提升MULPIC精准冷却系统功能的研究与应用

丁梦怡 侯炜 姜巍 马琴

（山东莱芜集团钢铁公司自动化部）

1 前言

在钢板生产过程中，冷却质量的好坏直接影响钢坯产品的性能。由于工艺条件限制，通常情况下钢板的头部、尾部及两边冷却较快，温度降低过多，无法确保钢坯整体的均匀冷却。

2 MULPIC冷却区域的现状分析

在钢板生产中，有的钢板表面会形成具有一定深度和长度、一条或多条长短不一、宽窄不等、深浅不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。这些裂纹破坏了钢板力学性能的连续性，是钢板生产过程中存在的最大问题。

对于这种现象，作者结合轧制实际和钢板的自身特点做了大量研究，发现对钢坯冷却过快或不均匀，都容易使其内部产生较强的热应力或组织应力集中，延展性变差，以致表面产生裂纹。冷却是否均匀又与钢板在空气中的辐射、自然对流失热、轧后钢板板型平整度、冷却时水流量、流速、压力设定等因素有关。为了消除这一现象，在冷却中采用头尾和边部遮挡两种控制功能，使 MULPIC精准冷却技术又提高了一个层次。

3 头尾遮挡控制功能的工作原理

理想状态下，钢板表面温度是均匀平衡的，如图1-a。但是通常情况下钢板的头尾部比中间部分温度低，这是因为水流沿钢板纵向流动，所以钢板的头尾容易过度冷却，而纵方向的上部温度会比尾部温度高，如图1-b。

图1 纵向方向上钢板冷却时的理想温度a与实际温度b

为消除影响，冷却控制系统集成了4个不同的补偿，分别在头部、尾部、顶部、底部设置遮挡，减少两侧冷却水量。其控制策略是将冷却区分为主冷区和辅冷区，主冷区集管管径大，水流速大；相反辅冷区集管管径小，水流速小。冷却时延迟开启喷水集管（对头部）和提前关闭喷水集管（对尾部）。这样就可以避免钢板在纵方向上温度的梯度变化，整体上得到相对均衡的冷却温度。其概念图如图2 所示。

图2 头部遮挡概念图

图2 为用水箱A的前两个（上部）喷头的头部遮挡。在钢板头到达 MULPIC之前，钢板需要的水流如线A-B；在B点，水流下降到遮挡水平，如线C-D；水流保持在这个水平，同时钢板头从C到D；在D点，水流呈斜线达到钢板冷却需要的水平，类似的水流序列也用于喷头2等。底部喷头水流在头部遮挡时，以同样的方式进行控制。尾部遮挡与头部遮挡相似，除了当钢板尾与喷头起始处到达一个给定距离，喷头的水流减少外。在头尾遮挡的过程中，减少水量冷却的头端长度及上部喷头水量的减少量分别得出公式（1）和公式（2）：

其中， LHT为减少水量冷却的头端长度； RHT为遮挡时减少的部分；W为钢板宽度；Q为水流密度；M为冷却模型参数（通过现场试验得出）。

加入头尾遮挡控制功能后，可以控制钢板在冷却时纵向温度的均匀降低，减少冷却后钢板表面黑印、裂纹等问题的出现。

4 边部遮挡控制功能的工作原理

钢板从轧机出来时两侧温度低于中央温度，采用边部遮蔽控制法。其控制策略是靠上部集管喷射横向不均匀水量，控制形成凸形水量分布，有效减小冷却宽区、补偿边部和中部偏差，从而使钢板均匀冷却。边部遮挡概念图如图3 所示。

图3 边部遮挡概念图

在 MULPIC冷却装置顶部框架的两侧分别有遮挡单元，集管的下部和周围安装带有导向轮的‘U’ 型节，可以在上冷却框架的导轨上运行，使阻水区域的冷却水流向钢板外侧而不会流到钢板表面。边部遮挡宽度的设定是来自 MULPIC计算系统，宽度偏差调整是根据入口扫描式的高温数据进行的。宽度偏差调整计算如图4所示。

5 结束语

MULPIC精准冷却系统的研究与应用不仅在技术层面上提高了板坯成材率，为高效生产提供强大的技术保障，同时在经济方面也为企业增创巨大效益，目前此技术在莱钢宽厚板生产板型控制中应用良好。

图4 宽度偏差调整计算

其中，a为操作侧遮挡宽度；b为传动侧遮挡宽度；c为操作侧遮挡到中心线距离；d为传动侧遮挡到中心线距离；x为扫描高温计测得传动侧遮挡位置；y为扫描高温计所能测的宽度一半，根据扫描高温计的角度计算宽度；z为扫描高温计测得操作侧遮挡位置。

对于通过扫描式高温计得到的偏差，通常这样判定：当偏差=0，即(y-z)=(x-y)时，轧件在中心；偏差>0，即(y-z)>(x-y)时，轧件偏向操作侧；偏差<0，即(y-z)<(x-y)时，轧件偏向传动侧。MULPIC计算系统再通过偏差来设定边部遮挡时的相应数据，保证该装置得到良好运用。

加入边部遮挡控制功能可以有效的保证钢板横向温度的均匀降低，使冷却后的钢板边部表面形状平整无裂纹，大大提高了冷却品质。

[1]张晓康,王国栋,沙孝春.中国中厚板轧制技术与装备[M].北京:冶金工业出版社,2009.

[2]冯光纯.控轧控冷技术的现状与发展[J].四川冶金,1996.

[3]孙本荣.中厚钢板生产[M].北京:冶金工业出版社,1993.