高线斯太尔摩气雾冷却实践

周建波 苏剑 韩凯祖

摘 要：文章介绍安钢公司轧钢厂在生产盘螺（HRB400）时通过在斯太尔摩风冷线加裝气雾冷却装置来控制吐丝后轧件头部未穿水部分的温度。通过不断的改进气雾冷却的方式，达到最佳的冷却效果，同时改善因线圈搭接而导致线材在风冷线上通条冷却不均、同圈性能波动大的问题。

关键词：盘螺；斯太尔摩风冷线；气雾冷却；改进

前言

我厂自2008年开始大批量生产包括HRB400在内的盘条螺纹钢，主要规格有￠6.0mm、￠8.0mm、￠10.0mm，给公司带来了良好的效益。但产品使用方断断续续反馈一些产品性能方面的问题，主要为产品屈服强度低国标、无明显屈服平台、通条性能不佳等问题。

为解决这些问题，我厂采取多种措施以确保产品质量符合要求，其中一项主要的措施就是将头部未穿水部分剪切彻底。因穿水冷却设备无法使各阀的水流跟随头部进行穿水，导致轧件头部未穿水，温度较穿水部分高。头部未穿水段约15～20圈，因吐丝时温度未降到工艺要求温度，使该部分的性能指标得不到保证，需要在精整区域剪切掉。虽然产品质量得到了保证，但成材率达不到预期，浪费了材料，提高了生产成本，减少了企业效益。为此，参照胡小东，胡林等《关于线材斯太尔摩线气雾冷却的研究》一文方法，在斯太尔摩风冷线处增设气雾冷却装置，以改善产品性能并减少头部剪切量。

1 气雾冷却原理

线材在气雾冷却区域内的传热分为传导、对流和辐射三个物理过程。首先，气雾冷却装置打开后，压缩空气与水形成的气雾会形成一个喷淋区，区域内设备如输送辊、边板、周围空气等会明显降低，高速气流与气雾加快了热钢周围气体流动，有利于线材表面热量传导；同时形成的小水滴接触高温热钢后立即蒸发为气态，吸收大量热量。相比单纯的风机冷却，可以大幅度提高热钢冷却速度。

2 气雾冷却装置设计及改进

2.1 第一代气雾冷却装置在斯太尔摩线上安装使用，如图1所示。

图1 气雾冷却装置在斯太尔摩线上的安装位置示意图

如图1所示，该装置在近吐丝机处喷嘴排面最密集，然后在线圈两端搭接点密集处设置多个喷嘴，通过接入高压水（约0.5MPa，从穿水冷却水总管接入），使用电磁阀控制水的开关，电磁阀的动作与精轧电机运转同步。高压水流在喷嘴处雾化。同时安装时控制喷嘴与线圈行进方向成15°夹角，最大程度使线圈得到冷却。

但经过一段时间的使用及对头部性能进行跟踪后，效果不是很理想，主要存在问题有：（1）由于冷却水仅通过喷嘴进行雾化，雾化程度不足，个别喷嘴因内径较大而形成细水柱，直接打到热钢上，易造成成品材局部水锈或性能偏差；（2）因工艺需要，1#风机需开启。导致风与气雾对吹，大大减少了气雾与热钢接触的数量。（3）喷嘴易堵塞。净环水中含有一定的杂质，喷嘴使用一段时间后容易被大颗粒的杂物堵塞，起不到雾化作用。

因增设气雾装置后冷却效果不佳，各规格盘螺头部5圈内抽样性能指标不理想，仍存在屈服强度低于内控或不达标的现象。

2.2 第二代气雾冷却装置

针对气雾装置在使用过程中出现的以上问题，通过技术人员重新设计，对气雾装置进行二次改造，改变气雾装置外形、接入压缩空气强迫水流雾化等措施来提高装置的作用。

第二代气雾冷却装置与第一代安装位置相同。通过将压缩空气导入雾化装置，提高了冷却水的雾化效果，同时也加快了气雾的速度，有更多的小水滴与热钢接触，冷却效果得到改善，但该装置仍安装在风冷线的上方，在生产过程中，下方风机开启产生的强风降低了气雾冷却的效果。为根本改变这种状况，设计了第三代冷却装置。

2.3 第三代气雾冷却装置安装示意图及水管示意，如图3所示。

第三代气雾冷却装置固定在风机下方侧板上，冷却水通过自身的压力和风机气流混合从辊道缝隙中喷出，不仅雾化效果良好，而且扩大了雾化面积，最后通过在风机上方加盖收雾装置，使气雾不致弥散到空中。吐丝机出口上下方向也增设一条喷雾水管，采用电磁阀控制，轧件在精轧机首架咬钢后即产生控制信号打开水阀喷雾，预先形成气雾区域，轧件头部出吐丝机后即可以急速降温，8秒后电磁阀执行关闭动作，停止吐丝机上下水管喷雾。第三代气雾冷却装置缺点：风机导风筒与传输辊道间存在缝隙，固定气雾喷嘴处开孔，气雾在风机及辊道各处存在，并冷凝成水滴。需要保护传输辊道电机设备并做好各处的防锈工作。

3 使用效果

经现场测量，完全空冷冷速约为4℃/s，改用气雾冷却后，冷却速度可达到20～30℃/s，使头部温度控制在工艺要求范围内。安装气雾冷却装置前头部需要剪切15～20圈，稳定生产时盘螺头部5圈内抽样检测性能指标屈服强度在410～445MPa，性能波动在30Mpa内。安装气雾冷却装置后稳定生产时盘螺头部5圈内抽样检测性能指标屈服强度在430～450MPa，经过长时间的跟踪抽检，各规格盘螺头部的性能稳定，头部剪切量减少到1～5圈。

从长期的抽样与生产实践跟踪，与之前未使用气雾冷却装置相比，各规格盘螺成材率均有很大的提高，平均增加0.5个百分点，按年产100万吨盘螺计算，减少5000吨产量损失。

4 结束语

目前，安源轧钢厂两条高速线材生产线均配备了气雾冷却装置，盘螺头部未穿水段与穿水段屈服强度差控制在5～10MPa内，减少了头部未穿水段剪切量，大大提高了成材率，且减少线材表面的氧化铁皮，改善表面质量；同时降低了环境温度，改善了操作环境，为企业降本增效作出贡献，并取得了良好的经济效益，具有极大的推广价值。

参考文献

[1]胡小东，胡林，等.关于线材斯太尔摩线气雾冷却的研究[J].轧钢，2005.

作者简介：周建波（1985，12-），江西萍乡，助理工程师。

苏剑（1979，10-），江西萍乡，助理工程师。

韩凯祖（1980，9-），江西萍乡，助理工程师。