水冷改造方案计划计划马部长起草.docx
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水冷改造方案计划计划马部长起草
新兴铸管新疆有限责任公司
棒材生产线穿水冷改造
技术方案
北京京诚瑞信长材工程技术有限公司
日期:
2013年5月日
1工程概况
新兴铸管新疆有限责任公司二厂棒材生产线2012年建成投产,设计年产量:
60万吨/年,品种规格:
Φ12~36mm螺纹钢筋,Φ16~50mm光面圆钢,坯料尺寸:
160×160×12000mm,单根坯料重量:
2335kg。
车间±0.000布置,没有平台,目前主要生产Φ12~36mm螺纹钢筋。
原设计在12#轧机后预留预水冷的位置,12、13#轧机间距31.8m,预水冷设备预留。
原设计在18#轧机出口设有穿水冷设备,有三通道、两通道、单通道及旁通通道各一条,文氏管结构,水压6bar。
由于水量及水压的缘故,投产后很少使用。
2改造目的
生产高强度螺纹钢筋主要方法有微合金化、余热淬火、低温轧制和细晶轧制几种,具体描述如下:
(1)微合金化生产工艺是在20MnSi的基础上增加少量的Nb、V、Ti等微合金元素,以达到抑制加热过程奥氏体晶粒长大、轧后铁素体晶粒长大和析出强化来达到提高钢筋强度的目的,但是采用微合金化生产最大的缺点在于生产成本增加了,降低产品在市场上的竞争力。
目前本生产线就是采用该生产工艺,在20MnSi的基础上增加V-Fe或V-N合金,一般加入量V=0.04~0.08%,按照螺纹钢等级不同,各成分详见下表:
钢类
钢种
CE
C
Si
Mn
V
圆钢
HPB235
0.3283
0.22
0.30
0.65
HPB300
0.4700
0.22
0.30
1.50
螺纹钢
HRB335
0.5167
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
备注:
由于对贵单位炼钢工艺及实际技术水平没有具体调研,上述数据仅作为分析吨钢成本的一个假设条件。
按照目前V-Fe的价格,生产一吨HRB400(E)吨钢成本增加约80元,生产一吨HRB500(E)吨钢成本增加约100元;
(2)余热淬火工艺是轧件终轧后通过强力穿水冷水箱快速冷却至~400°C以下,使钢筋表面形成具有一定厚度的淬火马氏体,在随后的回复阶段形成回火马氏体,而芯部为铁素体和珠光体,这种组织具有较高的抗拉强度。
但是利用该工艺生产的钢筋存在比较大的内应力,在随后的使用过程中存在时效问题,而且对焊接性能影响比较大,因此在最新发布的GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分:
热轧带肋钢筋》国家标准第1号修改单中明确指出不得有影响使用性能的其它组织(如基圆上出现的回火马氏体组织)存在,不允许采用该生产工艺,但是东南亚、中东及欧洲国家和地区由于螺纹钢的连接不采用焊接方式,因此出口材仍然可采用该工艺制度;
(3)低温轧制工艺:
是采用~950°C开轧,全线控温轧制,终轧温度控制在~750°C。
该工艺方法使得轧制力、轧制力矩大幅上升,导致轧机设备重量和电机容量要增加20~30%,实现起来较为困难,不仅会增加轧钢成本,而且由于温度低,事故率高作业率低,很少有企业采用该工艺制度;
(4)控轧控冷工艺,或称为细晶轧制工艺:
是采取1000~1050°C常温开轧,粗中轧为常规轧制,在精轧区控制进精轧温度在未再结晶区域,轧后快速水冷,以获得细小的晶粒尺寸,提高钢筋的抗拉强度,改善最终的组织性能。
改造后,增加预水冷和水冷,采用形变诱导铁素体相变(DIFT)和形变强化相变技术,以实现细晶粒轧制。
形变诱导铁素体相变(DIFT)的机理为奥氏体冷却到Ad3~Ar3温度范围内通过形变使其转变为铁素体。
借助形变诱导铁素体相变产生的铁素体,晶粒细小,变形后继续快冷抑制铁素体的长大,会达到更好的效果。
为了保证诱导铁素体有足够的形核率,总变形量越大越好。
具体的工艺描述为:
将钢加热到1000~1100°C出炉,经过1H~12V粗轧中轧制12道次,终轧温度在950°C左右,通过预水冷和温度回复段,将轧件温度降到800~860°C左右进入精轧机组,经过2~6道次轧制变形,总变形量约为32~74%,终轧速度3.14~18.0m/s,850~880°C完成精轧后立即进入穿水冷却,快速冷却至相变区域600~700°C,控制奥氏体晶粒和铁素体晶粒长大,倍尺分段后轧件上冷床后继续完成相变过程。
为了充分发挥细晶粒轧制工艺的特点,可结合现有的速比和孔型系统的特点,将Φ25、Φ28、Φ32等成品规格的轧制空过放在精轧机组前几道次,一方面延长了预水冷的回复段,获得更好的截面温度梯度,另一方面轧制后在最短的时间内就进入穿水冷,防止晶粒的快速长大。
按照该生产工艺,可以采用HRB335的成分稳定生产HRB400(E),采用HRB400的成分稳定生产HRB500(E)。
以HRB400(E)为例,采用该工艺可节约冶炼成本约80元/吨钢,轧钢工序由于13~18#轧机轧制温度低,用电负荷增加,同时轧辊和导卫的消耗也增加,每吨钢轧制成本增加约20~30元,综合成本可降低约50元/吨钢。
3改造范围及改造内容
3.1预水冷水箱及阀台
目前生产线没有预水冷装置,需要全部新建。
1套预水冷冷却系统包括:
水箱、与之配套的控制阀台、水箱进出口输送导槽和旁通辊道。
位置:
位于中轧机组后,2#飞剪前。
共2段水箱
作用:
为了控制轧件进入精轧机组温度,提高产品质量。
组成:
预水冷却装置由入口导槽、水冷通道、旁通辊道、横移小车、水冷阀台、随机配管及控制系统组成。
结构:
水冷通道和旁通辊道安装在横移小车上。
横移小车由液压缸进行驱动,轧件需要水冷时,将水冷通道对准轧制线,根据轧件规格调节阀门进行水量控制;轧件不需水冷时,则移动小车将旁通辊道对准轧制线。
控制系统:
预穿水冷却装置采用开环手动控制;
水冷阀台:
供水总管设置流量计、压力传感器、流量调节阀。
水箱进出口设有高温计;
主要技术参数:
预水冷装置长度:
约6000mm
轧制中心线标高:
+800mm
轧件穿水前温度:
920~1050℃
冷却能力:
每段水冷最大温降150℃
冷却水最大压力:
MAX=1.8Mpa
冷却水最大耗量:
200m3/h
反吹气压力:
0.4-0.6Mpa
3.2水冷水箱及阀台
目前18V#后水冷装置有如下几个问题:
1)水压不足,采用文氏管结构的水冷装置要求水压至少1.6Mpa,而目前的供水压力仅为0.6Mpa;
2)冷却管长度偏长。
目前共有四段文氏管,每段长度约5m,即使压力提高后,也会由于冷却管长度太长,等到管子尾端的时候压力不足,导致冷却不均匀,最终轧件容易弯曲,或者堆钢造成事故;
3)没有任何水冷控制手段:
目前没有高温计,进出水箱的工艺温度无法测量,水箱上没有流量计和压力计,不知道实际供水情况,主管路上没有调节阀,即使水量不合理,也只能通过手动调节,灵敏度和准确性不足。
针对上述原因,建议利用现有的车体,修改水冷管,增加水冷管路上的阀台和控制系统,以达到控制冷却的工艺要求。
修改后的轧后水冷系统描述如下:
位置:
位于精轧机组后、3#飞剪前,共4段水箱。
作用:
对带肋钢筋进行水冷及输送,控制终轧后轧件冷却温度。
能够解决表层温降较快,心部冷却效果较差的问题;使心部冷却满足工艺要求,又保证棒材表层温度不能过低,而影响材料性能。
轧件可以获得细小均匀的铁素体组织,避免不良表层组织的产生,使棒材具有良好焊接性能。
组成:
穿水冷却装置共4组单元,每个单元由入口导槽、水冷通道、旁通辊道、横移小车、水冷阀台、随机配管及阀台组成。
结构:
穿水冷装置利用现有的4组横移小,每台小车长约5米左右,横移小液压缸旁通辊道利旧,改造现有的水冷通道,安装单线、两线、四线,满足现有生产,同时预留4切分的可能。
控制系统:
穿水冷却装置采用开环手动控制;
水冷阀台:
供水总管设置流量计、压力传感器、流量调节阀。
水箱进出口设有高温计;
主要技术参数
水冷前轧件温度:
950~1050℃
水冷后轧件最低温度:
550℃
冷却水最大压力:
MAX=1.8Mpa
水量最大耗量:
650m3/h
反吹压缩空气压力:
0.4-0,6Mpa,
文氏管等材质:
耐磨不锈钢
3.3控制系统
改造后轧线轧线增加高温计、流量计、调节阀、压力计等原件,需要增加一套PLC系统,控制上述设备,同时与轧线PLC通讯连锁,以满足自动轧钢的要求。
鉴于目前的现状,建议控制系统采用开环控制即可,随着以后操作水平和对设备的熟悉和操作水平的提高,再根据需要适当改造。
轧后穿水冷采用自动控制,可实现的主要功能:
——流量闭环控制
——电动调节阀手动控制
——流量控制/手动控制两种模式的无扰动切换
——冷却模式设定
——水冷参数表设定和存储
——不同品种/不同温度的水冷参数自学习
——温度/流量曲线显示及存储
正常生产时,控制系统为自动状态,通过HMI手动输入或者根据轧制工艺调用预存相应的水冷参数,对各段水冷管路气动调节阀进行调节控制,达到控制所需的水量及水压,以满足生产所需的轧件温降;根据水冷出口和冷床入口的温度显示,可由工艺师实时对水冷参数加以修正。
该电气控制系统主要是由CP2HMI人机界面工控机、PLC控制柜、现场I/O箱以及现场传感器等组成。
上位机与现有轧线控制系统及PLC通过以太网传输数据,轧件在各轧机的出口速度通过电缆由现有轧线控制系统传入,现场远程I/O接线箱与PLC柜通过PROFIBUS通传输数据,现场各传感器的信号通过电缆传送到PLC控制系统中。
温度检测系统主要用于轧制生产过程中的轧件温度检测。
在棒材精轧机出口口、3#飞剪前均安装有红外线温度检测仪;当红钢通过时红外线检测仪就会发出一个4~20mA信号输入到PLC,通过运算处理在HMI人机画面上进行温度显示。
温度控制系统的目标水量、压力和温度等参数,通过对总管调节阀的控制和对各段穿水冷的选择,以控制进入各水箱的水流量和压力,使轧件经过各段穿水冷时达到均匀有效的冷却。
该系统主要有红外线温度检测仪、主流量控制阀、流量变送器、压力变送器等元器件组成,其功能如下:
a)红外线温度检检测仪(Pyro):
在穿水冷温度控制系统中,在精轧出口、3#飞剪前都有红外线检测仪,它主要用于检测轧件到达各区域时的轧件温度。
并把数据传送到控制系统中进行处理并在HMI人机界面上显示;
b)流量阀(coolflowvalve)、流量变送器(FT):
流量调节阀是用来控制各段传水冷的水流量。
FT是流量变送器,它直接把流量阀的实际值转化为4~20mA的模拟量输入到PLC中,进行处理并在并在HMI人机界面上显示。
3.4水处理系统
目前水处理系统泵供水能力为670t/h,压力6bar,本穿水冷却需要的供水压力为18bar,流量约850t/h,流量和压力均无法满足工艺要求,有两种改造方案:
1、将供水泵更换,满足压力和流量要求。
由于现有穿水冷的供水时单独一路管道从泵房到车间,而且设计耐压等级是10bar,需要将该管路全部改造,管路总长度约250m;
2、供水泵和供水主管均不更换,在车间穿水冷却旁边设增压泵组,将穿水水压提高到18bar。
预水冷的喷嘴方式和设备结构更换为可用低压水的设备,由现有的轧辊冷却水系统供水,核实现有粗中轧供水泵的能力是否可满足新增预水冷的供水要求;
3.52#飞剪的移位改造
目前2#飞剪紧邻12#轧机出口,增加预水冷后需要将2#飞剪移位改造,安装在13#轧机入口,相应的设备基础、电缆及检测元件等需要移位改造。
3.63#飞剪剪切能力评估
型式:
曲柄回转式工作制度:
启停工作制
最大剪切断面:
Φ55mm最大剪切力:
60t
最低剪切温度:
550℃
轧件运行速度:
3~18m/s
剪切速度:
3.3~20m/s
倍尺剪切精度:
0~100mm
3#倍尺飞剪力能参数满足剪切要求,不需要做更改。
4供货清单
序号
设备名称
单位
数量
重量(t)
备注
单重
总重
一
工艺机械设备
1
预水冷水箱
套
1
1.1
单线入口导管及水冷总成
套
4
1.2
横移小车(含液压缸及辅件)
套
1
1.3
旁通辊道
套
1
1.4
进水干管及支管装配
套
1
1.5
进气干管及支管装配
套
1
1.6
金属软管及快换接头6m
套
1
2
预水冷阀台
2.1
泄水阀
套
1
2.2
压力传感器、压力表
套
1
2.3
高温计
套
2
2.4
电磁流量计
套
1
2.5
流量控制阀
套
1
2.6
气动切断阀
套
2
2.7
压力表、手阀
套
2
3
穿水冷水箱
套
4
3.1
单线入口导管及水冷总成
套
4
3.2
双线入口导管及水冷总成
套
3
3.3
四线入口导管及水冷总成
套
3
3.4
导槽安装底座
套
1
3.5
二线缓冷段
套
2
3.6
二线替换段
套
1
3.7
四线缓冷段
套
2
3.8
四线替换段
套
1
3.9
横移小车(含液压缸及辅件)
套
1
利旧
3.10
旁通辊道
套
1
利旧
3.11
进水干管及支管装配
套
1
3.12
进气干管及支管装配
套
1
3.13
金属软管及快换接头6m
套
1
4
阀台
4.1
泄水阀
套
1
4.2
压力传感器、压力表
套
4
4.3
高温计
套
2
4.4
电磁流量计
套
4
4.5
流量控制阀
套
4
4.6
气动切断阀
套
16
4.7
压力表、手阀
套
16
二
电气设备
1.1
PLC系统软件
套
1
1.2
工控机PIV/1600MHz/1GDVD-RW/120G
套
2
1.3
HMI系统软件WINCC
套
1
1.4
PLC电源模块
块
1
1.5
CPU模块
块
1
1.6
数字量输入模块
块
1
1.7
数字量输出模块
块
1
1.8
模拟量输入模块
块
1
1.9
模拟量输出模块
块
1
1.10
连接器
各
3
1.11
连接器
各
1
1.12
DIN导轨
块
1
1.13
直流电源(SW-100-24)
1.14
光纤网络交换机(A01ynkS1008A)
台
2
1.15
ETHERNETCABLE(以太网电缆)
m
1.16
ETHERNETFIBEROPTICCABLE(以太网光缆)
m
1.17
PLC柜
个
1
1.18
计算机桌
台
1
1.19
空气开关(C45N,2P,32A)
个
1
国产
1.20
空气开关(C45N,2P,6A)
个
5
国产
1.21
水冷工艺软件包
套
1
5投资估算及工期
5.1预水冷装置
预水冷装置全部新建,设备本体及阀台总投资约50万元;
5.2穿水冷装置
水冷装置部分利旧,设备本体及阀台总投资约150万元;
5.3电控系统
预水冷及水冷的电控系统,总投资约80万元;
5.4水处理系统
按照方案1改造,更换泵及供水管路,总投资约100万元;
5.5建安费用
建安费用包括预水冷设备基础、2#飞剪设备基础,上述所有设的安装,以及电控系统和现有系统的数据通讯和衔接等费用,初步估算约50万元。
5.6工期
上述设备订货及制造周期约12周,安装调试考虑尽量缩短时间,减少对正常生产的影响,考虑1~2周时间,项目总工期约13~14周。
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