国内某钢厂超快冷系统的研究及应用*

宋国智，武志强，张　霞

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室, 辽宁 沈阳　110819)



国内某钢厂超快冷系统的研究及应用*

宋国智，武志强，张霞

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室, 辽宁 沈阳110819)

轧后冷却是某些钢板生产工艺的重要环节之一，冷却后温度的均匀性直接影响钢板的性能和板形。介绍了国内某钢厂使用新一代超快冷系统的研究及应用情况。

超快冷系统； 研究； 应用； 自动化； 管线钢

引言

控制轧制和控制冷却技术(TMCP)是20世纪钢铁行业最伟大的成就之一，是钢铁业得以发展的关键和共性技术。轧后冷却工艺经过30多年的发展，主要经历了两个阶段：一是1980年开发并发展成熟的以层流冷却为代表的传统层流冷却技术；二是1998年后日本JFE钢铁公司开发的Super-OLAC冷却设备所具备的，以超快速冷却为特征的新一代轧后冷却技术，也正是当前及至未来中厚板轧后冷却技术的趋势[1]。为满足高品质、节约型中厚板产品的生产需求，降低生产成本，提高产品效益，提升企业竞争力[2]，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(RAL)为某厂的板材生产线新建了一套具备常规加速冷却功能、超快速冷却功能、直接淬火功能的多功能、先进性的轧后冷却装置(ADCOS-PM)。

1　冷却原理简介

1.1层流冷却

钢板冷却、换热强度偏低，主要原因在于其冷却机理主要采用膜状沸腾换热；在冷却过程中，由于普通层流冷却设备纵向集管间距较大，冷却水落到热钢板表面上以后，造成膜状沸腾换热区域(区域Ⅲ)远大于射流冲击换热区域(区域Ⅰ)，由于汽膜阻热，导致冷却强度较低，如图1所示。这种换热原理有以下缺点：1)冷却能力不足，对于需要高强度、大冷速的钢铁品种的开发无法满足。2)冷却后钢板温度均匀性差，冷却后钢板板形难以控制。

1.2射流冷却

东北大学的ADCOS-PM采用射流冷却，能够在区域Ⅱ快速地打破汽膜，在区域Ⅲ使新的冷却水与钢板表面充分接触，冷却强度大，冷却均匀性良好，满足各种规格热轧钢板的冷却工艺需求[3]。二级工艺模型、设备控制精度高，根据合理的换热原理，精确的计算公式，灵活的冷却方式，实现了多种冷却路径的控制。射流冷却原理如图2所示。

图1　钢板层流冷却过程的表面局部换热区

图2　射流冲击换热示意图

2　超快冷系统介绍及应用

超快冷系统主要由高位水箱、分流集水管、液压润滑、水气系统配管等组成，由电气自动化系统控制，加上成熟稳定的冷却工艺，使整套系统具有完整统一性。

2.1设备系统

超快冷系统的主体设备长度为25 m，安装在生产线的精轧机机后60 m，热矫直机机前53 m，如图3所示。主要由固定框架、移动上框架、提升机构、喷水冷却集管、输送辊道等组成。主要设备参数如表1所示。

图3　超快冷系统布置示意图

设备名称ADCOS-PM设备功能ACC,UFC,DQ,IRQ设备长度/m25设备宽度/mm3450辊缝高度/mm20～300(工作位)1000(检修位)集管数量/组24(4组缝隙集管+20组高密集管)冷却用水参数/MPa0.2/0.5

2.2自动化控制系统

ADCOS-PM的控制系统包含L0检测仪表、L1基础自动化控制系统、L2过程自动化控制系统和HMI等，可以实现手动模式、半自动模式、全自动模式控制。辅助控制系统组成：供水系统、传动系统。前后工序的相关系统组成：轧机、热矫直机等。过程控制系统的通讯方式为TCP/IP协议；基础自动化间通讯方式为DP网络；采用自主开发的通讯平台。其中二级工艺自动化具备预计算、修正计算、后计算(自学习)、冷却数据存储功能。可以实现无人工参与的全自动冷却模式，实际冷却温度距离目标冷却温度±25 ℃内的合格率可达到95%。

2.3超快冷系统应用

该厂充分利用超快冷系统冷却强度大、冷却均匀性好、控制功能完备的特点，合理设置各个集管的流量、调整上下水比，设定辊速、加速度数值、头尾流量遮蔽参数。选用水压为0.5 MPa，终轧温度为820±20 ℃，返红温度为580±20 ℃，首次完成钢种X70M，规格为14.4 mm×2800 mm钢板的顺利交货；钢板板形良好(如图4所示)，各项性能达到加工及使用要求，金相组织为针状铁素体+珠光体(如图5所示)。

图4　X70M 14.4 mm ×2800 mm钢板板形

图5　X70M钢板金相组织

3　结束语

超快冷系统具备合理的设备设计、先进的自动化控制、完善的计算条件。在保证良好板形的条件下，实现了高级别管线钢X70M的生产；实现了高精度冷却路径控制和钢材组织、性能的精细调控，为实现钢材的细晶强化、析出强化、相变强化的综合强化和材料性能的提升提供了强力手段。

超快冷系统将为该厂进一步提升产品档次、提高产品成本竞争力、进行高品质节约型中厚板产品的研发和生产提供有力支撑。

[1]袁国. 传统层流冷却技术的开发、实践及再认识-中厚板新一代TMCP(控轧控冷)装备及工艺技术[J].中国钢铁业,2012,(3):28—31.

[2]王丙兴，田勇，袁国，等．改善中厚板轧后超快速冷却均匀性的措施及其应用[J]．钢铁，2012，47(6)：51—54.

[3]田鹏. 新一代中厚板轧后冷却系统的开发与应用[D].沈阳：东北大学，2012.

2016-03-08

宋国智(1985—)，男，助理工程师。电话：13889139592，E-mail:13889139592@163.com

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