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1、新興鑄管新疆有限責任公司棒材生產線穿水冷改造技術方案北京京誠瑞信長材工程技術有限公司日期： 2013年5月 日1 工程概況新興鑄管新疆有限責任公司二廠棒材生產線2012年建成投產，設計年產量：60萬噸/年，品種規格：1236mm螺紋鋼筋，1650mm光面圓鋼，坯料尺寸：16016012000mm，單根坯料重量：2335kg。車間0.000布置，沒有平臺，目前主要生產1236mm螺紋鋼筋。原設計在12#軋機后預留預水冷的位置，12、13#軋機間距31.8m，預水冷設備預留。原設計在18#軋機出口設有穿水冷設備，有三通道、兩通道、單通道及旁通通道各一條，文氏管結構，水壓6bar。由于水量及水壓的緣2、故，投產后很少使用。2 改造目的生產高強度螺紋鋼筋主要方法有微合金化、余熱淬火、低溫軋制和細晶軋制幾種，具體描述如下：（1）微合金化生產工藝是在20MnSi的基礎上增加少量的Nb、V、Ti等微合金元素，以達到抑制加熱過程奧氏體晶粒長大、軋后鐵素體晶粒長大和析出強化來達到提高鋼筋強度的目的，但是采用微合金化生產最大的缺點在于生產成本增加了，降低產品在市場上的競爭力。目前本生產線就是采用該生產工藝，在20MnSi的基礎上增加V-Fe或V-N合金，一般加入量V=0.040.08% ，按照螺紋鋼等級不同，各成分詳見下表：鋼類鋼種CECSiMnV圓鋼HPB2350.3283 0.22 0.30 0.653、 HPB3000.4700 0.22 0.30 1.50 螺紋鋼HRB3350.5167 0.25 0.80 1.60 HRB400（E）0.5267 0.25 0.80 1.60 0.05 HRB500（E）0.5287 0.25 0.80 1.60 0.06 備注：由于對貴單位煉鋼工藝及實際技術水平沒有具體調研，上述數據僅作為分析噸鋼成本的一個假設條件。按照目前V-Fe的價格，生產一噸HRB400（E）噸鋼成本增加約80元，生產一噸HRB500（E）噸鋼成本增加約100元；（2）余熱淬火工藝是軋件終軋后通過強力穿水冷水箱快速冷卻至400C以下，使鋼筋表面形成具有一定厚度的淬火馬氏體，在隨后4、的回復階段形成回火馬氏體，而芯部為鐵素體和珠光體，這種組織具有較高的抗拉強度。但是利用該工藝生產的鋼筋存在比較大的內應力，在隨后的使用過程中存在時效問題，而且對焊接性能影響比較大，因此在最新發布的GB 1499.2-2007鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋國家標準第1號修改單中明確指出不得有影響使用性能的其它組織（如基圓上出現的回火馬氏體組織）存在，不允許采用該生產工藝，但是東南亞、中東及歐洲國家和地區由于螺紋鋼的連接不采用焊接方式，因此出口材仍然可采用該工藝制度；（3）低溫軋制工藝：是采用950C開軋，全線控溫軋制，終軋溫度控制在750C。該工藝方法使得軋制力、軋制力矩大幅上升，導致軋5、機設備重量和電機容量要增加2030%，實現起來較為困難，不僅會增加軋鋼成本，而且由于溫度低，事故率高作業率低，很少有企業采用該工藝制度；（4）控軋控冷工藝，或稱為細晶軋制工藝：是采取10001050C常溫開軋，粗中軋為常規軋制，在精軋區控制進精軋溫度在未再結晶區域，軋后快速水冷，以獲得細小的晶粒尺寸，提高鋼筋的抗拉強度，改善最終的組織性能。改造后，增加預水冷和水冷，采用形變誘導鐵素體相變（DIFT）和形變強化相變技術，以實現細晶粒軋制。形變誘導鐵素體相變（DIFT）的機理為奧氏體冷卻到Ad3Ar3溫度范圍內通過形變使其轉變為鐵素體。借助形變誘導鐵素體相變產生的鐵素體，晶粒細小，變形后繼續快冷抑6、制鐵素體的長大，會達到更好的效果。為了保證誘導鐵素體有足夠的形核率，總變形量越大越好。具體的工藝描述為：將鋼加熱到10001100C出爐，經過1H12V粗軋中軋制12道次，終軋溫度在950C左右，通過預水冷和溫度回復段，將軋件溫度降到800860C左右進入精軋機組，經過26道次軋制變形，總變形量約為3274%，終軋速度3.1418.0m/s，850880C完成精軋后立即進入穿水冷卻，快速冷卻至相變區域600700C，控制奧氏體晶粒和鐵素體晶粒長大，倍尺分段后軋件上冷床后繼續完成相變過程。為了充分發揮細晶粒軋制工藝的特點，可結合現有的速比和孔型系統的特點，將25、28、32等成品規格的軋制空過放7、在精軋機組前幾道次，一方面延長了預水冷的回復段，獲得更好的截面溫度梯度，另一方面軋制后在最短的時間內就進入穿水冷，防止晶粒的快速長大。按照該生產工藝，可以采用HRB335的成分穩定生產HRB400（E），采用HRB400的成分穩定生產HRB500（E）。以HRB400（E）為例，采用該工藝可節約冶煉成本約80元/噸鋼，軋鋼工序由于1318#軋機軋制溫度低，用電負荷增加，同時軋輥和導衛的消耗也增加，每噸鋼軋制成本增加約2030元，綜合成本可降低約50元/噸鋼。3 改造范圍及改造內容3.1預水冷水箱及閥臺目前生產線沒有預水冷裝置，需要全部新建。1套預水冷冷卻系統包括：水箱、與之配套的控制閥臺、水箱8、進出口輸送導槽和旁通輥道。位置：位于中軋機組后， 2#飛剪前。共2段水箱作用：為了控制軋件進入精軋機組溫度，提高產品質量。組成：預水冷卻裝置由入口導槽、水冷通道、旁通輥道、橫移小車、水冷閥臺、隨機配管及控制系統組成。結構：水冷通道和旁通輥道安裝在橫移小車上。橫移小車由液壓缸進行驅動，軋件需要水冷時，將水冷通道對準軋制線，根據軋件規格調節閥門進行水量控制；軋件不需水冷時，則移動小車將旁通輥道對準軋制線。控制系統：預穿水冷卻裝置采用開環手動控制；水冷閥臺：供水總管設置流量計、壓力傳感器、流量調節閥。水箱進出口設有高溫計；主要技術參數：預水冷裝置長度：約6000mm軋制中心線標高：+800mm軋件穿9、水前溫度：9201050冷卻能力： 每段水冷最大溫降150冷卻水最大壓力：MAX=1.8Mpa冷卻水最大耗量： 200 m3/h反吹氣壓力： 3.2水冷水箱及閥臺目前18V#后水冷裝置有如下幾個問題：1）水壓不足，采用文氏管結構的水冷裝置要求水壓至少1.6Mpa，而目前的供水壓力僅為0.6Mpa；2）冷卻管長度偏長。目前共有四段文氏管，每段長度約5m，即使壓力提高后，也會由于冷卻管長度太長，等到管子尾端的時候壓力不足，導致冷卻不均勻，最終軋件容易彎曲，或者堆鋼造成事故；3）沒有任何水冷控制手段：目前沒有高溫計，進出水箱的工藝溫度無法測量，水箱上沒有流量計和壓力計，不知道實際供水情況，主管路上沒10、有調節閥，即使水量不合理，也只能通過手動調節，靈敏度和準確性不足。針對上述原因，建議利用現有的車體，修改水冷管，增加水冷管路上的閥臺和控制系統，以達到控制冷卻的工藝要求。修改后的軋后水冷系統描述如下：位置：位于精軋機組后、3#飛剪前，共4段水箱。作用：對帶肋鋼筋進行水冷及輸送，控制終軋后軋件冷卻溫度。能夠解決表層溫降較快，心部冷卻效果較差的問題；使心部冷卻滿足工藝要求，又保證棒材表層溫度不能過低，而影響材料性能。軋件可以獲得細小均勻的鐵素體組織，避免不良表層組織的產生，使棒材具有良好焊接性能。組成：穿水冷卻裝置共4組單元，每個單元由入口導槽、水冷通道、旁通輥道、橫移小車、水冷閥臺、隨機配管及閥11、臺組成。結構：穿水冷裝置利用現有的4組橫移小，每臺小車長約5米左右，橫移小液壓缸旁通輥道利舊，改造現有的水冷通道，安裝單線、兩線、四線，滿足現有生產，同時預留4切分的可能。控制系統：穿水冷卻裝置采用開環手動控制；水冷閥臺：供水總管設置流量計、壓力傳感器、流量調節閥。水箱進出口設有高溫計；主要技術參數水冷前軋件溫度：9501050水冷后軋件最低溫度：550冷卻水最大壓力：MAX=1.8Mpa水量最大耗量： 650m3/h反吹壓縮空氣壓力：0.4-0,6Mpa,文氏管等材質：耐磨不銹鋼3.3控制系統改造后軋線軋線增加高溫計、流量計、調節閥、壓力計等原件，需要增加一套PLC系統，控制上述設備，同時與12、軋線PLC通訊連鎖，以滿足自動軋鋼的要求。鑒于目前的現狀，建議控制系統采用開環控制即可，隨著以后操作水平和對設備的熟悉和操作水平的提高，再根據需要適當改造。軋后穿水冷采用自動控制，可實現的主要功能：流量閉環控制電動調節閥手動控制流量控制/手動控制兩種模式的無擾動切換冷卻模式設定水冷參數表設定和存儲不同品種/不同溫度的水冷參數自學習溫度/流量曲線顯示及存儲正常生產時，控制系統為自動狀態，通過HMI手動輸入或者根據軋制工藝調用預存相應的水冷參數，對各段水冷管路氣動調節閥進行調節控制，達到控制所需的水量及水壓，以滿足生產所需的軋件溫降；根據水冷出口和冷床入口的溫度顯示，可由工藝師實時對水冷參數加以修13、正。該電氣控制系統主要是由 CP2 HMI 人機界面工控機、PLC 控制柜、現場 I/O 箱以及現場傳感器等組成。上位機與現有軋線控制系統及 PLC 通過以太網傳輸數據，軋件在各軋機的出口速度通過電纜由現有軋線控制系統傳入，現場遠程 I/O 接線箱與 PLC 柜通過PROFIBUS通傳輸數據，現場各傳感器的信號通過電纜傳送到 PLC 控制系統中。溫度檢測系統主要用于軋制生產過程中的軋件溫度檢測。在棒材精軋機出口口、3#飛剪前均安裝有紅外線溫度檢測儀；當紅鋼通過時紅外線檢測儀就會發出一個 420 mA 信號輸入到 PLC，通過運算處理在HMI人機畫面上進行溫度顯示。溫度控制系統的目標水量、壓力和14、溫度等參數，通過對總管調節閥的控制和對各段穿水冷的選擇，以控制進入各水箱的水流量和壓力，使軋件經過各段穿水冷時達到均勻有效的冷卻。該系統主要有紅外線溫度檢測儀、主流量控制閥、流量變送器、壓力變送器等元器件組成，其功能如下：a)紅外線溫度檢檢測儀（Pyro）：在穿水冷溫度控制系統中，在精軋出口、3#飛剪前都有紅外線檢測儀，它主要用于檢測軋件到達各區域時的軋件溫度。并把數據傳送到控制系統中進行處理并在HMI人機界面上顯示；b)流量閥（cool flow valve）、流量變送器（FT）：流量調節閥是用來控制各段傳水冷的水流量。FT 是流量變送器，它直接把流量閥的實際值轉化為420mA 的模擬量輸入15、到 PLC 中，進行處理并在并在HMI人機界面上顯示。3.4 水處理系統目前水處理系統泵供水能力為670t/h，壓力6bar，本穿水冷卻需要的供水壓力為18bar，流量約850 t/h，流量和壓力均無法滿足工藝要求，有兩種改造方案：1、將供水泵更換，滿足壓力和流量要求。由于現有穿水冷的供水時單獨一路管道從泵房到車間，而且設計耐壓等級是10bar，需要將該管路全部改造，管路總長度約250m；2、供水泵和供水主管均不更換，在車間穿水冷卻旁邊設增壓泵組，將穿水水壓提高到18bar。預水冷的噴嘴方式和設備結構更換為可用低壓水的設備，由現有的軋輥冷卻水系統供水，核實現有粗中軋供水泵的能力是否可滿足新增預16、水冷的供水要求；3.5 2#飛剪的移位改造目前2#飛剪緊鄰12#軋機出口，增加預水冷后需要將2#飛剪移位改造，安裝在13#軋機入口，相應的設備基礎、電纜及檢測元件等需要移位改造。3.6 3#飛剪剪切能力評估型式：曲柄回轉式 工作制度：啟停工作制最大剪切斷面：55mm 最大剪切力：60t最低剪切溫度：550軋件運行速度：318m/s剪切速度：3.320m/s倍尺剪切精度：0100mm3#倍尺飛剪力能參數滿足剪切要求，不需要做更改。4 供貨清單序號設備名稱單位數量重量（t）備 注單重總重一工藝機械設備1預水冷水箱套11.1單線入口導管及水冷總成套41.2橫移小車（含液壓缸及輔件）套11.3旁通輥道17、套11.4進水干管及支管裝配套11.5進氣干管及支管裝配套11.6金屬軟管及快換接頭6m套12預水冷閥臺2.1泄水閥套12.2壓力傳感器、壓力表套12.3高溫計套22.4電磁流量計套12.5流量控制閥套12.6氣動切斷閥套22.7壓力表、手閥套23穿水冷水箱套43.1單線入口導管及水冷總成套43.2雙線入口導管及水冷總成套33.3四線入口導管及水冷總成套33.4導槽安裝底座套13.5二線緩冷段套23.6二線替換段套13.7四線緩冷段套23.8四線替換段套13.9橫移小車（含液壓缸及輔件）套1利舊3.10旁通輥道套1利舊3.11進水干管及支管裝配套13.12進氣干管及支管裝配套13.13金屬軟管18、及快換接頭6m套14閥臺4.1泄水閥套14.2壓力傳感器、壓力表套44.3高溫計套24.4電磁流量計套44.5流量控制閥套44.6氣動切斷閥套164.7壓力表、手閥套16二電氣設備1.1PLC系統軟件套11.2工控機 PIV/1600MHz/1G DVD-RW/120G 套21.3HMI系統軟件WINCC套11.4PLC電源模塊塊11.5CPU模塊塊11.6數字量輸入模塊塊11.7數字量輸出模塊塊11.8模擬量輸入模塊塊11.9模擬量輸出模塊塊11.10連接器各31.11連接器各11.12DIN導軌塊11.13直流電源（SW-100-24）1.14光纖網絡交換機(A01ynk S1008A)臺19、21.15ETHERNET CABLE(以太網電纜)m1.16ETHERNET FIBER OPTIC CABLE(以太網光纜)m1.17PLC柜個11.18計算機桌臺11.19空氣開關（C45N,2P,32A）個1國產1.20空氣開關（C45N,2P,6A）個5國產1.21水冷工藝軟件包套15 投資估算及工期5.1 預水冷裝置預水冷裝置全部新建，設備本體及閥臺總投資約50萬元；5.2 穿水冷裝置水冷裝置部分利舊，設備本體及閥臺總投資約150萬元；5.3 電控系統預水冷及水冷的電控系統，總投資約80萬元；5.4 水處理系統按照方案1改造，更換泵及供水管路，總投資約100萬元；5.5 建安費用建安費用包括預水冷設備基礎、2#飛剪設備基礎，上述所有設的安裝，以及電控系統和現有系統的數據通訊和銜接等費用，初步估算約50萬元。5.6 工期上述設備訂貨及制造周期約12周，安裝調試考慮盡量縮短時間，減少對正常生產的影響，考慮12周時間，項目總工期約1314周。