关于提高CSP带钢卷取温度命中率的探究

胡 钢，王 程，裴令明，雷 杰，殷文忠，王鸿翔

(马鞍山钢铁股份有限公司一钢轧总厂 安徽马鞍山 243002)

层流冷却设备的冷却水牢牢的贴在带钢表面，以获得最好的冷却效果，使得带钢能够冷却到卷取的温度[1]。不同材料的冷却策略用冷却模型进行计算，在轧制不同品种的带钢，喷淋组有不同的冷却模型，均匀精确地把热轧带钢温度降低到规定对卷取温度范围之内，已获得所需对带钢组织和力学性能[2]。

但是，由于控制冷却水开关的气动蝶阀所用的气源是普通压缩空气，气管里面的水分较多。当气动蝶阀的电磁阀得电时，二位五通先导阀开启与执行器气缸活塞侧连通，水分随压缩空气进入先导阀和气缸，不久，先导换向阀和气缸摩擦副表面的油膜被破坏，导致密封损坏和摩擦副表面擦伤，最终气动蝶阀发生卡阻，不能开启或关闭。据统计，2019年1月至5月卷取温度命中率平均值仅为85%，而工艺允许的下限值为95%。使带钢冷却到最后的组织温度和卷取温度得不到保证，严重影响了产品的质量。所以，本文提出了一种自动排水的储气罐，以消除普通压缩空气中的水分，非常有必要。

1 层流冷却设备概述

1.1 设备简介

层流冷却设备包括6组微调区域喷淋组和1个精调区域喷淋组，它们呈上下对称布置，使钢板上下表面得到均匀冷却。上喷淋组的气动蝶阀距离层流辊道1860 mm。位于在每个喷淋组之前都有一个侧吹，每组侧吹有上下2只喷嘴，将带钢表面多余的冷却水吹走，严格按照冷却模式进行冷却，以获得好的冷却效果。

1.2 问题

每当气动蝶阀卡阻时，拆开气动蝶阀的进气管，发现有许多水分从管口喷出来，如图2。

生产时，较多的水分随压缩空气进入气动蝶阀的二位五通先导换向阀和气缸里，引起几只气动蝶阀同时发生卡阻，如图1所示，导致几组冷却水不能开启，使带钢不能达到其应该的组织温度和卷取所需温度，严重影响带钢产品的品质。

图1 层流冷却设备

图2 气动蝶阀

卷取温度的精准控制是决定带钢品质的关键因素，每年因为卷取温度不命中引起的质量缺陷，给公司带来上百万元的经济损失。

1.3 问题分析

1.3.1 从普通压缩空气气源上分析

由于从供气厂提供的普通压缩空气里含有的水分较多，在进入用户点之前，首先进入一个10 m3的储气罐，储气罐没有自动排水的功能，也没有拦截水分的结构。虽然有运行人员定时打开排水阀排水，但是还是有部分水分随着压缩空气进入用户点。

1.3.2 从设备上分析

(1)虽然气动蝶阀电磁阀得到电信号，但是电磁阀内的进气小孔被水锈堵死，换向阀没有压缩空气驱动，自然还是在关闭的位置，气动蝶阀任然处于关闭状态；

(2)气动蝶阀的电磁阀得到电信号，但是线圈烧坏，气动蝶阀任然处于关闭状态；

(3)气动蝶阀的二位五通先导换向阀得到电信号，线圈内的衔铁动作，先导气流虽然进入换向阀的B侧，但是阀芯与阀体之间被水锈卡阻，无法移动，压缩空气无法进入执行器;

(4)即使电磁阀和先导换向阀没有卡阻，水随压缩空气进入执行器，活塞与气缸摩擦副的油膜被水破坏，摩擦副之间形成没有油膜的干摩擦，不久，摩擦副的表面粗糙度值会增加，表面被拉毛，进一步相互咬死，气动蝶阀不是打不开就是关不住。

收集到4条导致气动蝶阀不动作的原因，其中有3条是因为压缩空气中有大量水分造成。

2 解决方案

通过以上对CSP层流冷却气动蝶阀经常卡阻的原因分析，主要是从供气厂供给的普通压缩空气内含有较多水分，进入厂房之前先经过10 m3的含有手动排水阀的储气罐，储气罐也不具备拦截压缩空气中的水分功能，所以一些水分随着压缩空气进入层流冷却设备的气动蝶阀。

要想进入层流气动蝶阀的压缩空气不含水分，让供气厂去除普通压缩空气的水分来提高供气质量。如，安装冷冻式压缩空气干燥机除水干燥来消除压缩空气中的水分[3]，但是，这样会大幅增加生产的成本。所以，只能考虑在CSP厂房内部解决。压缩空气从10m3储气罐输出后进入CSP厂房的负8米介质设备区域，一个分支至轧机区域，一个分支至卷取区域，一个分支垂直向上至层流冷却的气动蝶阀。

性价比较高的方案是，在层流冷却设备的负8米支管处安装一个自动排水的储气罐。它含有两个功能：能有效拦截普通压缩空气里的水分；一旦储气罐内有水分存在，能自动排水。

层流每次全部开启大约需要50 L的压缩空气，气罐容积设计为150L,罐体采用高强度、高韧性的Q345R，法兰16Mn锻，紧固件采用35CrMoA。如图3所示，位于储气罐下方的依次为DN25的排水管、手动截止阀、疏水阀。右侧下方的是进气管，右侧偏上方的是出气管，上部为压力表。疏水阀内部为杠杆式结构，在感应到排水管内有水分时自动排水，排完水分自动关闭。

图3 气罐总装图

该方案与2019年5月下旬实施。

储气罐的水分拦截结构

1、如图4所示，进气管低于出气管位于罐体下三分之一处，DN50的进气管伸入罐体内一段距离，距离进气管管口20 mm有一5 mm厚的孔板(1)，用户点气动蝶阀每次开启或关闭的用气量大约为50 L,压缩空气通过这个孔板时会拦截一部分水分，它们汇聚成水滴往下流。

2、顺着压缩空气的流动的方向，距离孔板(1)后面25 mm有一孔板(2)，孔板(2)上面与水平方向呈45°角，长度为130 mm，宽度为6 mm，高度为10 mm的5个矩形条，用氩弧焊焊接在孔板(2)上。通过孔板(1)的压缩空气流向孔板(2)， 压缩空气中的水分黏附在孔板(2)和矩形条的表面，并顺着矩形条45°倾角往下流。

图4 气罐剖面图

3、如图5图6所示，一个与水平方向呈45°角的薄壁方锥台，将进气管，孔板(1)罩住，锥台的大端焊接在孔板(2)上，在锥台下方水平方向开了一个梯形孔，使孔板(1)和孔板(2)流下的水排到气罐底部。为了避免孔板上锈，孔板与方锥台使用不锈钢制作并于罐体、进气管焊接固定。

图5 局部剖面图

3 结语

在CSP层流负8米至层流冷却设备的普通压缩空气管道处，安装一台自动排水的储气罐，不仅能够拦截普通压缩空气内含有的大量水分，通过安装在排水管上的疏水阀实现自动排水。解决了CSP生产线层流冷却设备气动蝶阀进水频繁卡阻。

图6 局部剖面

据2019年6月至10月统计，卷取温度命中率的平均值提高到95%，达到了工艺允许的下限值。

95%只是卷取温度命中率的下限值，在生产宽断面带钢时，层流冷却的侧吹不能准确地将覆盖在带钢上的上幕冷却水吹走，影响带钢冷却模型的精确实施，进一步处理好这个问题还可以将卷曲温度命中率再提高一些。