提升MULPIC精準(zhǔn)冷卻系統(tǒng)功能的研究與應(yīng)用

丁夢怡 侯煒 姜巍 馬琴

（山東萊蕪集團(tuán)鋼鐵公司自動化部）

1 前言

在鋼板生產(chǎn)過程中，冷卻質(zhì)量的好壞直接影響鋼坯產(chǎn)品的性能。由于工藝條件限制，通常情況下鋼板的頭部、尾部及兩邊冷卻較快，溫度降低過多，無法確保鋼坯整體的均勻冷卻。

2 MULPIC冷卻區(qū)域的現(xiàn)狀分析

在鋼板生產(chǎn)中，有的鋼板表面會形成具有一定深度和長度、一條或多條長短不一、寬窄不等、深淺不同、形狀各異的條形縫隙或裂縫。這些裂紋破壞了鋼板力學(xué)性能的連續(xù)性，是鋼板生產(chǎn)過程中存在的最大問題。

對于這種現(xiàn)象，作者結(jié)合軋制實際和鋼板的自身特點做了大量研究，發(fā)現(xiàn)對鋼坯冷卻過快或不均勻，都容易使其內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力集中，延展性變差，以致表面產(chǎn)生裂紋。冷卻是否均勻又與鋼板在空氣中的輻射、自然對流失熱、軋后鋼板板型平整度、冷卻時水流量、流速、壓力設(shè)定等因素有關(guān)。為了消除這一現(xiàn)象，在冷卻中采用頭尾和邊部遮擋兩種控制功能，使 MULPIC精準(zhǔn)冷卻技術(shù)又提高了一個層次。

3 頭尾遮擋控制功能的工作原理

理想狀態(tài)下，鋼板表面溫度是均勻平衡的，如圖1-a。但是通常情況下鋼板的頭尾部比中間部分溫度低，這是因為水流沿鋼板縱向流動，所以鋼板的頭尾容易過度冷卻，而縱方向的上部溫度會比尾部溫度高，如圖1-b。

圖1 縱向方向上鋼板冷卻時的理想溫度a與實際溫度b

為消除影響，冷卻控制系統(tǒng)集成了4個不同的補(bǔ)償，分別在頭部、尾部、頂部、底部設(shè)置遮擋，減少兩側(cè)冷卻水量。其控制策略是將冷卻區(qū)分為主冷區(qū)和輔冷區(qū)，主冷區(qū)集管管徑大，水流速大；相反輔冷區(qū)集管管徑小，水流速小。冷卻時延遲開啟噴水集管（對頭部）和提前關(guān)閉噴水集管（對尾部）。這樣就可以避免鋼板在縱方向上溫度的梯度變化，整體上得到相對均衡的冷卻溫度。其概念圖如圖2 所示。

圖2 頭部遮擋概念圖

圖2 為用水箱A的前兩個（上部）噴頭的頭部遮擋。在鋼板頭到達(dá) MULPIC之前，鋼板需要的水流如線A-B；在B點，水流下降到遮擋水平，如線C-D；水流保持在這個水平，同時鋼板頭從C到D；在D點，水流呈斜線達(dá)到鋼板冷卻需要的水平，類似的水流序列也用于噴頭2等。底部噴頭水流在頭部遮擋時，以同樣的方式進(jìn)行控制。尾部遮擋與頭部遮擋相似，除了當(dāng)鋼板尾與噴頭起始處到達(dá)一個給定距離，噴頭的水流減少外。在頭尾遮擋的過程中，減少水量冷卻的頭端長度及上部噴頭水量的減少量分別得出公式（1）和公式（2）：

其中， LHT為減少水量冷卻的頭端長度； RHT為遮擋時減少的部分；W為鋼板寬度；Q為水流密度；M為冷卻模型參數(shù)（通過現(xiàn)場試驗得出）。

加入頭尾遮擋控制功能后，可以控制鋼板在冷卻時縱向溫度的均勻降低，減少冷卻后鋼板表面黑印、裂紋等問題的出現(xiàn)。

4 邊部遮擋控制功能的工作原理

鋼板從軋機(jī)出來時兩側(cè)溫度低于中央溫度，采用邊部遮蔽控制法。其控制策略是靠上部集管噴射橫向不均勻水量，控制形成凸形水量分布，有效減小冷卻寬區(qū)、補(bǔ)償邊部和中部偏差，從而使鋼板均勻冷卻。邊部遮擋概念圖如圖3 所示。

圖3 邊部遮擋概念圖

在 MULPIC冷卻裝置頂部框架的兩側(cè)分別有遮擋單元，集管的下部和周圍安裝帶有導(dǎo)向輪的‘U’ 型節(jié)，可以在上冷卻框架的導(dǎo)軌上運(yùn)行，使阻水區(qū)域的冷卻水流向鋼板外側(cè)而不會流到鋼板表面。邊部遮擋寬度的設(shè)定是來自 MULPIC計算系統(tǒng)，寬度偏差調(diào)整是根據(jù)入口掃描式的高溫數(shù)據(jù)進(jìn)行的。寬度偏差調(diào)整計算如圖4所示。

5 結(jié)束語

MULPIC精準(zhǔn)冷卻系統(tǒng)的研究與應(yīng)用不僅在技術(shù)層面上提高了板坯成材率，為高效生產(chǎn)提供強(qiáng)大的技術(shù)保障，同時在經(jīng)濟(jì)方面也為企業(yè)增創(chuàng)巨大效益，目前此技術(shù)在萊鋼寬厚板生產(chǎn)板型控制中應(yīng)用良好。

圖4 寬度偏差調(diào)整計算

其中，a為操作側(cè)遮擋寬度；b為傳動側(cè)遮擋寬度；c為操作側(cè)遮擋到中心線距離；d為傳動側(cè)遮擋到中心線距離；x為掃描高溫計測得傳動側(cè)遮擋位置；y為掃描高溫計所能測的寬度一半，根據(jù)掃描高溫計的角度計算寬度；z為掃描高溫計測得操作側(cè)遮擋位置。

對于通過掃描式高溫計得到的偏差，通常這樣判定：當(dāng)偏差=0，即(y-z)=(x-y)時，軋件在中心；偏差>0，即(y-z)>(x-y)時，軋件偏向操作側(cè)；偏差<0，即(y-z)<(x-y)時，軋件偏向傳動側(cè)。MULPIC計算系統(tǒng)再通過偏差來設(shè)定邊部遮擋時的相應(yīng)數(shù)據(jù)，保證該裝置得到良好運(yùn)用。

加入邊部遮擋控制功能可以有效的保證鋼板橫向溫度的均勻降低，使冷卻后的鋼板邊部表面形狀平整無裂紋，大大提高了冷卻品質(zhì)。

[1]張曉康,王國棟,沙孝春.中國中厚板軋制技術(shù)與裝備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[2]馮光純.控軋控冷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].四川冶金,1996.

[3]孫本榮.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.