裴曉東¹  張少凱 ² 馬國偉³  石孜江⁴  李文學⁵  呂愛軍⁶

軋鋼事業部

摘  要 ：隨著國內鋼鐵工業供給側改革、產業結構調整、國標升級等政策的實施，線材行業向高品質、低能耗、綠色化發展的步伐不斷加快，線材生產中實現節能減排的需求日益凸顯。在線材生產中實現節能減排同時提高線材產品質量，并逐步向高、精、尖、優質等方向發展成為重中之重。如何實現線材軋制的“綠色化、低能耗”，已然成為鋼鐵企業面臨的共性問題。因此，開展“綠色低碳高效線材軋制關鍵技術集成與應用”項目研究具有重要意義。

關鍵詞： 高效線材軋制  綠色低碳  技術

1前言

隨著我國經濟發展和基礎設施建設不斷擴大，高速公路、軌道交通、電力輸配電、橋梁等領域對線材的需求量也在不斷增加。特別是在一帶一路等重大戰略背景下，高速線材在國內外市場的應用日益廣泛。如何實現線材軋制的“智能化、高效化、低能耗”，已成為鋼鐵企業面臨的共性問題。

高線生產加熱爐智能化控制燃燒技術有待突破，溫度精準控制和自動化控制水平仍需提高；線材高速軋機裝備在降低軋制能耗及降低生產成本等方面有待進一步提高。

2技術集成與運用

采用檢測分析、工業試驗等研究方法，通過對“高效的加熱爐智能化燃燒技術”、“高效低碳的線材生產工藝技術開發”等關鍵技術的集成和應用。實現了“燃燒智能控制”、“煙氣自動分析”、“膛壓自動調控技術”、“多規格線材高效生產技術”以及“軋制、穿水工藝精準控制”等關鍵技術突破。解決了高速線材生產工藝的技術攻關難題，大幅提升了高線產量，同時也降低了電力和煤氣消耗，取得了良好的經濟效益。

2.1高效的加熱爐智能化燃燒技術

2.1.1自動燃燒控制技術

通過工業以太網和現場總線網絡，實現遠程通訊和控制設備，改進加熱爐的燃燒技術，提高加熱爐的燃燒效率，確保產品的高質量和高性價比。采用雙重信號控制，以爐溫為設定值、空氣煤氣自動配比調節的串級與雙交叉限幅相結合自動控制方式和單回路自動控制，提高產品的產量和質量，延長加熱爐壽命，降低氧化燒損。

2.1.2 爐膛壓力自動控制技術

通過加熱爐均熱段的零壓面取壓孔將爐膛壓力通過取樣管取樣到微差壓變送器，再將加熱爐的爐膛壓力信號轉變為4～20mA的模擬量電流信號，并將該信號實時、準確地通過遠程儀表ET200站的模擬量輸入模板輸入并傳送到PLC控制器中，為產品性能穩定、連續高速生產提供保障，得到良好的內部金相組織，提高產品的強度、塑性、韌性等綜合性能。采用爐膛壓力的測量值與設定值的偏差e以及偏差的變化量e_c作為輸入，在控制輸出里加入比例積分進行補償以消除模糊控制器的穩態誤差。

2.1.3 空燃比自動尋優

基于CFD數值模擬，建立了金鼎1號加熱爐三維模型（圖1所示）。分析了空氣過剩系數對鋼坯加熱過程及技術指標的影響。通過可視化的速度分布矢量圖闡明了爐內流體的方向與速度分布（圖2）。通過分析溫度場明確了加熱單元內的溫度分布。分析了不同空氣過剩系數下加熱單元軸向溫度云圖（Y），不同空氣過剩系數下加熱單元軸向溫度云圖（Z）（圖3），不同空氣過剩系數下出爐鋼坯上表面溫度云圖（圖4），不同空氣過剩系數下鋼坯出爐平均溫度（圖5），不同空氣過剩系數工況下不同加熱段鋼坯氧化燒損量（圖6）。

圖1 高線加熱爐智能化燃燒控制系統               圖2 燒嘴的燃燒控制邏輯圖

圖3 金鼎1號加熱爐模型                      圖4 Z面速度矢量圖

  圖5軸向溫度云圖（Z）                          圖6出爐鋼坯上表面溫度云圖

2.2高效低碳的線材生產工藝技術開發

2.2.1軋制道次分配研究優化

目前通用摩根五代高線軋制工藝，生產Φ16mm及以下規格的盤條，粗中軋及預精軋機組的機架全部利用，通過改變精軋機組的軋制道次生產不同的規格。我們突破傳統工藝設計，通過計算分析，重新設計預精軋、精軋的孔型，在生產Φ10、Φ12、Φ13、Φ16等規格時，把原來工藝使用的預精軋15#~18#四個機架，改為使用其中兩個機架，空過兩個機架，增加使用精軋機的兩架軋機，提高成品出口軋制速度；通過優化改進軋制工藝，生產Φ10的軋制速度由54m/s提高到76m/s，Φ12的軋制速度由36m/s提高到53.5m/s，Φ13的軋制速度由36m/s提高到45m/s，Φ16的軋制速度由22.5m/s提高到30m/s；采用此優化工藝的另外一個優點，就是當預精軋機組的15#~18#機架中，無論任何一個機架設備出現故障，就可以甩開空過該機架，進行正常生產，也提高了軋制作業率。

2.2.2優化線材直流電機參數，提高轉速，提高產量

優化過程，先拆開電機和減速機聯軸器，安全確認后進行優化操作。根據不同的軋機電機，修改電機最高轉速參數，準備就緒后，傳動柜切換到內控模式，在柜門進行合閘和啟?？刂?。先優化速度調節器運行，再優化勵磁減弱運行，經過兩個步驟，完成優化提速。

優化先后對比，1-6架電機轉速由1300轉/分鐘提升到1370轉/分鐘；7-18架電機由1370轉/分鐘提升到1400轉/分鐘；一號飛剪電機由500轉/分鐘提升到520轉/分鐘。

2.2.3突破設備設計極限，加大Φ350軋機輥徑

軋制φ10規格以上盤圓，當Φ350末期輥輥徑小于Φ360mm時，軋制轉速高，只能降速軋制，影響線材機時產。為解決此問題，對Φ350軋機及機械傳動系統研究分析，決定對Φ350H/V軋輥輥徑加粗。軋輥直徑由φ330-φ380mm改為φ330-φ420mm，增加4個輪次，加大輥徑上線次數，解決了因軋輥輥徑小影響軋機提速，更為提速提產穩定軋制創造有利條件。

2.2.4對精軋機輥箱改造，實現提速高產、穩產

對精軋機24#軋機6″輥箱改8″進行研究，為生產Φ14、Φ18提速提供保障，軋鋼在生產φ14、φ18mm規格時，精軋機轉速高成為機時產量制約條件，為解決此問題，進一步提高線材產量，將精軋機成品機架后移2個架次，軋制φ14mm規格精軋選用21#、22#、23#、24#架改為23#、24#、25#、26#架；生產φ18mm由21#、22#架改為23#、24#架次，實現提速；因24架次為6寸軋制，高速生產軋制力大，輥環承受力收到限制，容易出現炸輥環事故。經研究24#軋機由6寸輥箱改為8寸輥箱，解決了此問題，實現了穩產、高產。

3結論

1）智能化燃燒關鍵技術在1號和2號加熱爐中投入后，爐溫控制效果理想，自動控制過程中實際溫度隨設定溫度的調節反饋十分明顯，兩座加熱爐的調控精度均可以達到±10℃。鋼坯出爐溫度的波動范圍明顯縮小，鋼坯出爐溫度的穩定性有效提高了70%。本技術實施后節省了煤氣33m³/噸鋼，節能率15.06%，加熱爐綜合氧化燒損率、加熱能力以及燃料消耗由原來的1.2 %、125 t/h、219 m³/t分別優化到0.7%、180 t/h、186 m³/t。為企業節約了生產成本，對產品結構的優化及長遠戰略具有重要意義。

圖7 1號（左）與2號（右）爐溫控制效果對比

 圖8 1號（左）與2號（右）鋼坯出爐溫度對比

2）通過對線材提速降耗系列研究，將軋機裝備潛能充分發揮，機時產量得到大幅提升，能耗降低明顯。

4展望

該項目實施了高速線材生產中高效軋制中系列關鍵技術，提高了線材生產效率，并逐步向高、精、尖、優質等方向突破。形成了“綠色低碳高效線材軋制關鍵技術集成與應用”，引領了高速線材“高效化、低能耗”制造技術的創新。因此該項目作為一個研究方向，解決大型項目遇到的發展瓶頸，并將研究成果和經驗通過行業推廣，解決同類線材軋制遇到的類似問題。

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