史強
摘 要：萊鋼寬厚板熱處理線淬火期間需要開啟2台淬火機高位水塔供水泵給淬火機供水，導致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機系統電耗占車間總電耗的40%～50%。該文針對淬火系統電耗高的問題，對淬火機控制程序進行了優化，降低了淬火系統電耗，有效節約了熱處理線生產成本。
關鍵詞：淬火機;電耗;控制程序
中圖分類號：TP273 文獻標誌碼：A
0 前言
鋼板淬火是調整材料組織性能的關鍵工藝，對控制寬厚板高強鋼、耐磨鋼、油罐鋼等鋼種的性能和板形至關重要。輥壓式淬火機是現代化寬厚板熱處理線的關鍵設備，具有冷卻強度大、淬火鋼板表面硬度均勻、無軟點等優點，在寬厚板生產中得到廣泛應用，是高附加值高強度板材產品開發的關鍵熱處理手段[1-2]。
萊鋼寬厚板事業部1#熱處理爐是由德國LOI公司引進的氮氣保護輻射管加熱輥底式熱處理爐，可用於寬厚板的淬火、正火和回火處理。鋼板爐內溫差控制小於±3℃，產品性能穩定。1#熱處理爐後淬火機也由德國LOI公司引進，採用先進的輥壓式淬火控制，可獲得性能均勻且表面質量良好的淬火鋼板。主要進行高強鋼、耐磨鋼、油罐鋼等高強度、高附加值寬厚板產品的淬火生產。
淬火機供水系統主要由4台淬火機高位水塔供水泵（其中一台帶液力耦合器），6台熱水井提升泵組成。其中，淬火機高位水塔供水泵功率為710 kW，熱水井提升泵功率為230 kW。按外方設計工藝，淬火期間需要開啟2台淬火機高位水塔供水泵給淬火機供水，導致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機系統電耗占車間總電耗的40%～50%。因此，如何降低熱處理淬火工藝電耗，已經成為降低熱處理生產成本的關鍵因素[3-4]。
該文針對淬火系統電耗高的問題，對淬火機控制程序進行了優化，降低了淬火系統電耗，有效節約了熱處理線生產成本。
1 淬火機設備工藝參數
1.1 淬火機簡介
淬火機的主要特點之一是它的快速冷卻段（高壓段）。高壓段的第一部分使用一定壓力，一定的水量噴射到鋼板表面，以最大限度地吸收鋼板熱量。為避免翹曲變形，該系統在設計上保證鋼板上下表面有相同的冷卻速率，此外，高壓區沿寬度方向被分為3個部分，可獨立供水調節。
淬火機鋼結構是由2部分預製的鋼結構框架組成，安裝在鋼板傳輸線的上方和下方，下框架固定在地面上，上框架保持在垂直導向軌內，藉助裝在液壓缸上的電—機心軸驅動可以使上框架升、降、驅動電機是帶機械連接的三相齒輪電機。上下框架沿板子傳輸方向、在不同位置有不同直徑、不同設計的輥子。
在淬火機入口的三對輥子後面是高壓水簾，一個在板子上方，一個在板子下方。噴嘴開口度、噴水角度及噴嘴與板子之間的距離均可調整。上部的水分配管路和噴嘴包括供水到閘閥的配管是不鏽鋼1.4301製造的。下面的水分配管路和噴嘴也是不鏽鋼製造的，但供水管路是普通碳鋼製造的。
水簾後面是上、下分別裝有三排噴嘴的「噴水箱」，也是用不鏽鋼1.4301製造的，且用同樣的高壓泵供水。特別設計的噴嘴要與板子傳輸線有一定的安裝角度。高壓段還有2根集水管，每個集水管給6排高壓噴嘴供水。
低壓區有12根集水管，每根集水管給3-4排噴嘴供水，這些噴嘴是與板坯傳送線有不同角度的鑽孔（上下各51排）。這些集水管包括供水管路也是不鏽鋼製作的。
上框架供水管包括帶柔性鋼製接頭的耐熱柔性軟管。閘閥和流量調節閥使用液壓控制蝶閥。電動閥只用在流量控制。上下框架有單獨的水流量控制和閘閥，到水箱的供水系統是類似的。
最後一個高壓區不再沿寬度方向分區，但上、下集管仍有獨立控制和關斷功能。低壓段水閥分為3個區域（上和下）。
1.2 淬火機機械設備參數
淬火機機械設備參數見表1。
2 淬火機電耗控制方案
2.1 開發高壓區噴嘴精準關閉功能
一號爐淬火機用水分高壓段用水和低壓段用水，其中高壓段用水量約3 000 m3/min～4 200 m3/min，占總用水量60%～70%。高壓段中，淬火機入口的縫隙式噴嘴用水量約
1 300 m3/min～1 500 m3/min。一號淬火機高壓段尺寸為3.3 m，按淬火機目前順控，鋼板尾部離開淬火機高壓段後，高壓段閥門關閉停止用水。對於厚規格鋼板，淬火時的鋼板速度為1.5 m/min～ 3 m/min。
以輥道速度1.5 m/min為例，鋼板尾部離開高壓段縫隙噴嘴後，縫隙式噴嘴仍然開啟1.5 min左右。建議修改閥門的控制程序，根據鋼板在淬火機內部的跟蹤進行計算，當鋼板尾部通過縫隙式噴嘴0.6 m時，縫隙式噴嘴關閉。當鋼板尾部通過兩水箱式噴嘴0.6 m時，兩水箱式噴嘴閥門關閉。
此方案可以減少縫隙式噴嘴開啟時間約30 s～90 s，對於厚規格鋼板，每支鋼板可以節約用水量約1 000 m3～2 200 m3。兩水箱時噴嘴可減少開啟時間20 s～30 s，可節約用水量約
400 m3～800 m3。以上程序優化後，每支厚規格鋼板高壓段可減少用水約1 400 m3～3 000 m3。
2.2 開發厚規格淬火鋼板低壓區精準冷卻功能
2.2.1 開發厚規格淬火鋼板低壓區短距離冷卻模式
一號淬火機低壓區長度為 19.2 m，其中19線和20線兩組水管長度6.4 m。15-18線長度為12.8 m。對於60 mm厚度以上高強鋼，鋼板長度很多在10 m以內。
目前的低壓段冷卻過程，15-20組水管全部開啟，鋼板在15-20組水管之間來回擺動冷卻，流量2 200 m3/min～3 000 m3/min。
大部分鋼板在低壓段的擺動冷卻時間約4 min～7 min。建議長度10 m以下的厚規格淬火鋼板，在低壓段擺動時將19線和20線關閉（6.4 m），鋼板在15-18組冷卻水管之間進行擺動（擺動距離12.8 m左右）。每分鐘節約冷卻水約1 000 m3～1 300 m3，整個淬火過程節約用水約3 000 m3～ 5 000 m3。
根據一號淬火機目前的順控，高壓段閥組流量穩定後才具備出鋼條件，低壓段閥組在高壓段準備就位後再開啟進行調整。對於60 mm厚度以上淬火鋼板，淬火時的鋼板速度為1.5 m/min～3 m/min。鋼板從具備出爐條件到鋼板頭部進入低壓區，大概需要120 s～150 s，低壓段閥組從開啟到流量穩定需要60 s～70 s。因此，生產厚規格鋼板時，可以將低壓段閥組的開啟時間在現有程序上再延後20 s～30 s。整個低壓段流量為2 200 m3/min ～3 000 m3/min，通過延時低壓段開啟時間，每支厚規格鋼板低壓段可減少用水約1 100 m3～1 500 m3。
2.2.2 厚規格淬火鋼板液力耦合器控制程序優化
目前一號淬火機40 mm厚度以上鋼板淬火時，需開啟一台節能泵組和一台液力耦合器泵組進行供水。當淬火開始時，液力耦合器以最大轉速供水（電流47 A），一直到淬火完成高位水塔液位恢復到4.3 m時才降低到最小轉速運行（電流18 A）。當鋼板離開高壓段時，高壓段冷卻閥門已經關閉，淬火用水量減少50%以上。
因此，將程序優化為鋼板離開淬火機高壓短時，將液力耦合器轉速提前降低到最小（電流18 A），僅使用節能泵組給低壓段供水。
結合前面2個程序優化，通過此控制程序，鋼板在低壓段淬火時，基本可以滿足單台節能泵組給淬火機供水，可以有效減少液力耦合器高負荷運行時間。
3 結語
以上措施均是在現有設備及工藝基礎上進行優化，不需要額外投資，程序修改完成後見效快，能快速降低熱處理燃動力成本。2019年1～10月份共計生產40 mm厚度以上淬火鋼板28 834 t，平均每月生產近4 300 t，每個月生產23個班次左右。預計每個班次平均降低電耗3 000 kWh～5 000 kWh，平均每月降低電耗成本4.4～6.9萬元。
參考文獻
[1]李東暉.中厚板熱處理淬火機及應用技術概述[J].軋鋼，2015（5）：56.
[2]張敬奎.輥式淬火機高壓噴水區水流量和輥道速度優化[J].金屬熱處理，2016（12）：51.
[3]袁國.中厚板輥式淬火機淬火過程的溫度場分析[J].東北大學學報，2010（4）：64.
[4]張榮明.中厚板連續輥式淬火機運行參數計算與優化[J].金屬熱處理，2013（11）：66.
摘 要：萊鋼寬厚板熱處理線淬火期間需要開啟2台淬火機高位水塔供水泵給淬火機供水，導致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機系統電耗占車間總電耗的40%～50%。該文針對淬火系統電耗高的問題，對淬火機控制程序進行了優化，降低了淬火系統電耗，有效節約了熱處理線生產成本。
關鍵詞：淬火機;電耗;控制程序
中圖分類號：TP273 文獻標誌碼：A
0 前言
鋼板淬火是調整材料組織性能的關鍵工藝，對控制寬厚板高強鋼、耐磨鋼、油罐鋼等鋼種的性能和板形至關重要。輥壓式淬火機是現代化寬厚板熱處理線的關鍵設備，具有冷卻強度大、淬火鋼板表面硬度均勻、無軟點等優點，在寬厚板生產中得到廣泛應用，是高附加值高強度板材產品開發的關鍵熱處理手段[1-2]。
萊鋼寬厚板事業部1#熱處理爐是由德國LOI公司引進的氮氣保護輻射管加熱輥底式熱處理爐，可用於寬厚板的淬火、正火和回火處理。鋼板爐內溫差控制小於±3℃，產品性能穩定。1#熱處理爐後淬火機也由德國LOI公司引進，採用先進的輥壓式淬火控制，可獲得性能均勻且表面質量良好的淬火鋼板。主要進行高強鋼、耐磨鋼、油罐鋼等高強度、高附加值寬厚板產品的淬火生產。
淬火機供水系統主要由4台淬火機高位水塔供水泵（其中一台帶液力耦合器），6台熱水井提升泵組成。其中，淬火機高位水塔供水泵功率為710 kW，熱水井提升泵功率為230 kW。按外方設計工藝，淬火期間需要開啟2台淬火機高位水塔供水泵給淬火機供水，導致熱處理淬火工藝電耗較高。2019年電耗成本約占總成本60%，其中淬火機系統電耗占車間總電耗的40%～50%。因此，如何降低熱處理淬火工藝電耗，已經成為降低熱處理生產成本的關鍵因素[3-4]。
該文針對淬火系統電耗高的問題，對淬火機控制程序進行了優化，降低了淬火系統電耗，有效節約了熱處理線生產成本。
1 淬火機設備工藝參數
1.1 淬火機簡介
淬火機的主要特點之一是它的快速冷卻段（高壓段）。高壓段的第一部分使用一定壓力，一定的水量噴射到鋼板表面，以最大限度地吸收鋼板熱量。為避免翹曲變形，該系統在設計上保證鋼板上下表面有相同的冷卻速率，此外，高壓區沿寬度方向被分為3個部分，可獨立供水調節。
淬火機鋼結構是由2部分預製的鋼結構框架組成，安裝在鋼板傳輸線的上方和下方，下框架固定在地面上，上框架保持在垂直導向軌內，藉助裝在液壓缸上的電—機心軸驅動可以使上框架升、降、驅動電機是帶機械連接的三相齒輪電機。上下框架沿板子傳輸方向、在不同位置有不同直徑、不同設計的輥子。
在淬火機入口的三對輥子後面是高壓水簾，一個在板子上方，一個在板子下方。噴嘴開口度、噴水角度及噴嘴與板子之間的距離均可調整。上部的水分配管路和噴嘴包括供水到閘閥的配管是不鏽鋼1.4301製造的。下面的水分配管路和噴嘴也是不鏽鋼製造的，但供水管路是普通碳鋼製造的。
水簾後面是上、下分別裝有三排噴嘴的「噴水箱」，也是用不鏽鋼1.4301製造的，且用同樣的高壓泵供水。特別設計的噴嘴要與板子傳輸線有一定的安裝角度。高壓段還有2根集水管，每個集水管給6排高壓噴嘴供水。
低壓區有12根集水管，每根集水管給3-4排噴嘴供水，這些噴嘴是與板坯傳送線有不同角度的鑽孔（上下各51排）。這些集水管包括供水管路也是不鏽鋼製作的。
上框架供水管包括帶柔性鋼製接頭的耐熱柔性軟管。閘閥和流量調節閥使用液壓控制蝶閥。電動閥只用在流量控制。上下框架有單獨的水流量控制和閘閥，到水箱的供水系統是類似的。
最後一個高壓區不再沿寬度方向分區，但上、下集管仍有獨立控制和關斷功能。低壓段水閥分為3個區域（上和下）。
1.2 淬火機機械設備參數
淬火機機械設備參數見表1。
2 淬火機電耗控制方案
2.1 開發高壓區噴嘴精準關閉功能
一號爐淬火機用水分高壓段用水和低壓段用水，其中高壓段用水量約3 000 m3/min～4 200 m3/min，占總用水量60%～70%。高壓段中，淬火機入口的縫隙式噴嘴用水量約
1 300 m3/min～1 500 m3/min。一號淬火機高壓段尺寸為3.3 m，按淬火機目前順控，鋼板尾部離開淬火機高壓段後，高壓段閥門關閉停止用水。對於厚規格鋼板，淬火時的鋼板速度為1.5 m/min～ 3 m/min。
以輥道速度1.5 m/min為例，鋼板尾部離開高壓段縫隙噴嘴後，縫隙式噴嘴仍然開啟1.5 min左右。建議修改閥門的控制程序，根據鋼板在淬火機內部的跟蹤進行計算，當鋼板尾部通過縫隙式噴嘴0.6 m時，縫隙式噴嘴關閉。當鋼板尾部通過兩水箱式噴嘴0.6 m時，兩水箱式噴嘴閥門關閉。
此方案可以減少縫隙式噴嘴開啟時間約30 s～90 s，對於厚規格鋼板，每支鋼板可以節約用水量約1 000 m3～2 200 m3。兩水箱時噴嘴可減少開啟時間20 s～30 s，可節約用水量約
400 m3～800 m3。以上程序優化後，每支厚規格鋼板高壓段可減少用水約1 400 m3～3 000 m3。
2.2 開發厚規格淬火鋼板低壓區精準冷卻功能
2.2.1 開發厚規格淬火鋼板低壓區短距離冷卻模式
一號淬火機低壓區長度為 19.2 m，其中19線和20線兩組水管長度6.4 m。15-18線長度為12.8 m。對於60 mm厚度以上高強鋼，鋼板長度很多在10 m以內。
目前的低壓段冷卻過程，15-20組水管全部開啟，鋼板在15-20組水管之間來回擺動冷卻，流量2 200 m3/min～3 000 m3/min。
大部分鋼板在低壓段的擺動冷卻時間約4 min～7 min。建議長度10 m以下的厚規格淬火鋼板，在低壓段擺動時將19線和20線關閉（6.4 m），鋼板在15-18組冷卻水管之間進行擺動（擺動距離12.8 m左右）。每分鐘節約冷卻水約1 000 m3～1 300 m3，整個淬火過程節約用水約3 000 m3～ 5 000 m3。
根據一號淬火機目前的順控，高壓段閥組流量穩定後才具備出鋼條件，低壓段閥組在高壓段準備就位後再開啟進行調整。對於60 mm厚度以上淬火鋼板，淬火時的鋼板速度為1.5 m/min～3 m/min。鋼板從具備出爐條件到鋼板頭部進入低壓區，大概需要120 s～150 s，低壓段閥組從開啟到流量穩定需要60 s～70 s。因此，生產厚規格鋼板時，可以將低壓段閥組的開啟時間在現有程序上再延後20 s～30 s。整個低壓段流量為2 200 m3/min ～3 000 m3/min，通過延時低壓段開啟時間，每支厚規格鋼板低壓段可減少用水約1 100 m3～1 500 m3。
2.2.2 厚規格淬火鋼板液力耦合器控制程序優化
目前一號淬火機40 mm厚度以上鋼板淬火時，需開啟一台節能泵組和一台液力耦合器泵組進行供水。當淬火開始時，液力耦合器以最大轉速供水（電流47 A），一直到淬火完成高位水塔液位恢復到4.3 m時才降低到最小轉速運行（電流18 A）。當鋼板離開高壓段時，高壓段冷卻閥門已經關閉，淬火用水量減少50%以上。
因此，將程序優化為鋼板離開淬火機高壓短時，將液力耦合器轉速提前降低到最小（電流18 A），僅使用節能泵組給低壓段供水。
結合前面2個程序優化，通過此控制程序，鋼板在低壓段淬火時，基本可以滿足單台節能泵組給淬火機供水，可以有效減少液力耦合器高負荷運行時間。
3 結語
以上措施均是在現有設備及工藝基礎上進行優化，不需要額外投資，程序修改完成後見效快，能快速降低熱處理燃動力成本。2019年1～10月份共計生產40 mm厚度以上淬火鋼板28 834 t，平均每月生產近4 300 t，每個月生產23個班次左右。預計每個班次平均降低電耗3 000 kWh～5 000 kWh，平均每月降低電耗成本4.4～6.9萬元。
參考文獻
[1]李東暉.中厚板熱處理淬火機及應用技術概述[J].軋鋼，2015（5）：56.
[2]張敬奎.輥式淬火機高壓噴水區水流量和輥道速度優化[J].金屬熱處理，2016（12）：51.
[3]袁國.中厚板輥式淬火機淬火過程的溫度場分析[J].東北大學學報，2010（4）：64.
[4]張榮明.中厚板連續輥式淬火機運行參數計算與優化[J].金屬熱處理，2013（11）：66.
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