整材料组织性能的关键工艺，对控制宽厚板高强钢、耐磨钢、油罐钢等钢种的性能和板形至关重要。辊压式淬火机是现代化宽厚板热处理线的关键设备，具有冷却强度大、淬火钢板表面硬度均匀、无软点等优点，在宽厚板生产中得到广泛应用，是高附加值高强度板材产品开发的关键热处理手段[1-2]。

    莱钢宽厚板事业部1#热处理炉是由德国LOI公司引进的氮气保护辐射管加热辊底式热处理炉，可用于宽厚板的淬火、正火和回火处理。钢板炉内温差控制小于±3℃，产品性能稳定。1#热处理炉后淬火机也由德国LOI公司引进，采用先进的辊压式淬火控制，可获得性能均匀且表面质量良好的淬火钢板。主要进行高强钢、耐磨钢、油罐钢等高强度、高附加值宽厚板产品的淬火生产。

    淬火机供水系统主要由4台淬火机高位水塔供水泵（其中一台带液力耦合器），6台热水井提升泵组成。其中，淬火机高位水塔供水泵功率为710 kW，热水井提升泵功率为230 kW。按外方设计工艺，淬火期间需要开启2台淬火机高位水塔供水泵给淬火机供水，导致热处理淬火工艺电耗较高。2019年电耗成本约占总成本60%，其中淬火机系统电耗占车间总电耗的40%～50%。因此，如何降低热处理淬火工艺电耗，已经成为降低热处理生产成本的關键因素[3-4]。

    该文针对淬火系统电耗高的问题，对淬火机控制程序进行了优化，降低了淬火系统电耗，有效节约了热处理线生产成本。

    1 淬火机设备工艺参数

    1.1 淬火机简介

    淬火机的主要特点之一是它的快速冷却段（高压段）。高压段的第一部分使用一定压力，一定的水量喷射到钢板表面，以最大限度地吸收钢板热量。为避免翘曲变形，该系统在设计上保证钢板上下表面有相同的冷却速率，此外，高压区沿宽度方向被分为3个部分，可独立供水调节。

    淬火机钢结构是由2部分预制的钢结构框架组成，安装在钢板传输线的上方和下方，下框架固定在地面上，上框架保持在垂直导向轨内，借助装在液压缸上的电—机心轴驱动可以使上框架升、降、驱动电机是带机械连接的三相齿轮电机。上下框架沿板子传输方向、在不同位置有不同直径、不同设计的辊子。

    在淬火机入口的三对辊子后面是高压水帘，一个在板子上方，一个在板子下方。喷嘴开口度、喷水角度及喷嘴与板子之间的距离均可调整。上部的水分配管路和喷嘴包括供水到闸阀的配管是不锈钢1.4301制造的。下面的水分配管路和喷嘴也是不锈钢制造的，但供水管路是普通碳钢制造的。

    水帘后面是上、下分别装有三排喷嘴的“喷水箱”，也是用不锈钢1.4301制造的，且用同样的高压泵供水。特别设计的喷嘴要与板子传输线有一定的安装角度。高压段还有2根集水管，每个集水管给6排高压喷嘴供水。

    低压区有12根集水管，每根集水管给3-4排喷嘴供水，这些喷嘴是与板坯传送线有不同角度的钻孔（上下各51排）。这些集水管包括供水管路也是不锈钢制作的。

    上框架供水管包括带柔性钢制接头的耐热柔性软管。闸阀和流量调节阀使用液压控制蝶阀。电动阀只用在流量控制。上下框架有单独的水流量控制和闸阀，到水箱的供水系统是类似的。

    最后一个高压区不再沿宽度方向分区，但上、下集管仍有独立控制和关断功能。低压段水阀分为3个区域（上和下）。

    1.2 淬火机机械设备参数

    淬火机机械设备参数见表1。

    2 淬火机电耗控制方案

    2.1 开发高压区喷嘴精准关闭功能

    一号炉淬火机用水分高压段用水和低压段用水，其中高压段用水量约3 000 m3/min～4 200 m3/min，占总用水量60%～70%。高压段中，淬火机入口的缝隙式喷嘴用水量约

    1 300 m3/min～1 500 m3/min。一号淬火机高压段尺寸为3.3 m，按淬火机目前顺控，钢板尾部离开淬火机高压段后，高压段阀门关闭停止用水。对于厚规格钢板，淬火时的钢板速度为1.5 m/min～ 3 m/min。

    以辊道速度1.5 m/min为例，钢板尾部离开高压段缝隙喷嘴后，缝隙式喷嘴仍然开启1.5 min左右。建议修改阀门的控制程序，根据钢板在淬火机内部的跟踪进行计算，当钢板尾部通过缝隙式喷嘴0.6 m时，缝隙式喷嘴关闭。当钢板尾部通过两水箱式喷嘴0.6 m时，两水箱式喷嘴阀门关闭。

    此方案可以减少缝隙式喷嘴开启时间约30 s～90 s，对于厚规格钢板，每支钢板可以节约用水量约1 000 m3～2 200 m3。两水箱时喷嘴可减少开启时间20 s～30 s，可节约用水量约

    400 m3～800 m3。以上程序优化后，每支厚规格钢板高压段可减少用水约1 400 m3～3 000 m3。

    2.2 开发厚规格淬火钢板低压区精准冷却功能

    2.2.1 开发厚规格淬火钢板低压区短距离冷却模式

    一号淬火机低压区长度为 19.2 m，其中19线和20线两组水管长度6.4 m。15-18线长度为12.8 m。对于60 mm厚度以上高强钢，钢板长度很多在10 m以内。

    目前的低压段冷却过程，15-20组水管全部开启，钢板在15-20组水管之间来回摆动冷却，流量2 200 m3/min～3 000 m3/min。

    大部分钢板在低压段的摆动冷却时间约4 min～7 min。建议长度10 m以下的厚规格淬火钢板，在低压段摆动时将19线和20线关闭（6.4 m），钢板在15-18组冷却水管之间进行摆动（摆动距离12.8 m左右）。每分钟节约冷却水约1 000 m3～1 300 m3，整个淬火过程节约用水约3 000 m3～ 5 000 m3。

    根据一号淬火机目前的顺控，高压段阀组流量稳定后才具备出钢条件，低压段阀组在高压段准备就位后再开启进行调整。对于60 mm厚度以上淬火钢板，淬火时的钢板速度为1.5 m/min～3 m/min。钢板从具备出炉条件到钢板头部进入低压区，大概需要120 s～150 s，低压段阀组从开启到流量稳定需要60 s～70 s。因此，生产厚规格钢板时，可以将低压段阀组的开启时间在现有程序上再延后20 s～30 s。整个低压段流量为2 200 m3/min ～3 000 m3/min，通过延时低压段开启时间，每支厚规格钢板低压段可减少用水约1 100 m3～1 500 m3。

    2.2.2 厚规格淬火钢板液力耦合器控制程序优化

    目前一号淬火机40 mm厚度以上钢板淬火时，需开启一台节能泵组和一台液力耦合器泵组进行供水。当淬火开始时，液力耦合器以最大转速供水（电流47 A），一直到淬火完成高位水塔液位恢复到4.3 m时才降低到最小转速运行（电流18 A）。当钢板离开高压段时，高压段冷却阀门已经关闭，淬火用水量减少50%以上。

    因此，将程序优化为钢板离开淬火机高压短时，将液力耦合器转速提前降低到最小（电流18 A），仅使用节能泵组给低压段供水。

    结合前面2个程序优化，通过此控制程序，钢板在低压段淬火时，基本可以满足单台节能泵组给淬火机供水，可以有效减少液力耦合器高负荷运行时间。

    3 结语

    以上措施均是在现有设备及工艺基础上进行优化，不需要额外投资，程序修改完成后见效快，能快速降低热处理燃动力成本。2019年1～10月份共计生产40 mm厚度以上淬火钢板28 834 t，平均每月生产近4 300 t，每个月生产23个班次左右。预计每个班次平均降低电耗3 000 kWh～5 000 kWh，平均每月降低电耗成本4.4～6.9万元。

    参考文献

    [1]李东晖.中厚板热处理淬火机及应用技术概述[J].轧钢，2015（5）：56.

    [2]张敬奎.辊式淬火机高压喷水区水流量和辊道速度优化[J].金属热处理，2016（12）：51.

    [3]袁国.中厚板辊式淬火机淬火过程的温度场分析[J].东北大学学报，2010（4）：64.

    [4]張荣明.中厚板连续辊式淬火机运行参数计算与优化[J].金属热处理，2013（11）：66.