宽厚板生产过程中冷却均匀性的研究与应用

吕游

（山钢集团莱芜分公司宽厚板事业部， 山东 莱芜 271104）

生产实践·应用技术

宽厚板生产过程中冷却均匀性的研究与应用

吕游

（山钢集团莱芜分公司宽厚板事业部， 山东 莱芜 271104）

针对水冷钢板冷后板形合格率展开研究，分析主要原因是钢板纵向、横向等不同方向冷却不均。通过采取头尾遮挡、辊道微加速控制、边部遮挡等措施，提高了板形合格率，同时组织性能也得到了改善。

头尾遮挡 边部遮挡 冷却均匀性

山钢集团莱芜分公司（以下简称莱钢）4 300 mm宽厚板生产线采用的是MULPIC（Multi Purpose Interrupted Cooling）冷却系统，其具有适应性广、实现在线快速冷却(ACC)的能力、直接淬火(DQ)功能[1]。随着莱钢4 300 mm宽厚板产品结构调整及成分优化，水冷钢板的比例逐渐加大，特别是ACC模式，而水冷钢板板型不合比例较大的问题也逐渐暴露出来，2015年平均ACC水冷板型一次合格率为95.35%。板型不合的水冷钢板需经过矫直、热处理等工序修复，增加了工序成本，且修复后部分钢板降级、改现货处理，造成质量成本增加，年直接经济损失300余万元。

1 钢板冷后板型缺陷的原因分析

造成水冷钢板板型不合的根本原因是冷却不均匀，主要受设备、自动化控制、工艺等方面的影响造成钢板冷后在厚度、宽度、长度方向上冷却不均，继而造成板型缺陷。在莱钢4 300 mm宽厚板生产线主要体现在：第一，MULPIC大小流量蝶型调节阀的精度控制方面存在响应速度慢；第二，头尾遮挡的功能不能完全发挥导致钢板长度方向冷却不均，同时钢板物料跟踪存在偏差；第三，边部遮挡控制精度相对较低，而且自动功能不稳定；第四，工艺方面模型水比不合适等情况。图1是钢板在水冷过程中经常出现的在厚度、长度、宽度方向上冷后不均导致的板型缺陷。

图2是钢板水冷后钢板头尾温度变化曲线，从图2可以看出，一块钢板经MULPIC水冷后，钢板头尾温度明显比钢板中部偏低，这样就会造成钢板冷却一段时间后，头尾板型因温度低过冷变形，并且在水冷过程中由于头尾冷后温度低，内部组织也会存在波动，最终导致板型和性能不稳定。

图1 冷后板型不均板形示意图

图2 钢板水冷后钢板头尾温度变化曲线

2 冷后板型均匀性控制措施

2.1 钢板长度方向冷后均匀性控制

以莱钢4 300 mm宽厚板为例，主要通过采用头尾遮挡功能与头尾微加速控制，来降低钢板头尾部与钢板中部的温差。

2.1.1 头尾遮挡功能

由于钢板头尾部温度较中部温度低，需要对钢板中部大水量冷却，头尾部小水量冷却；同时，冷却中部的水流要经由钢板边部和头尾部流出，为减少头尾冷却水的流量，优化头尾遮挡功能。优化头尾遮挡功能是在二级PRT表或HMI画面上均可调整遮挡长度和遮挡量，并把默认遮挡长度由1 500 mm调和到6 000 mm，改善头尾过冷问题。图3为头尾遮挡功能示意图。

图3 头尾遮挡功能示意图

2.1.2 头尾微加速控制

钢板进入MULPIC冷却设备时，必定是头部先进入，同时受钢板长度与辊道运行速度的影响，钢板的尾部会在空气中冷却一会，这样就在钢板长度方向上存在钢温梯度[2]。为了使钢板能够均匀一致的纵向冷却，根据钢种、规格对水的灵敏性优化，头尾加速度参数进行调整，即钢板在MULPIC里面是一个加速前进的过程，速度曲线呈线性加速曲线。例如：钢板开冷温度880℃，中冷温度200℃，冷速9 ℃/s，钢板长度18 m。根据“头高尾低”的温度梯度情况，调整模型头尾加速度，V头=18/[（900－200）/9]= 0.231 m/s、V尾=18/[（850－200）/9]=0.246 m/s

通过优化钢板头尾为加速功能，可以有效减少或者消除这种温度梯度，具体原理如图4所示。

图4 头尾微加速控制原理图

2.2 钢板宽度方向均匀性控制

同头尾遮挡一个原理，钢板边部温度较芯部温度低，需要对边部小水量冷却；同时，冷却中部的水流要经由钢板边部流出，为确保钢板边部不过冷，通过对水凸度和边部遮挡进行优化控制[3]。

2.2.1 水凸度控制

莱钢4 300 mm宽厚板的MULPIC系统上集管配有‘水凸度’设计。根据钢板热成像呈现出来的钢板横向温度偏差，不断对‘水凸度’进行优化，使钢板宽度方向横断面的水流分配实现调整[4]（见图5）。当“水凸度”平衡阀开度100%，在集管的整个宽度断面上水流分配是平的直线。当“水凸度”平衡阀被关闭（0%的曲线），边部的水流是零。通过调整‘水凸度’平衡阀，边部水流量能在0%到100%间变化。

图5 水凸度控制示意图

2.2.2 边部遮挡

边部遮挡是在MULPIC两侧安装可以沿钢板横向移动的挡板。自投产以来一直使用手动模式，精度以及对中性不能很好地发挥，通过开发边部遮挡自动模式，不仅降低了宽度方向上的冷却不均程度，而且提高了生产效率。通过对优化模型参数，遮挡量由30～50 mm增加到80～100 mm，为了避免频繁调整增加卡死几率，MULPIC边部遮挡功能图见图6。

图6 MULPIC边部遮挡功能图

在钢板宽度方向上，通过优化水凸度控制和边部遮挡，钢板横向板型得到明显改善。

2.3 设备的影响及控制措施

小开度时流量不稳定，导致25 mm以下冷却不均匀，封锁量较多，板型一次合格率95.2%。通过更换V型球阀替代蝶阀，投用在上集管流量阀上，同时与蝶阀进行对比，V型球阀稳定性更好，小开度时流量更趋于稳定。下页图7是V型球阀与蝶阀的对比图。

3 调整上下表面水流量

图7 V型球阀与蝶阀的对比图

为保证钢板上下冷却的对称性，采取对钢板上下表面水流量重新分配，（见下页图8）。同时优化终冷温度分档，温度大部分弱冷板终冷温度为650℃，为了避免自学习参数和水比参数使用偏差，优化PRT表中终冷温度分档方式，610～650℃档优化为610～640℃档，提高终冷温度和板型稳定性，不断提高上下表面冷却均匀性。

4 结语

通过采取以上措施，有效地提高了钢板各个方向的冷却均匀性，2015年水冷钢板一次合格率95.35%，2016年水冷板型合格率提高到97.51%；同时钢板组织也变得更加均匀、有序，性能也得到了较大提高，同时提高合同兑现率和客户满意度、企业市场竞争力。

图8 上下表面水流量与板型

[1] 曲海龙，董丽华.中厚板在线控制冷却与淬火技术[J].设计与计算，2010（1）：27-29.

[2] 吴德发，袁晓康，尹训强，等.宽厚板纵向冷却均匀性的研究与应用[J].轧钢，2014，31（2）：14-17.

[3] 李国强，钱振声.中厚板快速冷却过程中的温度均匀性控制[J].宽厚板，2009，15（2）：23-24.

[4] 龚彩军.中厚板控制冷却过程温度均匀性的研究[D].沈阳：东北大学，2005.

（编辑：苗运平）

Research and Application of Cooling Uniformity in Wide and Heavy Plate Production

LV You
（Wide and Heavy Plate Business Division,Laiwu Branch Company of Shandong Iron& Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu Shandong 271104）

The qualified rate of plate shape of water-cooling steel plate is studied.The main reason is the cooling uniformity of longitudinal and transverse steel plate.By means of head and tail occlusion,micro-acceleration control of roller and edge occlusion,the pass ratio of plate shape is improved,microstructure and property are also improved.

head and tail occlusion,edge occlusion,cooling uniformity

TG335.1

A

1672-1152（2017）03-0054-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.22

2017-03-17

吕游（1984—），男，2007年7月毕业于安徽工业大学，工程师，主要从事轧制工艺研究、生产技术工作。