摘要：文章针对山东某钢厂H型钢直轧生产线的热送热装工艺，开展系统性分析并提出基于技术改造的轧制接续效率提升方案。研究结果表明，通过新建1.8km全封闭保温隧道、增设中频感应补热炉以及引入MES温控模块，可有效解决传统冷装模式下的温度损失问题，显著稳定生产节奏，缩短轧机空转时间，从而提升生产效率。实验数据显示，相较于传统冷装模式，轧制小时产量提升了22%，作业率提升了10.7%。同时，系统优化了能耗与烧损的平衡，实现了节能减排和成材率提升。文章研究结果为提升钢铁生产线效率提供了理论支持与实践参考。
       关键词：热送热装；轧制接续效率；温度控制；感应补热炉；MES温控系统

　　随着钢铁行业的持续发展，提高生产效率、降低能耗已成为钢铁企业发展面临的核心任务。传统的冷装模式致使铸坯在堆场冷却至室温后再进行加热，不仅耗时长、能耗高，而且在加热过程中容易导致轧机空转，影响轧制接续效率。为了解决上述问题，钢厂在连铸出坯辊道与轧机之间实施技术改造，采用热送热装工艺，通过保温隧道和感应补热炉等优化措施，保障铸坯以热态稳定输送至轧机入口。文章旨在探讨这一改造方案对钢厂轧制接续效率的提升机制，并评估其对生产线性能和能源消耗的影响。

　　1 H型钢热送热装改造概况

　　1.1案例概况

　　山东某大型钢厂于2022年建成年产120万吨的H型钢直轧示范线，其坯料断面200mm×300mm、定尺12m，由双流板坯连铸机供应。原有的冷装模式下，铸坯从连铸机下线后需要堆放在堆场冷却至室温，再进行二次加热。堆场库容2.5万吨，平均周转周期72h，其间铸坯表面温降达280℃,如此大幅的温度下降不仅导致加热炉的燃耗增高，而且加热时间过长，致使轧机在加热过程中出现待温空转现象。频繁的空转现象严重影响了轧制接续效率，成为制约生产效率的瓶颈。为了突破这一瓶颈，钢厂决定通过技术改造来提升轧制接续效率，消除冷装模式带来的问题，进而优化生产过程。

　　1.2改造方案与技术架构

　　钢厂针对冷装制约，将连铸出坯辊道至轧机区间改造成1.8km全封闭隧道，内壁铺设200mm纳米微孔绝热层，使铸坯全程维持900℃以上直至轧机入口；辊道速度在0.8~1.5m/s无级可调，适应节拍变化，由此阻断运输温降，稳定温度窗口，消除因温度波动造成的轧机空转，为温度窗口与轧制节奏匹配研究提供基础。同时，增设3台2.8MW、1kHz中频感应补热炉，180s内将坯料头尾温差压至±15℃,保障温度均匀，为工序衔接与作业率分析奠定技术基础；温度控制优化缩短待机时间，直接提升生产线效率。另外，上线MES温控模块，借助红外测温加5G回传实时校正辊道节拍，系统按剩余到达时间动态对接轧制计划，实现物流与信息流同步，为温度波动对轧废率影响、作业率提升及经济性评估供给连续数据支撑。

　　2热送热装工艺对轧制接续效率的影响

　　2.1温度窗口与轧机节奏匹配机理

　　连铸坯出坯温度稳定在980℃时，轧机目标开轧温度需保持950℃以上，二者之间30K温区即为允许的温度窗口。该窗口持续时间由辊道速度、隧道保温能力及感应补热功率共同决定，任何环节失配均会造成轧机因待温而中断节奏。现场将辊道速度锁定1.2m/s，使断面200mm×300mm的坯料在1.8km隧道内运行25min，其间通过对流、辐射及接触导热损失的热量可由简化模型估算。假设坯料表面对流换热系数（k）恒定，单重（m）为5.6t，比热容（c）取0.65kJ/kg·K，散热面积（A）为14.4m2，则单位时间温降可表达为式（1）：

　　式中：ΔT为坯料在隧道内的平均温降，K；k为综合对流辐射系数，W/m2·K；A为有效散热面积，m2；τ为保温时间，s；m为单支坯料质量，kg；c为比热容，J/kg·K。按现场标定k≈12W/m2·K计算，25min内理论温降约22K，出口坯温降至958℃,仍在窗口之内。若辊道速度降低0.1m/s，τ延长2.1min，ΔT增至26K，出口温度将逼近窗口下限，轧机需等待升温，110s的轧制周期即被打破。

　　为此，生产线在隧道出口布置3座串联感应炉，每座有效加热长度6m，总功率8.4MW，可在180s内以50K/min的速率补偿头尾温差，使坯料整体温度回升至950℃以上，保证轧机无须降速等待［1］。温度-时间-速度三元耦合模型表明，当辊道速度1.2m/s、隧道保温25min、感应补热功率8.4MW同时作用时，温度窗口持续时间可覆盖110s的轧制节奏，且留有8K安全裕度，实现连铸与轧机节奏同步。

　　2.2坯料精准跟踪与调度系统架构

　　在山东某钢厂H型钢直轧示范线的热送热装工艺中，坯料精准跟踪与调度系统架构是实现高效轧制接续的关键技术支撑。该系统在连铸出口至轧机入口长达1.8km的输送路径上，部署RFID射频识别与激光定位双通道融合的实时跟踪方案。每支铸坯在连铸切割工位完成切断的瞬间，即被赋予唯一的EPC产品电子编码，并将耐高温RFID标签嵌入坯料端面50mm深处。该标签具备耐受950℃高温的物理特性，内置32KB用户存储区，可扩展记录包括炉次编号、钢种牌号、目标轧制规格等静态工艺参数。与此同时，辊道沿线以6m为间隔布置激光测距传感器阵列，基于飞行时间测距原理实时捕捉坯料中心线坐标，定位精度控制在±5mm以内。通过将RFID时标信息与激光点云轨迹进行时间同步，系统构建出每一支坯料在输送过程中的动态位置映射，为后续调度决策提供高精度时空数据基础。

　　在通信与数据处理层面，系统采用5G独立组网架构实现全链路数据回传，空口传输时延低于10ms，上行带宽稳定维持在150Mbps，能够同时支撑1200支在途坯料的并发数据流传输需求。MES制造执行系统作为调度核心，采用基于时间窗口的滚动优化策略，将轧机每110s的轧制节拍离散化为多个节拍切片，实时预测各坯料抵达轧机入口的剩余时间，并与预排产的轧制计划进行动态匹配。当系统检测到实际到达时间与计划偏差超过±3s时，将自动触发辊道速度的无级调节或中频感应补热装置的功率补偿机制，从而将坯料在轧机入口的垛位误差严格控制在0.3m以内。闭环控制机制能够有效避免因物流异步导致的轧机待料问题，提升工序衔接的稳定性［2］。

　　为进一步防范因信息错位导致的钢种混轧质量事故，系统设计三级冗余校验机制。第一级校验位于连铸出口处，通过比对RFID标签中所载信息与MES下发的生产计划是否一致，确保坯料身份与工艺路线的初始对应关系正确。第二级校验设置在隧道输送中段，利用激光轮廓扫描技术实时识别坯料的断面尺寸，并与MES中登记的规格参数进行匹配，从而在中间环节进一步核实物流与信息流的一致性。第三级校验位于轧机入口前，再次读取坯料EPC编码并与当前轧制指令进行最终比对。若任一校验环节发现信息不匹配，系统将立即启动辊道反向输送程序，将异常坯料回送至指定处理区域。通过上述多层防护设计，该系统实现物理流动与信息流动的高度耦合，构建热送全过程的全数字镜像，为温度窗口与轧制节奏的精准匹配提供实时、可靠的数据支撑。具体如图1所示。

　　2.3设备作业率与工序衔接瓶颈诊断

　　2023年6月示范线连续运行744h，采集冷装与热装双模式主机启停日志，以周为统计单元对比工序衔接差异。冷装模式下，铸坯需下线冷却再入炉二次加热，加热炉升温滞后导致粗轧待机38次/周，单次平均待机时长18min。热装模式通过保温隧道与感应补热炉直送，粗轧待机降至9次/周，降幅达76%，成为作业率提升主因。精轧与矫直工序因粗轧来料节奏不稳造成的跟随停机亦同步减少，其中精轧启停由冷装期31次/周降至热装期11次/周，矫直由26次/周降至8次/周，表明热装模式显著平滑了上游来料波动［3］。设备作业率(η)按运行时间占日历时间比例计算，如式（2）：

　　式中：ton为单台主机有效运行时间；toff为待机或故障停机时间，h。以粗轧机为例，冷装期周均ton为105h，toff为19h，η为84.7%；热装期ton升至113h，toff降至7h，η升至94.2%，提升9.5%。瓶颈诊断进一步指出，剩余9次/周待机主要源于连铸换包瞬时速降，持续时间不超过5min，可通过拉速动态补偿与感应炉前缓冲辊道协同消除，为后续仿真模型提供输入边界。

　　2.4能耗与氧化烧损权衡分析

　　热送模式替代冷装后，加热炉煤气消耗由142MJ/t降至56MJ/t，但感应补热炉新增电耗36kW·h/t，按当量热值折算为130MJ/t，表面看总能源上升44MJ/t。然而高温坯料取消炉内再加热，避免了传统冷装因炉壁散热、水冷梁吸热及废气带走造成的固有损失，系统边际能耗实际下降。氧化烧损方面，冷装坯在炉内停留120min，氧化铁皮厚度达1.8mm，热装坯在隧道内暴露时间缩短至25min，且感应补热采用无氧化气氛，铁皮厚度降至0.6mm，烧损率由1.15%降至0.38%，成材率提升1.3%，按年产120万吨计算，相当于多产出合格材1.56万吨［4］。综合折算，煤气节省的86MJ/t与成材率提升带来的隐含节能46MJ/t之和，可覆盖新增电耗130MJ/t并剩余2MJ/t净收益，表明热送热装在能耗与烧损之间实现正向权衡。

　　3接续效率提升与优化评估

　　3.1轧制小时产量与日历作业率提升结果

　　示范线2022Q4冷装模式下，小时产量均值173t，日历作业率82.4%；2023Q2切换热装后，小时产量升至211t，日历作业率提至93.1%，增量主要源于粗轧待机次数由38次/周降至9次/周，有效运行时间增加。关键指标汇总，如表1所示，其中小时产量提升22%，作业率提升10.7%，年化多产钢材约15万吨。

　　3.2温度波动对轧废率影响的定量曲线

　　示范线采集1866支坯料开轧温度与对应轧废标识，样本覆盖920~980℃区间。以10℃为步长统计轧废率，发现温度低于930℃时废钢频发，高于940℃后废次率迅速收敛。采用指数衰减模型拟合可得式（3）：

　　p=0.42·exp（-0.018·（T-920））（3）

　　式中：p为轧废率，%；T为开轧温度，℃。模型显示温度每升高1℃,轧废率相对下降1.8%；当T≥940℃时，预测值稳定在0.25%以下，与现场统计上限一致。结合拟合曲线与分段均值可知，指数关系能准确描述温度波动对质量风险的影响，为后续设定温度窗口提供量化依据。

　　3.3优化方向及经济性测算

　　在现有热送热装基础上，示范线提出三项递进优化：①连铸拉速提升8%、隧道增设动态绝热罩、引入AI温度预测闭环。拉速由1.2m/min提至1.3m/min，年产增量9.6万吨；②绝热罩降低隧道温降15K，年节电120×104kW·h；③AI模型将温度预测误差由±12K压缩至±5K，减少补偿能耗5%。综合年创效4200万元，其中成材率提升贡献2800万元，能耗节省1400万元。新增投资7140万元，按10%折现率计算净现值，如式（4）：

　　4结论

　　文章通过对山东某钢厂热送热装工艺的实施分析，验证了技术改造对轧制接续效率提升的显著效果。热送模式有效解决了传统冷装模式下的温度下降问题，减少了轧机空转，优化了生产节奏，从而显著提高了生产效率。通过引入中频感应补热炉和MES温控系统，进一步保证了坯料温度的均匀性，降低了待机时间，提升了设备作业率。研究还表明，热送模式在节能方面具有明显优势，煤气消耗显著。

参考文献

　　［1］罗东志，朱文兵，栾金津，等.热轧H型钢与冷弯钢板层合-混凝土组合梁抗剪性能研究［J］.市政技术，2025，43（10）：57-63+108.

　　［2］葛阳阳，侯中仕，张琦，等.提高板坯热送热装温度的连铸二冷配比优化［J］.河北冶金，2024（8）：55-58.

　　［3］汪文敏，张胜利，孙晶.鄂城钢铁钢轧厂产线效率提升实践［J］.中国金属通报，2025（5）：142-144.

　　［4］董颖昱，杨阳，陈琳.精轧机组低压水系统冷却效率提升研究［J］.冶金设备，2025（2）：47-50+54.